您知道吗，建筑物占美国所有能源消耗的近 40%？当我第一次了解到这个统计数据时，它彻底改变了我对家居设计的看法。在担任建筑顾问 15 年后，我亲眼目睹了被动式太阳能设计如何将能源费用削减高达 80%——我说的可不是安装昂贵的太阳能电池板！
让我分享一件有趣的事情：我第一次尝试被动式太阳能设计完全是一场灾难。我安装了巨大的朝南窗户，但没有适当的热质量，我客户的家在上午 10 点左右就变成了桑拿房！但这些早期的错误教会了我关于利用太阳自然能的艺术和科学的宝贵经验。
在本指南中，我将带您了解我希望在开始被动式太阳能设计时知道的一切。无论您是计划新建还是改造现有住宅，您都将学习真正有效的实用策略
什么是被动式太阳能设计？
还记得那些古老的希腊和罗马建筑吗？它们一年四季都保持舒适，无需任何现代供暖或制冷设备。它们不仅仅是幸运，它们还采用了我们现在才重新发现的被动式太阳能设计原理。
被动式太阳能设计基础就像为您的家庭创建一个无需电力的自然供暖和制冷系统。把它想象成与自然合作而不是对抗。我见过太多建筑物与环境作斗争，在这个过程中消耗能源和金钱。
被动式太阳能的美妙之处在于它的简单性。它不是添加复杂的技术，而是关于智能设计选择，在需要时利用太阳能，在不需要时阻挡太阳能。我曾经用基本的被动式太阳能原理改造了一座 20 世纪 70 年代的牧场房屋，业主发现他们的取暖费在第一个冬天就下降了 60%！
被动式太阳能设计基础的 5 个核心要素
让我来分解一下被动式太阳能发挥作用的基本组件。我喜欢把它们看作是食谱中的配料——你需要它们全部，而且比例很重要！
太阳能收集器：
这些通常是朝南的窗户（在北半球）。但我从惨痛经历中学到了一个关键技巧：越大并不总是越好！合适的尺寸取决于你的气候和热质量。
热质量：
把它想象成你家的电池。混凝土、砖块或水等材料在白天储存热量，晚上释放热量。我曾经有一个客户坚持跳过热质量以节省资金——他们最终在供暖和制冷上花费了两倍的钱！
分配方法：
热量需要自然地流过你的空间。有时这通过简单的辐射和对流发生，但你可能需要通风口或风扇等功能来帮助它。
储热：
这超出了基本的热质量。储热材料的战略性放置可以成就或破坏你的设计。我最喜欢的技巧之一是在阳光充足的地方使用深色瓷砖地板。
控制策略：
这些是您的季节性调整 - 比如可拆卸的遮阳帘或可操作的通风口。如果没有适当的控制，您最终会得到一个在一个季节完美但在另一个季节无法忍受的房子。
最佳场地规划和定位
如果说我在职业生涯中学到了什么，那就是场地规划可以成就或毁掉一座被动式太阳能住宅。我曾经参与过一个项目，我们将建筑仅仅移动了 15 度，冬季热量增加就产生了 25% 的差异！
住宅的理想朝向取决于您的纬度，但一般来说，您希望最长的墙面朝向正南 15 度以内（在北半球）。我使用了一个简单的技巧：检查上午 10 点和下午 2 点的阴影 - 它们在南墙上的长度应该大致相等。
但人们经常忽略这一点：不要忘记你的邻居！我见过完美的被动式太阳能设计失败，因为它们没有考虑到未来的发展阻碍他们获得太阳能。一定要考虑附近建筑物或生长树木可能造成的阴影。
基本窗口策略
让我告诉你我犯过的最大的与窗户相关的错误：我曾经为一个被动式太阳能项目指定了标准的双层玻璃窗。大错特错！可怜的房主们可能还得给自己的院子供暖。现在我明白了，我会防止你犯下同样代价高昂的错误。
成功的窗户策略的秘诀不仅仅是尺寸——而是在正确的位置安装正确的玻璃。在大多数气候条件下，朝南的窗户通常应覆盖约 7-12% 的地板面积。但这里有一个问题——这个百分比会根据你的热质量和当地天气模式而变化。
对于朝南的窗户，你需要：
外表面有低辐射涂层
SHGC（太阳热增益系数）至少为 0.6
寒冷气候下的 U 值低于 0.3
这是我从痛苦中发现的专业提示：不要忘记其他方向的窗户选项！当你的南窗收集热量时，你的东窗和西窗可能会破坏你的努力。我通常建议将东/西窗户的数量分别限制在建筑面积的 4% 左右。
了解热质量
将热质量视为您家中的电池 - 就像电池一样，位置比数量更重要。我在帮助改造新墨西哥州的土坯房时学到了这一课。墙壁非常适合热质量，但它们被厚厚的地毯和家具覆盖。一旦我们将土坯地板暴露在阳光直射下，房屋的温度就会稳定下来。
我使用过的最佳热质量材料包括：
混凝土（暴露或薄地板下）
砖或石砌体
水墙（虽然这些可能难以维护）
相变材料（我新近最喜欢的改造材料）
这是我使用的计算技巧：每平方英尺朝南的玻璃，您需要大约 5.5 平方英尺的热质量地板面积，或大约 40 加仑的水。但不要随便把热质量扔到任何地方 - 它需要直接或间接地位于太阳能量的路径上。
自然冷却技术
您是否相信我最成功的冷却解决方案来自研究古代波斯建筑师如何使用风塔？自然冷却不仅仅是打开窗户 - 而是精心设计空气流动的通道。
自然冷却的关键是了解当地的气候模式。在炎热潮湿的地区，您希望最大限度地促进空气流动。在炎热干燥的地区，您可能希望使用蒸发冷却技术。我通过这些策略取得了巨大的成功：
交叉通风：
将窗户和门放置在捕捉盛行微风的位置。我使用“纸张测试” - 在有微风的日子里，在您计划的窗户位置附近举起一张纸来检查空气流动。
烟囱效应：
创建高低开口以促进垂直空气流动。热空气自然上升，所以利用这一点对你有利！
夜间冲洗：
在夜晚凉爽的气候下，自动控制的窗户可以排出白天积累的热量。我已经看到这最多可以减少 30% 的冷却需求。
节省成本和能源
让我们谈谈数字——因为这通常能说服怀疑论者。我最近分析了我工作过的 50 栋被动式太阳能住宅的数据，结果令人大开眼界。被动式太阳能设施的平均额外建设成本约为总预算的 5-10%，但每年的能源节省量在 50-80% 之间。
以下是 2,000 平方英尺住宅的典型明细：
额外的窗户成本：3,000-6,000 美元
热质量材料：2,000-8,000 美元
遮阳设备：1,500-4,000 美元
设计费：2,000-5,000 美元
但令人兴奋的是——我的大多数客户在 3-7 年内实现收支平衡，具体取决于当地的能源成本和气候。在那之后，一切都是节省！
常见的设计错误（以及如何避免）
天哪，我犯过很多错误！但让我们关注那些你可以避免的错误。我见过的最常见的问题：
南窗尺寸过大
我曾经看到过一栋房子，南向玻璃占了 40%。听起来冬天很不错，对吧？错了！夏天过热简直让人无法忍受。除非有非常具体的理由偏离，否则请坚持 7-12% 的规则。
忽略热质量
在没有足够热质量的情况下添加大量南向玻璃就像制造一辆没有刹车的汽车。你需要这种质量来调节温度波动。
糟糕的气流规划
通风不是事后才想到的——它需要从一开始就融入到房屋的设计中。我见过漂亮的被动式太阳能住宅失败，仅仅是因为空气无法在空间中正常流动。
开始你的项目
准备好了吗？以下是我久经考验的入门流程：
场地分析
记录太阳路径
跟踪当地天气模式
绘制现有遮阳结构
注意盛行风
基本规划
确定最佳建筑方向
计算初步窗口面积
规划热质量位置
设计遮阳策略
专业意见
咨询熟悉被动式太阳能的建筑师
尽早让能源建模师参与进来
检查当地建筑规范
验证材料可用性
结论：
多年来，我一直帮助人们利用被动式太阳能设计打造舒适、节能的住宅，我可以肯定地告诉你一件事：被动式太阳能设计是有效的。是的，这需要学习。是的，你需要注意细节。但无论是环境还是财务方面，它带来的回报都是绝对值得的。
请记住，被动式太阳能设计并不是要遵循一套严格的规则。而是要理解原则并根据你的具体情况进行调整。如果需要，可以从小处着手——即使是微小的改进也能显著改善你家的舒适度和能源使用情况。
我很想听听你在被动式太阳能设计方面的经验。你面临过哪些挑战？你找到了什么解决方案？在下面的评论中分享你的故事，让我们从彼此的成功和错误中学习。
准备好迈出下一步了吗？查看我们关于被动式太阳能设计具体方面的详细指南，或咨询你所在地区的合格专业人士。太阳能是免费的——是时候让它为你服务了！
从我们精心策划的亚马逊参考资料中了解更多相关主题。前往我们的 Resource Page
コメント