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更节能
被动供暖技术

Visitor center, Zion National Park

供图:DOE/NREL,Robb Williamson

在为犹他州 Springdale 的 Zion 国家公园新建游客中心时,美国国家公园服务部选择使用了多种被动供暖和制冷功能的设计。包括太阳能吸热壁和天窗。阳光穿过发白的玻璃然后被其后的砌石厚墙直接吸收,砌石再将热量释放至建筑内部。该建筑已于 2000 年 5 月对外开放。

 

被动供暖最大限度地利用阳光。成功的被动节能房屋从选择建筑朝向开始。建筑中最长的墙应面向赤道方向,以便接收最多的光照;在南半球,墙面应朝北,而在北半球则相反。朝向赤道方向的建筑侧面应开设占侧墙面积 15% 至 20% 的窗户,使光线能到达内墙。

建筑墙体须有热质量,即,在白天墙体能够吸收太阳的热量,而在夜晚温度降低时则释放热量。可达到这种效果的材料包括石材、混凝土和砌石。这被称为直接获得热量,因为直射墙体的光线直接产生热量。

 
Overhang protects a trombe wall  


供图:美国能源部

图示显示,悬垂设计可在夏季太阳高照时保护砌石墙,而在冬季阳光以低角度照射时,光线可到达墙面使之吸热并释放到室内。

 

特别设计的外墙型式,被称为太阳能吸热壁,也有助于保存太阳热量。太阳能吸热壁是厚实的黑色砌石墙,罩有单层或双层玻璃,但不直接接触。玻璃捕捉太阳能,然后砌石墙再将其释放于整个室内空间。这一过程被称为间接获得热量。Edward Morse 在 1881 年获得了太阳能吸热壁设计专利,但直到二十世纪六十年代初,才在法国工程师 Felix Trombe 的宣传下得到普及。

不仅外墙需要有热质量。地面和内墙的砖坯、石材或混凝土材料也可吸收从窗户射入的热量。中性色至深色的裸露地面吸热效果最佳。

房屋内部的阳光间或温室可吸收大量太阳能。循环回路把热量分散至整个房屋。温室也可用于种植可食用的植物。来自阳光间的热量被称为隔离获得的热量,因其应用仅局限于一两个房间。

Trombe wall
供图:CORE

从内部来看,太阳能吸热壁(带沙发和灯具)几乎与其它砌石墙一样。但在夜晚,这种墙壁可释放白天吸收的热量。

 

 

Interiior stone structures provide thermal mass
供图:Tina Govan,建筑师

这座位于田纳西州的房屋采用石材制造立柱、墙体和地面,具有较大热质量,可吸收从南面窗户射入的阳光。

 

 

Sunroom with masonry walls
供图:美国能源部,Donald Aitken

采用砖石墙和地面结构的的日光室吸收太阳光热,并在夜晚房屋冷却时释放热量。

天窗是一排与屋顶线齐高的窗户,它们具有许多功能。可用来增加光照,减少室内照明的耗电量。建筑朝阳侧的天窗也可增加热量。

Zion National Park Visitor Center

供图:DOE/NREL,Robb Williamson

犹他州 Springdale 的 Zion 国家公园游客中心,有一座制冷塔,可将微风汇集到建筑结构内或使热量释放出去。这与中东建筑的古代空调 Badgirs 的原理相同。

房屋设计的其它方面也可帮助被动供暖。较频繁使用的房间应位于朝阳一侧,使用频率较低的房间则设于比较凉爽的一侧。开放式地面布局可使热量在所有房间内循环。

被动供暖房屋应隔热良好,这使得房屋冬暖夏凉。还有其它方法可使建筑物在炎热季节保持凉爽。其中一些方法受当地气候制约。即,在干燥气候条件下可行的方法并不一定适用于潮湿环境。


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