混合太阳能系统的特征及其应用场景简介

图12.22给出了混合系统的相关特征。

如图12.23所示，屋顶-空间太阳能集热器一般是全部或部分位于斜屋顶的南面（Norton等，1987）。屋顶-空间太阳能集热器内太阳能加热的空气由自动控制的风机经管道直接输送至室内，或者作为预热空气输送至空气采暖系统。屋顶-空间太阳能集热器用来自室内或外部环境的空气作为补充气体。用于从屋顶-空间太阳能集热器输出热空气的风机和连接管道，是现有燃气型空气采暖系统的组成部分。当屋顶-空间太阳能集热器的空气温度低于房间恒温器的设定温度时，输出的空气流则作为燃气辅助系统的预热气流。完全集成的壁式控制单元可用来驱动燃气辅助空气采暖系统和屋顶-空间太阳能集热器。

图12.23所示的屋顶-空间太阳能集热器采用了太阳能被动式热收集和主动式热分配，因此通常被称为混合太阳能系统。

通风用于防止夏季过热，屋顶-空间太阳能集热器的5个主要工作模式是：

1）在白天，当屋顶-空间太阳能集热器的温度高于建筑物内部温度时，恒温控制的风机持续从建筑物中带走空气。空气通过屋顶-空间太阳能集热器被加热并返回到建筑物中。这种模式适合于白天居住的建筑物。

2）在白天，随着太阳能的收集，屋顶-空间太阳能集热器温度升高，并且系统内不进行空气的强制循环。傍晚时，储存的热量被利用。风机将屋顶-空间太阳能集热器中的热空气输出，并从建筑物内部或外部向屋顶补充空气。这种模式最适用于白天不居住的建筑物。

图12.22 建筑物中混合系统的特征

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图12.23 屋顶-空间太阳能集热器

3）在风机驱动下，外部空气经屋顶-空间太阳能集热器加热进入采暖室内。在这种情况下，风机的体积流量小于工作模式2）下的体积流量。如果该部分空气在总通风量中占有很大比例，则该模式提供通风空气的预热量。与工作模式1）和2）不同，屋顶-空间太阳能集热器的温度不必高于建筑物温度以输出有用能量，因为当热空气穿过屋顶时降低了通风热负荷。由于建筑物保温性能好，可用于加热室内流动空气的能源比例会增大。以这种模式工作的屋顶-空间太阳能集热器可与建筑物节能措施兼容且互补。

4）屋顶-空间太阳能集热器的底板存在导热，但是由于屋顶太阳能集热器的底板是保温的，所以这个导热量通常比较小。应确保底板有良好的保温性能，否则昼夜总热损失可能会超过得热，除非屋顶-空间太阳能集热器是双层玻璃并装有夜间隔热百叶。在该模式下，屋顶-空间太阳能集热器可作为最上层天花板和室外环境之间的缓冲空间，从而减少建筑物屋顶的热损失。

5）在浮力的驱动下，空气流将从建筑物内被吸入屋顶-空间太阳能集热器再排到室外。进入建筑物的补充空气来自周围的外部环境。在这种模式下，屋顶-空间太阳能集热器起到通风冷却作用。

屋顶-空间太阳能集热器的物理结构与常规倾斜屋顶没有明显区别，因而其具有初始投资成本低的优点。此外，还可以通过使用现有辅助空气采暖系统的部件（即风机和控制器）来进一步降低其初始投资成本。在相同的占地面积下，屋顶-空间太阳能集热器可以通过优化集热设计和获得较高的集热温度来达到比阳光间更有效的性能（Lo和Norton，1996）。由于受居住要求的限制，这些在阳光间是不可能实现的。装有屋顶太阳能集热器的空间通常没有蓄热体。因此，它们非常适合用于在白天供热的建筑物，通常应用在具有两侧斜屋顶（Norton和Waterfield，1990）和圆屋顶（Williams，1989）的学校建筑物中，屋顶结构如图12.24所示。

图12.24 英国Green Park学校（左图）和Perronet Thompson学校（右图）的屋顶一空间太阳能集热器

规划屋顶-空间太阳能集热器始终不被遮挡的场地相对容易。建筑物的被动式太阳能构造通常是安装在地面上。在高住宅密度的城市地区，住宅在某些太阳角下经常会由于相邻建筑物的遮挡而使得地面层的被动式太阳能构造无法发挥作用。屋顶-空间太阳能集热器不会导致个人隐私的泄露，而直接受益式系统采用大面积玻璃盖板可能会降低其隐私性。