主動式太陽能與被動式太陽能

太陽房

太陽房利用的物理原理是溫室效應，溫室效應就是波長較短的太陽輻射能順利透過而波長較長的熱輻射被阻擋或吸收的現象，玻璃和某些透明材料以及二氧化碳、甲烷等氣體就具有這種效應。因此我們可以用玻璃等透明材料為頂作成溫室，讓屬於短波輻射的太陽光透過而阻擋室內的長波輻射，這樣進入室內的能量就大於向室外散發的能量，室內溫度也就大於室外溫度。

太陽房一般分為被動式太陽房和主動式太陽房，被動式太陽房不需要安裝複雜的太陽能集熱器，更不用循環動力設備，完全依靠建築結構造成的吸熱、隔熱、保溫、通風等特性來達到冬暖夏涼的目的。按太陽能的採集方式不同可分為直接受益式、集熱蓄熱牆式、蓄熱屋頂式、溫室蓄熱牆式和對流蓄熱綜合式五種基本類型。

主動式太陽房是在被動式太陽房的基礎上以太陽能集熱器代替常規鍋爐作為熱源的一種環保型節能建築。

1.主動式太陽能採暖系統

通常太陽能集熱器作為主動式太陽能集熱採暖系統的熱源。太陽能集熱採暖系統可以用空氣或水作為熱媒。因此存在太陽能熱風集熱式採暖系統和太陽能熱水集熱式採暖系統。

太陽能熱風集熱器可用作採暖系統熱源。在屋面上朝南方向布置太陽能空氣集熱器，被加熱的空氣通過儲熱層後由風機送入房間。太陽能集熱器也可以配備其他輔助熱源，並設置控制調節裝置，根據送風溫度確定輔助熱源的投入比例。

太陽能熱水集熱式採暖系統

太陽能熱水集熱器既可以提供衛生熱水，還可以用作低溫熱水地板輻射採暖的熱源。

太陽能熱水集熱式地板輻射採暖兼生活熱水供應系統。該系統在屋頂設置太陽能熱水器，系統包括集熱器循環水泵、蓄熱水箱、供熱水箱、採暖循環水泵、輔助熱源、輔助熱源熱水循環泵、輔助加熱換熱器和地板輻射採暖盤管等。太陽能熱水器中的熱水流過地板採暖盤管向房間供熱，返回蓄熱水箱後由集熱循環水泵送到太陽集熱器重新加熱；夜間或陰天太陽能不足時則由輔助熱源加熱系統保證室內採暖和生活熱水需求。

太陽能熱水集熱器也可以與建築圍護結構融合一體，例如在工程中的太陽能全玻璃真空集熱管幕牆生活熱水系統。

2.被動式太陽能

太陽能採暖的應用形式之一是被動式太陽房，即依靠建築圍護結構本身來完成吸熱、蓄熱、放熱功能的採暖系統。被動式太陽房的外圍護結構應具有較大的熱阻，室內要有足夠的熱重質材料，如磚石、混凝土或相變蓄能材料，以保持房屋有足夠的蓄熱性能。在冬季被動式太陽房日間通過建築圍護結構吸收並存儲太陽能，夜間建築圍護結構放出存儲熱量滿足室內需要。被動式太陽房技術可以降低冬季的採暖負荷，甚至在無需其他輔助採暖方式時即可滿足室內環境的要求。

我國在70年代開始發展被動式太陽房，90年代進入推廣應用階段，2002年建築面積估計達1000多萬平方米。但是利用太陽能採暖的建築面積比例仍然非常小，該項技術仍有待進一步的開發、應用和推廣。

按照房間採集太陽能方式的不同，被動式太陽房可分為如下幾類：

①直接受益式。冬季陽光在通過較大面積的南向玻璃窗后，直接照射到蓄熱能力較大的室內地面、牆面和傢具上，這些材料日間吸收並存儲大部分的太陽能，夜間逐漸釋放，使房間在晚上仍能維持一定的溫度。由於南向窗戶面積較大，這種形式的太陽房應配置保溫窗帘，並具有良好的保溫性能和密封性能以減少熱量損失。窗戶還應設置遮陽板，以遮擋夏季陽光進入室內。

②集熱蓄熱牆式。這種形式的被動式太陽房是由透光玻璃罩和蓄熱牆體構成，中間留有空氣層，牆體上下部位設有通向室內的風口。日間利用南向集熱蓄熱牆體吸收穿過玻璃罩的陽光，牆體會吸收並傳入一定的熱量，同時夾層內空氣受熱后成為熱空氣通過風口進入室內；夜間集熱蓄熱牆體的熱量會逐漸傳入室內。集熱蓄熱牆體的外表面塗成黑色或某種深色，以便有效地吸收陽光。為防止夜間熱量散失，玻璃外側應設置保溫窗帘和保溫板。集熱蓄熱牆體可分為實體式集熱蓄熱牆、花格式集熱蓄熱牆、水牆式集熱蓄熱牆、相變材料集熱蓄熱牆和快速集熱牆等形式。

③附加陽光間式。陽光間附建在主體房屋的南側，其圍護結構全部或部分由玻璃等透光材料構成，地面做成蓄熱體。日間陽光間得到太陽光輻射而被加熱，其內部溫度始終高於外環境溫度，熱量通過與主體房間相鄰的公共牆上的門、窗傳入主體房間室內。陽光間既可以在白天供給主體房間熱量，又可在夜間作為緩衝區，減少房間熱量損失。

④蓄熱屋頂池式。屋頂池式太陽房兼有冬季採暖和夏季降溫兩種功能，適用於冬季不太寒冷、夏季較熱的地區。該被動式太陽房將作為蓄熱體的裝滿水的密封塑料袋置於屋頂頂棚之上，並在其上面設置可水平開閉的保溫蓋板。冬季日間晴天時，將保溫蓋板打開，讓水袋充分吸收並存儲太陽輻射熱，部分熱量通過輻射和對流傳至下面房間。夜間則關閉保溫板，防止向外的熱量損失。夏季保溫蓋板的啟閉情況與冬季相反，在白天關閉保溫蓋板以減少向室內環境的傳入熱量，同時用較低溫度的水袋吸收下面房間的熱量，從而降低室內溫度；夜間則打開保溫蓋板使水袋向外界環境放出熱量。

⑤對流環式。該種形式的被動式太陽房利用房間南向的集熱器集熱，然後將熱量輸送到設置在地板下面的蓄熱體中，蓄熱體的熱量通過地板傳入室內。