被动式太阳房

二、被动式太阳房

在无辅助热源的情况下，被动式太阳房比普通住房冬季可提高室内温度8℃以上，室内外温差达到15℃；夏季可降低室温2~3℃，造价仅增加10%~15%，且能收到很好的节能保温效果。因其造价低廉、构造简单、管理方便、不需要动力，深受人们的欢迎。

如图7-37所示，将一道外墙外面涂成黑色，实墙外面再用一层或两层玻璃加以覆盖。将墙设计成集热器而同时又是储热器。室内冷空气由墙体下部入口进入集热器，被加热后又由上部出口进入室内进行采暖。当无太阳能时，可将墙体上、下通道关闭，室内只靠墙体以辐射和对流方式不断地加热室内空气。从太阳能热利用的角度，被动式太阳房有以下几种形式。

1.直接受益式

式是被动式太阳房中最简单也是最常用的一种，如图7-38所示。它是利用南窗直接接受太阳能辐射。太阳辐射通过窗户直接射到室内地面、墙壁及其他物体上，使它们表面温度升高，通过自然对流换热，用部分能量加热室内空气，另一部分能量则贮存在地面、墙壁等物体内部，使室内温度维持到一定水平。

由于直接受益式被动式太阳房热效率较高，但室温波动较大，因此，使用于白天要求升温快的房间或只是白天使用的房间，如教室、办公室、住宅的起居室等。如果窗户有较好的保温措施，也可以用于住宅的卧室等房间。

图7-38　直接受益式工作原理

2.集热蓄热墙式

最早的著名蓄热墙就是法国的特朗勃墙，这是间接受益太阳能采暖系统的一种（图7-39）。太阳光照射到南向、外面有玻璃的深黑色蓄热墙体上，蓄热墙吸收太阳的辐射热后、通过传导把热量传到墙内一侧，再以对流和热辐射方式向室内供热。另外，在玻璃和墙体的夹层中，被加热的空气上升，由墙上部的通气孔向室内送热，而室内的冷空气则由墙下部的通气孔进入夹层，如此形成向室内输送热风的对流循环。以上是冬天工作的情况。夏天，关闭墙上部的通风孔，室内热空气随设在墙外上端的排气孔排出·使室内得到通风，达到降温的效果。

另一种形式是在玻璃后面设置一道“水墙”，如图7-40所示。与特朗勃墙不同之处是墙上不需要开进气口与排气口。“水墙”表面吸收热量后，由于对流作用，吸收的热量很快地在整个“水墙”内部传播。然后由“水墙”内壁通过辐射和对流，把墙中的热量传到室内。

图7-39　集热-蓄热墙式工作原理

图7-40　利用“水墙”的被动式太阳能采暖系统

3.附加阳光间式

“综合式被动太阳房”是指附加在房屋南面的温室，即可用于新建的太阳房，又可在改建的旧房上附加上去。实际它是直接受益式（南向的温室部分）和集热一蓄热墙式（后面有集热墙的房间）两种形式的综合（如图7-41）。由于温室效应，使室内有效获热量增加，同时减小室温波动。温室可做生活间，也可作为阳光走廊或门斗，温室中种植蔬菜和花草、美化环境增加经济收益，缩短回收年限。附加温室外观立面增加了建筑的造型美、热效率略高于集热一蓄热墙式。

图7-41　综合式被动太阳房工作原理

附加阳光间式被动式太阳房是集热蓄热墙系统的一种发展，将玻璃与墙之间的空气夹层加宽，形成一个可以使用的空间——附加阳光间。这种系统其前部阳光间的工作原理和直接受益式系统相同，后部房间的采暖方式则雷同于集热蓄热墙式。

4.贮热屋顶式

屋顶做成一个浅池（或将水装入密封的塑料袋内）式集热器，在这种设计中，屋顶不设保温层，只起承重和围护作用，池顶装一个能推拉开关的保温盖板。该系统在冬季取暖，夏季降温（图7-42）。冬季白天，打开保温板，让水（或水袋）充分吸收太阳的辐射热；晚间，关上保温板，水的热容大，可以储存较多的热量，水中的热量大部分从屋顶辐射到房间内，少量从顶棚到下面房一间进行对流散热以满足晚上室内采暖的需要。夏季白天，把屋顶保温板盖好，以隔断阳光的直射，由前一天暴露在夜间、较凉爽的水（或水袋）吸收下面室内的热量，使室温下降；晚间，打开保温盖板，借助自然对流和向凉爽的夜空进行辐射，冷却了池（水袋）内的水，又为次日白天吸收下面室内的热量做好了准备。该系统适合于南方夏季较热，冬天又十分寒冷的地区，为夏热冬冷的长江两岸地区，为一年冬夏两个季节提供冷、热源。

用屋顶作集热和储热的方法，不受结构和方位的酿制。用屋顶作室内散热面，能使室温均匀也不影响室内的布置。

图7-42　储热式屋顶工作原理

5.自然循环（热虹吸）式

自然循环被动太阳房的集热器、储热器是和建筑物分开独立设置的。它适用于建在山坡上的房屋。集热器低于房屋地面，储热器设在集热器上面，形成高差，利用流体的热对流循环，如图7-43所示。白天，太阳集热器中的空气（或水）被加热后，借助温差产生的热虹吸作用，通过风道（用水时为水管），上升到它的上部岩石储热层，热空气被岩石堆吸收热量而变冷，再流回集热器的底部，进行下一次循环。夜间，岩石储热器通过送风口向采暖房间以对流方式采暖。该类型太阳房有气体采暖和液体采暖两种，由于其结构复杂，应用受到一定的限制。

图7-43　自然循环式工作原理

以上几种类型的被动式太阳房，在实际应用中，往往是几种类型结合起来使用，称为组合式或复合式。尤以前三种形式应用在一个建筑物上更为普遍。其他还有主、被动结合在一起使用的情况。