常見被動式太陽房技術(shù)類型探討

徐向飛 楊欣煒 朱寶旭

摘? ? 要：本文介紹了被動房的定義、被動房的分類、各類被動房的基本原理和優(yōu)缺點，通過被動式太陽房技術(shù)應用情況闡述了被動房的使用范圍及運行過程中的注意事項。

關(guān)鍵詞：被動房;基本原理;注意事項

1? 被動式太陽房的簡介

被動式太陽房是指不借助機械裝置，冬季直接利用太陽能進行采暖、夏季采用遮陽散熱的房屋。在寒冷地區(qū)，冬季太陽高度較低，可以將建筑本身設(shè)計成一個太陽能集熱器，通過建筑設(shè)計把高效隔熱材料、透光材料、儲能材料等有機地集成在一起，同時通過建筑朝向和周圍環(huán)境的合理布置，建筑內(nèi)部空間和外部形體的巧妙處理，以及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的恰當選擇，使房屋在冬季能集取、保持、儲存、分布太陽熱能，從而解決建筑物的采暖問題，同時在夏季也能遮蔽太陽輻射，散逸室內(nèi)熱量，從而使建筑物降溫。被動式太陽房不需要機械設(shè)備和動力，以區(qū)別于主動式太陽房。

2? 被動式太陽房的優(yōu)點

被動式太陽房的集熱及貯熱方式主要是利用建筑物的圍護結(jié)構(gòu)墻或窗，或是比較簡單的平板裝置作為集熱器，能夠由人隨意控制，其構(gòu)造可不用復雜機械設(shè)備及復雜的管道通風系統(tǒng);造價較低，太陽房的工程造價僅比普通工程造價增加12%左右，容易被人們接受;維護管理方便，不需要專業(yè)技術(shù)人員維護管理。

3? 被動式太陽房的分類及基本原理

3.1? 直接受益式

直接受益式是指太陽輻射直接通過玻璃或其他透光材料進入需采暖房間的采暖方式。在北半球陽光通過南向窗玻璃直接進入房間，被室內(nèi)地板、墻壁、家具等吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，為房間供暖。

直接受益式的集熱及熱利用過程如下：

（a）采暖房間開設(shè)大面積南向玻璃窗，晴天時陽光直接射入室內(nèi)，使室溫上升。

（b）射入室內(nèi)的陽光照射到地面、墻面上，使其吸收并蓄存一部分熱量。

（c）夜晚室外降溫時，將保溫簾或保溫窗扇關(guān)閉，此時儲存在地板和墻內(nèi)的熱量開始釋放，使室溫維持在一定水平。

3.2? 集熱蓄熱墻式

集熱蓄熱墻式是指利用建筑南向垂直的集熱蓄熱墻面吸收穿過玻璃或其他透光材料的太陽輻射熱，然后通過傳導、輻射及對流的方式將熱量送到室內(nèi)的采暖方式。集熱蓄熱墻又稱特朗勃墻，在南向外墻除窗戶以外的墻面上覆蓋玻璃，墻表面涂成黑色，在墻的上下部位留有通風口，使熱風自然對流循環(huán)，把熱量交換到室內(nèi)。一部分熱量通過傳導送到墻的內(nèi)表面，然后以輻射和對流的形式向室內(nèi)供熱;另一部分熱量加熱玻璃與墻體間夾層內(nèi)的空氣，熱空氣由墻體上部的風口向室內(nèi)供熱。室內(nèi)冷空氣由墻體下部風口進入墻外的夾層，再由太陽加熱進入室內(nèi)，如此反復循環(huán)，向室內(nèi)供熱。

集熱蓄熱墻式的集熱及熱利用過程如下：

（a）在采暖房間南向外墻上設(shè)置帶玻璃外罩的吸熱墻體，晴天時接受陽光的照射。

（b）陽光透過玻璃外罩照到墻體表面使其升溫，并將間層內(nèi)空氣加熱。

（c）被加熱的空氣依靠熱壓經(jīng)上下風口與室內(nèi)空氣對流，使室溫上升;受熱的墻體傳熱至內(nèi)墻面，夜晚以輻射和對流的方式向室內(nèi)供熱。

3.3? 附加陽光間式

附加陽光間式是指在建筑南側(cè)采用玻璃等透光材料建造的能夠封閉的空間的采暖方式。空間內(nèi)的溫度會因溫室效應而升高，該空間既可以對建筑的房間提供熱量，又可以作為一個緩沖區(qū)，減少房間熱損失。陽光間附加在房間南側(cè)，通過墻體將房間與陽光間隔開，墻上開有門窗。陽光間的南墻或屋面為玻璃或其他透明材料。陽光間受到太陽照射而升溫，白天可向室內(nèi)供熱，晚上可作為房間的保溫層。

附加陽光間式被動式太陽房的集熱及熱利用過程如下：

（a）在帶南窗的采暖房間外用玻璃等透明材料圍合成一定的空間。

（b）陽光透過大面積透光外罩，加熱陽光間空氣，并照射到地面、墻面上，使其吸收和儲存一部分熱能;一部分陽光可直接射入采暖房間。

（c）靠熱壓經(jīng)上下風口與室內(nèi)空氣循環(huán)對流，使室溫上升;受熱的墻體傳熱至內(nèi)墻面，夜晚以輻射和對流的方式向室內(nèi)供熱。

3.4? 蓄熱屋頂式

蓄熱屋頂式是指利用設(shè)置在建筑屋面上的集熱蓄熱材料，白天吸熱，晚上通過頂棚向室內(nèi)放熱的屋頂?shù)牟膳绞?。蓄熱屋頂也稱屋頂淺池，有兩種應用方式。其中一種是在屋頂建造淺水池，利用淺水池集熱蓄熱，而后通過屋面板向室內(nèi)傳熱;另一種是由充滿水的黑色袋子“覆蓋屋面”。

蓄熱屋頂式的集熱及熱利用過程如下：

（a）冬季采暖季節(jié)，晴天白天打開蓋板，將蓄熱體暴露在陽光下，吸收熱量;晚上蓋上隔熱板保溫，使白天吸收了太陽能的蓄熱體釋放熱量，并以輻射和對流的形式傳到室內(nèi)。

（b）夏天白天蓋上隔熱板，阻止太陽能通過屋頂向室內(nèi)傳遞熱量，夜間移去隔熱板，利用天空輻射、長波輻射和對流換熱等自然傳熱過程降低屋頂池內(nèi)蓄熱體的溫度從而達到夏天降溫的目的。

4? 各類型的特點及適用范圍

4.1? 直接受益式

直接受益式構(gòu)造簡單，施工、管理及維修方便;室內(nèi)光照好，便于建筑外形處理;晴天時升溫快，白天室溫高，但日夜波動幅度大。主要適用于白天使用的房間，如辦公室、學校教室等。

4.2? 集熱蓄熱墻式

集熱蓄熱墻式構(gòu)造較直接受益式復雜，清理及維修稍困難;晴天時室內(nèi)升溫較直接受益式緩慢，但由于蓄熱墻體可在夜晚持續(xù)向室內(nèi)供熱，日夜波動幅度小，室內(nèi)溫度較為均勻。主要適用于全天及主要為夜間使用的房間，如臥室等。

4.3? 附加陽光間式

附加陽光間式材料用量大、造價較高，但清理、維修較為方便;陽光間內(nèi)晴天時溫升快、溫度高，但日夜溫差大，需組織好氣流循環(huán)，向室內(nèi)供熱，否則易產(chǎn)生白天過熱現(xiàn)象。主要可用作具有觀賞、娛樂、休息等多功能的溫室，也可作為冬季室內(nèi)外空間的緩沖區(qū)。

4.4? 蓄熱屋頂式

屋頂蓄熱式對系統(tǒng)中部分構(gòu)造有一定要求，如隔熱板的熱阻需足夠大，封裝蓄熱材料的容器需密閉良好;不受結(jié)構(gòu)和方位的限制，室溫較為均勻，也不影響室內(nèi)的布制。主要適用于冬季不太寒冷、夏季較熱的低緯度地區(qū)。

5? 結(jié)語

現(xiàn)階段，隨著太陽能產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，被動式太陽房技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)過程中得到廣泛應用。被動式太陽房技術(shù)應用過程中要從應用區(qū)域、施工難以程度、運行維護、使用壽命等方面綜合考慮來原則應用類型，另外，要進一步完善被動式太陽房的相關(guān)標準、圖集、完善的施工驗收及維護技術(shù)規(guī)程等。