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主动式太阳能与被动式太阳能

2022-11-06 09:32:21 2748

摘要:太阳房太阳房利用的物理原理是温室效应,温室效应就是波长较短的太阳辐射能顺利透过而波长较长的热辐射被阻挡或吸收的现象,玻璃和某些透明材料以及二氧化碳、甲烷等气体就具有这种效应。因此我们可以用玻璃等透明材料为顶作成温室,让属于短波辐射的太阳光透...

太阳房

太阳房利用的物理原理是温室效应,温室效应就是波长较短的太阳辐射能顺利透过而波长较长的热辐射被阻挡或吸收的现象,玻璃和某些透明材料以及二氧化碳、甲烷等气体就具有这种效应。因此我们可以用玻璃等透明材料为顶作成温室,让属于短波辐射的太阳光透过而阻挡室内的长波辐射,这样进入室内的能量就大于向室外散发的能量,室内温度也就大于室外温度。

太阳房一般分为被动式太阳房和主动式太阳房,被动式太阳房不需要安装复杂的太阳能集热器,更不用循环动力设备,完全依靠建筑结构造成的吸热、隔热、保温、通风等特性来达到冬暖夏凉的目的。按太阳能的采集方式不同可分为直接受益式、集热蓄热墙式、蓄热屋顶式、温室蓄热墙式和对流蓄热综合式五种基本类型。

主动式太阳房是在被动式太阳房的基础上以太阳能集热器代替常规锅炉作为热源的一种环保型节能建筑。

1.主动式太阳能采暖系统

通常太阳能集热器作为主动式太阳能集热采暖系统的热源。太阳能集热采暖系统可以用空气或水作为热媒。因此存在太阳能热风集热式采暖系统和太阳能热水集热式采暖系统。

太阳能热风集热器可用作采暖系统热源。在屋面上朝南方向布置太阳能空气集热器,被加热的空气通过储热层后由风机送入房间。太阳能集热器也可以配备其他辅助热源,并设置控制调节装置,根据送风温度确定辅助热源的投入比例。

太阳能热水集热式采暖系统

太阳能热水集热器既可以提供卫生热水,还可以用作低温热水地板辐射采暖的热源。

太阳能热水集热式地板辐射采暖兼生活热水供应系统。该系统在屋顶设置太阳能热水器,系统包括集热器循环水泵、蓄热水箱、供热水箱、采暖循环水泵、辅助热源、辅助热源热水循环泵、辅助加热换热器和地板辐射采暖盘管等。太阳能热水器中的热水流过地板采暖盘管向房间供热,返回蓄热水箱后由集热循环水泵送到太阳集热器重新加热;夜间或阴天太阳能不足时则由辅助热源加热系统保证室内采暖和生活热水需求。

太阳能热水集热器也可以与建筑围护结构融合一体,例如在工程中的太阳能全玻璃真空集热管幕墙生活热水系统。

2.被动式太阳能

太阳能采暖的应用形式之一是被动式太阳房,即依靠建筑围护结构本身来完成吸热、蓄热、放热功能的采暖系统。被动式太阳房的外围护结构应具有较大的热阻,室内要有足够的热重质材料,如砖石、混凝土或相变蓄能材料,以保持房屋有足够的蓄热性能。在冬季被动式太阳房日间通过建筑围护结构吸收并存储太阳能,夜间建筑围护结构放出存储热量满足室内需要。被动式太阳房技术可以降低冬季的采暖负荷,甚至在无需其他辅助采暖方式时即可满足室内环境的要求。

我国在70年代开始发展被动式太阳房,90年代进入推广应用阶段,2002年建筑面积估计达1000多万平方米。但是利用太阳能采暖的建筑面积比例仍然非常小,该项技术仍有待进一步的开发、应用和推广。

按照房间采集太阳能方式的不同,被动式太阳房可分为如下几类:

①直接受益式。冬季阳光在通过较大面积的南向玻璃窗后,直接照射到蓄热能力较大的室内地面、墙面和家具上,这些材料日间吸收并存储大部分的太阳能,夜间逐渐释放,使房间在晚上仍能维持一定的温度。由于南向窗户面积较大,这种形式的太阳房应配置保温窗帘,并具有良好的保温性能和密封性能以减少热量损失。窗户还应设置遮阳板,以遮挡夏季阳光进入室内。

②集热蓄热墙式。这种形式的被动式太阳房是由透光玻璃罩和蓄热墙体构成,中间留有空气层,墙体上下部位设有通向室内的风口。日间利用南向集热蓄热墙体吸收穿过玻璃罩的阳光,墙体会吸收并传入一定的热量,同时夹层内空气受热后成为热空气通过风口进入室内;夜间集热蓄热墙体的热量会逐渐传入室内。集热蓄热墙体的外表面涂成黑色或某种深色,以便有效地吸收阳光。为防止夜间热量散失,玻璃外侧应设置保温窗帘和保温板。集热蓄热墙体可分为实体式集热蓄热墙、花格式集热蓄热墙、水墙式集热蓄热墙、相变材料集热蓄热墙和快速集热墙等形式。

③附加阳光间式。阳光间附建在主体房屋的南侧,其围护结构全部或部分由玻璃等透光材料构成,地面做成蓄热体。日间阳光间得到太阳光辐射而被加热,其内部温度始终高于外环境温度,热量通过与主体房间相邻的公共墙上的门、窗传入主体房间室内。阳光间既可以在白天供给主体房间热量,又可在夜间作为缓冲区,减少房间热量损失。

④蓄热屋顶池式。屋顶池式太阳房兼有冬季采暖和夏季降温两种功能,适用于冬季不太寒冷、夏季较热的地区。该被动式太阳房将作为蓄热体的装满水的密封塑料袋置于屋顶顶棚之上,并在其上面设置可水平开闭的保温盖板。冬季日间晴天时,将保温盖板打开,让水袋充分吸收并存储太阳辐射热,部分热量通过辐射和对流传至下面房间。夜间则关闭保温板,防止向外的热量损失。夏季保温盖板的启闭情况与冬季相反,在白天关闭保温盖板以减少向室内环境的传入热量,同时用较低温度的水袋吸收下面房间的热量,从而降低室内温度;夜间则打开保温盖板使水袋向外界环境放出热量。

⑤对流环式。该种形式的被动式太阳房利用房间南向的集热器集热,然后将热量输送到设置在地板下面的蓄热体中,蓄热体的热量通过地板传入室内。

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