太陽能在建筑中的運(yùn)用

朱樹德

摘要：能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著近年來世界各國越來越關(guān)注能源問題。而在建筑中也逐漸將節(jié)能減排寫入了規(guī)程中，太陽能也逐漸被許多工程師用在建筑中并取得了一定的成效。

關(guān)鍵詞：太陽能；建筑；節(jié)能

引言：隨著社會(huì)的發(fā)展和人類文明的物質(zhì)精神的提高，越來越多的能源被人類所消耗，而傳統(tǒng)的能源在運(yùn)輸加工轉(zhuǎn)換利用過程中都會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成溫室效應(yīng)熱污染酸雨臭氧層破壞等。而太陽能的利用卻可以忽視這些負(fù)面影響，太陽能在將來也會(huì)逐漸替代這些傳統(tǒng)的能源，在建筑行業(yè)中，太陽能同樣具有很大的潛力，從而替代別的主要能源，被廣泛的運(yùn)用在建筑中。

太陽能直接來自于太陽輻射，主要提供熱量和電能，說到太陽能，人類通常會(huì)想到太陽能發(fā)電發(fā)熱等，想到的都是這些技術(shù)的先進(jìn)性。但是很少有人會(huì)想到，在我們建筑中，很早就開始利用太陽能，在古代，我們祖先通過開窗，讓太陽射進(jìn)來，用來采暖跟采光。這就是最簡單的利用太陽能的方式?，F(xiàn)代，對(duì)太陽能利用不止采光或者取暖，而是利用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)太陽能進(jìn)行深度利用，即發(fā)電發(fā)熱。

一、太陽能供熱水

利用太陽能加熱水是太陽能利用的最普遍的形式。世界各國已經(jīng)相繼研究開發(fā)出各種類型的家用太陽熱水器和太陽熱水系統(tǒng)，并且正在逐步走向商業(yè)化市場化。

太陽能集中供熱水系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括太陽能集熱裝置和大水箱，太陽能集熱裝置由太陽能集熱器和集熱器水箱組成，集熱器水箱中裝有水溫傳感器，進(jìn)水管通過進(jìn)水電磁閥與太陽能集熱裝置相通，集熱器水箱出水管與大水箱相通，大水箱底部有電加熱器，大水箱中裝置有水溫水位傳感器，在大水箱底部高于電加熱器的集團(tuán)有出水口，出水口連接出水管，出水管經(jīng)自動(dòng)增壓泵與各用戶熱水籠頭相連，出水管在自動(dòng)增壓泵之后有一出水支管，出水支管經(jīng)熱水電磁閥連接在進(jìn)水電磁閥之后的進(jìn)水管上，水溫水位傳感器、水溫傳感器、自動(dòng)增壓泵，進(jìn)水電磁閥和熱水電磁閥都由設(shè)置的電腦控制系統(tǒng)控制其運(yùn)作。本實(shí)用新型能充分利用太陽能，節(jié)約電能，隨時(shí)能供應(yīng)熱水。

二、太陽能采暖

利用太陽能加熱的系統(tǒng)，既可以為用戶提供生活用水，還可以為住宅取暖。實(shí)際上，太陽能采暖系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng)基本構(gòu)成是相似的，因此國外太陽能界已經(jīng)將太陽能采暖跟太陽能熱水建成同一套系統(tǒng)--“太陽能組合系統(tǒng)”，更不同于由太陽能和其它能源組成的“混合系統(tǒng)”

太陽能采暖系統(tǒng)的運(yùn)行。首先是吸熱的過程。這個(gè)過程是太陽輻射透過真空管的外管，被集熱器鍍膜吸收之后沿著內(nèi)管壁傳遞到管內(nèi)的水。而管內(nèi)的水在吸熱之后溫度就會(huì)上升，隨著比重減小而上升，從而形成一個(gè)向上的動(dòng)力，就構(gòu)成了一個(gè)熱虹吸系統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移并儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱上部，同時(shí)溫度較低的水沿管的另一側(cè)不斷補(bǔ)充如此循環(huán)往復(fù)，最終整箱水都升高至一定的溫度。其次是循環(huán)管路。使用的一般都是按照自然循環(huán)的方式來運(yùn)作的，不存在外在的動(dòng)力。因?yàn)樘柲軣崴鞯募療岬拿娣e并不大所以我們不采用管道循環(huán)的方式。再次就是頂水式使用的過程。由于頂水工作的優(yōu)點(diǎn)是供水壓力來自于自來水壓力，比自然重力式壓力更大。

三、太陽能空調(diào)

當(dāng)前階段，人們可以利用部分熱能為建筑物提供熱水和采暖，而且還可以利用這部分熱能為建筑物提供制冷空調(diào)，從節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的角度考慮，用太陽能代替常規(guī)能源驅(qū)動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，正日益受到世界各國重視。太陽能空調(diào)的最大優(yōu)點(diǎn)在于季節(jié)適應(yīng)性好：一方面，夏季烈日當(dāng)頭，太陽輻射能量劇增，炎熱的天氣迫使人們需要空調(diào)來制冷；另一方面，由于夏季太陽能的輻射增加，使倚靠太陽能來驅(qū)動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)可以產(chǎn)生更多的冷量。因此，太陽能空調(diào)系統(tǒng)的制冷能力是隨著太陽熱能量的增加而增大的，這正好與夏季人們對(duì)空調(diào)的迫切要求相匹配。太陽能制冷空調(diào)可以用多種方式來實(shí)現(xiàn)，每種方式又都有其自身的特點(diǎn)。將太陽能吸收空調(diào)系統(tǒng)與常規(guī)的壓縮式空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行比較，除了季節(jié)性好的優(yōu)點(diǎn)之外，還具有以下幾個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)1傳統(tǒng)的壓縮式制冷機(jī)以氟利昂為介質(zhì)，它對(duì)大氣有一定的破壞作用，吸收式制冷機(jī)以不含氟氯化合物的溴化鋰為介質(zhì)，無臭無毒無害，有利于保護(hù)環(huán)境，2無論采取何種措施，壓縮式制冷機(jī)都會(huì)有一定的噪音；而吸收式制冷機(jī)除了功率很小的屏蔽泵之外，無其他運(yùn)動(dòng)部件，運(yùn)轉(zhuǎn)安靜，噪音很低。3同一套太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)將夏季制冷，冬季采暖和其他季節(jié)提供熱水的3種功能結(jié)合起來，做到了一機(jī)多用，四季常用，可以顯著提高太陽能系統(tǒng)的利用率和經(jīng)濟(jì)性。

以上太陽能熱水系統(tǒng)太陽能采暖系統(tǒng)和太陽能空調(diào)系統(tǒng)，一般都需要由太陽集熱器和其他耗能部件來驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，這類太陽能系統(tǒng)通常稱為主動(dòng)式太陽能系統(tǒng)，被動(dòng)式太陽能系統(tǒng)是指不通過機(jī)械動(dòng)力而通過建筑物本身采取的一定措施，利用太陽能的系統(tǒng)。

最簡單的被動(dòng)式太陽能設(shè)計(jì)是那種之間獲得式設(shè)計(jì)，即讓陽光直接照射到建筑上并加熱它。太陽光的熱量儲(chǔ)存在建筑物固有的蓄熱體里，如混凝土、大理石地面或是石墻，都能儲(chǔ)存并緩慢地釋放熱量。被動(dòng)式太陽能采暖一個(gè)共同特征就是，朝南開一扇大窗，并采用保溫性能好的建筑材料做墻體，且蓄熱體一般置于這種好的保溫材料做成的隔熱墻之中。蓄熱體一般指可以儲(chǔ)存熱量的集熱體，多采用附屬于隔熱墻的形式存在于建筑物的墻體之間。隔熱墻是由8到16英寸厚涂黑的石墻、熱吸收材料、覆蓋并距涂黑石墻3/4到6英寸距離的單層或雙層玻璃。太陽光的熱被儲(chǔ)存在玻璃和黑材料之間的空氣中，通過涂黑的石墻慢慢地傳導(dǎo)到建筑物的內(nèi)部。

太陽能是一種清潔的可再生能源，在能源緊缺的大背景下，大力推廣使用太陽能的意義更加重大，主要由以下幾個(gè)方面。

1.節(jié)能。我國的建筑能耗在全國能源消費(fèi)總量中的比例呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，我國北方城鎮(zhèn)采暖能耗占全國建筑總能耗的36%，為建筑能源消耗的最大組成部分。單位面積采暖平均能耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤為20kg/m2？年，為北歐等同緯度條件下建筑采暖能耗的2～4倍。太陽能作為清潔環(huán)保的可再生能源，已經(jīng)被廣泛用于民用建筑當(dāng)中，研究表明：在太陽能利用方面具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的地區(qū)是年輻射總量高于2200h的地區(qū)。因此我國在大部分地區(qū)的建筑物中推廣應(yīng)用太陽能熱利用技術(shù)已具備了良好的條件，特別對(duì)電力緊缺地區(qū)具有一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)。

2.經(jīng)濟(jì)。民用建筑采暖的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了居民生活用電量迅速增加，由于我國電力系統(tǒng)本身特點(diǎn)（火力發(fā)電占絕大部分），調(diào)節(jié)性能較差，且已經(jīng)存在著很大的高峰低谷負(fù)荷差異。隨著居民住宅采暖的發(fā)展，雖然其耗電量不大，但卻進(jìn)一步加大了這種峰谷負(fù)荷差異，使得電力系統(tǒng)的發(fā)展越來越不平衡，高峰負(fù)荷日益增加，因此這樣會(huì)造成巨大的能源消耗和嚴(yán)重的污染。太陽能用來采暖將會(huì)給個(gè)人、國家都會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.提高人民生活質(zhì)量。隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，人們對(duì)生活舒適度的追求越來越強(qiáng)烈，尤其偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)，能源短缺，太陽能在民用建筑采暖和熱水供應(yīng)，有效地減少了能源短缺的現(xiàn)狀，提高了人們的生活舒適度。

結(jié)論：太陽能在建筑中前途光明，任重道遠(yuǎn)，各級(jí)政府和社會(huì)各界應(yīng)加強(qiáng)合作，以實(shí)際行動(dòng)支持太陽能在建筑中的應(yīng)用與發(fā)展，房地產(chǎn)商要積極投資和應(yīng)用太陽能建筑，使我國形成一個(gè)從上至下開發(fā)應(yīng)用太陽能建筑的良好環(huán)境?？傊?，在我國能源短缺，建筑能耗嚴(yán)重的情況下，大力發(fā)展太陽能在建筑中的應(yīng)用是我國建筑業(yè)和太陽能產(chǎn)業(yè)界發(fā)展的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。太陽能在建筑中的應(yīng)用必將促進(jìn)全球環(huán)境品質(zhì)的改善，提高人們的自身生活品質(zhì)。