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本文探讨了美国北部和地铁地区的被动太阳能和太阳能钢化空间供暖的可行性。我将通过观察美国北部的22个大城市的气候数据量化太阳能加热潜力。这些城市的冬季气候不仅仅在温度范围内不同，而且在冬季阳光下的数量不同。冬季温度和浑浊是潜力的主要决定因素和利用太阳能热增益进行太空加热的成本效益。
本文还探讨了面向朝南窗户和面向其他方向的窗户之间的太阳能增益的差异。大多数消费者没有意识到窗程取向影响光线和太阳能热量的程度。
被动的太阳能和太阳能钢化建筑
三十五年前，我设计并建造了一个科罗拉多州的经典被动太阳能家．气候区5站点有5600度的加热日。
我的目标是使用比典型的家庭建筑更多的材料建立一个节能的家庭。通过大型朝南窗户的被动太阳能热量提供了大部分冬季空间加热能量。该设计旨在减少辅助空间加热，并最大限度地减少公用事业票据。楼上的太阳能钢化室只需要在最寒冷的夜晚（约三分之一）的冬季夜晚的辅助加热。被动太阳能热量增益几乎消除了在主地板上进行空间加热的需求。与楼上不同，一楼有瓷砖，混凝土地板（大量的热质量），以吸收以后辐射的热量，稳定内部温度波动。
这就提出了一个问题:被动式太阳能住宅能否在其他寒冷的北部气候条件下成功建造并具有成本效益?这些气候条件比落基山脉阳光充足但气候寒冷的地区更具挑战性。对于一个典型的直接获得被动式太阳能设计，南面的窗墙搭配热质量，答案似乎是“不”或“不容易”。例如，在新英格兰，连续五天阴天并不罕见。长时间的阴天会通过大窗户产生大量的热量损失，而最小的太阳热量收益可以补偿。
即使无法在其他气候中建立经典的被动太阳能家园，太阳能收益也可用于大量的太阳能钢化冬季供暖。
美国北部城市地区的冬季条件和太阳热量增加
表1列出了美国北部的22个城市。这些城市在地理上分散，更多的城市位于东北部和五大湖地区。美国北部的大部分人口居住在这些大都市区或附近。
在表1中，每个城市都被列为冬季气候统计数据
年加热度天（HDD），每冬季所需的加热量的指数。在棕褐色中突出了温暖的硬盘号码，较冷于冰蓝色突出显示。
1月平均温度(华氏度)，一年中最冷的月份。
冬季设计温度（°F），或“最冷的预期温度”。
北纬位置（赤道的北部）。
1月平均日照百分比(与多云相反)。最高的百分比用绿色突出显示，最低的是红色和粉红色。
一月份，朝南窗户每平方英尺的平均日太阳热量增加。
与丹佛相比，太阳能增益，该市在列表中具有最高的太阳能热量增益。桌子中的城市列于中冬太阳能热增益的降序顺序。
表1显示了加热度天，冬季设计温度和1月平均可用阳光百分比的宽变化。最低数字是最高的两倍。对于南方窗户的夜间窗户的太阳能热量，最高数量是最低的三倍。
一个有趣的结果是:当这些城市按平均太阳热吸收来排序时，它们碰巧按地理区域来排序:
- 丹佛，一月的平均太阳热量增加最高。
- 堪萨斯城（丹佛东部），第二高。
- 接下来的七个城市都位于东北部，沿着大西洋海岸（普罗维登斯;哈特福德;波士顿;波士顿，缅因州;纽约市;费城;和康科德，N.H.）。
- 以下四个城市位于美国中北部和西部(明尼阿波利斯;盐湖城;北达科他州俾斯麦市;以及蒙大拿的比林斯)。
- 接下来，六个城市在中西部和大湖区（芝加哥;印第安纳波利斯;底特律;武让堡垒;宾夕法尼亚州匹兹堡;和水牛，N.Y.）。
- 太平洋西北海岸的两个城市(俄勒冈州的波特兰;和西雅图)。
- 最后，安克雷奇，阿拉斯加，沿着远岛北部海岸，到目前为止太阳能热量最低。
该地理排序在图1的地图中示出。
图1描述了美国北部城市的太阳能加热潜力分组，如表1所示。在建筑设计中应考虑任何建筑位置的特定微气候，而不是在这张地图或表1中所示的太阳电势的粗略近似。附录中引用的资源或其他互联网资源可能提供您所在位置或附近类似气候的气候数据。
从这些城市的平均冬季太阳热获得潜力排序，我们可以开始得出结论:
- 丹佛是冬季采光、利用太阳能获得的热量进行空间加热和光伏发电的最佳地点。
- 堪萨斯城和东北海岸的城市也很有希望冬季灯火，空间加热和光伏。
- 阿拉斯加，太平洋西北部和中西部城市依靠冬季太阳能供暖不是很好的候选人。
- 大型水域以西的城市更有可能出现多云的冬季条件。
接下来，我们需要更详细地探讨每个都市区的太阳热量的吸收和损失。
太阳获得热量的计算
在设计建筑物时，可以计算出太阳能的加热势。从窗户获得的太阳热量变化很大。如果在隆冬时窗户能直接受到阳光照射，那么太阳获得的热量可能会为隔热良好、密封良好的建筑提供所需的大部分空间加热能源。影响太阳获得热量的一些重要因素是:
- 窗玻璃的大小;
- 窗户的朝向或方向(例如，面向南、东、西或北);
- 太阳能热增益系数(SHGC)，太阳能增益潜力，通常为0.35至0.7，或35%至70%的高效新窗户;和
- U-Factor（R值的逆），测量通过该窗口的热量损失率达到寒冷。
表2显示了前面列出的城市的窗玻璃每平方英尺的太阳热增益量。
表2列出了美国北部22城市的太阳能增益数据。
列1-3以与表1相同的顺序列出相同的城市数据。
3-6列3-6列出了1月份的日常太阳能收益，每平方英尺的玻璃，窗户面向南部，东，西，北方（以及所有四个）的窗户。请注意，东部和西部的玻璃玻璃提供相同数量的太阳能热量，但大多在早上的东部地区，主要是下午。
第7栏显示了来自朝南玻璃窗的太阳能增益总量的百分比。请注意，大多数总太阳能收益来自1月份所有城市的面向朝南的窗户。北方的进一步北方，南方窗户与其他方向在冬季的其他方向越大。
第8列显示（具有红色负数）每平方英尺的玻璃每日热量损失（假设玻璃为R-5或U = 0.2，窗帘在夜间时间增加一些绝缘以获得u = 0.15）。一个新的实惠但绝缘良好的窗口（夜间使用的蜂窝盲）将达到与表中列出的值类似的值。
第9栏显示朝向窗户的每天净热量增益（这是太阳能热增益减去热量损失）。
最后一列(#10)显示了净热增益与窗玻璃热增益的百分比。这表明，除了阿拉斯加州的安克雷奇外，南窗的收益有很大比例被保留了下来，尽管有损失。
注意（在最后两个列中，＃9和＃10）丹佛的净太阳能升温比列表中的任何其他地方更好。堪萨斯城和七个东北海岸城市几乎与1月份平均净太阳能收益一样。在底部，锚地是唯一通过南方窗户具有平均净热量损失的城市。1月份锚固窗口中的所有窗户都有很少的太阳能热量增益，即使对于面向朝南的窗户，热量损失也远远超过收益。对于所有其他领域，通过朝南窗口的太阳能热量超过通过玻璃损失的热量。
在第7栏中，“总收益的南部百分比”注意，面向朝南的窗户为列表中每个城市提供了大多数总太阳能收益。1月，朝南窗户总是考虑比东+西+北方更多的太阳能收益。朝南窗户提供总太阳能收益的59％和77％，尽管只占四个相同窗户的玻璃窗的25％。为了最大化冬季室内风光和太阳能升温，南窗的尺寸应大于或比窗户更大，面向其他方向。
请注意，面向朝南的窗户通常具有太阳能热量（柱3）至少加热热损耗（第8栏）。相比之下，除了在丹佛之外，东部，西部和朝北的窗户会减少比他们在1月份（第4栏或5栏）的收入（第8列）。（对于丹佛，东部和西部的窗户确实具有25％的净太阳能热增益，这是积极的，但只有三分之一，只有朝南窗口的75％净增益。）
布法罗、匹兹堡和太平洋西北地区的城市表现不如大多数其他城市。他们获得的太阳能净热量只有丹佛的四分之一左右。美国中西部和中北部其他上榜城市获得的太阳能净热量约为丹佛的一半。
太阳能增益数据的假设和利用
要建立模型，你必须做出一些合理的假设。这里使用的窗户规格可能是Pretty Good House设计的典型，是相对高性能的窗户，但在负担得起的范围内。
只有22个城市进行了审查，只有美国北部。加拿大或欧洲不容易提供可比数据，并限制文章的长度和可读桌子大小限制城市所列城市。
窗程方向仅限于真正的南，东，西部和北方。可以通过使用Web资源来执行类似的分析来计算其他方向的Windows的太阳能增益。
加热度天变为年至年，所以可以找到其他硬盘号码。电力成本也随时间变化。但总的来说，如果更改值以反映其他信息来源，则会出现类似的整体模式，不太可能改变这种建模努力的任何主要结论。您的特定建筑项目的窗口规格和气候数据比在这里所做的概括更重要。
在建筑设计中利用窗户朝向的知识可以放大这些表格中提到的效果
设计师和建造者可以在朝南窗口和北部，西部和东侧窗口上更高的太阳能热增益窗口和更高的R价（下U因子）窗户，以进一步增加太阳能收益并减少整体热损失。在被动的太阳能和太阳能磨光的家中，通常有更多或更大的窗户面向南方，窗户较少或更小的窗户面向其他方向。
不同的窗口尺寸和数字可以增加或减少太阳能增益和热损失以影响整体能量性能。
利用太阳能热量收益的缓和值
在一些气候比其他气候中最大化冬季太阳能加热更容易。
太阳能供暖的成本效益也因地区而异。电力、天然气或其他取暖燃料的成本会影响到被动式太阳能热量的使用。在电力或其他取暖燃料成本较高的地区，或在不太富裕的居民、更关心可持续建筑的建筑师、业主或建筑商的地区，被动式太阳能热收益更有价值。
绝缘良好、密封良好的节能住宅很可能使用微型电热泵、电阻电热或辐射电热作为被动式太阳能或太阳能调节空间供暖的备用或替代方案。高性能住宅空间供暖所需的采暖量更少，使得更昂贵或更复杂的采暖系统不再划算或必要。因此，在下面的分析中，我们使用电力成本来计算太阳能热收益的值。
表3显示了美国北部城市的太阳能净收益和收益价值。
前六列列出了相同的22个城市和其他先前显示的数据，这有助于确定使用太阳能热量的空间加热的价值和易用性。
第7列计算窗户玻璃的太阳能升温程度的指标可用于为每个城市加热建筑物。这种太阳能增益指数使用南窗户每平方英尺的玻璃每天玻璃玻璃净BTU，并通过该位置的加热度天分开。（结果也乘以100，以便将数字转换为简单的单个数字范围。）
净太阳能越大，所需的冬季加热越小，指数上的得分越好。
缺乏显著的净太阳热量获得，或者需要大量冬季供暖的地区，在这个指数上得分较低。
这个简单的计算为使用被动式太阳能或太阳能调温的冬季空间供暖提供了一个度量。
第8列计算的索引是如何成本效益的，或者有价值的太阳能热量增益如何用于位置。这种太阳能值指数使用南窗户每平方英尺的玻璃每天玻璃玻璃净BTU，并通过加热度天和电力价格倍增。（结果也除以1000万，以便数字转换为单位数范围。）
净太阳涨幅越大，所需冬季加热量越大，电力价格越高，指数上的得分越好。
需要大量加热的地点，具有高电价，并具有良好的净太阳能收益，得分更高。
如果他们无法产生更多的净太阳能增长，位置可以获得较低的分数，需要较少的冬季加热，或者对于Minplit热泵，电气辐射加热或电阻电加热具有廉价电力速率。高性能的家庭可能使用这些空间加热设备，因为绝缘，气密房屋中需要较少的空间加热能量。
这个简单的计算提供了一个度量来评估被动式太阳能或太阳能调温冬季空间供暖的价值或成本效益。
美国、加拿大、欧洲和其他地方还有更多的城市可以加入这个名单，以计算太阳能供暖的相对容易程度和价值。只有(1)朝南的净玻璃获得热量;(2)冬季加热度天数;(3)电力成本，将需要创建一个更全面的清单。
美国北部22届城市列表可以通过两项指数重新订购，以便通过太阳能收益和太阳能加热的价值进行易于加热。表4和5显示重新订购的列表。请注意，东北沿海城市现在与丹佛和堪萨斯城高度相比，太阳能发热的价值（由于东北的高电费）。同样，东北沿海城市看起来很有希望利用冬季空间加热的太阳能收益。否则，订购仍然类似于以前的南窗（表1到3）的太阳能热增益量类似的顺序。
太阳能热量增益的季节变化
美国北部的地点是冬季加热主导的（这意味着冬季加热需要更多的能量，夏季冷却较少）。因此，太阳能热量增益分析专注于美国北方22个地点的最冷的月份（1月）。在12月和1月的几个月里，阳光在中午阳光下降。因此，面向朝南的窗户捕获更多的光线，从而产生比面向其他方向的窗户更加美的太阳能热量增益。
然而，许多美国北方地区的地方可能会遇到令人不安的炎热夏天以及寒冷的冬天。来自窗户的热量可以有助于过热。夏季（六月至北半球北部的8月）比冬季（12月至2月）更大的阳光闪耀。在选择窗口位置，大小和性能特征之前，我们需要全年检查太阳能热量，而不是1月份。
表6列出了每天每平方英尺的窗玻璃，普罗维登斯，R.I.
前五列列出了一年中的每个月，朝南、朝北、朝东或朝西的窗户每平方英尺窗户每天获得的太阳热量，以及四个方向上的平均热量。
右侧表6的栏目显示了一个朝南窗口的收益百分比，与面向北部，东部和西部的三个窗户的总和相比。
在表的底部，朝南、朝北、朝东和朝西的窗户的年增长总数。
表中的数据表示：
- 朝南窗户从4月份从9月份产生最自然的日光和太阳能热量。旨在特别是在美国北部寒冷的冬季加热主导的气候中是理想的。
- 令人难以置信的，面向朝南的窗户在12月和1月份的朝北窗户获得大约十五次的光线和太阳能热量。
- 在12月和1月，朝南的窗户每平方英尺获得的光和太阳热量大约是朝东或朝西窗户的3.5倍。
注意从黄色突出显示的细胞：在冬季，从11月到2月，一个朝南窗口将分别比三个窗户面向北，东和西部的三个窗户的总增益产生更多的光线和太阳能热量。
东部或西部的窗户从8月到8月产生最热的收益。夏季的热量增益通常是不希望的，特别是在美国东南部的冷却主导的气候中。
朝北的窗户在一年中每个月产生的自然采光和太阳热量最少。在美国的任何地方，在以凉爽为主的气候或炎热的夏季，向北的窗户都是最理想的——但在美国北部地区寒冷和黑暗的冬天，却不是这样。
普罗维登斯，r.i.，美国北部北部不是独一无二的。所有美国北部的所有北部地区都审查了以前表现出与朝南窗户的冬季能源性能相同的模式。
在1月份，22个城市中，一个朝南的窗户产生的太阳热量比三个朝北、朝东、朝西的窗户产生的太阳热量要多。朝南的窗户优势范围从至少140%(印第安纳波利斯)和144%(丹佛)，到最极端的179%(西雅图)和338%(阿拉斯加州安克雷奇的最北)。
考虑到窗户的热量损失产生更加极端的结果，青睐面向朝南的玻璃窗。在表2中，有人指出，面向朝鲜的窗户始终是净BTU损失，因为热量损失超过所有22个城市的微薄太阳能热量。即使对于面向西部和西部的窗户，除了丹佛除外，损失超出了太阳能热量。表4仅在不考虑损失的情况下看待太阳能收益。在损失结合时，朝向窗户的优点变得更大。
定位和尺寸尺寸窗户以提高家庭能源性能
由于在北部纬度的1月份的家庭期间获得热量增益，因此在南侧定位窗户比其他取向更有利，假设南窗未被阻止在午间中遮阳地从障碍物中堵塞。
在炎热的夏季，通过窗户获得的太阳热量通常是不可取的。尽管朝南的窗户在12月和1月比其他方向获得更多的太阳，但由于太阳在中午位置的变化，夏季的情况发生了显著变化。在夏天的几个月里，太阳的路径发生了变化。在六月，太阳在中午接近头顶，所以朝南的窗户获得的太阳热量要少得多。同时，通过朝东和朝西的窗户获得的太阳热量更强烈，因为在6月左右(对北半球来说)太阳辐射更大。直到8月底，在夏季的几个月里，朝东和朝西的窗户比朝南的窗户获得的热量多得多。朝西的窗户在下午获得热量，通常是在一天中最热的时候，这使得朝西的窗户特别不受欢迎，除非有良好的遮阳。
请注意，表6中以浅蓝色突出显示的值表明，与朝东或朝西的窗户相比，朝南的窗户在6月和7月获得的热量较少。
下面的图2总结了太阳热增益的数据。这些信息有助于选择面向不同方向的窗口的最佳方向和大小。
结论
- （1）从冬季中延展窗户（并在夏季最大限度地减少热量增益），我们可以在冬季冬季面向南方太阳能进入的建筑物批次上，当太阳呈下降时地平线中期。修改物业的景观以优化冬季太阳能热增益（并减少西方的夏季太阳能热量增益）。
- (2)为了在隆冬时利用窗户获得的太阳热量(并在夏季减少热量的获得)，我们可以尽可能实际地设置更多、更大的朝南15度以内的窗户，并尽量减少朝北和朝西(可能也包括朝东)墙壁上的玻璃。
- (3)总体而言，在几乎所有的美国气候条件下，朝南的无遮挡窗户在隆冬期间获得的热量要比损失的热量多。
- （4）面向围墙的窗户可以在冬季提供大约十五次的光线和太阳能热量的窗户。
- (5)在隆冬期间，朝南的窗户比朝东和朝西的窗户能提供三倍多的光和太阳热量。
- (6)在夏季，朝南的窗户比朝西或朝东的窗户获得的不良太阳能少。
- (7)当房子内部最凉爽的时候，朝东的窗户在清晨提供阳光，所以它们比朝西的窗户更有用。在冬天的早晨，朝东的窗户可以更有效地为寒冷的房子供暖，但朝南的窗户很快就会取代朝东的窗户。
- (8)无遮挡的西向窗户主要在下午产生热量。即使在冬天的下午，额外的空间供暖可能不需要在下午。在夏天，午后的热量增加通常是不受欢迎的。尽量设计更小、更少的朝西的窗户。
- (9)根据当地气候进行设计，考虑冬季温度(采暖度数和冬季设计温度)、多云(或1月份可获得日照的平均百分比)、电费(或采暖燃料)。气候区温度很重要，还有可利用的太阳能热收益和公用事业价格。
- （10）设计时计算太阳能热量，并与热损耗进行比较。
- （11）对窗口位置，尺寸和玻璃窗选项（SHGC和U-Factor）进行调整，以优化冬季和夏季的自然照明和太阳能收益。
- （12）考虑不同的窗户面向不同方向的窗户。面向朝南的窗户玻璃可以优化具有更高SHGC的热量，以及具有较低SHGC玻璃窗的西部窗户。与北方和西侧窗口的较低U因素（较高的R值）玻璃玻璃往往有较低的SHGC。
- (13)设计屋顶悬垂物、天井或甲板覆盖物和景观，以在冬季保持阳光通畅，并在夏季遮挡朝西和朝东的窗户。朝南的窗户也要考虑增加8月底的太阳热量。
- （14）利用可持续太阳能加热，降低建筑物的热负荷，公用事业票据和补充空间加热系统。
- （15）考虑较低的昂贵的MiniSplit热泵或甚至更简单的电阻或辐射加热在节能高性能房屋中，加热负荷较低。
- (16)减少在更大、更复杂的辅助空间供暖系统上的花费，将资金用于更多的隔热、空气密封措施和更节能的门窗。重新分配成本将降低空间供暖系统的成本和复杂性，并能使太阳能供暖提供更大比例的空间供暖。
- (17)城市和城镇可以通过整合分区法律和激励措施来提高能源效率和公共健康，为建筑用地提供朝南的太阳能接入，并保护现有建筑的太阳能接入。
附录:参考文献
下面的网络资源对收集气候和太阳能数据很有用。其他互联网数据源可能包含一些不同的数据，但数据的模式会导致类似的结论。
可持续发展设计由Christopher Gronbeck。西雅图，华盛顿。
宝贝学位．
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-BOB Opaluch在科罗拉多设计和建造了一家被动的太阳能家园，在马萨诸塞州装修了两所房屋，拥有多年的装修，维护，维修和家具建设体验。他领导了终身学习协作的可持续建筑课程，普罗维登斯的成人ED组织，R.I.Bob在棕色大学的应用数学和哲学中有学位，以及来自加州大学洛杉矶的心理学。他是五年的心理学教授，以及软件和网站可用性和设计工程师20年。
24评论
优秀资源！
谢谢Bob来分享这个非常彻底的文章！
我还想更多地了解您/ GBA社区对热质量的思考及其与太阳能热量增益的关系。我明白，一些Passivhaus建造者倒了8英寸的厚实混凝土板，用于从太阳能收益的热分布。这真的是必要吗？这有什么关系？应该与地板托床/亚轮子选择瓷砖在木材上吗？
一个快速注意：似乎您假设热量增益计算的SHGC为0.5。这样对吗？（如果打印这些假设并且我忽略了他们，我道歉。）
热质量
里克,
感谢您的意见。是的，分析假设所有Windows的SHGC = 0.5，这些窗口未在文章中提前说明。较高的SGHC = 0.7可用于朝南的玻璃窗，以增加太阳能收益，但仍然获得了体面的热量损失性能（例如，带有SHGC = .69的红衣主教LOE-180玻璃，U = 26）。在美国销售的Windows中大多数绝缘玻璃单元更接近SGHC = 0.3，以避免夏季过多的太阳能收益。被动太阳能家庭不会很好地工作。
造型热质量性能似乎难以或近似。从我读到的，平板深度超过4“厚度不会让您在直接增益无源太阳能设计中获得大量额外的蓄热或抑制温度波动。众所周知，在平板地板下面有很多泡沫绝缘（8英寸）是众所周知的10“厚度可能是常见的”，以保持其有限的热损失预算。绝缘热质量很好，但是Passivhaus绝缘水平可能在被动太阳能家中矫枉过正。
木材上的瓷砖地板不提供太多的热质量（约1/2英寸与4“平板），但更多的是木地板。因此，您可以使用瓷砖或木地板的太阳能升温，而不是木质框架结构，但不是完全被动的太阳能，除非您在其他地方也有其他显着的热质量。
[对于那些不熟悉术语的人…
——如果建筑在冬季提供足够的太阳能热量，在阳光明媚的日子里保持建筑内部的温暖，就被认为是“太阳能化”建筑。
-- "Passive solar" requires sunlight to shine on thermal mass (e.g., concrete slab floors, masonry walls, large containers of water) so that most of the solar heat gain is stored in the thermal mass, to avoid overheating the interior air during the day. The thermal mass also will radiate stored heat when the sun isn't shining to keep interior temperatures from getting too cool.) So thermal mass dampens daily temperature swings from solar gains, keeping interiors within about a ten degree Fahrenheit range (5 degrees C), if designed reasonably well.
——“主动太阳能”涉及捕获太阳能热，并通过泵或风扇将加热的空气或液体转移到某个存储位置，以便在需要时用于加热。
我打算在未来的博客中有效地说有关被动太阳能家园的更多信息。
罗伯特
这是一个非常基本的问题，我承认我不知道答案。
当建筑师(是的，我已经为客户做过)绘制南向窗户的日照示意图时，他们通常会根据夏季和冬季正午太阳的角度来决定遮阳的悬挑深度。但这个角度代表了一个短暂的时刻，太阳轨道的大部分弧线，尽管仍然影响着太阳的增益，在中午的时间里，在两边的时间里要低得多。
是否有可能确定夏季太阳的适当阴影时段，也允许峰值冬季太阳能增益？是，说，阳光的角度在上午11:00和下午1点？在此期间，如果窗户完全着色，或者只是在中午遮住并部分地在那段时间的两侧？您如何以更为精致的方式优化这种阴影，即常见的电弧图？
非常感谢你的分享
非常感谢您与我们分享这件事。
很有帮助
谢谢你分享你的想法，鲍勃。很有帮助。我期待着阅读你未来的文章。
介绍屋顶悬挑和遮阳
这里有一些文章中没有包含的信息，为那些不熟悉马尔科姆提出的话题的人提供了背景信息。
- 最高的太阳角（对于北半球）是6月21日左右的，当太阳在中午几乎开销时，只是朝向南方地平线。太阳在东方升起，开辟起来，然后在西方落下，阳光小直接撞击朝南的墙壁或窗户。这对面向南方的窗户有好处，因为在炎热的夏天，你不希望在你的窗户中跳动，在你家的内部造成太阳能热量。
——中午最低的太阳角度是在12月21日左右，当太阳在南方地平线上很低的时候，即使是在中午。中午前后太阳更低。因此，在冬季，阳光会照射在朝南的墙壁和窗户上。这对朝南的窗户很好，因为在寒冷的冬天，你希望阳光直射你的窗户，温暖你的家内部(也提供采光)。
- 季节性，冬季最冷的温度，以及夏季最热门的温度，落后于太阳的季节性变化的路径和强度。不幸的是，到8月下旬，它仍然是炎热的夏天天气，但太阳的道路在地平线上变得更加较低，而不是6月21日。您希望从阳光下遮住南方的窗户，以避免太阳能热量增益。一种着色方法是在南方墙壁上方有屋顶悬垂，足以在8月下旬在朝南的窗户上铸造阴影。不幸的是，无论这些屋顶悬垂引起的遮蔽也会导致4月21日（星期二2月21日前2月21日前两个月）的阴影。因此，悬崖往往会在春天和夏季保持房屋凉爽。但是，嘿，没有什么是完美的，所以建筑师和建造者可以设计屋顶悬垂以减少夏季过热。
悬垂，朝向西部的窗户的悬垂和尺寸最重要的是预防夏季过热！早上大楼东侧的激烈的夏日阳光，在炎热的下午西方，大于阳光撞击南侧。有关详细信息，请参阅表6。
设计朝南的悬挑屋顶
马尔科姆,
首先，感谢您在Q＆A的GBA文章中分享您的许多有用的评论和想法。我们许多人都从彼此的经验和见解中显着受益。
我认为被动太阳能的关键设计标准涉及定位和施加窗户，热质量，并进行足够的绝缘和空气密封，以便只有太阳能热量增益可以提供大部分家用的冬季空间加热，但避免夏季过热。对于面向朝南的窗户，设计悬垂最大化中冬太阳能收益，但夏季太阳能增益减少是有用的，但更多的细节比被动太阳能热量增益管理的主要贡献。我知道一些其他人不同意这种观点。
建筑工地的景观和相邻建筑物的阴影分析既严重重要。被动太阳能建筑的朝南窗户需要从9或上午10点到2或3点到2或3晚的太阳能进入，当时太阳在地平线上很低。这就是您在太阳中午之前和之后的冬季阳光角度最为关键的地方。
就我个人而言，我认为我们应该关注更好的遮阳方法而不是屋顶悬垂。悬挑的屋顶可以遮蔽窗户的顶部，同时也可以在底部吸收太阳能。可调节的遮阳蓬、窗帘、遮阳帘、室外百叶窗，甚至是落叶树木，或其他遮阳方法，可以提供比固定的屋顶悬挑更灵活、更完整的遮阳。它们可以在夏末炎热的天气里很好地工作，但在春天凉爽的日子里却不能阻挡太阳。所以我建议在隆冬时设计悬挑，以达到最小的遮阳效果，不要太担心夏季(对于冬季为主的北方气候来说)。
正如你所指出的那样，设计一个很好的问题，可以在下面的窗户设计一个良好的朝南屋顶悬垂。理想情况下，目标是不要在朝南的窗户上阻止冬季阳光。设计屋顶悬垂以避免中午的遮蔽窗户在12月21日，在1月，2月和11月在窗户顶部的窗户顶部，当你仍然想要那个阳光（凌晨10点或下午2点，你不会着色窗户的顶部，因为在那一天的时刻在地平线上较低。如果您为最佳冬季性能设计，您将在夏季深夜享受不良的太阳能热量。
如果您要为窗口的顶部绘制12月21日遮阳线，请从窗口底部绘制一个阴影线，从窗口的底部绘制一个阴影线，可以使用交叉点的点来设置最低点，最远的屋顶悬垂。这将为那些在太阳中午的日期提供理想的太阳阴影。但它不会像你在6月21日那天早些时候或更晚的那样遮挡窗户，或者在6月21日的早些时候或之后。它将在1月，2月，11月遮挡窗口顶部，当时你更喜欢满阳光。但这可能是一个很好的妥协。
屋顶突出越大，较为重要的是进行着色分析，因为它在阴影的大小上产生了很大的差异。因此，对于传统的海角风格的家，小突出的悬垂不会在任何季节遮住窗户。延长它们会对窗口的顶部有影响，但不会延伸到窗口上很远。在传统的南方种植园风格的家庭拥有门廊和怪物屋顶悬垂，您可以在六月举行朝南窗户完全遮挡朝南的窗户，但在冬季，窗户的顶部不会遮荫。它没有偶然的冬季主导的气候北北京北部的事故;和南方种植园风格的房屋，大窗户，大悬垂和宽阔的门廊，南方南部的占据主导地位。他们适合气候。
冬天提升情绪
感谢您对这种高效的家居设计的所有卓越细节和评论，以及您的工作。
在冬天，让大量的阳光进入家中是一种提升心情的方式，因为许多人发现在温暖的冬天很难待在外面。研究表明，当阳光进入房间时，上学的孩子和上班的成年人心情更好，做复杂的工作也更好。
80年代末，我们在密歇根州东南部自己设计建造了一个被动式太阳能房屋。简单的2x6与外部1"铝皮polyiso泡沫塑料，朝南的后方更大的窗户和门，很少窗户在其他墙壁。我们在所有朝南的窗户和门上都有大约2英尺的悬垂，在这个纬度工作得很好。但还是不要用空调。我们发现最冷的日子非常晴朗，会有很多光和热进入，这与一些人说的被动式太阳能相反。在这些寒冷晴朗的日子里，炉子很少整天开着。有点像今天，11度，非常阳光和舒适的室内，控制着高压系统。
晚上我们在窗户上拉紧隔热窗帘，以减少热量的流失。
我们对该地区的能源使用几乎比其他房屋低于其他家庭，主要是由于无源太阳能设计，而不是比传统成本更高。
当我们的城市、州和公用事业停止惩罚那些征收太阳能税的人的时候，我们将在面向南方的大屋顶上增加太阳能电池板。似乎“该死的鱼雷，全速前进”就会导致灾难性的全球变暖。
冬天的黑暗日子会影响心情
文斯,
完全同意。您的家和我设计和构建的科罗拉多州被动太阳能室似乎非常相似。我也喜欢明亮的阳光和温暖的室内温度冬天。（加上停电时的低水电费和弹性。）。在太阳能之家肯定会治愈冬季蓝调和季节性情感障碍（悲伤）。我的伟大阿姨曾经住在俄勒冈州的家人，但在白云馆期间不得不住在其他地方。
优化得热
为了优化通过窗户的热量增益，严重绝缘百叶窗将改变所有数字。我在51年前在51个纬度北部建造并安装了内部和外部的R20-30关闭了闭合百叶窗。这是一个超过10,000平方英尺的巨大房子，双釉窗口为1300平方英尺。这些面板在冬季15小时的夜晚关闭，比热质量或太阳能增益更大。这是一个实验，我现在可以在5年后说，它超出了我的期望。
在3年前，我们的快门效果如此高兴，我建立了一个“低质量，超级绝缘的南面朝向太阳廊。窗口区域为400平方英尺，秘密是低质量。太阳能增益未存储靠近窗户靠近晚上丢失，但是通过一个敞开的门进入主楼。夜间关闭，然后从主加热的建筑隔离。这也是非常有效的。我们想要保持我们的太阳能热量，不会通过带来它的同一个窗口失去它。
罗伯特
谢谢你的好意，也谢谢你的解释。我发现它既有趣又非常有用。值得记住的是，那些80年代早期的房子是我们今天进行如此富有成果的讨论的主要原因之一!
太阳能探路者
伟大的文章！
对于那些试图弄清楚方向和悬垂尺寸和角度的人来说，最好的工具是太阳能路径和许多新的应用程序，如在一年中每天的任何位置都显示出阳光的所有角度和方位角。太阳能光伏安装人员使用了最爆炸的降压。
素描
我使用谷歌素描，免费版，大致在我很快建造的阴影。你建造一个简单的房子，然后你可以设置你的纬度，然后选择日期/小时。它是整洁的，因为你可以选择一个日期，然后从上午到下午移动小时，看着整个房子的阴影跳舞。
我的房子以南方为导向45 *，墙上（38'），面向西南4大型窗户，2个大型窗户面向东南部。36“悬垂，9”墙。12月21日，悬崖上没有阴影。6月21日，早上的凌晨只看到了阳光直射，而窗户儿子在晚上傍晚的西北部。南部墙在每个窗口的底部看到大约6英寸的太阳曝光。9月1日/ 3月1日建模显示，随着阳光下降足以否定大部分悬垂的效益，揭示了适度的曝光。然而，一些策略性地放置了落叶树，我拥有所有但消除了我的夏季窗口太阳能曝光。我们的物业拥有一些年轻的毛茸茸，已经高30英尺高，并且非常适合移植进入最大化冬季收益和减少夏季收益的准确点。
太阳模拟器的运动
我用这个网站来分析我的网站。它是免费的，不需要下载。太阳模拟器的Naap实验室运动
眩光怎么样？
获得自由的热量和阳光来提出心情。
但是，如何处理眩光？你把家具放在哪里有其他东西？
例如，如果我的客厅/餐厅/厨房的开放空间占据了房子朝南的整个空间，我应该把电视放在哪里?并不是说我在白天看得太多(或根本不看)，但仍然是:)
例如，如果我在白天吃早午餐，我应该把餐桌放在哪里?我们把它设计成东西方向，在南边我们有一个2.5米宽的大门。在冬天，坐在桌子北侧的人的眼睛里会有阳光吗?
对Daror Radman的回应
达沃,
你提出了一个重要的观点。我已经足够大，以记住20世纪70年代和20世纪80年代的被动太阳能家园。许多人对眩光有问题。朝鲜面向玻璃玻璃太多可以在2月和3月制作一个家庭非常不舒服和令人不快的人。
请注意，页面顶部的照片显示了1982年的被动太阳能室。除非我错误地弄错了，否则房屋有内部色调或窗帘，这些窗户都在使用中使用。我看到了很多：首先，设计师包括太多的朝南玻璃窗;然后房主安装了内部色调以减少眩光。
太阳能收益过热内部
请注意，这篇文章并不提倡经典的被动式太阳能设计，即使一个设计良好的被动式太阳能住宅在干燥寒冷的冬季气候条件下工作得很好(但在冬季阴天的气候条件下就不行)。我将在下一篇文章中讨论被动式太阳能和其他家居设计问题。
这篇文章指出了在冬天使用朝南的窗户来获取温暖(和自然采光)的重要性，而在夏天(相对于朝西和朝东的窗户)不会遭受那么多的热量获得。它量化了美国的一些气候(而不是其他气候)如何利用太阳能获得的热量进行空间加热，或通过设计管理太阳能获得的热量，以成本效益地减少公用事业账单。这些原则适用于所有类型的建筑，不幸的是，在细分设计、建筑设计和建筑定位中可能被忽视。我希望我们能学会更好地管理太阳能收益，减少对辅助供暖和空调的依赖，减少对化石燃料的使用，并减少那些负担不起的人的公用事业成本。不仅仅是设计被动式太阳能或太阳能调温建筑。
Martin我同意一些被动太阳能住宅确实创造了朝向朝下的玻璃窗壁，可能在没有预先量化太阳热增益。缺乏足够的热质量可能是一个常见问题（导致冬季的大型内部温度波动，即过热）。我下注绝缘也是一种常见问题，特别是对于作为过夜加热系统的热质量。我们将同意热量损失，也应进行太阳能增益，以优化任何家庭设计。我看到了很多例子，人们事先没有“做数学”的东西。过度覆盖，低下，超大的HVAC和在没有地点分析的库存家庭计划看起来普遍存在。imho典型的美国与超大化石燃料加热和ac的绝缘房屋是失败的设计，需要我们最大的关注。我希望这篇文章能够带领人们考虑为任何类型的家庭量化太阳能收益，而不仅仅是太阳导向的设计。
眩光
在冬天，围绕着南侧窗墙的窗户墙壁可能是一个问题，在当天的西边的窗户（特别是在夏天），以及夏天的窗户。面向朝北的窗户来说，这是一个问题，这在一年中几乎没有直接的阳光接受。像大多数事情一样，你可以有太多好事。夏季风光良好，冬季太阳热增益良好，炎热的夏季不好。避免朝南的窗户，因为在极少数情况下，人们在不考虑太阳能收益或眩光的情况下创造了窗壁，这将是一个错误。西边的窗户是一个更大的关注点，需要在热迟到的下午期间遮蔽一些。有很多方法可以提供该阴影，或使用低SHGC Windows for West和East-ord Windows，以避免夏季内部过热。
使用直接增益板（如图所示的照片中的类似太阳能室中的太阳能热量吸收），许多太阳能家用设计师推荐平板地板是深色的。他们还推荐天花板是白色的，以反射光回到地板上。工程明智，这是有道理的，但不是为了人类感知。我认为这些建议是一个错误，因为黑暗地板和白色天花板和墙壁的高对比度增加了对眩光的看法。在照片中的家庭展示使用的陶瓷地板瓦片各种颜色而变化，但整体是咖啡颜色。（如果有兴趣，请参阅此GBA文章中的内部照片：
//m.etiketa4.com/homes/passive-solar-home-1980s
我把墙壁的颜色从灰白色改为同样的咖啡色(根据室内设计课的建议)。虽然眩光并不是什么大问题，但内部颜色一致降低了颜色对比，似乎确实降低了眩光的感觉。如果地板是深色的，房子可能会表现得稍微好一点，但眩光可能会是一个更大的问题。
不确定当我拍照时，除了显示am阴影，而不是在冬天，因为落叶植物有叶子。眩光不会是在任何家庭的面向朝南窗户时被绘制的原因阴影，除非有人需要一个黑暗的内饰，就像试图迟到一样。我不记得在冬天使用色调来减少眩光或过热。这个家具有足够的绝缘绝缘的热质量瓷砖板底，定量地用太阳能热量抵消了冬季热损失。然而，在夏日夏天，我确实有太阳窗户的太阳热量增益。
在炎热的日子里，任何类型的家庭都可以使用阴影、悬挑或许多其他替代品来减少太阳热量的增加，以减少AC或不舒适的室内温度。使用窗帘并不是被动式太阳能或其他类型房屋的缺陷。
如果眩光是一个问题，您可以使用纯粹的窗帘或部分地绘制“按钮”，管理灯光级别，或者将“按下”蜂窝阴影。但是，如果需要色调以减少冬季过度过热，可能有一个与西部或朝南窗户过度玻璃的设计错误。我做了热量损失，空气渗透，太阳能增益和每小时的内部温度计算（使用铅笔和纸，在购买家庭计算机的日子之前）。目前，有大量的软件和顾问来执行计算，或者使用电子表格来做。对于任何家庭设计，需要进行热量损失，太阳能增益和其他分析，以便获得最佳效果，特别是考虑到建造房屋的高成本。“算一算！”
定位家具
达沃,
我对这些照明问题不太熟悉，所以希望有人能参与进来。
透光通过窗户并不是阳光。北窗户是一个很好的例子，因为黎明和日落除6月左右外，没有直接的光线穿透朝南的窗户。间接光线有各个方向，包括朝向朝南的窗户，尽管直接阳光更强大。
在一个房间里，你可能会有光线从房子不同侧面的多个窗户射进来。即使在冬天的中午，房间里只有一扇朝南的窗户，光线也会反射到窗台和地板上，使光线扩散，尤其是在房间的另一端。
在12月21日的太阳正午，光线从一个朝南的窗户在典型的高度将直接照射到室内约13英尺的阳光。数小时前或数小时后，光线可能会延伸得更远，但强度会降低。同样，它会反射地面和其他表面来漫射光。除了当天较晚或较早的时间外，朝西或朝东的窗户也类似。在表6中，请注意，夏季朝西或朝东的窗户的光线与仲冬朝南的窗户的光线大致相同。
我认为如果你坐在阳光直射的地方，而不是在房间的另一端，眩光会是一个更大的问题。所以我不认为盯着房间另一边的餐桌会有什么问题。
如果您的电视屏幕直接阳光，很难看到屏幕。如果电视在同一个墙壁上，旁边的南窗中午冬天，窗户的光可能比电视或电脑屏幕更明亮。您无法看到电视，并会在窗口中经历眩光。（当然，您可以使用光过滤窗帘或阴影来解决此问题。）。与东方或西侧的窗户相同，分别早或晚了。北窗口几乎没有直射阳光，所以会少遇到问题。
如果电视本身不在阳光直射处或相邻处，并且与接受阳光直射的窗户成90度角，应该没问题。避免阳光直射与电视屏幕形成反差。在阳光直射下(在你身后)窗户或物体的反射可以在你的电视或电脑屏幕上看到。电视或电脑屏幕上的玻璃也可以是高反射的光滑玻璃，以获得最佳的视觉屏幕性能，或可以是低反射玻璃，以减少对屏幕上的反射的干扰。
在早期，计算机屏幕有罩子从上方和侧面堵塞了光线。那些屏幕不是很聪明。但是，除了窗帘或色调之外，如果你真的不想移动电视并有眩光问题，你可以使用其他方法来阻止光线反射电视屏幕或在您的观看方向上竞争电视竞争。您还可以增加屏幕的亮度，一些计算机屏幕自动执行（根据环境光线水平）。
希望这可以帮助!
眩光
我们似乎没有眩光的问题。我们确实有中学暗木地板，油毡和瓷砖。我们在主生活空间有白墙和平坦的白色天花板。我们没有广阔的开放空间，将家具放在窗户附近。这可能有助于分解眩光。
我的妻子有一个小型办公室，坐落在南面的墙上，在阳光灿烂的日子里拉着色调。在家里，她是第一个将它们拉到阳光明媚的早晨，也许是因为我们在家里有更多的空间。一般来说，如果我们可以，我和猫坐在阳光下。
我不太确定一个黑暗的被动房子的小窗户，目前是昂贵的建造，即使你能找到能够做到这项工作的人，但非常低的能源使用很大。也许我们不应该让完美成为善的敌人。
回应大卫·马丁
大卫，
而不是寻找具有高U-Factor的窗口，而不是寻找一个带有低U形因子的窗口。U形因素越低，性能越好。[我注意到在我写这个响应后，你编辑了你的评论，将“高U值”更改为“低U值”。这更有意义。]
顺便说一句，U-0.24的U-0.24的U形因子并不差。SHGC为0.39将被认为是低太阳能增益的玻璃，而不是高太阳能增益玻璃窗。因此，如果您在高太阳能玻璃上设置了您的心，您应该继续看。
有关更多信息，请参见所有关于玻璃选项．
玻璃
我在我家的南侧有35岁的自制固定玻璃窗，需要更换。我无法在当地的佛蒙特州供应商处找到玻璃，具有低U值和高SHGC。我应该对0.24和SHGC的U感到满意吗？如果不是，我如何以合理的价格找到更好的替代品？
高SHGC玻璃上釉
不幸的是在美国，大多数窗户出售都是低SHGC。加拿大公司可能是您最好的选择（例如，Thermotech，准确的Dorwin，内联）。
您可能会发现一个双窗格密封的绝缘玻璃单元（IGU），没有“热镜”低E处理，或难以降低太阳能增益的罕见低E治疗。氩气填补将是经济实惠的，并添加了R-1。
红衣主教玻璃为被动太阳能应用制作LOE-180。然而，我不相信他们卖出密封的玻璃单位零售，只是窗户制造商。
http://www.cardinalcorp.com/products/coated-glass/loe-180-glass/
PPG Industries制造了两种低E /高SHGC产品：墨水500件和墨水玻璃，SHGC约为0.7。像红衣主教一样，PPG仅制造窗玻璃，我不认为卖玻璃单位零售，只是窗户制造商。
http://www.vitrowindowglass.com/lowe_glass/sungate_500.aspx.
你可能不得不订购窗户，而不仅仅是密封的双层或三层玻璃igu。
自从我在20世纪80年代建了那个被动式太阳能房子以来，就没有低辐射的窗户可用。我使用了双窗格窗户和四个大的双窗格igu(用于站点建造的固定窗户)。U-factor = 0.5，或R-2，以今天的标准来看非常差。我在晚上使用褶皱或蜂窝窗帘，有时还会在下雪天使用隔热百叶窗来减少热量损失。你可能会找到或制作未经处理的三层窗格玻璃单元，甚至尝试使用三层玻璃为你自己的网站建造固定窗口，如果你正在寻找最终廉价的解决方案。在佛蒙特州，由于玻璃层之间的水分，你可能很难起雾。也许一些干燥剂可以帮助减少雾?
无论您如何找到销售零售的Igus，请与我们分享。
高SHGC选项
在科罗拉多州，我发现Milgard和Pella的SHGC值高，E值低。
好文章!这是我读过的最好的书之一。
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