被动式太阳能加热房屋不需要太阳能电池板来加热或冷却它。相反，用于加热和冷却房屋的能量直接来自太阳通过天窗和窗户。然后将其中一些能量存储在建筑物的墙壁和地板中，以在夜间和较冷的月份使用。
凭借良好的隔热和通风、适当的材料以及周到的家居设计和选址，可以部分或在某些情况下完全降低供暖和制冷成本。与以太阳能为燃料的空气源热泵配合使用，被动式太阳能可以帮助房主实现净零供暖和制冷。
被动式太阳能供暖的工作原理
被动式太阳能加热房屋的主要优点之一是它的被动性。一旦创建了被动式太阳能供暖系统的元素，房屋就会自行加热，安静且几乎没有人为干预。以下是一些重要的考虑因素。
能源效率
最便宜的能源形式是你从不使用的能源。为被动式太阳能设计住宅的第一步是投资于能源效率。维护被动式太阳能房屋的关键是密封良好的门窗、双层或三层玻璃窗、高效电器和热水器以及出色的绝缘性。就其本身而言，一个隔热良好的房屋可以节省高达 20％ 的家庭供暖和制冷成本。密封的家也是更清洁的家，更能抵抗空气和噪音污染物、害虫、病毒和细菌。
良好的选址，良好的窗户
在北半球，朝南的窗户在不受树木、多层建筑或其他建筑物的阻挡时可以最大程度地暴露在阳光下。（与邻居一起使用太阳能地役权，以增加您的阳光照射。）对于供暖，建议在一天中间有 6 小时的直射阳光。为了在温暖的月份降温，窗帘、遮阳篷或其他覆盖物有助于保持房子凉爽。
在较冷的气候中，南方的阳光照射更加有限，倾斜的而不是垂直的玻璃（例如倾斜屋顶上的天窗）被证明更有效。即使在沿海气候中，由规则的云层覆盖产生的漫射太阳辐射也可以提供大量的热量，倾斜的窗户可以捕捉到这些热量。三层玻璃窗越来越普遍，尤其是在新建筑中。玻璃层之间的空间通常充满惰性、无害的气体，可最大限度地减少热量损失。
在寒冷的天气里，经过特殊处理的窗户还可以将窗户温度提高多达 15 华氏度，从而进一步降低取暖成本。当然，它也有助于保持窗户和天窗的清洁。
在北方气候中，即使在寒冷的冬日，陡峭的屋顶也会增加阳光照射
良好的空气循环
您无需了解热力学第二定律即可知道热量从热流向冷。正如飓风和旋风从赤道向两极移动一样，暖空气将在房屋周围循环到较冷的地区。
真正的被动房屋只是让熵顺其自然，而不使用机械或电气设备来循环空气。其他采用被动式太阳能加热和冷却设计的房屋可能会使用风扇、管道和鼓风机。“热桥”，例如由高导电性建筑材料制成的墙壁，也允许热量从一个房间传递到另一个房间。空气循环还可以从外部引入经过过滤的新鲜空气，而热量损失（或增益）最小。适当的空气循环对于减少冷凝和保持房屋无霉菌也很重要。
蓄热
被称为热质量，用于建造房屋的材料（如混凝土板、砖墙、瓷砖地板和石膏板，以及家居用品）吸收来自太阳的热量，并在夜间或寒冷的月份将其释放到房屋中。在温暖的月份，当需要冷却时，热质量会从家中吸收和储存热量。深色的地板或墙壁比浅色吸收更多的热量。
热质量是稳定家中温度的因素。与在寒冷的早晨燃烧大量燃料以将室温从 63 华氏度提高到 69 华氏度的房屋不同，被动式太阳能房屋中的房间温度波动较小。当然，将室温升高或降低 1 度比 6 度更节能，因此将房屋保持在稳定的温度范围内消耗的能源要少得多。
温度控制
被动式太阳能加热房屋内的温度取决于室外温度和进入的太阳辐射量。一个阳光明媚的冬日在室内可能比晚春多云的日子更温暖。同样，早春阳光明媚的日子在室内可能比仲夏多云的日子更热。
热量控制有助于缓和这些差异：屋顶上的百叶窗通风口可以散发多余的热量，而朝南的窗户上的凉棚或遮阳篷可以提供季节性遮阳。同样，用作隐私树篱的高大灌木可以阻挡冬风。智能规划意味着这些控制中的大多数都是自我调节的，几乎不需要人为干预。
被动式太阳能加热的局限性
虽然被动式太阳能加热和冷却在某些地方比其他地方效果更好，但它的效率和简单性意味着它在比预期更多的地方工作。不过，还是有限制的。
持续的，不是立即的，热的
被动式太阳能房屋通过保持舒适的生活空间来工作，而不是通过按需提供瞬时热量。虽然黄金地段精心设计的房屋有时只能依靠被动式太阳能供暖，但大多数被动式太阳能系统充当基本负荷供暖，而机械系统（热泵、电热、木炉等）则用于提供热量。要求。
位置，位置，位置
与房地产中的一切一样，位置很重要。虽然在北纬地区的冬季为家庭供暖可能需要补充供暖，但在南纬地区的夏季为家庭制冷可能需要补充制冷。建筑设计需要适应气候。
然而，在北纬地区，房屋往往有倾斜的屋顶，这增加了他们对来自天穹上部的太阳辐射的暴露。与平屋顶相比，倒 V 形屋顶可以吸收更多小时的直射阳光。
前期成本和回报时间
建造或改造建筑物可能很昂贵，但并不像人们想象的那么昂贵。建造一个新的被动式太阳能房屋只增加了建筑成本的3％ 到 5％。在美国，每年有 140 万套新住宅建成，因此被动式太阳能供暖和制冷始终存在巨大的潜在市场。由于被动式太阳能加热房屋的大部分好处来自建筑物的设计和建造，因此为被动式太阳能改造房屋比从头开始更难（也更昂贵）。
投资回报来自减少供暖和制冷费用，具体取决于建筑物的阳光照射量以及供暖和制冷的价格经常变化。在北方气候条件下，通过改造建筑将能耗降低 45％，投资回报仅 7.7 年。在较为温和的气候中，投资回收期为 13 年。无论哪种情况，长期收益都超过了成本。
被动式太阳能技术展望
用于支持被动式太阳能加热的技术不断改进，新的玻璃材料、玻璃工艺、更有效的保温、测量太阳辐射、窗户性能和能源使用的数字工具使得规划和设计成功的被动式太阳能加热系统变得更加容易，获得净零家庭变得越来越容易。