淺析太陽能在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展

張峰平

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,能源短缺問題是各國面臨的共同問題,為保護環(huán)境、保持經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展,各國競相開發(fā)風(fēng)能、太陽能等新能源,太陽能作為一種取之不盡,用之不竭的清潔能源,正日益受到重視,太陽能在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用愈為廣泛。

1 太陽能熱利用技術(shù)特點和在節(jié)能建筑中的重要地位

1.1 太陽能熱利用技術(shù)特點

太陽能作為一種取之不盡,用之不竭的清潔能源,具有一些其他能源不可比擬之處:1)普遍性。我國是太陽能十分豐富的國家,2/3以上國土面積年日照量為2 200 h以上,如我們浙江省年日照時間在2 100 h～2 200 h之間,非常適宜太陽能熱利用;2)無污染性。煤炭、石油等生物化石能源燃燒時要產(chǎn)生有害氣體和廢渣,但太陽能的利用不會產(chǎn)生廢氣、廢渣,不會對環(huán)境造成污染;3)安全性。太陽能利用不同于核能發(fā)電,一旦發(fā)生事故就會嚴(yán)重污染環(huán)境,造成生態(tài)危機,太陽能利用安全可靠,不會因發(fā)生事故而污染環(huán)境;4)用之不竭。太陽能是太陽內(nèi)部進行裂變釋放的能量,據(jù)估計在過去漫長幾億年中,太陽只消耗它本身能量的2%,對于人類短暫存活期限來言是用之不竭的。

太陽能作為一種新興能源,其利用也存在一些缺點:1)受氣候時間影響大,地球的自轉(zhuǎn)造成太陽能晝夜差異大,陰、雨天和晴天太陽能差異大,夏天和冬天差異大。這不僅增加技術(shù)上的困難,也增加太陽能利用的不穩(wěn)定性;2)利用效率的技術(shù)不成熟,在我國利用較多較成熟的是太陽能熱水器,太陽能熱水器基本是靠天吃飯,太陽能利用率低,諸如太陽能光伏發(fā)電,太陽能供暖在我國起步晚,技術(shù)上不成熟,設(shè)備造價高。

1.2 太陽能熱利用在節(jié)能建筑中的重要地位

建設(shè)部制定的《建筑節(jié)能技術(shù)政策1996-2010》,其目標(biāo)為在2000年前,新建、擴建住宅和公建項目的能耗要在1980年當(dāng)熱通用設(shè)計能耗的基礎(chǔ)上節(jié)約50%;從2005年起新建、擴建住宅等項目能耗要在2000年基礎(chǔ)上再節(jié)約30%。隨著改革開放,人民生活水平的提高,熱水淋浴設(shè)備已進入千家萬戶,生活熱水能耗是建筑能耗中不可忽視的組成部分,電熱水器、煤氣熱水器由于其要消耗大量石油、煤炭資源而面臨發(fā)展瓶頸,太陽能熱水器作為我國目前在建筑領(lǐng)域利用最多最成熟的技術(shù),將是解決住宅等項目部分生活熱水的首選技術(shù)。

2 建筑領(lǐng)域太陽能熱利用現(xiàn)狀

2.1 太陽能熱水技術(shù)

我國幅員廣闊,有著豐富的太陽能資源,2/3以上國土太陽日照數(shù)全年超過2 200 h,太陽能利用有著廣闊的發(fā)展前景。目前,我國應(yīng)用最多的是太陽能熱水系統(tǒng),由于我國擁有太陽能真空管的自主知識產(chǎn)權(quán),所以太陽能真空管熱水器被廣泛應(yīng)用于建筑熱水供應(yīng),從而大大節(jié)約生物化石能源。太陽能熱水利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,由太陽能熱水器和管道系統(tǒng)組成,造價低廉,應(yīng)用方便,在商品房項目、工業(yè)項目甚至農(nóng)村住宅得到廣泛應(yīng)用。

2.2 太陽能供暖

太陽能供暖方式可分為主動式和被動式兩種。主動式太陽能供暖系統(tǒng)有太陽能集熱器,熱水貯槽或貯熱器,散熱器水泵或空氣泵,由管道連成一體,系統(tǒng)為強制系統(tǒng),整個供暖系統(tǒng)類似中央空調(diào),造價和維護費用較高。被動式太陽能供暖不需要太陽集熱器、熱水貯槽或貯熱槽、水泵或空氣泵、散熱器等部件,而是通過調(diào)整房屋建筑的朝向、內(nèi)部空間和外形設(shè)置,以房屋結(jié)構(gòu)本身完成集熱、貯熱、釋熱功能的采暖系統(tǒng),被動式太陽能利用原理就是所謂的溫室效應(yīng)。中國北方住宅多采用直接接受式、集熱蓄熱墻式、附加溫室等方式,這種方式供暖在無輔助能源情況下,可以提高太陽房室內(nèi)溫度,建太陽房造價增加10%～20%,廣大群眾能接受,故被動太陽房技術(shù)在農(nóng)村很受歡迎,如大棚蔬菜就是簡易的太陽房。

3 解決對策

3.1 完善太陽熱水系統(tǒng)

目前太陽能一體化主要指太陽能熱水系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。首先應(yīng)改變單門獨戶安裝太陽能熱水器的現(xiàn)狀,而代之以每棟樓為單位統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一安裝大型太陽能熱水器,統(tǒng)一向各家各戶供應(yīng)熱水,其計量方法可采用類似煤氣供應(yīng)方式實行計量收費,安裝費用以戶為單位平均分?jǐn)?既節(jié)約造價,又提高熱水利用效率。其次應(yīng)逐步淘汰太陽能真空管等直接式熱水器,改之使用太陽能平板熱水器,可安裝于屋頂、建筑立面、陽臺欄板、女兒墻等表面,增大吸熱面積,又和建筑物完美結(jié)合在一起,真正實現(xiàn)太陽能一體化。

3.2 改進太陽能供暖、供熱技術(shù)

3.2.1 大力發(fā)展被動式太陽能利用技術(shù)

建筑物包括農(nóng)村住房在設(shè)計、施工之初就在考慮節(jié)能保溫性能,如節(jié)能保溫性能不好,門窗氣密性差,則建筑物本身能耗高。被動式太陽能建筑通過調(diào)整建筑朝向、內(nèi)部空間和外形設(shè)置,盡可能降低太陽能建筑本身能耗需求。今后太陽能熱利用技術(shù)在建筑中應(yīng)用會多種多樣,但被動太陽能建筑設(shè)計技術(shù)是基礎(chǔ)。

我國國土廣闊,不同地方氣候、居民生活習(xí)慣、經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r差異很大,應(yīng)根據(jù)具體情況確定太陽能利用方式,日照時間長的北部地區(qū)和西部貧困地區(qū)應(yīng)大力推廣被動式太陽房提供采暖,同時供應(yīng)熱水。

3.2.2 太陽能熱水利用和空調(diào)相結(jié)合

被動太陽能利用方式雖然造價不高,技術(shù)簡單,但也存在形式單一,效果也不能完全滿意,陰雨天無法供暖的特點,所以應(yīng)將太陽能熱水利用和空調(diào)相結(jié)合起來,這種方式將有良好的應(yīng)用前景。利用太陽能冬季供暖、夏季制冷,全年供熱水的三聯(lián)供技術(shù)將是今后太陽能熱利用技術(shù)在建筑中應(yīng)用的發(fā)展方向,由于我國太陽能利用尚處于剛剛起步階段,太陽能綜合利用技術(shù)尚不成熟,其造價很高,效率也不能完全滿意,政府應(yīng)提供資金、政策支持,大力扶持太陽能綜合利用技術(shù),使太陽能綜合利用技術(shù)得到快速發(fā)展。

3.2.3 推進技術(shù)進步

開發(fā)可適用太陽能供暖、制冷系統(tǒng)的中、高溫太陽能集熱器,太陽能供暖一般在冬季,環(huán)境氣溫低,必然導(dǎo)致集熱器的熱損失,為提高效率必然對太陽能集熱器提出更高要求;夏季制冷使用的吸收式制冷機需要高溫水作熱源,這也對太陽能集熱器提出更高要求,而目前我國生產(chǎn)的太陽能集熱器主要還是應(yīng)用于太陽能熱水利用,其熱利用效率低下,應(yīng)用于空調(diào)制冷或供暖顯得心有余而力不足,所以開發(fā)可適用于太陽能供暖、制冷的中、高溫的高效太陽能集熱器尤為關(guān)鍵。

大力開發(fā)太陽能低溫轉(zhuǎn)換系統(tǒng),太陽能集熱器效率隨著運行溫度的升高而降低,所以要降低集熱器和供暖系統(tǒng)溫度,同時我國目前大量使用的集熱器仍屬于低溫集熱器,所以開發(fā)太陽能低溫轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有著廣泛發(fā)展前景,如近年出現(xiàn)的太陽能低溫地板輻射采暖技術(shù)就是絕好的例子。

4 結(jié)語

能源緊缺,溫室效應(yīng)等問題是個世界性難題,尋找新能源降低社會能耗節(jié)約能源,走可持續(xù)發(fā)展道路是我國社會發(fā)展的必由之路,太陽能作為一種取之不盡,用之不竭的清潔能源,必將受到大家的重視,太陽能在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用其前景是廣闊的,其所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益也是不可估量的。

[1] 露 露.太陽能供暖系統(tǒng)[DB/OL].新浪新聞,2009-03-14.

[2] 王宏志,王潤強.太陽能熱水器系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用[J].機械給排水,2009(1):38-41.

[3] 太陽能供暖技術(shù)發(fā)展簡析[DB/OL].中國能源信息網(wǎng), 2009-10-19.