4.4 被动式太阳房设计

4.4.1 太阳房的最好朝向是正南，条件不许可时，应将朝向限制在南偏东或偏西30°以内，偏角再大会影响集热。太阳房和相邻建筑间要留有足够的间距，以保证在冬季阳光不被遮挡，也不应有其他阻挡阳光的障碍物。
4.4.2 本条摘自现行国家标准《被动式太阳房热工技术条件和测试方法》GB/T15405-2006第4.1.4条，对被动式太阳房的建筑间距提出了限定。
4.4.3 从节能的角度考虑，太阳房的形体宜为东西轴为长轴的长方体，平面短边和长边之比取1:1.5～1:4。房屋净高不宜低于2.8m，进深在满足使用的条件下不要太大，不超过层高2倍时可获得比较满意的节能率。
4.4.4 被动式太阳房的出入口应采取防冷风侵入的措施，如设置双层门、两道门或门斗。门斗应避免直通室温要求较高的主要房间，最好通向室温要求不高的辅助房间或过道。
4.4.5 被动式太阳房的基本设计原则是一个多，一个少。也就是说，冬季要吸收尽可能多的阳光热量进入建筑物，而从建筑内部向外部环境散失的热量要尽可能少。被动式太阳房应有两个特点：一是南向立面有大面积的玻璃透光集热面；二是房屋围护结构有极好的保温和蓄热性能。目前应用最普遍的蓄热建筑材料包括密度较大的砖、石、混凝土和土坯等。在炎热的夏季，有良好保温性能的热惰性围护结构也能在白天阻滞热量传到室内，并通过合理的组织通风，使夜间的室外冷空气流进室内，冷却围护结构内表面，延缓室内温度的上升。
4.4.6 本条摘自现行国家标准《被动式太阳房热工技术条件和测试方法》GB/T15405-2006第4.3.5条，对用于集热的透光材料特性进行了规定。
4.4.7 夏季太阳辐射量加大，为防止夏季过热，可利用挑檐作为遮阳措施。挑檐伸出宽度应考虑满足冬、夏季的需要，原则上，严寒和寒冷地区首先满足冬季南向集热面不被遮挡，夏季较热地区应重视遮阳。在庭院里搭设季节性藤类植物或种植落叶树木是最好的遮阳方式，夏季可遮阳，冬季落叶后又不会遮挡阳光。
4.4.8 被动式太阳房随着窗户面积的增大，夜间通过窗户散失的热量也会增大，因此要采用夜间保温措施。目前有在外窗内侧设置双扇木板的做法，也可采用保温窗帘，如由一层或多层镀铝聚酯薄膜和其他织物一起组成的复合保温窗帘。
4.4.9 被动式太阳房的三种基本集热方式具有各自的特点和适用性。直接受益式太阳房是利用建筑南向透光面直接供暖，即阳光透过南窗直接投入房间内，由室内墙面和地面吸收转换成热能后，通过热辐射对室内空气进行加热。附加阳光间式太阳房是将阳光间附在建筑的朝南方向，房屋南墙作为间墙（公共墙）将阳光间与室内空间分隔开来，利用附加阳光间收集太阳热辐射进行供暖。集热蓄热墙式太阳房是在南墙外侧加设透光玻璃组成集热蓄热墙，透光玻璃与墙体之间留有60mm～100mm厚的空气层，并设有上下风口及活门，利用集热蓄热墙收集、吸收太阳热辐射进行供暖。直接受益式或附加阳光间式太阳房白天升温快，昼夜温差大，因而适用于在白天使用的房间，如起居室。集热蓄热墙白天升温慢，夜间降温也慢，昼夜温差小，因而适用于主要在夜间使用的房间。
4.4.10 气候寒冷的地区由于夜间通过外窗的热损失占很大比例，因此宜采用双层玻璃，经济条件好的可选用低辐射LOW-E玻璃。
4.4.11 附加阳光间是实体墙与直接受益式太阳房的混合变形。附加阳光间增加了地面部分为蓄热体，同时减少了温度波动和眩光。采用阳光间集热时，要根据设定的太阳能节能率确定集热负荷系数，选取合理的玻璃层数和夜间保温装置。阳光间进深加大，将会减少进入室内的热量，本身热损失加大。当进深为1.2m时，对太阳能利用率的影响系数为85%左右。阳光间的玻璃不宜直接落地，以免加大热损失，建议高出地面0.3m～0.5m。
4.4.12 集热蓄热墙式是对直接受益式的一种改进，在玻璃与它所供暖的房间之间设置了蓄热体。与直接受益式比较，由于其良好的蓄热能力，室内的温度波动较小，热舒适性较好。但是集热蓄热墙系统构造较复杂，系统效率取决于集热蓄热墙体的蓄热能力、是否设置通风口以及外表面玻璃的热工性能。经过分析计算，在总辐射强度  ＞300W/m²时，有通风孔的实体墙式太阳房效率最高，其效率较无通风孔的实体墙式太阳房高出一倍以上。集热效率的大小随风口面积与空气间层断面面积的比值的增大略有增加，适宜比值为0.8左右。集热表面的玻璃以透光系数和保温性能同时俱佳为最优选择，因此，单层低辐射玻璃是最佳选择，其次是单框双玻窗。集热墙体的蓄热量取决于面积与厚度，一般居室墙体面积变化不大，因此，对厚度做以下推荐：当采用砖墙时，可取240mm或370mm，混凝土墙可取300mm，土坯墙可取200mm～300mm。
4.4.13 在利用太阳能被动供暖的房间中，为了营造良好的室内热环境，需要注意两点：一是设置足够的蓄热体，防止室内温度过大波动；二是蓄热体应尽量布置在能受阳光直接照射的地方。参考国外经验，单位集热窗面积，宜设置3倍以上面积的蓄热体。
4.4.14 被动式太阳房获取太阳热能主要靠南向集热窗，而它既是得热部件，又是失热部件，要通过计算分析来确定开窗面积和窗的热工性能，使其在冬季进入室内的热量大于其向外散失的热量。
    南向窗的选取需要同时考虑太阳透光系数及保温热阻。确定建筑围护结构传热系数的限值时，不仅要考虑节能率，也要从工程实际的角度考虑可行性及合理性。建筑围护结构的热工性能直接影响到居住建筑供暖和空调降温的负荷与能耗，应予以严格控制。当不能满足本条规定限值要求时，需要进行节能性能计算，确定开窗面积和窗的热工性能，使其在冬季进入室内的热量大于其向外散失的热量。