选用被动式太阳能采暖技术研究27851.pdf

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1、 1 选用被动式太阳能采暖技术研究 被动式太阳能采暖技术是通过对建筑朝向和周围环境的合理布置、内部空间与外部形体的巧妙处理以及建筑材料和结构的恰当选择，无须使用机械动力，利用太阳能使建筑物具有一定的采暖功能的技术。截至 2004 年底，中国北方农村地区被动式太阳房的建筑面积约为1800 万 m2（罗云俊.中国可再生能源法出台的背景及影响,第八届科博会中国能源战略高层论坛会刊,北京,2005），依据辽宁省大连农村被动式太阳房实测结果，即按每年可节省冬季采暖用煤 50%、通常平均每户家庭冬季采暖用煤 3吨左右进行推算的话，每年节约折合标准煤 27 万吨。据德国等欧洲国家的被动式太阳房的节能效果统计

2、，相对于传统建筑，被动式太阳能建筑可节约冬季采暖能耗达 90%被动式太阳能采暖技术的 3 大要素为：集热、蓄热和保温。重质墙（混凝土、石块等）良好的蓄热性能，可以抑制夜间或阴雨天室温的波动。按太阳能利用的方式进行分类，其形式主要有以下几种：1）直接受益式；2）集热蓄热墙式；3）附加阳光间式；4）组合式等。直接受益式 直接受益式太阳房是被动式采暖技术 2 中最简单的一种形式，也是最接近普通房屋的形式，其示意图见图 3-39。具有大面积玻璃窗的南向房间都可以看成是直接受益式太阳房。在冬季，太阳光通过大玻璃窗直接照射到室内的地面、墙壁和家具上，大部分太阳辐射能被其吸收并转换成热量，从而使它们的温度升

3、高；少部分太阳辐射能被反射到室内的其他表面，再次进行太阳辐射能的吸收、反射过程。温度升高后的地面、墙壁和家具，一部分热量以对流和辐射的方式加热室内的空气，以达到采暖的目的；另一部分热量则储存在地板和墙体内，到夜间再逐渐释放出来，使室内继续保持一定的温度。为了减小房间全天的室温波动，墙体应采用具有较好蓄热性能的重质材料，例如：石块、混凝土、土坯等。另外，窗户应具有较好的密封性能，并配备保温窗帘（何梓年.太阳能热利用与建筑结合技术讲座（五）被动式太阳房.No.5,2005:84-86）。直接受益式太阳房窗墙比的合理选择至关重要。加大窗墙比一方面会使房间的太阳辐射得热增加，另一方面也增加了室内外的热

4、量交换。民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）中规定，窗户面积不宜过大，南向不宜超过 0.35。但这是指室内通过采暖装置维持较高的室温状态时的要求。当主要依靠太阳能采 3 暖，室温相对较低时（约 14），加大南向窗墙比到0.5左右可获得更好的室内热状态。图 3-39 直接受益式太阳房示意图 集热蓄热墙式 C，冬季高9 集热蓄热墙是由法国科学家特朗勃（Trombe）最先设计出来的，因此也称为特朗勃墙。特朗勃墙是由朝南的重质墙体与相隔一定距离的玻璃盖板组成。在冬季，太阳光透过玻璃盖板被表面涂成黑色的重质墙体吸收并储存起来，墙体带有上下两个风口使室内空气通过特朗勃墙被加热，形成热循环流动。玻璃盖板

5、和空气层抑制了墙体所吸收的辐射热向外的散失。重质墙体将吸收的辐射热以导热的方式向室内传递，冬季采暖过程的工作原理如图 3-40（a）-（b）所示。但另一方面，冬季的集热蓄热效果越好，夏季越容易出现过热问题。目前采取的办法是利用集热蓄热墙体进行被动式通风，即在玻璃盖板上侧设置风口，通过如图 3-40（c）-(d)所示的空气流动带走室内热量。另外利用夜间天空冷辐射使集热蓄热墙体蓄冷或在空气间层内设置遮阳卷帘，在一定程度上也能起到降温的作用。通过对位于辽宁省大连农村地区采用集热蓄热墙的被动式太阳房进行实测，表明太阳房室内温度在夏季比对比房 4 低 5 C。图3-40 集热蓄热墙式太阳房采暖降温过程示

6、意图 附加阳光间式及组合式 附加阳光间实际上就是在房屋主体南面附加的一个玻璃温室，见图 3-41。从某种意义上说，附加阳光间被动式太阳房是直接受益式（南向的温室）和集热蓄热墙式（后面带集热蓄热墙的房间）的组合形式。该集热蓄热墙将附加阳光间与房屋主体隔开，墙上一般开设有门、窗或通风口，太阳光通过附加阳光间的玻璃后，投射在房屋主体的集热蓄热墙上。由于温室效应的作用，附加阳光间内的温度总是比室外温度高。因此，附加阳光间不仅可以给房屋主体提供更多的热量，而且可以作为一个缓冲区，减少房屋主体的热损失。冬季的白天，当附加阳光间内的温度高于相邻房屋主体的温度 5 时，通过开门、开窗或打开通风口，将附加阳光间内的热量通过对流的方式传入相邻的房间，其余时间则关闭门、窗或通风口。组合式是多种被动式采暖技术组合而成，不同形式互为补充，以获得更好的采暖效果。在我国，目前被动式太阳能采暖技术（被动式太阳房）主要应用在农村地区，作为北方农村地区节能的三个重要途径（沼气、太阳房、节能灶炕）之一，得到了较为广泛的应用。但是，由于缺乏专业的施工队伍、相关的科学数据及良好的维护管理，使得这项技术的应用缺乏科学的指导。国家“十一五”期间已加大投入进行太阳能与建筑集成技术的研究开发，其研究成果将会对被动式采暖降温技术在广大农村地区更加科学合理的应用提供参考依据。