第二章 太阳房的组成和基本原理

第二章太阳房的组成和基本原理

《实用太阳能建筑工程学》2009-03-31 18:10:52 阅读38 评论0 字号：大中小

第二章太阳房的组成和基本原理

2～1 太阳房的定义和分类

一、定义

@a《实用? 《太阳房》一词，最早使用于美国，有一次芝加哥报纸把一家装有玻璃太?阳能的房子称为“太阳房”，作为报导，这便是“太阳房”一词的由来。这样?看来，过去欧美似乎并未有意识地考虑让阳光照到房里来。从历史上看欧洲传?统住房都是石造的，后来又是砖砌的，窗户多是纵向长，横向短，不利于利用?太阳能，这是因为西欧的住房是封闭式的，它是为了避开大自然的威胁。而中?国和日本的住房是开放式的，它与自然密切相连，因此自古以来日本的传统是?以木造房屋，木房屋都可以叫做太阳房。日本民宅的特点就是“走廊里充满着?阳光”。说明人民在建房时，自然而然地意识到太阳能的必要性。我国有句民?谣“我家

有坐屋，向南开门户”。

因此说太阳房是太阳能热利用中一种型式，也就是说太阳能通过集热设施?及房屋的围护结构传入室内，减少房间采暖对常规能源需要量的房屋可称为太?阳房。在国内目前还没有统一的说法，有人把利用太阳能节能在50%以上的房屋?才称太阳房，低于此数的只能称为节能房。这是人们对太阳房的一些理解。

作者认为太阳房的定义应该是：太阳房是利用建筑，结构上的合理布局，?巧妙安排，精心设计，使房屋增加少量投资，而取得较好的太阳能热效果，达?到冬暖夏凉的房屋，也可以说：太阳房是指有目的的采取一定措施，利用太阳?辐射能，替代部分常规能源，使环境温度达到一定的使用要求的建筑物。如冬?季利用太阳能采暖的称为“太阳暖房”。夏季利用太阳能降温和制冷的称做“?太阳冷房”。通常，把利用太阳能

采暖或空调的建筑物统称为太阳房。

二、太阳房的分类

太阳房型式有多种多样，分类方法也有不同，目前通用的有四种分类法：

(一) 按传热过程可分为三种:

1.直接受益式：阳光通过南窗玻璃直接进入被采暖的房间，被室内地板、?墙壁、家俱等吸收后，转变

为热，给房间供暖。称为直接受益式太阳房。

2.间接受益式：阳光不直接进入被采暖的房间，而是通过墙体热传导和热?空气循环对流将太阳热能送

入被采暖的房间。

3.隔断式采暖：太阳热只通过传热介质（空气或水）的热循环进入被采暖?的房间。

(二) 按集热──蓄热系统的不同分为下列五种：

1.蓄热墙式：蓄热墙放在玻璃窗后面，蓄热墙的材料可用砼，水墙或相变?材料。

2.集热蓄热墙：又称特朗勃墙（Trmbe wall），在南墙上除窗以外的墙面?上，复盖玻璃，墙表面涂成黑色，在墙的上、下留有通风口，以使热风自然对?流循环，把热换到室内。南墙表面的温度在阳光照射时可达60-70℃。一部分热?量通过热传导把热量传送到墙的内表面，然后以辐射和对流的形式向室内供热?。另一部分热量把玻璃罩与墙体间夹层内的空气加热，热空气由于密度变小而?上升，由墙体上部分的风口向室内供热。室内冷空气由墙体下风口进入墙外的?夹层，再由太阳加热进入室内，为此反复循环，向室内供

热。

3.附加阳光间式：这种形式也是集热蓄热墙形式的发展，即将玻璃与墙之?间的夹层放宽，形成一个可以使用的空间─称为附加阳光间或称附加温室。附?加阳光间与房间之间的关系比较灵活，即可用砖石墙间隔，也可用落地窗分开?。阳光间白天可向室内供热。晚间可作房间保温层。

4.屋顶浅池式：这种形式是在屋顶修浅水池，利用水池集热蓄热，而后通?过屋顶板向室内传热。这种

型式仅适用单层房屋。

5.自然循环式：集热器（空气或水）与采暖房间分开，与特朗勃墙有些相?似，这种方式对南山坡上的

房屋比较适用。

(三) 根据太阳房的功能而分为“太阳暖房”、“太阳冷房”和“太阳能空?调房”。

(四) 按其所需要机械动力的有无，可分为机械的和自然的两种，也就是主?动式（active）和被动式

（passive）两大类。

1.主动式太阳房：即在太阳能系统中安装常规能源常用的推动的机械系统?，如控制系统供调节用的水泵或风机及辅助热源等设备，它可以根据需要调节?室温达到舒适的环境条件，这对人来说有主动权故称主

动式太阳房。如图2-1

主动式太阳房工作原量，就是首先依靠机械动力的驱动，才能把太阳能加?热的工质（水或空气）送入蓄热器，再从蓄热器通过管道与散热设备输送到室?内，进行采暖，工质流动的动力，由泵或风机提供。这是一种控制的方式，通?过集热器、蓄热器、风机或泵等设备来收集、贮存及输配的太阳能系统。与常?规供热系统所不同的只是用太阳能集热器代替了锅炉系统，如图：2─1所示。?在这种系统中，人通过设备比较主动，室温要求多高，就可以控制多高。主动?式太阳房系统的组成有三部分：

(1) 集热：就是通过集热器收集太阳能，地面上每平方米的面积每小时最多?只能接收1000千卡（相当于4186.8千焦耳）左右的太阳热能。所以接受太阳能?的集热器面积要大一些，当供暖保证率在60%时，平板集热器面积应占地板面积?的50%以上，同时平板热器的效率随集热温度而变，一般控制在30-60℃之

间。

(2) 蓄热：太阳能是一种随时变化的能源，辐射到地面上的太阳能常受气?象条件和时间的影响，因季节、昼夜、阴晴而不同，就是在一天之内早、午、?晚也不相同，因此要解决连续采暖问题，在中心处必须设有贮热设备，建筑上?的贮热多用河卵石和水作蓄热材料。水是中低温太阳能系统最常用的显热贮能?介质，价廉而丰富，并且具有沸点以下时不需要加压等优良贮热性能。

(3) 供热：考虑到太阳能的不稳定性和经济因素，一般的太阳能供热量仅?占房屋总的热负荷的60-80%左右，（此值称为太阳能供暖保证率）。因此在主?式太阳能采暖系统中，除太阳能供暖设备外，还应有辅助能源。因此我建议在?城市采暖标准要求较高的情况下，太阳房与集中供暖系统相结合，即可解决采?暖期前后两段时间的室温舒适性又可在采暖期减少烧锅炉的时间，节约常规能?源。

这种太阳能供暖系统，大致由集热器、蓄热槽、散热器、循环泵、辅助?锅炉以及连接这些设备的管道和自动控制设备构成。根据要求不同，又可分为?有辅助热源和无辅助热源两种不同的工作方式。供暖系统只在冬季使用，为了?提高设备利用率，加速固定投资的回收，原则上应该供暖，供热水以及供冷系?统有

机结合起来，共用一套集热器。

主动式太阳房热系统的结构方式很多，现将可能采用的几种原则系统列于?表2-1供参考选用。既是原则系统，自然可见根据具体情况，结合实际需要，作?某种修改。

一般来说，主动式太阳房能够较好地满足用户的生活要求，可以保证室内?采暖和供热水，甚至致冷空调。但设备复杂，投资昂贵，需要耗费辅助能源和?电功率，而且所有的热水集热系统，还需要设有防冻措施，这些缺点是主动式?太阳房目前在我国难于推广应用的原因。

2.被动式太阳房

被动式太阳房是与主动式太阳房相对而言的。太阳能向室内传递，不用任?何机械动力，不需要专门的蓄热器、热交换器、水泵（或风机）等设备，而是?完全由自然的方式（经由辐射、传导和自然对流）进行。

为了与主动式太阳房?相区别，人们称之为“被动式太阳房”。简称为“被动房”。

简单的说，被动式太阳能供暖系统就是根据当地的气象条件，生活习惯，?基本上不添置附加设备的条件下，经过精心设计，认真施工，通过建筑构造，?并利用材料的性能，使房屋达到一定的供暖效果的一种

方式。

被动太阳房在大多数情况下，集热部件与建筑结构融为一体，使房屋构件?一物多用，如南窗既是房屋的采光部件又是太阳能系统的集热部件；墙体既是?房屋的围护部件，又是太阳能系统的集热蓄热部件；这样既达到利用太阳能的?目的，又是房屋结构的一部分，还可节约费用。当然经过专门设计的太阳房比?普

通房屋，太阳能供热率要高的多。