常见被动式太阳房技术类型探讨

徐向飞 杨欣炜 朱宝旭

摘    要：本文介绍了被动房的定义、被动房的分类、各类被动房的基本原理和优缺点，通过被动式太阳房技术应用情况阐述了被动房的使用范围及运行过程中的注意事项。

关键词：被动房;基本原理;注意事项

1  被动式太阳房的简介

被动式太阳房是指不借助机械装置，冬季直接利用太阳能进行采暖、夏季采用遮阳散热的房屋。在寒冷地区，冬季太阳高度较低，可以将建筑本身设计成一个太阳能集热器，通过建筑设计把高效隔热材料、透光材料、储能材料等有机地集成在一起，同时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，从而使建筑物降温。被动式太阳房不需要机械设备和动力，以区别于主动式太阳房。

2  被动式太阳房的优点

被动式太阳房的集热及贮热方式主要是利用建筑物的围护结构墙或窗，或是比较简单的平板装置作为集热器，能够由人随意控制，其构造可不用复杂机械设备及复杂的管道通风系统;造价较低，太阳房的工程造价仅比普通工程造价增加12%左右，容易被人们接受;维护管理方便，不需要专业技术人员维护管理。

3  被动式太阳房的分类及基本原理

3.1  直接受益式

直接受益式是指太阳辐射直接通过玻璃或其他透光材料进入需采暖房间的采暖方式。在北半球阳光通过南向窗玻璃直接进入房间，被室内地板、墙壁、家具等吸收后转变为热能，为房间供暖。

直接受益式的集热及热利用过程如下：

（a）采暖房间开设大面积南向玻璃窗，晴天时阳光直接射入室内，使室温上升。

（b）射入室内的阳光照射到地面、墙面上，使其吸收并蓄存一部分热量。

（c）夜晚室外降温时，将保温帘或保温窗扇关闭，此时储存在地板和墙内的热量开始释放，使室温维持在一定水平。

3.2  集热蓄热墙式

集热蓄热墙式是指利用建筑南向垂直的集热蓄热墙面吸收穿过玻璃或其他透光材料的太阳辐射热，然后通过传导、辐射及对流的方式将热量送到室内的采暖方式。集热蓄热墙又称特朗勃墙，在南向外墙除窗户以外的墙面上覆盖玻璃，墙表面涂成黑色，在墙的上下部位留有通风口，使热风自然对流循环，把热量交换到室内。一部分热量通过传导送到墙的内表面，然后以辐射和对流的形式向室内供热;另一部分热量加热玻璃与墙体间夹层内的空气，热空气由墙体上部的风口向室内供热。室内冷空气由墙体下部风口进入墙外的夹层，再由太阳加热进入室内，如此反复循环，向室内供热。

集热蓄热墙式的集热及热利用过程如下：

（a）在采暖房间南向外墙上设置带玻璃外罩的吸热墙体，晴天时接受阳光的照射。

（b）阳光透过玻璃外罩照到墙体表面使其升温，并将间层内空气加热。

（c）被加热的空气依靠热压经上下风口与室内空气对流，使室温上升;受热的墙体传热至内墙面，夜晚以辐射和对流的方式向室内供热。

3.3  附加阳光间式

附加阳光间式是指在建筑南侧采用玻璃等透光材料建造的能够封闭的空间的采暖方式。空间内的温度会因温室效应而升高，该空间既可以对建筑的房间提供热量，又可以作为一个缓冲区，减少房间热损失。阳光间附加在房间南侧，通过墙体将房间与阳光间隔开，墙上开有门窗。阳光间的南墙或屋面为玻璃或其他透明材料。阳光间受到太阳照射而升温，白天可向室内供热，晚上可作为房间的保温层。

附加阳光间式被动式太阳房的集热及热利用过程如下：

（a）在带南窗的采暖房间外用玻璃等透明材料围合成一定的空间。

（b）阳光透过大面积透光外罩，加热阳光间空气，并照射到地面、墙面上，使其吸收和储存一部分热能;一部分阳光可直接射入采暖房间。

（c）靠热压经上下风口与室内空气循环对流，使室温上升;受热的墙体传热至内墙面，夜晚以辐射和对流的方式向室内供热。

3.4  蓄热屋顶式

蓄热屋顶式是指利用设置在建筑屋面上的集热蓄热材料，白天吸热，晚上通过顶棚向室内放热的屋顶的采暖方式。蓄热屋顶也称屋顶浅池，有两种应用方式。其中一种是在屋顶建造浅水池，利用淺水池集热蓄热，而后通过屋面板向室内传热;另一种是由充满水的黑色袋子“覆盖屋面”。

蓄热屋顶式的集热及热利用过程如下：

（a）冬季采暖季节，晴天白天打开盖板，将蓄热体暴露在阳光下，吸收热量;晚上盖上隔热板保温，使白天吸收了太阳能的蓄热体释放热量，并以辐射和对流的形式传到室内。

（b）夏天白天盖上隔热板，阻止太阳能通过屋顶向室内传递热量，夜间移去隔热板，利用天空辐射、长波辐射和对流换热等自然传热过程降低屋顶池内蓄热体的温度从而达到夏天降温的目的。

4  各类型的特点及适用范围

4.1  直接受益式

直接受益式构造简单，施工、管理及维修方便;室内光照好，便于建筑外形处理;晴天时升温快，白天室温高，但日夜波动幅度大。主要适用于白天使用的房间，如办公室、学校教室等。

4.2  集热蓄热墙式

集热蓄热墙式构造较直接受益式复杂，清理及维修稍困难;晴天时室内升温较直接受益式缓慢，但由于蓄热墙体可在夜晚持续向室内供热，日夜波动幅度小，室内温度较为均匀。主要适用于全天及主要为夜间使用的房间，如卧室等。

4.3  附加阳光间式

附加阳光间式材料用量大、造价较高，但清理、维修较为方便;阳光间内晴天时温升快、温度高，但日夜温差大，需组织好气流循环，向室内供热，否则易产生白天过热现象。主要可用作具有观赏、娱乐、休息等多功能的温室，也可作为冬季室内外空间的缓冲区。

4.4  蓄热屋顶式

屋顶蓄热式对系统中部分构造有一定要求，如隔热板的热阻需足够大，封装蓄热材料的容器需密闭良好;不受结构和方位的限制，室温较为均匀，也不影响室内的布制。主要适用于冬季不太寒冷、夏季较热的低纬度地区。

5  结语

现阶段，随着太阳能产业的不断发展，被动式太阳房技术在新农村建设过程中得到广泛应用。被动式太阳房技术应用过程中要从应用区域、施工难以程度、运行维护、使用寿命等方面综合考虑来原则应用类型，另外，要进一步完善被动式太阳房的相关标准、图集、完善的施工验收及维护技术规程等。