1、被动式太阳房技术及应用前景【摘要】 太阳能在建筑中的应用，主要包括采暖、降温、 干燥以及提供生活和生产用热水。通常，把利用太阳能采暖或降温的建筑物称为太阳房。1 被动式太阳房集热构件太阳能在建筑中的应用，主要包括采暖、降温、 干燥以及提供生活和生产用热水。通常，把利用太阳能采暖或降温的建筑物称为太阳房。按照目前国际上的惯用名称，太阳房分为主动式和被动式两大类。被动式太阳房是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，建筑内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构、构造的恰当选择， 使房屋在冬季能集取、保持、储存、分布太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题，同时在夏季也能遮蔽太阳辐射，散逸室内热量，从而
2、使建筑物降温。 被动式太阳能系统最简单的原理，就是阳光穿过建筑物的南向玻璃进入室内，经密实材料如砖、土坯、混凝土和水等吸收太阳能而转化为热量。把建筑物的主要房间布置得紧靠南向集热面和储热体，从而使这些房间被直接加热，而不需要管道和强制分布热空气的机械设备。在被动式采暖系统中，有时也采用小的风扇加强空气循环，但仅仅是次要的辅助设施，不能因此而与主动式混为一谈。 被动式太阳房是一种让阳光射进房屋，并自然的加以应用的途径，它并不需要另外附加一套采暖设备，整个建筑物本身就是一个太阳能系统。因此，它的许多构件都具有双重功能。被动式采暖太阳房建筑设计要想获得成功，必须满足下列四项基本原则： A）建筑物具有
3、一个非常有效的绝热外壳；B）南向设有足够数量的集热表面；C）室内布置尽可能多的储热体；D）主要采暖房间紧靠集热表面和储热体布置，而将次要的、非采暖房间围在它们的北面和东西两侧。2 被动式太阳能采暖设计原则被动式太阳能采暖的基本设计原则是一个多，一个少。也就是说，冬季要吸收尽可能多的阳光热量进入建筑物，而从建筑内部向外部环境散失的热量要尽可能少。所以，太阳能供暖建筑有两个特点： 1）南向立面有大面积的玻璃透光集热面；2）房屋围护结构有极好的保温性能；3 被动太阳房采暖设计原则从节能的角度考虑，太阳房的形体以接近正方体的矩形为宜，根据条件和功能要求，平面短边和长边之比取 1：1.5 至 1：4 之
4、间。三开间的做成一层为宜，四开间以上的做成二层为宜。房屋净高不低于 2.8米，进深在满足使用的条件下不宜太大，取不超过层高 2.5 倍时可获得比较满意的节能率。门窗是建筑热损失较大的部位，所以，太阳房的出入口应设防冷风措施，比如设置门斗。但应注意门斗不要直通室温要求较高的主要房间， 而应通向室温要求不高的辅助房间或过道。设在南向时，不要采用凸出建筑的外门斗，以免遮挡墙面上的阳光。太阳房非集热面朝向（东、西、北）的开窗，在满足采光要求的前提下，应限制窗面积，并加设保温窗帘、板。 4 被动式太阳能采暖设计原则太阳房的最好朝向是正南， 条件不许可时， 应将朝向限制在南偏东偏西 150 以内，偏角再大
5、会影响集热。太阳房和栋房间应该留有足够的间距，以保证在冬季阳光不被遮挡，当然也不应该有其他阻挡阳光的障碍物。以北京的单层建筑为例：保证最不利冬至日（此时的太阳高度角最低）正午前后两小时内南墙面不被遮挡的间距是 7 米。为防止夏季过热，可利用挑檐作为遮阳措施。挑檐伸出宽度应考虑满足冬、夏季的需要，原则是：寒冷地区首先满足冬季南向集热面不被遮挡，夏季较热地区应重视遮阳。以北京为例，如果集热面上缘至挑檐根部距离为 30 公分，要使最冷 1 月份集热面无遮挡的挑檐伸出宽度是50 公分。而农村地区，在庭院里搭设季节性藤类植物或种植落叶树木是最好的遮阳方式，夏季可遮阳，冬季落叶后又不会遮挡阳光；但高大树木
6、宜种植在建筑前方偏东或偏西 600 的范围以外，这样才能保证冬季不遮挡阳光。 （1）直接受益式房屋的南向立面有较大面积的玻璃窗，阳光透过玻璃窗进入房间后，直接照射到房间的地面、墙壁和家具等表面上，使其吸收大部分热量而温度升高。 被这些围护结构内表面吸收的太阳能，一部分以辐射和对流的方式在室内空间传递，加热室内空气，一部分传导入围护结构内部，然后逐渐放出热量，使房间在晚上和阴天也能保持一定的温度。窗扇的密封性要好，并且配有保温窗帘或窗扇（板） ，以防止夜间从窗户向外的热损失。此外，要求外围护结构有良好的保温性能和蓄热性能。目前应用最普遍的蓄热建筑材料包括砖石、混凝土和土坯等。在炎热的夏季，有良好
7、保温性能的热惰性的围护结构也能在白天阻滞热量传到室内，并通过合理的组织通风，使夜间的室外冷空气流进室内，冷却围护结构内表面，延缓室内温度的上升。 （2）集热墙和集热蓄热墙式在南向墙体外覆盖玻璃罩盖， 玻璃罩盖和外墙面之间形成空气夹层， 墙体上可以贴保温材料（如聚苯板或岩棉） ，玻璃罩盖后加吸热材料（如铁皮） ， 也可以不贴、不加；为区别两者，称贴有保温材料的为集热墙，未贴的为集热蓄热墙。 墙的外表面或吸热材料表面涂成黑色或其他深色，以更多地吸收阳光，墙的上、下侧可开通风孔，风口处设可开关的风门。 太阳辐射透过玻璃照射到外墙表面，使其温度升高后加热夹层空气，热空气通过风口进入房间使室温升高； 墙
8、体未贴保温材料时，被墙体吸收的太阳热量除加热夹层空气外，还有一部分热量通过墙体热传导进入室内；墙体贴有保温材料时，没有通过墙体的热传导热量，但夹层空气的温度会升得更高。 （3）附加阳光间式这种形式是在房间南侧附建一个阳光间（或称日光温室） ，阳光间的围护结构全部或部分由玻璃等透光材料做成，可以将屋顶、南墙和两面侧墙都用透光材料，也可以屋顶不透光或屋顶、侧墙都不透光，阳光间的透光面宜加设保温窗帘、板；阳光间与房间之间的公共墙上开有门、窗等空洞。阳光间得到阳光照射被加热后，热空气可通过门、窗进入室内，夜间阳光间温度高于外部环境温度，可以减少房间向外的热损失。 针对不同地区和需要，可采用不同型式。在
9、实际应用中，以上几种类型往往是结合起来使用，称之组合式或复合式。通过各地实践和测试资料表明：与同类普通房屋相比，被动式太阳能采暖建筑可以达到的节能率在 60%以上。5 被动式太阳房发展中存在的问题（1）整体上缺乏太阳能行业与建筑行业的相互配合当前，太阳能与建筑相结合已成为太阳能界和建筑界互动的新潮，但如何在建筑这个载体上更加合理充分的利用太阳能资源，使太阳能产品能够规范地与建筑相结合，已成为业内人士探讨的话题和需要研究的课题。由于整体上缺乏太阳能行业与建筑行业的相互配合，太阳能热水器、太阳能光伏发电置于建筑物之上，增加了建筑的负荷和造价，使太阳能技术孤立于建筑功能、结构、美学等因素之外，影响了
10、太阳能建筑一体化的进程。 （2）集热构件的工厂化、标准化、规模化被动式太阳能集热墙的推广利用已经历了近三十年的发展历程，积累了一定的经验，但也存在很多问题，集热构件的工厂化、标准化、规模化生产一直没有被突破，是影响太阳能建筑推广的主要原因； （3）太阳房新型建筑材料尚待进一步开发新型建筑材料的研究与发展制约了太阳房的推广。目前我国建材市场上较少看到非常适合太阳能建筑的新型保温、储热等水平高又价格低廉的建筑材料。 （4）太阳能建筑施工及施工质量问题太阳能建筑施工相对比较复杂，施工质量的好坏严重影响它的集热效果，也因此影响了它的推广利用。 （5）政策扶持力度不够政策扶持力度不够，没有一个奖惩分明的
11、有效政策，虽然媒体等积极推广宣传，但太阳能建筑的一次性投入成本相对较高，国家财政应采取相应的奖励措施，通过经济手段的介入，提高建设单位推广使用太阳能建筑的热情和积极性。 6 对被动式太阳能采暖房发展的总结（1）被动式太阳能采暖形式，适合我国现有的具体国情，与主动式相比较，就地取材，节约投资。除太阳能之外，不需要外界其他动力能源，因此，现在在我国的太阳能建筑中，绝大部分仍采用被动式采暖形式。（2）实施可持续性发展战略，是我国的基本国策。中国农村现在仍以生物质能源为主，2/3 靠柴、秸杆，煤炭供应不足。而中国的西部地区、是典型的脆弱生态环境区、且占国土面积的 80%。我国是以煤为主要能源的国家，煤
12、占能源总消费的 75.6%，75%的工业用煤做燃料和动力。65%的化工原料，85%的城市市民用燃料用煤提供。而我国煤的储量有限。根据以上几点，我国采用太阳能采暖和夏季降温，以及今后在工业生产、生活中逐步以太阳能代替部分能源，对节约能源有着极其重要的意义。大力推广太阳能代替常规能源，对减轻自然环境承载力，保障人类生存空间有着重要意义。 （3）太阳能建筑是节能建筑的最高形式，是一种新型的节能型绿色环保建筑。7 被动式太阳房在中国西部的发展方向及前景（1）被动式太阳房在中国西部的发展方向被动式太阳房是十分适合我国西部广大农村乡镇和城市的一种建筑形式，也是重要的一种节能、环保手段，受到了广大群众的认可
13、和欢迎，得到了广泛的推广。 近几年，我国经济发展迅速，广大农村也发生了很大的变化，小康型住宅的示范推广，也对太阳房的舒适度和美观等提出了更高的要求。（2）被动式太阳房在中国西部的发展前景太阳房将朝着高、中、低三个层次发展，以适应各种不同层次的需求 1）高档太阳房：以被动式和主动式太阳能采暖降温为主综合利用太阳能其他节能技术（如光伏发电、太阳能空调、地热及热泵等技术）相结合的采暖降温形式，可应用于多层和高层建筑。 2）中档太阳房：以被动式太阳能采暖为主太阳能热水器和低温地板辐射采暖，做为辅助热源解决冬季采暖。 利用地下水源、热泵作供热热源，解决冬季的采暖，可供经济较发达地区使用3）低档太阳房：以
14、被动式太阳能采暖为主，加强采光及得热并提高外围护结构的保温性能，减少热损失。适用于广大经济欠发达地区推广利用。 8 开发利用太阳能对现实经济社会可持续发展具有重大意义（1）胡总书记在参观建设节约型社会展览会时强调“节约资源是我国的一项基本国策，节约土地、能源、淡水、矿产资源，对实现经济社会可持续发展具有重大意义。我们要从贯彻落实科学发展观的高度，充分认识到节约能源资源的极端重要性和紧迫性，加强推进建设节约型社会各项工作” 。（2）我国可再生能源法和节约法的制定和实施， 进一步显示开发能源、 节约能源是关系到国计民生的大问题，是一项基本国策，能源问题直接关系到国家经济命脉，威胁到国家的稳定和安全。（3）建筑能耗在我国能源消耗中占有高达 27.5%的比例，随着人民生活的不断提高，建筑的采暖、制冷、热水以及电力等建筑能耗不断增加，因此开发太阳能建筑是一个功在当代，利在千秋的伟大事业。（4）一个有责任感的政府和企业均应支持和尽可能地开发利用太阳能资源，使其成为取之不尽、用之不竭的无污染清洁能源更快更多地造福于人类。
