作为我们的设计基础系列的一部分，我们正在研究建筑设计过程的许多不同方面。在这篇文章中，我们将探讨被动式太阳能设计。
什么是被动式太阳能设计?
被动式太阳能设计利用来自太阳的能量来加热和冷却生活空间，而不依赖于机械设备。该系统依靠自然传热过程的传导、对流和辐射来收集、储存和重新分配太阳能。
被动式太阳能设计考虑了建筑场地、气候和材料，以最大限度地减少能源的使用，并以太阳的运动为中心。被动系统被认为是简单的，不需要大量使用机械设备，如泵，风扇或电气控制。
被动式太阳能设计的主要原则
被动式太阳能设计的基本要素是:
集合
朝南的玻璃，阳光通过它进入建筑。在需要供暖的季节，每天早上9点到下午3点之间，光圈应朝向正南30度以内，并允许阳光直射(没有其他建筑物或树木的遮挡)。太阳在不同季节的运动路线不同，冬天的太阳比夏天的太阳低得多。如果玻璃窗朝南，在冬天，阳光将被允许穿透建筑物。
玻璃的面积取决于冬季温度的严重度、建筑大小和内部热质量。彻底的设计是必要的，以避免过热和大的温度波动。
热质量
为了吸收太阳辐射，必须有某种形式的吸收物质存在。这些材料包括混凝土、砖、石头或瓷砖。其他材料，如水和相变产品也可以使用，但砌筑更耐用，更常见。
深色更好地吸收辐射热，因此在设计太阳能被动式房屋时，它是更好的热质量选择。开云官网安全
分布
太阳热量通过对流、传导和辐射三种自然传热模式从收集和储存的地方循环到房子的不同区域。对流是通过空气或水等流体的热传递。当热在两个相互接触的物体之间移动时，就会发生传导。
辐射是通过电磁波传递能量而产生的。
控制
为了避免在温暖的月份过热，需要控制热量的增加。这是通过设计合适的屋顶悬垂、百叶窗、遮阳设备，甚至树木和景观来实现的，这些都可以提供适当的夏日阳光控制。反过来，冬季的太阳仍然能够穿透建筑物，因为在冬季的几个月里太阳的角度较低。
通风口和开口也用于通风。
被动式太阳能采暖的类型
被动式太阳能采暖设计允许建筑捕捉太阳的热量，并在太阳缺席的时候将这些热量分配到整个建筑。这为建筑创造了一个稳定舒适的室温。
每一种被动式太阳能采暖设计都有两个主要特点:朝南的玻璃和吸收、储存和分配热量的热质量。这个目标可以通过多种方式实现。
直接获得
在这种类型的系统中，阳光将通过朝南的玻璃进入房屋，并被吸收到砖石地板或墙壁的热质量中，然后吸收热量。然后在晚上和晚上，当室外温度较低时，热量慢慢地辐射回房间。为了确保这种方法有效，重要的是将热质量与外部温度隔离，否则热量可能会散发到地面或外部空气中。
间接获得
一个间接增益系统将热质量放置在朝南的窗户和生活空间之间。被称为Trombe墙的砖石墙位于距离南面的玻璃窗约2.5厘米处。来自太阳的热量将通过窗户被吸收，并进入深色的砖石墙。当室内温度低于墙壁表面温度时，热量通过砖石墙传播并辐射到生活空间。
位于储热墙顶部和底部的通风口将允许热量在墙和玻璃之间对流到生活空间。
隔离增益(太阳空间)
最常见的隔离增益系统是太阳空间。该空间将有一个高热质量的地板和一个将太阳空间与生活空间分开的墙，生活空间也是高储热空间。阳光空间的南向部分将全部采用玻璃。该空间将在白天被加热，储存的热量可以在晚上和晚上辐射到生活空间。如果白天阳光空间变得太热，可开窗的自然通风可以提供冷却。
被动式太阳能冷却
在设计被动式太阳能住宅时，重要的是要考虑夏季舒适性和冬季舒适性。开云官网安全必须考虑选址、当地气候条件、遮阳和风力条件。
在最简单的形式中，被动式太阳能冷却元件可以包括任何朝南窗户上的悬垂或遮阳装置，遮阳树，热质量和交叉通风策略。
阴影
遮阳装置将为玻璃区域提供保护，在温暖的月份减少眩光和太阳热量的增加，但在冬季仍然允许阳光穿透建筑。有许多类型的遮阳，它们的有效性取决于它们的形式和方向，以及一天中的时间和一年中的季节与太阳高度和方位角的关系。
由于日出和日落时的太阳水平较低，在朝东或朝西的窗户上使用悬挑或遮阳装置将相对无效。被动式太阳能设计的目标是尽量减少朝东和朝西的窗户，如果冷却是特别关注的问题。
热质量
热质量可用于被动冷却，在温暖的月份吸收热量以调节内部温度。热质量将在白天吸收热量，并在夜间使用通风冷却，准备第二天再次吸收热量。
自然通风
在室内温度高于室外温度的气候条件下，自然通风是一种适宜的降温方式。气候研究将提出自然通风系统的最佳方法。窗户需要安装在面对盛行风的墙壁上，并在对面的墙上，以创造一个交叉通风。
对流冷却是另一种选择，它将夜间冷空气从室外引入，将室内的热空气排出。为了使这一策略有效，发泄部位是关键。建筑背风面(远离风的一面)的高层通风口将允许热空气逸出，而朝向风的一面的低层通风口将引入冷空气进入建筑。
书籍推荐和参考:
清方济-建筑画报
清方济-建筑画报对于建筑专业的学生来说，这是一个真正重要的资源，对于任何一本来自Francis Ching的书来说都是如此。强烈推荐。
网络资源:
https://www.wbdg.org/resources/daylighting
https://www.wbdg.org/resources/sun-control-and-shading-devices
https://www.energy.gov/energysaver/energy-efficient-开云官网安全home-design/passive-solar-home-design
https://greenpassivesolar.com/passive-solar/
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从我们的设计基础的帖子:
Solarei架构,
亲爱的联系,
我对在日本建造被动式太阳能房屋很感兴趣。
在被动式太阳能设计的网站上从未提到的是管道。
房子里的管道是怎么铺设的?
1)如果在保温层以上的混凝土中，则需要混凝土板的深度，否则太薄会产生裂缝。
2)如果管道在地板下方，即位于隔热层上的混凝土板上方，则
阳光直射不会照射到结构楼板混凝土板上。它更像是一个没有“太阳能”的被动式房屋。
3)对于屋内的管道，它们是否有很好的隔热，以防止冷凝(冰冷的水进入温暖的房子)?
我正在和我的建筑师争论地板下安装管道的问题，他从来没有听说过“被动式太阳能”。
或者从来没有想过建造一个“被动”的房子。我要求在作为房间地板的结构基础下进行隔热，我能够得到他的同意(这在日本从未听说过，我是一个疯狂的女人)。但现在他断言，他将在上面再建一层作为居住空间，以便为管道腾出地下空间(另一块混凝土板)。这层下面没有隔热层，但有管道。
我想听听你的意见(一般来说，关于被动式太阳能设计原则)。因为在所有的努力之后，我觉得这可能违背了被动式太阳能设计原则，特别是当他说引入外部空气循环以在地下空间通风时。所有被楼板吸收的直射阳光的热量都会逃逸到楼板下面的空间!我们正处于设计的关键时刻，需要了解被动式太阳能设计的建筑师的帮助。如果你能给我启发或提供参考，我将不胜感激。非常感谢。
问候,Yukiko