图片来源:绿色能源时代
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每个人都喜欢被动式太阳能设计。早在20世纪70年代，“被动式太阳能”是寒冷气候建筑商必不可少的第一步。与需要泵、风扇和电子控制的复杂的“主动太阳能”方案相比，这种方法被认为具有明显的优势。
虽然“被动式太阳能房”的定义早在20世纪80年代就已经确立，但沃尔夫冈·费斯特在20世纪90年代就把水搅浑了，当时他决定把他的新超级绝缘指南称为“被动式太阳能房标准”。从那灾难性的一天起，记者和业主/建筑商就把被动式太阳能设计原则与来自德国的Feist超级绝缘标准混淆了。
然而，与其关注被动式太阳能设计原则和被动式太阳能屋标准之间的混淆，我更愿意回到被动式太阳能运动的全盛时期——20世纪70年代，来确定被动式太阳能设计师所支持的原始原则。一旦确定了这些原则，我们将研究其中有多少经受住了时间的考验。
以下是寒冷气候下被动式太阳能设计的五个基本原则:
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28日评论
低热质量太阳空间
感谢你以平衡、理性、非教条的方式整理问题、非问题、神话和真相!这对很多人都很有用。
最近有一种重新思考被动式太阳能设计的不同方式被反复讨论和测试，那就是一个低热质量的太阳空间，它与房屋绝缘，但通过可操作的通风口连接，通常有风扇(我知道风扇不是被动式的)。这个想法是让低热质量的空间在晚上和阴天变得寒冷，与房子隔绝。在阳光明媚的日子里，由于热质量低，它很快就会变热，你打开通风口把热量带进房子里。在一天结束的时候，大部分收集的热量已经转移到房子里，所以你不会因为让太阳空间冷却而损失太多储存的能量。
这种想法和简单的平板太阳能空气加热器的想法之间有一个模糊的界限，区别在于低热质量的太阳空间应该足够大，在有限的几个小时内，它是一个舒适的温度。这似乎更有可能使它看起来像一个有意的美学特征，而不是一个固定的机械系统。
对于那些沉浸在20世纪70年代被动式热设计知识中的人来说，有时很难理解低热质量太阳空间的优势，但这个理论是合理的，而且已经被成功地测试过了。我所看到的大多数都是使用废弃材料的DIY项目，这些当然是划算的，因为成本接近于零。用新材料建造的专业版本似乎不太可能在成本上与目前最受欢迎的并网光伏+微型太阳能加热方式竞争，但我还没有看到任何分析。
抛开成本竞争力不考虑，对于那些对(半)被动太阳能供暖概念有情感依恋的人来说，它们也可以成为一种有用的方式，让它比20世纪70年代的经典设计更好地工作，即使它严格来说不具有成本效益。(人们出于情感原因在建筑中加入了很多其他东西，但并不要求它们具有成本效益。)
对查理·沙利文的回应
查理,
你写道，“最近有人提出了一个想法，并作为一种重新思考被动式太阳能设计的不同方式进行了测试，那就是一个低热质量的太阳空间，它与房屋绝缘，但由可操作的通风口连接，通常带有风扇。”
我被这句话中的“最近”这个词震惊了。
这是一个非常古老的想法。事实上，亚历克斯·威尔逊(Alex Wilson)曾在GBA博客上写过他在20世纪70年代建造这种太阳空间的工作;如果你想重读他2011年的博客，这里是链接:太阳空间-太阳热量和种植植物的地方．他还附上了一张20世纪70年代的经典照片，照片上是三个理想主义的嬉皮士在新墨西哥州组装这样一个阳光空间。(我将在下面附上照片)
1975年，我自己做了一个——当然，用的是我免费收集的旧窗框。我用它来种菜苗。当然，这个空间冻结了——我最终买了一个煤油空间加热器，试图让植物活着。
在一年中，这些空间是舒适的时间非常非常少。太阳不是太热就是太冷，所以你不会看到很多人面带微笑地坐在太阳下。
像你描述的那样使用，它们可以给房子增加一点热量。它们划算吗?绝对不是。在花费数千美元购买这种类型的阳光空间之前，房主应该投资大约500种其他措施。
．
该空间中每个讲座
在南侧，我们的老房子有一个隔热程度最低的门廊，有很多窗户。我们从房子通过一些外部的法式门进入。在冬天，在阳光明媚的日子里，天气很热，但我们只是打开门，让热量进入房子的其他地方。我们一整年都经常使用这个地方。当非常冷的时候，比如零下15度，它会结冰，但它永远不会冷到足以杀死我们冬天种在那里的迷迭香植物。当然，在寒冷的日子里，天气晴朗，我们通常有阳光。
我们的新房子有一个类似的房间，在有条件的空间之外，但有很好的隔热和很好的(U .25)窗户。当冬天到来的时候，我们希望它能收集阳光和热量，我们会打开房间让房子的其他部分进来。夏天真的从来没有过热过。在阳光明媚的日子里，我们只是打开窗户。当然，在缅因州，天气很少会这么热。整个夏天，我们经常使用这个房间，从来没有感到不舒服。
对Stephen Sheehy的回应
斯蒂芬,
谢谢你平衡的意见。当然，你是对的:一些阳光空间在一年中的许多天里都是舒适的。最不舒适的阳光空间有倾斜的玻璃或玻璃屋顶;最舒适的阳光空间有传统的(绝缘的)屋顶。
也就是说，投资这种类型的房间的房主应该意识到，这项投资不会是降低能源费用的一种经济有效的方式。这只是另一个房间——一个可能令人愉快，值得投资的房间(因为它提供的乐趣)，但是不可以被认为是能量特征。
如果你想幽默地看看这个房子，里面的人已经厌倦了一个不舒服的阳光房——受够了，以至于他们对倾斜的玻璃做了巨大的修改——看朝南天窗:威胁还是威胁?
回复马丁
我同意。一个阳光充足的房间应该是令人愉快的，但从能源的角度来看几乎不划算。但如果从能源输入和输出来看，大部分房子都不划算。
让我们面对现实吧。如果你只看数字，大多数房子都是糟糕的投资。
东西方向仍然很重要
东西朝向仍然很重要，不是为了被动热增益，而是为了从固定屋顶光伏板获得更高的能量。当光伏电池板的效率超过30%时，这种情况会有所减弱，但如果没有相当多的优化取向的光伏电池板，目前效率为15-22%的商品硅电池板，就很难实现净零。
回复Dana Dorsett
丹娜,
这个观点很好。这可能与被动式太阳能设计无关，但你的观点强调了一个重要的事实:如果一个建筑商想为我们的太阳能未来做准备，最重要的事情是考虑光伏阵列将安装在哪里。
查理，马丁，还有
查理，马丁，斯蒂芬，
我有一个关于低热质量太阳空间的想法，这可能是非常可行的。我仍在努力(我正在慢慢地做)。你可能不需要创造一个低热质量的空间来居住。我所做的就是利用屋顶护套下面的空间作为我的“太阳空间”。我没有尝试创建一个低(或高?)反射指数的屋顶。相反，我使用了正常的深色瓦，并将护套的下面涂成黑色。这个想法是，无论胶合板护套吸收了多少热量，都可以很容易地将热量向下再辐射。
为了补偿和控制红外辐射的低阻力路径，我在椽子下面钉了一个标准的镀铝辐射屏障。这有助于防止阁楼和生活空间过热。虽然它是不完美的，因为热旁路在椽子边缘，在椽子和辐射屏障之间没有空气空间。
在建造过程中最困难的部分是在屋顶上创建一个带有电动阻尼器的可控通风口。我放上去的第一个阻尼器坏了。可能是高温把它烤焦了。我曾经测量过那里的热量是155华氏度!也许是时候把阻尼器换成带有滑轮系统的手动阻尼器了。我现在有其他工作要做，所以这件事暂时搁置。该系统的另一部分是将辐射屏障连接到管道中，将热空气引入生活空间。它还需要一个阻尼器，但我希望这个阻尼器是电动的，而且寿命长。这个系统将需要一个风扇将空气带入生活空间。
操作思路是在供暖季节之外打开屋顶阻尼器，让屋顶在春夏秋季正常降温。通常情况下，一年只需要打开或关闭两次屋顶阻尼器，所以手动阻尼器就可以工作了。在冬天，这个阻尼器总是关闭的，但生活空间的阻尼器每天打开和关闭。当椽空间的恒温器高于75华氏度左右时，这个风门被电动打开，风扇将空气带进房子。当房子足够暖和，或者屋顶的温度下降太多时，阻尼器就会关闭。记住，屋顶没有太多的温度惯性。你必须利用它的热量。关键是你在生活空间里有足够的绝缘和密封性，以保持房子在任何温度下，并保持足够长的时间，以达到接下来几天的下一个可用的加热周期。
我认为这个想法比马丁给出的理由更有用。你不需要住在评分者之间。感谢上帝!你有整个广阔的屋顶来收集热量。
对Eric Habegger的回应
埃里克,
你正在制造一个低效的太阳能空气收集器。
您的方案具有太阳能空气收集器的所有常见缺点——最突出的是，硬件的成本超过了收集的热量的价值——还有一些额外的缺点(例如，没有玻璃会降低加热空气的温度)。
记住，你设计的让热量进入你的房子的阻尼器会泄露一点空气，这样你的精巧装置会降低你的房子的气密性。
要深入了解为什么您的投资不能产生足够的能量来证明硬件的成本，请参见太阳能热空气收集器．
最后一点:在许多气候条件下，雪会阻碍你所描述的系统的功能，而雪往往发生在你试图收集的热量最需要的日子。
马丁，我不太确定你
马丁，我不确定你的评估是否正确。你是从佛蒙特人的角度来解释这个观点的。没关系。我同样是从加州人的角度来解释的。这也没关系。也许我们都应该事先说清楚。
我认为阻尼器有空气泄漏的想法可能是在转移注意力。门和可操作的窗户也可能漏气。然而，大多数超级绝缘的房子仍然有它们，这并不能阻止它们成为超级绝缘。当然，我并不是在暗示我的家是超级绝缘的。它不是。但一个人不能为了赢得争论而玩弄原则。重要的是细节。
我的想法和太阳能热空气收集器不一样。相反，它依赖于大量低质量的加热空气。这与太阳能热空气收集器相反。我很惊讶你居然没发现。我并不是说我已经有了一个被证明过的想法，因为我还没有证明过。但我认为你太急于把它和你知道的想法混为一谈，并得出结论说它是一样的。
此外，你还忽略了我的想法最大的潜在缺点:它可能会取代可以用于光伏发电的有价值的房地产。将光伏放在屋顶上可能会使屋顶足够冷却，这样这个想法就不再有用了。
对Eric Habegger的回应
埃里克,
信不信由你，我确实理解你的提议。即使在加州，你的方案的净效果(获得的有用热量减去通过可操作阻尼器损失的热量)将是相当低的，将不足以证明你的硬件成本。
其中一个原因是140度的空气体积不足以容纳很多热量。(我知道你认为椽子间的空气体积很大，但那里的有用热量很少。)
很多人都尝试过这个方案，以及“太阳能阁楼”的其他变体——包括有玻璃的太阳能阁楼和无玻璃的太阳能阁楼。这些都是20世纪70年代的老想法，它们都没有成功。
取向
伟大的总结!
我不准备因为另一个原因而放弃东西方向的重要性。在一个南北朝向的超级绝缘房子里，冷却和眩光难道不是一个真正的问题吗?如果一所房子不是东西朝向的，那么它的窗户表面更有可能是面向东西的。我知道树木可以提供遮阳，但能量计算如何适当地考虑到这一点，从而使设备的大小适当?
对马丁的回应(2)
马丁，谢谢你的历史插画课(#2)!虽然我活在1970年，但那时候我只会用修补玩具来建造，而且我的修补玩具套装不包括任何玻璃。
我对历史的感觉是，第一批建造太阳空间的人没有太多考虑热质量。当他们的幼苗冻死后，他们开始考虑热质量，而公认的智慧是，太阳质量高更好。直到最近，我才意识到人们一直在故意减少太阳空间的热质量，也没有意识到这样做会增加他们的产热量。亚历克斯·威尔逊的博客只提到热质量是为了防止结冰而增加的，而不是为了最大限度地收集热量而避免的。也许这被认为是太明显了，但不管70年代的人们是否理解最小的热质量可以导致最大的热量收获，这个概念在大多数太阳空间方法的描述中都是缺失的。
无论如何，我们都同意太阳空间在成本效益改进清单上的任何地方都不是最重要的，我们也同意你想要低或高热质量的太阳空间，我们也同意人们不能指望它们在一年中的大部分时间都处于舒适的温度。
对查理·沙利文的回应
查理,
在20世纪70年代，人们建造了各种各样的太阳空间——包括低质量的太阳空间和像史蒂夫·贝尔(Steve Baer)所倡导的那种配备热质量的太阳空间。
《有机园艺》杂志，《地球母亲新闻》——所有的杂志都有关于如何在你房子的南侧增加一个阳光空间的说明，使用聚乙烯，旧窗户，新窗户，卡尔墙板，或庭院门替换玻璃——有或没有混凝土或55加仑的水桶。
当然，当太阳空间过热时，嬉皮士们会安装风扇，把热空气吹进房子里。当太阳空间结冰时，嬉皮士们会增加加热器或外部绝缘百叶窗。我想所有能想到的实验都做了。
伟大的博客!
《地球母亲新闻》(Mother Earth News)或《哈罗史密斯学院》(Harrowsmith)上的想法可能并不都是成功的，但就像你说的，一个主题几乎无休止的变化已经留下了什么行得通，什么行不通的遗产。我喜欢那个时代建筑师的图纸。充满了注释和箭头，指示太阳能增益和视图-就好像他们是建筑中的实物一样。
对马尔科姆·泰勒的回应
马尔科姆,
在过去，我们都被建筑图纸上的“智能箭头”(指示气流的箭头)误导过。我当然记得在我读到的每一篇关于双层信封房子的文章中突出的“智能箭头”。
不幸的是，智能箭头的诅咒仍然伴随着我们。例如，通风的平屋顶(或有1/12坡度的屋顶)的图纸通常显示空气从“底部”进入，从“顶部”离开。(对——这是会发生的。)
两条平行的评论线索
伟德网上登录GBA Prime订阅者应该知道，本周的博客有两个版本:传统的付费版和“预览版”，以刺激非订阅者的胃口。
现在有两个平行的评论线程，所以有兴趣的GBA Prime订阅者可能想要在付费墙的免费一侧查看文章的评论线程:伟德网上登录伟德网上登录GBA Prime预览:重新评估被动式太阳能设计原则．
被动式太阳能的潜在好处
这是一篇有趣的文章和评论。老实说，我不确定我是否会再次建造被动式太阳能住宅，成本/效益比不是人们所希望的。然而，我的观察告诉我，这里可能还没有讨论其他隐藏的好处。
例如，一年中最冷的冬夜之后几乎总是阳光灿烂的日子。(我认为缺乏隔热的云层是天气方程式的一部分。)因此，在零下10度的夜晚，我们的地热装置将开始运转，慢慢降低循环温度，效率逐小时下降。但到了第二天中午，太阳能的吸收就会自己为房子供暖，地球单元关闭，地面循环温度恢复。观察起来很简单。
哦，还有猫，猫喜欢住在被动式太阳能房里……
对安德鲁·巴特尔的回应
安德鲁,
你写道，“在零下10度的夜晚，我们的地热设备将开始运转，慢慢降低循环温度，效率逐小时下降。”
值得注意的是，如果你的房子有更少的朝南的窗户，你的热泵就不必在寒冷的冬夜工作。
谢谢，马丁
这篇很棒的文章总结了我们在过去40年里有机会学到的关于这个主题的所有东西——通常是艰难的方式。啊，(有时)光荣的错误!对我来说，“被动太阳能”最重要的剩余意义是在寒冷的冬天，在阳光明媚的窗户旁小睡一会儿的乐趣。我只希望这篇文章在防火墙之外可用，这样我就可以将客户端指向它。我们不得不一次又一次地讨论这个问题。那样(我的)可以节省大量的能源。
取向指出:
首先，我记得之前读过一篇文章，说至少有一家加州公用事业公司付钱给客户，让他们把并网的光伏电池板指向西部，这样在下午晚些时候，也就是需求最大的时候，发电量最大。面板不会在这个方向上产生最大输出，但对于这个实用程序，它会产生最大的*有用的*输出。
第二，现在大多数正在建造的房屋无论如何都不能奢侈地选择太阳的方向。他们面朝街道，就这样。很少有开发商关注小区布局对太阳能性能的影响。绝大多数单独设计的、可以选择朝向的非细分住宅都建在郊区，带来了一系列的次要资源惩罚，如交通依赖。当然，这是一个完全不同的讨论领域，GBA很少涉及。
回复James Morgan(评论#20)
詹姆斯,
您写道:“我只希望这篇文章在防火墙之外可用，这样我就可以将客户端指向它。”
正如我已经在本页上指出的(见注释#17)，这篇文章是在我们的付费墙的免费侧可用。以下是链接:伟德网上登录GBA Prime预览:重新评估被动式太阳能设计原则．
回复James Morgan(评论21)
詹姆斯,
你写道，“今天大多数正在建造的房屋无论如何都不能奢侈地选择他们的太阳路线。他们面朝街道，就这样。很少有开发商关注小区布局对太阳能性能的影响。而绝大多数单独设计的非细分住宅可以选择他们的方向是建立在郊区，带来了一系列二级资源的惩罚，如交通依赖。”
好点。GBA读者Peter Amerongen在本文的平行页面(付费墙前的版本)的评论中也提出了同样的观点(见本页的第14条评论:伟德网上登录GBA Prime预览:重新评估被动式太阳能设计原则）.
彼得写道:“不幸的是，在我们应该建设的人口密集的城市地区，良好的太阳能接入非常罕见。每天开车上下班，浪费了从完美的太阳能站点节省下来的钱，这是没有道理的。”
主题变奏曲
谢谢马丁，我在很大程度上同意你的观点，并在我自己的设计和施工实践中遵循了这些趋势。我想补充以下几点，以扩大讨论的范围，超越你的“技术”和“经济”问题。
首先，当地气候很重要。许多早期的高质量被动式太阳能房屋都建在新墨西哥高地，那里有真正的冬天，有规律的阳光和可预测的昼夜波动。在夏天遮阳的情况下，我认为被动太阳能可以很好地工作。就我个人而言，我会根据地区天气的变化来修改你的设计建议。在这个国家有很多地方，如果精心设计，某种版本的被动式太阳能/被动式住宅连续体可以很好地工作。
其次，我们现在拥有的窗户为我们提供了更好的性能和设计灵活性。我们不再需要被建筑方向所束缚，这在城市环境中很重要。尽管如此，如果在寒冷的气候下有良好的阳光，在尺寸上有限制的廉价固定玻璃可以使能源、性能和经济意义。减少北西方向的窗户尺寸，增加适量的南玻璃，实际上比常规布置更便宜。因此，不存在成本损失。
最后，这个讨论让我回到了独特设计vs.住房标准化的老问题。对我来说，宜居性变得越来越重要，因为我们的房子越来越紧凑。巧妙地设置窗户，捕捉阳光、风景和不断变化的光线对我的幸福感至关重要。在冬天，没有什么比温暖的阳光洒满屋子更好的了。就我个人而言，我认为根据当地情况设计接地房屋，即房屋对天气和土地做出反应，与高绝缘水平、气密性和湿度控制一样重要。
当然，这是对房屋设计艺术的一种论证。同样重要的是，我们如何获得经济适用/标准化的住房，这似乎是你的出发点。我非常欣赏你的文章对讨论的清晰，以及对一般设计原则的需求，但希望看到每篇文章和回应都提到当地气候。
回复马丁22号评论
谢谢马丁，这绝对是一个值得广泛分享的帖子。
顺便说一句，我之前确实点了你的链接，但它把我引向了一个不同的，几乎没有相关的帖子。也许我的浏览器有代码漏洞。
回复詹姆斯·摩根
詹姆斯,
是的，在我更正之前，这个链接是坏的。抱歉，我希望现在有用。
总是需要妥协的
首先，我在这里收获了很多人的智慧，我很感激。谢谢你！
2栋房子和一个大棚子. ....我建了一个东/西，朝南的被动太阳能，大悬垂，俄罗斯火炉加热，木材框架……这是伟大的，它有15-20度的温度波动，(70多岁的白天，上午59。，但你调整了…那时我29岁，觉得很棒。
几乎没有取暖费，但你真的很需要太阳镜。佛蒙特州的建筑师让我在顶部加了两个遮阳篷窗户，在两端一年开8-9个月，不同程度，就像旧谷仓一样。每年5月，我们都在朝南的房间里搭起遮阳篷，用大滑块来捕捉空气，在北面有一个纱窗门廊和山顶的窗户，在夏天的大多数日子里，这里都很舒适。(接下来发生了什么，我把房子卖了，一年一层那里发生了意外火灾，他们新盖的下一个业主马上就在前廊上放了一个，挡住了阳光，并装了一个传统的供暖系统。就这样。)
Pro -明亮和冬季烘烤，低能源成本…反对. .肩膀的月份有点太热了，遮阳篷的维护，我妻子不太喜欢秋千，但风扇和俄罗斯炉子起了作用。有一些妥协，没有什么是非黑即白的。
快进20年，我买了一个高度隔热的斗篷，方向错了，我用3种不同的方式改造了这个地方，用更多的玻璃，更多的隔热，门廊等。，光伏系统..这一切都运行得相当好。这里也有遮阳篷……每个人都应该使用遮阳篷，它们增加了魅力，真的有用。我一点也不喜欢这所房子。
优点，传统，生活合理，大多数效率。缺点:错误的轴迫使化石燃料的使用，灯，热等。由于rm的布局和宜居性。赞成和反对的观点其实和我是敌人一样，我对恒温器和电灯开关太了解了，尽管我们有光伏，几乎没有电力成本。更多妥协，我妻子更喜欢这个地方。
小屋是一个混合-它有右轴，窗户主要向南，2英尺高的悬挂屋顶，夏季遮阳篷，完全通风的金属屋顶，安装了保温混凝土板地板，一层1800平方英尺。冰和水包裹，外墙上有6英寸以上的回收泡沫，外天花板有8英寸，
首先，我宁愿在冬天获得更多的太阳能，赢得明亮和温暖。不得不打开通风窗或大门是一种妥协。请不要太机械，成本很高，投资回报率很低。遮阳篷和气流的折衷将解决大多数夏季问题。最需要的是神奇的迷你分叉，可以缓解冬季和夏季的压力。(甚至那些迷你分割也可能会有问题)，平板也会在某种程度上发挥作用。光伏发电将在2016年年底前安装，这座建筑可能永远不会真正接入电网。
如果你有一个不断壮大的家庭，就会有妥协，父母搬回来的妥协，改造的妥协，技术的妥协，千禧一代的妥协，优步化的妥协，财务的妥协。在RE经纪业务中，强调市场营销和销售，我可以证明少即是多，技术是一个陷阱和帮助一样多，总有新的东西....经过时间考验的设计、产品和方法通常会胜出。
不好意思，我刚读到罗马人和高架渠，微型分流警察效率，然后被动式太阳能…我控制不住自己。阳光在多个方面胜出，隔热技术胜出，简单的规划和设计理念胜出，它必须具有经济和环境意识。我完成了。谢谢。
回应霍华德·凯利
霍华德,
谢谢分享你的经验。这些都是相关的，而且听起来都是真的。
事实上，能源宅男通常和能源宅男的配偶有着不同的期望和愿望。这引发了许多问题;例如，为什么能源宅男比能源宅男的配偶更愿意接受更大的室内温度波动?这是因为能源书呆子，顾名理说，因为气温的波动而精力充沛吗?还是因为能源宅男故意对不符合他们世界观的数据视而不见?
在那里……
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