作者 大衛·庫奇塔

位于德國埃斯林根-澤爾的被動式太陽能住宅區。

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本文内容

• 被動式太陽能加熱的工作原理
• 被動式太陽能采暖的局限性
• 被動式太陽能技術展望

被動式太陽能加熱家庭不需要太陽能電池闆來加熱或冷卻。相反，用于加熱和冷卻房屋的能量直接來自天窗和窗戶的太陽。然後，其中一些能量存儲在建築物的牆壁和地闆上，以便在夜間和較冷的月份使用。

通過良好的隔熱和通風，适當的材料以及周到的家居設計和選址，可以部分或在某些情況下完全降低供暖和制冷成本。被動式太陽能與由太陽能供電的空氣源熱泵配合使用，可以幫助房主實現淨零加熱和冷卻。

被動式太陽能加熱房屋的關鍵優點之一是它的被動程度。一旦被動式太陽能供暖系統的元素被創建出來，家庭就會安靜地自行加熱，幾乎沒有人為幹預。以下是一些重要的注意事項。

最便宜的能源形式是你從不使用的能量。設計被動式太陽能住宅的第一步是投資能源效率。

維護被動式太陽能房屋的關鍵是密封良好的門窗，雙層或三層玻璃窗，高效的電器和熱水器以及出色的隔熱性能。就其本身而言，隔熱良好的房屋可以節省高達20%的家庭供暖和制冷成本。密封的房屋也是更清潔的房屋，對空氣和噪音污染物，害蟲，病毒和細菌的抵抗力更強。

在北半球，朝南的窗戶在不受樹木、多層建築或其他建築物遮擋的情況下可以最大程度地暴露在陽光下。（與鄰居合作，在太陽能地役權上增加您的陽光照射。對于加熱，建議在中午陽光直射六小時。為了在溫暖的月份降溫，窗簾，遮陽篷或其他覆蓋物有助于保持房屋涼爽。

在較冷的氣候中，南方對陽光的暴露更為有限，傾斜而不是垂直的玻璃（例如在傾斜屋頂上的天窗中）被證明更有效。即使在沿海氣候中，由常規雲層覆蓋産生的漫射太陽輻射也可以提供傾斜的窗戶可以捕獲的大量熱量。

三層玻璃窗越來越普遍，特别是在新建築施工中。玻璃層之間的空間通常充滿惰性，無害的氣體，可最大限度地減少熱量損失。

經過特殊處理的窗戶還可以在寒冷天氣下将窗戶溫度提高15華氏度，從而進一步降低供暖成本。1當然，它也有助于保持窗戶和天窗的清潔。

在北方氣候中，即使在寒冷的冬季，陡峭的屋頂也會增加陽光照射。

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你不需要了解熱力學第二定律就可以知道熱量從熱流到冷。就像飓風和旋風從赤道向兩極移動一樣，暖空氣将在房屋周圍循環進入較冷的區域。

真正的被動房隻是允許熵順其自然，而不使用機械或電氣設備來循環空氣。其他設計有被動式太陽能加熱和冷卻的房屋可能使用風扇，管道和鼓風機。"熱橋"，例如由高導電性建築材料制成的牆壁，也允許熱量從一個房間傳遞到另一個房間。

空氣循環還從外部引入過濾的新鮮空氣，熱量損失（或增加）最小。适當的空氣流通對于減少冷凝和保持房屋無黴菌也很重要。

被稱為熱質量的材料，用于建造房屋的材料（如混凝土闆，磚牆，瓷磚地闆和幹牆，以及家居用品）吸收太陽的熱量，并在夜間或寒冷的月份将其釋放到房屋中。在溫暖的月份，當需要冷卻時，熱質量會吸收并儲存來自房屋内部的熱量。深色地闆或牆壁比淺色地闆或牆壁吸收更多的熱量。

熱質量是穩定房屋内部溫度的原因。與在寒冷的早晨燃燒大量燃料将室溫從63華氏度提高到69華氏度的家庭不同，被動式太陽能房屋中的房間溫度波動較小。當然，将室溫升高或降低一度比将室溫降低六度要節能得多，因此将房屋保持在穩定的溫度範圍内使用的能量要少得多。

被動式太陽能加熱房屋内的溫度既取決于進入的太陽輻射量，也取決于外部溫度。陽光明媚的冬日在室内可能比春末的陰天更溫暖。同樣，早春的晴天在室内可能比盛夏的陰天更熱。

熱量控制有助于緩和這些差異：屋頂上的百葉窗通風口可以散發多餘的熱量，而朝南暴露的窗戶上的涼棚或遮陽篷可以提供季節性遮陽。同樣，用作隐私籬笆的高大灌木可以阻擋冬季的風。智能規劃意味着這些控制措施中的大多數都是自我調節的，幾乎不需要人為幹預。

雖然被動式太陽能加熱和冷卻在某些地方比其他地方效果更好，但其效率和簡單性意味着它在比預期更多的地方工作。不過，還是有限制的。

被動式太陽能房屋的工作原理是保持舒适的生活空間，而不是按需提供即時熱量。雖然在黃金地段設計良好的房屋有時隻能依靠被動式太陽能供暖，但大多數被動式太陽能系統充當基本負荷供暖，而機械系統（熱泵，電熱，木爐等）用于按需提供熱量。

與房地産中的所有事物一樣，位置很重要。雖然在北緯地區冬季為房屋供暖可能需要補充供暖，但在南緯地區的夏季為房屋供暖可能需要補充供暖。建築設計需要适應氣候。

然而，在北緯地區，房屋往往有傾斜的屋頂，這增加了它們對天空圓頂上部太陽輻射的暴露。形狀像倒V形的屋頂可以比平坦的屋頂捕捉到更多的直射陽光。2

建造或改造建築物可能很昂貴，但并不像人們想象的那麼多。建造一個新的被動式太陽能房屋僅占建設成本的3%至5%。在美國，每年建造140萬套新房，因此被動式太陽能供暖和制冷總是有很大的潛在市場。

由于被動式太陽能加熱房屋的大部分好處都來自建築物的設計和施工，因此為被動式太陽能改造房屋比從頭開始更難（也更昂貴）。

投資回報來自減少供暖和制冷費用，具體取決于建築物獲得的陽光照射量以及供暖和制冷價格的經常變化。在北方氣候下，經過改造的建築将能耗降低了45%，投資回報率僅為7.7年。3在南方氣候下，新家的能耗降低了30%，投資回收期為10至13年。

無論哪種情況，長期利益都超過了成本。

用于支持被動式太陽能加熱的技術不斷改進，包括新的玻璃材料，玻璃工藝，更有效的隔熱，測量太陽輻射，窗戶性能和能源使用的數字工具，使規劃和設計成功的被動式太陽能供暖系統變得更加容易。進入淨零家庭變得越來越容易。