Credit: Unsplash/CC0公共领域天窗是一种美学上令人愉悦的设计选择，但根据UO研究人员的一项新研究，它们也是一种未被充分认识的建筑可持续热能来源。被动式太阳能加热系统通过天窗或窗户收集自然光，并利用它直接加热空间，而不将其转化为电能。研究人员发现，根据对美国各地供暖需求和太阳能可用性的详细分析，这种装置可以满足全国三分之一的住宅空间供暖需求。
这些发现发表在11月号的《可再生和可持续能源评论》上，是对美国直接太阳能加热资源的首次详细调查
UO建筑科学家亚历山德拉·雷姆佩尔说，这一消息对越来越迫切的摆脱化石燃料的努力是一个福音，她与UO地球科学家艾伦·雷姆佩尔和伦斯勒理工学院的工程师桑迪潘·米什拉共同领导了这项新研究。供暖消耗了大多数人家庭能源预算的一半左右，也是建筑相关碳排放的最大来源。但是美国的大多数供暖系统仍然依赖石油或天然气。
亚历山德拉·雷姆佩尔说:“在研究可持续建筑的过程中，很明显有很多资源我们没有利用。
被动式太阳能供暖就是其中之一。尽管它已经被使用了几个世纪，但它并没有作为一种深思熟虑的可持续设计技术被广泛应用。
“人们不认为在寒冷的气候下会有足够的太阳能，”伦佩尔说。
这部分是因为美国的许多被动式太阳能供暖系统都使用了垂直玻璃，比如大窗户。雷姆佩尔说，当你有炎热的直射阳光时，这是一个很好的策略。但是在多云和凉爽的气候中，大多数扩散的太阳能来自大气的上游，不管太阳在天空的什么地方。倾斜的玻璃，就像斜屋顶上的天窗，非常适合捕捉这种能量。
为了弄清楚到底有多少太阳能没有被利用，莱姆斯和他们的同事整合了数据集，对美国一年中不同时间的太阳辐射水平、室外温度和热能使用进行了编目。该团队还包括前UO学生塞拉·麦科马斯和斯塔西·达菲，他们考虑了许多不同的变量，比如太阳在天空的位置和白天的时间长度。
基于这些计算，他们绘制了被动太阳能热资源超过供暖需求的地点和时间。
根据他们的计算，在一年中家庭需要供暖的时候，每个家庭每年大约有7兆瓦时的太阳能可用。假设每个屋顶有10平方米的玻璃，目前的技术可以捕获其中大约50%用于使用。这意味着，如果每个人都安装了被动式太阳能供暖系统，直接太阳能供暖可以提供一个典型家庭一年所需热量的三分之一。
“这个想法并不是说它会完全取代传统供暖，而是会减少你需要的热量，”伦佩尔说。
该论文提供了美国不同气候下城市地区的详细分类数据，这些数据可能对寻求减排的城市和地区有用。冬季寒冷的城市，如波士顿和芝加哥，以及云量频繁的城市，如西雅图，可能会特别受益。
对莱姆斯夫妇来说，这项工作不仅仅是理论上的。在大流行期间，他们在自己的尤金家中安装了一套天窗，以及滑动隔热板，以保持夜间的热量。根据他们典型的能源使用情况和特定天窗的大小，他们估计这会减少80%的取暖费用。
Rempel现在正与建筑师和建筑设计师联系，希望让他们相信天窗在新建筑中的优点，在新建筑中，天窗比加装天窗更便宜、更容易。她建议，未来，城市可以像目前其他可持续设计选择一样，为采用被动式太阳能供暖的建筑提供退税或税收减免等激励措施。
“钱是一种激励，”她说。但是有了天窗，家里充满了光线，“还有额外的体验部分。”
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