被動(dòng)式太陽房使用管理：小康家園建設(shè)篇

出版說明

1.農(nóng)村推廣太陽能建筑是實(shí)施節(jié)能建筑最有效的措施

2.被動(dòng)式太陽房的機(jī)種類型

3.被動(dòng)式太陽房構(gòu)件

4.農(nóng)業(yè)太陽房需增加輔助熱源

5.被動(dòng)式太陽房的使用與管理

本套書系緊緊圍繞建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的內(nèi)涵，在內(nèi)容上，分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新技術(shù)、新型農(nóng)民培訓(xùn)、鄉(xiāng)村民主管理、農(nóng)村政策法律、農(nóng)村能源環(huán)境、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)、小康家園建設(shè)、鄉(xiāng)村文化生活、農(nóng)村衛(wèi)生保健、鄉(xiāng)村幼兒教育等板塊；在出版形式上，將手冊(cè)式、問答式、圖說式與掛圖、光盤相結(jié)合；在運(yùn)作方式上，按社會(huì)主義新農(nóng)村發(fā)展的階段性，分期分批實(shí)施；在讀者對(duì)象上，依據(jù)廣大農(nóng)村讀者的文化水平和閱讀習(xí)慣，分別推出適合廣大農(nóng)民、農(nóng)技人員和鄉(xiāng)村干部三個(gè)層次的讀本。整套書系內(nèi)容通俗易懂，圖文并茂，突出科學(xué)性、針對(duì)性、實(shí)用性和趣味性，力求用新技術(shù)、新內(nèi)容、新形式，開拓服務(wù)的新境界。

本冊(cè)是建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村書系之小康家園建設(shè)篇中一冊(cè)，主要講解了省柴節(jié)煤灶炕的技術(shù)知識(shí)。

國外被動(dòng)式太陽房多由建筑師自行設(shè)計(jì)和建造,已建的被動(dòng)式太陽房種類繁多，尚無統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。各種資料上對(duì)被動(dòng)式太陽房的分類方法也不相同。

如果從對(duì)太陽熱能利用的角度來區(qū)分，被動(dòng)式太陽房大致可分為下述五種典型型式：1.利用南窗直接接受太陽輻射能的被動(dòng)式太陽房（直接受益式）（右圖a,b）；2.利用南墻進(jìn)行集熱和蓄熱的被動(dòng)式太陽房（集熱蓄熱墻式（Trombe墻））（右圖c,d）；3.混合式被動(dòng)太陽房（組合式）（右圖e,f）；4.利用屋頂進(jìn)行集熱和蓄熱的被動(dòng)式太陽房（屋頂集熱蓄熱式）（右圖g）；5.利用熱虹吸作用(自然循環(huán))的被動(dòng)式太陽房（對(duì)流環(huán)路式（集熱墻式））（右圖h）。

但是應(yīng)該指出，目前被動(dòng)式太陽房主要用來解決冬季的采暖問題，很多國家對(duì)它進(jìn)行了多方面的試驗(yàn)并逐步過渡到實(shí)用階段；至于如何利用被動(dòng)技術(shù)解決夏季的降溫問題困難還比較多，尚處于探索階段。只有第四種利用屋頂進(jìn)行集熱蓄熱的型式，采取一定的措施后，才能有降溫作用 。

被動(dòng)式太陽房直接受益式

直接受益式太陽房是讓太陽光通過透光材料直接進(jìn)入室內(nèi)的采暖形式，是被動(dòng)式太陽能采暖中和普通房差別最小的一種太陽房。該類太陽房升溫快、構(gòu)造簡單、建筑形式美觀、熱效率較高、造價(jià)低且管理方便。但如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，很容易引起室溫日波動(dòng)大，白天溫度較高，晚上較低，舒適性差，輔助能耗增多；此外，白天室內(nèi)的眩光問題不容易解決，僅適用于綜合氣象因數(shù)值SDM大于20的地區(qū)。因此，直接受益式適宜建于氣候比較溫和的地區(qū)，用于寒冷地區(qū)效果較差。適用于白天要求升溫快的房間或只是白天使用的房間，如商店、學(xué)校、辦公室、住宅的起居室等。若窗戶有較好的保溫措施，也可用于住宅的臥室等房間 。

以拉薩市拉薩市直接受益式太陽房設(shè)計(jì)為例，南向窗墻面積比的提高有利于獲得較高的室內(nèi)平均溫度，但是需要注意晝夜溫差的問題。拉薩市南向房間進(jìn)深增大會(huì)引起南北向房間室內(nèi)平均溫度的降低。在保證窗墻比不變的條件下，增大建筑開間不會(huì)引起室內(nèi)平均溫度的變化，但是室內(nèi)溫度波動(dòng)明顯變大。外墻保溫性能的改善能有效改進(jìn)南北向房間的室內(nèi)平均溫度。外窗熱工性能有效改善南北向房間的室內(nèi)熱環(huán)境，良好的外窗熱工性能能夠提高南北向房間室內(nèi)平均溫度，同時(shí)降低室內(nèi)溫度波動(dòng)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)良好的蓄熱性能對(duì)維持室內(nèi)熱穩(wěn)定有顯著的作用。在居住建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選擇厚重材質(zhì) 。

被動(dòng)式太陽房集熱蓄熱墻式（Trombe墻）

實(shí)體式集熱蓄熱墻式與直接受益式相比具有較好的蓄熱能力。水墻式集熱蓄熱墻運(yùn)行管理相對(duì)麻煩，我國較少采用。相變材料蓄熱墻式與水墻式的結(jié)構(gòu)形式相似，只是蓄熱物質(zhì)采用的是相變材料而不是水，目前的主要問題是相變材料的相變溫度和相變時(shí)間難以隨房間采暖需要進(jìn)行有效控制，技術(shù)未完全成熟，而且施工較復(fù)雜，造價(jià)較高，目前國內(nèi)還很少應(yīng)用?；ǜ袷郊療嵝顭釅蛯?shí)體式集熱蓄熱墻的主要區(qū)別是前者墻體上遍布了通風(fēng)孔。采用集熱蓄熱墻式被動(dòng)式太陽房室內(nèi)溫度波動(dòng)小，居住舒適，但熱效率較低，常和其他形式配合使用，可以調(diào)整集熱蓄熱墻的面積，滿足各種房間對(duì)蓄熱的不同要求，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，玻璃夾層中間易積灰，不好清理，影響集熱效果，且成本高，立面顏色較深，外形不太美觀，推廣有一定的局限性 。

集熱蓄熱墻式被動(dòng)太陽能建筑的理論研究主要包括穩(wěn)態(tài)理論研究和動(dòng)態(tài)理論研究。目前以穩(wěn)態(tài)研究居多，主要是由于穩(wěn)態(tài)理論研究在條件上可以一定程度的簡化，獲取更直觀的數(shù)學(xué)模型，便于計(jì)算。而動(dòng)態(tài)理論研究的模型計(jì)算量大，手工完成較困難，采用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬時(shí)，受外界環(huán)境因素影響明顯，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際存在較大誤差 。

目前，集熱蓄熱墻式被動(dòng)太陽能建筑的研究熱點(diǎn)主要集中在百葉式集熱蓄熱墻、多孔式集熱蓄熱墻、熱管式集熱蓄熱墻和花格式集熱蓄熱墻等類型 。

百葉式集熱蓄熱墻是在傳統(tǒng)Trombe墻的空氣夾層懸掛可翻轉(zhuǎn)的百葉窗簾，如圖2所示。窗簾的葉片一面涂有高吸收率涂層，一面涂有高反射率涂層。視覺效果上，百葉式集熱蓄熱墻使建筑外墻更加美觀，同時(shí)，任意角度翻轉(zhuǎn)可提高墻體的集熱效果。運(yùn)行原理是：夏季，關(guān)閉室內(nèi)出風(fēng)口，開啟室內(nèi)進(jìn)風(fēng)口和室外出風(fēng)口，將涂有高反射率涂層的百葉窗簾葉片外翻，提高可見光的反射率，減少南墻得熱量，防止室內(nèi)溫度過高，如圖2a所示；冬季白天，關(guān)閉室外出風(fēng)口，開啟室內(nèi)進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，將涂有高吸收率涂層的葉片外翻，提高太陽輻射吸收率，通過對(duì)流和導(dǎo)熱的方式將熱量傳送至室內(nèi)，提高室內(nèi)溫度，如圖2b所示；夜間，關(guān)閉室內(nèi)進(jìn)、出風(fēng)口，閉合的百葉簾將空氣夾層分為兩個(gè)空氣窄層，抑制對(duì)流，增加墻體熱阻，降低室內(nèi)向室外環(huán)境損失的熱量，減少室內(nèi)溫度下降速率，如圖2c所示。

多孔式集熱蓄熱墻主要有兩種形式：一是在集熱蓄熱墻內(nèi)添加多孔介質(zhì)；二是在南墻外表面安裝涂有選擇性涂層的多孔金屬板。多孔式集熱蓄熱墻能夠最大限度地將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱后的空氣在浮升力和風(fēng)機(jī)作用下流入室內(nèi)，提高室內(nèi)溫度，同時(shí)置換室內(nèi)空氣，起到通風(fēng)換氣的作用 。

熱管式集熱蓄熱墻是將熱管布置在被動(dòng)式太陽能墻體中用于供暖，具有傳熱速度快、熱能利用率高等特點(diǎn)。其工作原理為：在蒸發(fā)段，工作液吸熱后由液態(tài)轉(zhuǎn)為蒸汽態(tài)，在壓力差作用下通過內(nèi)腔進(jìn)入冷凝段，將熱量傳遞給冷源，并凝固為液態(tài)；在重力作用下工作液回流至蒸發(fā)段，進(jìn)而完成熱量的傳遞 。

被動(dòng)式太陽房屋頂集熱蓄熱式

屋頂集熱蓄熱式有兩種設(shè)計(jì)方案，即使用充滿水的塑料袋或相變儲(chǔ)熱材料。這種太陽房在冬季采暖負(fù)荷不高而夏季又需要降溫的情況下使用比較適宜。但由于屋頂需要有較強(qiáng)的承載能力，隔熱蓋的操作也比較麻煩，目前實(shí)際中應(yīng)用較少 。

集熱蓄熱屋頂是將平屋頂或坡屋頂?shù)哪舷蚱旅孀龀杉療嵝顭釅π问?，其主要結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)依次為：玻璃蓋板，空氣夾層、涂有吸熱材料且開有通風(fēng)孔的重質(zhì)屋頂。目前，南向集熱蓄熱墻主要依靠熱壓作用帶動(dòng)空氣循環(huán)流動(dòng)加熱室內(nèi)空氣。但由于屋頂豎向高差較小，熱壓作用不明顯，為克服上述缺點(diǎn)并改善對(duì)流換熱性能，在出風(fēng)口位置安裝小型軸流風(fēng)機(jī)，使夾層空氣在玻璃蓋板和重質(zhì)屋頂之間以強(qiáng)迫對(duì)流的方式進(jìn)行流動(dòng)，提高供熱效率。集熱蓄熱屋頂太陽房物理模型如圖所示 。

被動(dòng)式太陽房附加陽光間式

與集熱蓄熱墻式相比，附加陽光間增加了地面作為集熱蓄熱體；與直接受益式相比，附加陽光間式的采暖房間溫度波動(dòng)和眩光程度得到有效降低。陽光間不僅起到了減少風(fēng)沙侵入、集熱保溫的作用，而且還可以作為白天休息活動(dòng)場所和溫室花房，容易和整個(gè)建筑融為一體。這種太陽房適用于民用住宅，越來越受到人們的重視，成為一種適合村鎮(zhèn)地區(qū)建設(shè)的被動(dòng)式太陽房。附加陽光間式被動(dòng)式太陽房一般與直接受益式配合使用，但投資較高，不易采取保溫措施，可用于有條件的起居室門廳、公共建筑的大廳等房間，不宜大面積采用 。

附加陽光間式太陽房是由直接受益式和儲(chǔ)熱墻相結(jié)合的太陽房形式。建筑物由被儲(chǔ)熱墻隔開的兩個(gè)受熱區(qū)域組成：一是直接受益式陽光間，一是間接被加熱的空間。陽光透過玻璃窗一部分直接照射在采暖房間，一部分被陽光間的地面和公共墻吸收，通過熱空氣循環(huán)和熱傳導(dǎo)進(jìn)入采暖房間，起到太陽能供暖作用。由于陽光間的設(shè)計(jì)易和整個(gè)房屋的建筑設(shè)計(jì)融為一體，因此這種太陽房越來越受到人們的關(guān)注 。

被動(dòng)式太陽房對(duì)流環(huán)路式（集熱墻式）

對(duì)流環(huán)路式集熱墻接受陽光后升溫較快，白天向室內(nèi)供熱較多，較適合于白天使用的房間，如教室、辦公室、醫(yī)院門診部等。對(duì)流環(huán)路卵石床蓄熱式（熱虹吸式）太陽房性能很好，但投資較大，目前也較少應(yīng)用 。

集熱墻式太陽房的采暖效果好壞由熱對(duì)流現(xiàn)象的好壞來決定，而熱對(duì)流的好壞則由集熱氣隙中空氣上下兩端的溫差和空氣流動(dòng)的阻力來決定。所以，在設(shè)計(jì)中可以有以下幾條原則：1.盡量增加集熱墻高度，以增大空氣的溫差。2.在結(jié)構(gòu)允許條件下，盡可能使上、下對(duì)流化分別設(shè)置在集熱墻的最頂端和最下端。3.上、下對(duì)流口的總面積應(yīng)相等。除此之外，太陽房的氣隙厚薄，集熱墻厚度和對(duì)流孔尺寸等主要結(jié)構(gòu)參數(shù)尚須根據(jù)外界條件來具體確定 。

被動(dòng)式太陽房組合式

以上幾種基本類型都有各自的獨(dú)特之處。通常把由兩個(gè)或兩個(gè)以上被動(dòng)式基本類型組合而成的系統(tǒng)稱為組合式系統(tǒng)。不同的采暖方式結(jié)合使用，就可形成互為補(bǔ)充、更為有效的被動(dòng)式太陽能采暖系統(tǒng) 。

目前，太陽能利用系統(tǒng)的研究日益深化，為今后太陽房的建造開辟了更廣闊的前景。如美國麻省理工學(xué)院新型被動(dòng)式太陽能建筑、熱二極管集熱板等 。

內(nèi)容介紹

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