什么是被动太阳能供暖?它的工作原理和局限性

被动式太阳能加热家庭不需要太阳能电池板来加热或冷却。相反，用于加热和冷却房屋的能源直接来自通过天窗和窗户的太阳。其中一些能量会储存在建筑物的墙壁和地板上，在夜晚和凉爽的月份使用。

有了良好的隔热和通风，合适的材料，周到的住宅设计和选址，就有可能部分或在某些情况下，完全减少供暖和制冷成本。搭配一个空气源热泵受太阳能发电，被动式太阳能可以帮助房主达到净零供热和制冷．

被动太阳能是如何工作的

被动式太阳能供暖住宅的一个关键优点是它的被动式。一旦被动式太阳能加热系统的元素被创造出来，房屋就会自己加热，悄无声息，几乎不需要人为干预。以下是一些重要的注意事项。

能源效率

最便宜的能源形式是你从不使用的能源。设计被动式太阳能住宅的第一步是投资于能源效率。

维护被动式太阳能住宅的关键是密封良好的门窗，双层或三层玻璃窗户、高效电器和热水器，绝缘性能好。就其本身而言，一个绝缘良好的房屋可以节省高达20%的供暖和制冷成本。一个密封严密的家也是一个更干净的家，更能抵抗空气和噪音污染物，害虫，病毒和细菌。

好的选址，好的窗户

在北半球，朝南的窗户在没有树木、多层建筑或其他建筑遮挡的情况下，可以最大限度地晒太阳。(和邻居们一起做太阳能地役权以增加你在阳光下的曝光度。)在供暖方面，建议在中午进行6小时的阳光直射。在温暖的月份里，遮阳帘、遮阳篷或其他覆盖物有助于保持房子凉爽。

在气候较冷的地区，向南的阳光照射较少，事实证明倾斜玻璃比垂直玻璃(比如斜屋顶上的天窗)更有效。即使是在沿海地区，有规律的云层所产生的漫射太阳辐射也能提供大量的热量，倾斜良好的窗户可以捕捉到这些热量。

三层玻璃窗越来越普遍，尤其是在新建建筑中。玻璃层之间的空间经常被填满惰性的,无害的气体使热量损失最小化。

经过特殊处理的窗户还可以在寒冷的天气中将窗户温度提高15华氏度，进一步降低取暖成本。当然，它也有助于保持窗户和天窗的清洁。

良好的空气循环

你不需要理解热力学第二定律就知道热量从热流向冷。就像飓风和气旋从赤道向两极移动一样，温暖的空气会在房子周围循环进入较冷的地区。

真正的被动房屋只是允许熵顺其自然，而不使用机械或电子设备来循环空气。其他采用被动太阳能供暖和制冷的房屋可能会使用风扇、管道和鼓风机。“热桥”，例如由高导电性建筑材料制成的墙，也允许热量从一个房间传递到另一个房间。

空气循环也带来了过滤后的新鲜空气从外部，以最小的热量损失(或增加)。适当的空气流通对减少凝结和保持房屋无霉菌也很重要。

蓄热

被称为热质量在美国，用于建造房屋的材料(如混凝土板、砖墙、瓷砖地板和石膏板，但也包括家居家具)从太阳吸收热量，并在夜间或寒冷的月份将其释放到房屋中。在温暖的月份，当需要冷却时，热质量从室内吸收和储存热量。深色的地板或墙壁比浅色的吸收更多的热量。

热质量是稳定室内温度的因素。与那些在寒冷的早晨燃烧大量燃料将室内温度从华氏63度提高到69度的家庭不同，被动式太阳能家庭的房间温度波动较小。当然，将室温升高或降低1度要比降低6度节能得多，因此，将家里的温度保持在一个稳定的范围内消耗的能源要少得多。

温度控制

被动式太阳能加热家庭内部的温度既取决于外部温度，也取决于进入室内的太阳辐射量。一个阳光明媚的冬日在室内比晚春阴天更温暖。同样，早春的晴天在室内比盛夏的阴天更热。

热量控制有助于缓和这些差异:屋顶上的百叶通风口可以驱散多余的热量，而向南的凉棚或窗户上的遮阳篷可以提供季节性的遮阳。同样，作为隐私篱的高大灌木可以阻挡冬天的风。聪明的规划意味着这些控制大部分是自我调节的，几乎不需要人为干预。

被动式太阳能供暖的局限性

虽然被动太阳能加热和冷却在一些地方比其他地方更有效，但它的效率和简单性意味着它在更多的地方比预期有效。不过，也有限制。

持续而非立即的热量

被动太阳能住宅的工作原理是保持舒适的居住空间，而不是按需提供瞬时热量。虽然黄金地段设计良好的房屋有时只能依靠被动太阳能供暖，但大多数被动太阳能系统作为基本负荷供暖，而机械系统(热泵、电加热、木炉等)则用于按需提供热量。

位置,位置,位置

与房地产行业的一切一样，地段也很重要。在北纬地区冬季供暖可能需要补充供暖，而在南纬地区夏季供暖可能需要补充制冷。建筑设计需要适应气候。

然而，在北纬地区，房屋的屋顶往往是倾斜的，这增加了从屋顶上部照射到太阳辐射的机会。倒V形的屋顶比平屋顶能吸收更多的直射阳光。

前期成本和回报时间

建造或改造一栋大楼可能会很贵，但并没有人们想象的那么贵。建造一个新的被动式太阳能住宅只会增加3%到5%建设成本的一部分。在美国，每年建造140万套新住宅，因此被动式太阳能采暖和制冷始终有巨大的潜在市场。

由于被动式太阳能供暖住宅的大部分好处来自于建筑的设计和建造，因此将住宅改造为被动式太阳能比从零开始更困难(也更昂贵)。

投资回报来自于减少取暖和制冷费用，这取决于建筑物获得的日照量和通常变化的取暖和制冷价格。在北方气候条件下，经过改造的建筑能耗降低了45%，投资回报率只有7.7年。在较为温和的气候中，回收期为13年。

无论是哪种情况，长期收益都超过了成本。

被动式太阳能技术展望

用于支持被动太阳能加热的技术不断改进，有新的玻璃材料、玻璃工艺、更有效的绝缘、数字测量工具太阳辐射，窗口性能,能源使用使计划和设计一个成功的被动太阳能加热系统更容易。实现零能耗家庭变得越来越容易。