建筑物蓄热体与太阳能利用的匹配性问题分析

建筑物所得太阳辐射和建筑用热负荷具有不同步性，必须通过储存太阳能以使得太阳能利用率最大化。利用建筑物材料可将热量吸收并储存起来。建筑物中这些参与储热的部分称为蓄热体。短期储热解决的是太阳能和热负荷的不同步性问题，将白天强太阳辐射期间收集的太阳能储存起来在夜间使用，也可以减少第二天早晨对建筑物本身的预热。在设计储热特性时，必须考虑与建筑用途相关的使用模式，即住宅、机构、商业建筑等。蓄热体的热性能必须与被动式太阳能集热特性相匹配。蓄热体的最佳尺寸、位置和耦合方式取决于被动式太阳能构造的类型及其使用模式。一些被动式系统具有集成的储热功能，例如特朗伯（Trombe）墙。在其他系统中，储热结构可能是独立的，例如，将封装的相变材料适当地放置在直接受益型房屋的墙壁内。

直接受益型系统中的蓄热体可以分为以下三类：

1）一级蓄热体：其位于房间内太阳光斑运动的轨迹范围内，直接接受太阳辐射。一级蓄热体通常包括内墙和地板。在北欧的纬度下，太阳运动轨迹决定了蓄热体适合安装在地板或墙壁下部的位置。然而，这些区域常被家具和地毯挡住而形成隔热效应。

2）二级蓄热体：接收散射和反射的太阳辐射以及受直接辐射表面所散发的长波热辐射。相比较而言，二级蓄热体更为重要，因为：①它可以为不受阻挡的墙壁上部和天花板（尽管后者通常是轻质结构）；②散射和反射辐射可能比直射辐射更强。

3）三级蓄热体：通过空气对流从一级和二级蓄热体获得太阳能得热量。三级蓄热体依赖于对流过程，且对流通常发生在不同的房间之间，否则它将只是二级蓄热体。使用三级蓄热体需要开放门道或特制的管道，这分别会在功能上和经济上产生不利影响。(www.xing528.com)

蓄热体的数量不是仅与实际总质量有关，而是与质量和表面积都相关（Mazria，1980）。例如，当增加致密混凝土墙的壁厚超过100mm之后，其蓄热能力不会再有显著提升。因此，虽然轻质单元实际质量小（如双面石膏板隔板和家具），但由于其表面积与质量之比大，在蓄热方面能起到重要作用。应当注意的是，在间歇加热的建筑物中蓄热体位于高处可能会造成不利影响。

间接被动式太阳能建筑物可选的储热方式，是通过建筑物本身或建筑物中的被加热部分进行储热。建筑物内的储热基本上是通过对流传热将热量传递给集热单元的三级储热，因此必须合理分布蓄热体使其具有最大的表面积。一般，传统的建筑材料与建筑内容足以完成以上类型的储热。在阳光房中实现一级储热是相对容易的，因为通常阳光房的空间大、结构牢固且装饰材质厚重。实际上，这种形式的建筑物值得被推广，以强调周期性可居住建筑物“从室内向室外转移”的本质特征。否则，用户冬季在阳光房中可能会利用辅助热源加热来实现采暖。由于对环境的导热性高，阳光房储热的有效性大大降低。

储热效果取决于主要的运行模式。如果阳光房储热依赖其与被加热的建筑物间空气的自然或强制对流，由于蓄热体被快速冷却，只有很少的有用能量收益会被储存到晚上使用。实际上，蓄热体可能会降低这些模式中的太阳能利用效率，因为它会缩短阳光房温度达到净得热所需阈值温度的总时间。阳光房蓄热体的主要优点是能够提高室内最低温度。这比节能更为重要，因为阳光房内可能有植物需要进行防冻保护，或防止地面结冰。室内最低温度只要高于环境温度3℃就足够了，最低温度降低可能会使居住者部分使用辅助能源加热。另一个优点是，由于一级蓄热体易采用大面积材料，可以显著降低室内峰值温度，尽管这不可能完全替代适当的遮阳和通风。太阳能的通风预热性能与阳光房中蓄热体的级别类型无关。