1、,学习情境四,被动式太阳房的施工、运行与维护,使学生掌握被动式太阳房的分类和特点，掌握被动式太阳房原理、施工和调试的方法，提高被动式太阳房热效率。,学习目标,一、太阳房的原理与类型 （一）原理当通过屋顶最高处的玻璃板时，空气温度被大幅度抬升，将通气层内的热空气吸过来聚焦到热气通道里，然后通过控制箱送到地板下面贮存起来，并从靠墙的地板风口流出来，太阳下山后，风扇会自动停止转动，控制箱内的风门会自动关闭，避免室外的冷空气流入室内，贮存在地板下的热量也慢慢释放出来，使室温下降速度减慢，使房屋尽可能多的吸收并保存太阳能，从而达到取暖的效果。 （二）类型主动太阳房、被动太阳房、热泵式太阳能采暖系统 1.
2、主动太阳房组成：主动式太阳房一般由集热器、传热流体、蓄热器、控制系统及适当的辅助能源系统构成。,2.被动式太阳房被动式太阳房是指靠冬季太阳高度角低的自然特点，以房屋结构本身实现集热、储热和释热功能的采暖建筑，从本质上说，它是强调利用太阳能的节能建筑。 特点：1）不需要安装复杂的太阳能集热器2）不用循环动力设备3）简易可行、造价低 缺点：1）人为的主动调节性差2）遇上连续坏天气时，可能要采用一些辅助能源补助3）早、中、晚室内温差很大 分类：直接受益式、集热蓄热墙式、附加温室（阳光间）式、利用屋顶进行集热和储热式、自然循环（热虹吸）式,3.热泵式太阳能采暖系统 （1）热泵 A.概念热泵是一种反向使
3、用的制冷机。它的热能大部分是来自周围环境，只有一部分是由电能转变而成。以花费少量电能作为代价，将低温环境的热能转移到温度较高的环境中，因此称为热泵。,制冷介质通过压缩机而升压和升温。进入冷凝器将热量放出，高压气体凝结成高压液体。然后通过节流阀，成为低压液体进入蒸发器，液体吸收热量迅速蒸发成为低压气体，再进入压缩机形成周而复始的循环。,热泵性能好坏以消耗每单位机械功对高温区所能供给的热量为衡量，它的性能系数可用下式表示：在理想循环（卡诺循环）中，此性能系数与温度差成反比：,（2）太阳能热泵采暖系统太阳能热泵采暖系统时利用集热器进行太阳能低温集热（1020），然后通过热泵，将热量传递到温度为305
4、0的采暖热媒中去。 A.直接式太阳能热泵将太阳集热器作为热泵系统中的蒸发器，换热器作为冷凝器，这样，就可以得到较高温度的采暖热媒，这种采暖系统叫做直接式太阳能热泵。,B.间接式太阳能热泵太阳能集热器与热泵联合组成，叫做间接式太阳能热泵。,二、被动式太阳房的几种主要形式,（一）直接受益式右图是直接受益式太阳房的集热、储热和释热过程。 从图中可以看出，太阳 光穿过南向窗直接射入 室内，加热室内空气、 内墙和地面。当夜晚房 间室温开始下降时，储 存在墙体和地面的热量 释放出来，使室内温度 维持在一定的水平，达 到供暖目的。,（二）集热蓄热墙式集热蓄热墙式太阳房通常是在南向设有带玻璃外罩的集热墙。,（
5、三）附加温室（阳光间）式 这种太阳房是在南墙外再设一个阳光空间。,（四）利用屋顶进行集热和储热式,（五）自然循环（热虹吸）式,三、被动式太阳房的设计 （一）建筑设计的一般原则 1.位置建造太阳房的场地应选择在冬至日上午9时至下午3时能接收到大部分阳光的地方。在确定建房精确位置时，须结合室外空间布局，并将太阳房建在这块空间的北部。太阳房在南面房屋之间应保持一定间距，以确保冬季不挡光为原则。 2.形状和方位 1）平面形状,2）立面形状 A.对于面积不大，房间不多的太阳房，常采用平面屋顶或坡屋顶。 B.对于面积大、房间多的太阳房，若东西向发展受限制，可从平面组合 和温度分区需要出发，将一些主要房间沿
6、南墙布置，而将附属房间沿北墙布置。 3）方位和朝向以正南为标准，在南偏东15、南偏西15的范围内都是较好地朝向。 4）尽量增加太阳能集热器在结构抗震和安全允许的条件下，从增大太阳能集热量考虑，应加大南窗和集热墙的面积；避免南向遮挡阳光；房间进深不宜过深，最好不超过5m；采用含铁量低、透过率高的玻璃。,5）太阳房北侧 A.首先要做好北墙自身的围护保温 B.尽可能降低北侧房间的屋高，把横剖面设计成向北侧地面倾斜的坡面形式。这样不但可使太阳房北侧热损失减少，同时也缩短了冬季房屋投下的阴影。 C.可在庭院北侧修建挡风墙，还可在北墙外侧堆起斜土台。 （二）建筑构件设计 1.集热形式的选择 A.直接受益式
7、建筑结构简单，热效率较高，适用于要求白天温升较快的房间和白天使用较多的房间，如起居室、教室、办公室等，如果保温隔热做得好，也可用于住宅居室。 B.集热蓄热墙式和附加阳光间式相对温升比较平缓，造价较高，因此常和直接受益式配合使用。,2.南向窗（墙）设计要点 （1）直接受益式南向受益窗的面积应足够大，应能满足采暖期60%80%的热量要求。试验表明，南向窗墙比的加大有利于降低采暖能耗，这说明南向外窗是净得热构件。在建筑结构允许的条件下应尽量加大。不同气候条件西安南窗面积的设计可参加下表。,A.南窗玻璃层数推荐采用双玻璃设计，以降低夜间或无日照时的热量损失。采暖季不同月份不同玻璃层数的平均窗效率见下表
8、。双层玻璃间空气层厚度应控制在1.52cm，窗墙结合部和开启窗周边应采取密封措施，为防止冬季热量散失或夏季过热，应设计保温帘、百叶帘、竹板帘等。,（2）集热蓄热墙式 A.面积：集热蓄热墙面积取决于气候条件、地理纬度和南立面结构。下表给出不同气候条件下集热蓄热墙面积估算表。设计的集热蓄热墙面积应能满足采暖期60%80%的热能需求。,B.厚度集热蓄热墙体厚度如下表。表中所列数值适于冬季晴朗天气，而且玻璃采用双层。如采用混合型设计，采用砖作为集热墙体，可取一砖长（24cm）作为集热蓄热墙体。C.集热墙外表面处理墙体外表面涂料颜色宜采用深色，采用选择性吸收涂层更好。有些地区为加快墙体对流传热速率，还在
9、实体墙外增加一层金属板，有的表面涂黑可增加得热量；有的做成百叶式，一面涂黑漆，一面涂白漆，可在不同季节调节得热量。,D.上下通风口尺寸设置上下通风口可以增加对流传热，提高系统的性能。如学校和公共建筑，希望白天温度高些，风口面积相应大些，一般上下风口面积可取集热墙面积的3%，住宅可取集热墙面积的1%，为防止夜间逆循环应制作风门，且便于开启和关闭。此外，为增强保温隔热性能，应设计保温板或保温帘。 （3）附加温室式 A.外型构造附加温室可以突出在建筑外，也可以凹入建筑物内。,B.温室面积 温室进深不宜太大，宽度一般可取0.61.5m。附加温室设计应能满足采暖期60%80%采暖热量需求。夜间也应采取保
10、温措施，夏季应注意遮阳，避免室温过热。下图为附加温室太阳房热量的传递的方式。,（4）夏季遮阳为了使南向窗在冬季能获得尽量多的太阳辐射，而在夏季避免过多的太阳辐射进入室内，造成夏季室内过热，需要在南向窗上部设置水平遮阳装置。房檐挑出的长度，应使冬季入射光能够射入室内，夏季能够挡住全部直射光，如图所示。注意窗不要开到遮檐的底部，因为窗顶一般是接收不到阳光的，开到遮檐底部的窗，只能增加热损失。所以在窗顶和窗下可留出5的余地。正南向檐长可由下式计算：偏离正南时：,下图为夏至日正午和冬至日时阳光射入情况。此外，在建筑物的南面种植落叶树、藤蔓植物，夏天遮阳光，冬季叶落不影响窗的采光，可起到自然调节阳光的作
11、用。高寒地区由于只有严寒而无酷暑，设计太阳房时檐口不需遮阳。,3.围护结构设计要点 （1）墙体我国农村普通建筑的外墙保温性能普遍较差，热阻普遍较低。因此，必须采取适当的保温隔热措施，以加大墙体的热阻。,太阳能建筑墙体可直接做成保温复合墙体。,（2）门和窗一般建筑物门窗的散热量占到房屋总散热量的40%50%。为降低散热量，设计门的位置时，应尽量避开冬季风的侵袭，并注意门的开启方向应做到背风不迎风。非南向的窗是净失热构件，因此，设计时在满足必要采光和通风条件下，应尽可能小，并采用双层玻璃。下表给出了主要围护构件的热损失系数。,（3）屋面和地面屋面是太阳能建筑失热面积最大的部位，因此，在设计是应根据
12、地区气候特点，是其热阻值大于围护结构的外墙。太阳能建筑的地面时集热蓄热的重要部件，可设计成保温地面，保温地面除按常规做好防水、防潮外，应特别注意房屋外墙基础两侧地下450600mm深度范围内的防潮、隔热处理。,综上所述，被动式太阳房的建筑设计要想获得成功，必须满足一下四项基本原则： A.太阳房应具有一个良好的绝热外壳； B.太阳房的南向设有足够大的玻璃窗，以吸收较多的太阳辐射能； C.室内应布置尽可能多的蓄热体，把收集到的热量储存、积蓄起来； D.主要采暖房间应紧靠南墙，次要的非采暖房间布置在北侧和东西两侧。 注意：当收集、储存的热量不足以抵御寒冷时，还要有辅助热源加以补充，从而实现冬季采暖的
13、目的。,四、太阳房构件的制作 （一）外墙外保温复合墙体的制作,1.外墙外保温墙体的主要优点 （1）外保温材料对主体结构有保护作用，室外气候条件引起墙体内部较大的温度变化，发生在外保温层内，避免内部的主体结构产生大的温度变化，使热应力减少，寿命延长。 （2）有利于消除或减弱热桥的影响。 （3）主体结构有很高的经济效益。虽然外保温每平方米造价比内保温要高一些，但由于比内保温墙体增加了使用面积1.8%2%，实际上是降低了单位使用面积的造价，加上节约能源及改善热环境等好处，总的效益是十分显著的。,2.外保温墙体的制作 （1）施工环境温度应不低于5，雨天禁止施工。 （2）墙体基层应平整、坚实、清洁、不得
14、有油污或空鼓现象。墙体平整度应5mm。 （3）保温层施工中，保温隔热板的粘接应符合材料使用要求。采用复合硅酸盐硬质保温板是，宜从墙面顶部或底部开始，用粘接砂浆直接依次粘贴，并设置好变形缝。上下板材料之间相互靠紧，错缝粘贴。砂浆应搅拌均匀，涂抹在保温隔热板底面上，粘贴时必须保证牢固、无空鼓、表面平整，保温板材可根据现场需求任意切割、打孔，较大缝隙处可用复合硅酸盐材料填充。,（4）制作保温层要在保温隔热板表面抹抗裂砂浆，厚度23mm，随即敷压网格布，再用12mm抗裂砂浆抹压在网格布上。网格布之间应相互搭接，搭接宽度为5060mm，网格布应粘贴平顺、无皱折、脱层及漏贴等，门窗洞口处网格布应向内包边，
15、宽度应60mm，保护层表面应用木砂板搓实。保护层施工完毕应养护3天后，用膨胀保温钉加固，先用电钻打孔，然后埋设膨胀螺栓，埋设间距可根据实际要求确定。 （二）保温门窗 1.保温门 为了加强保温，应在门内部填以轻质高效 保温材料。如聚苯板、岩棉板等做成的保 温门。,2.门斗设置防寒门斗的设置，首先要考虑门的朝向。我国北方不少建筑为了充分利用南向房间，把外门朝向北开。因此，在加设门斗时，应将门斗的入口转折90朝东，以避开冬天的北向和西北向风，减少寒风吹袭。其次，还要考虑门斗的尺寸大小。门斗后面应至少有1.21.8m的空间，以便出入；对于出门后有转折的门斗，其尺寸还应考虑大件家具出入的需要；此外，门斗应该密封良好，以便起到避风防寒作用。,（3）门底与窗边密封门底和窗边往往是保温的薄弱环节。做好门底密封与窗边密封很有必要，更何况太阳房获得的能量有限。 （4）双层玻璃窗双层玻璃窗的保温性能比单层窗要好得多，其原因主要是因为在两层玻璃之间形成了一个密封的空气间层，这个空气间层具有较大的热阻，因而使得窗户具有较好的保温性能。从保温的角度看，20mm厚的空气间层的热阻相当于单层玻璃热阻的40多倍，由此可见，具有一定厚度、密闭良好的空气间层，是双层玻璃窗保温性能好的关键。,
