試分析建筑節(jié)能中太陽能的應(yīng)用

【摘要】本文對太陽能建筑作了簡要介紹，再列舉了光電轉(zhuǎn)換和光熱轉(zhuǎn)換這兩種太陽能利用技術(shù)，最后再從主動(dòng)式太陽能建筑和被動(dòng)式太陽能建筑這兩方面具體分析了太陽能在建筑節(jié)能中的應(yīng)用，以期為建筑節(jié)能中的太陽能應(yīng)用提供理論參考。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能建筑；太陽能；應(yīng)用

引言

近年來，能源問題越發(fā)突出，各界都在積極探索節(jié)能措施，節(jié)能已然成為了一個(gè)熱點(diǎn)話題。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，建筑行業(yè)的耗能量在社會總耗能量中所占的比重極高，已達(dá)35%。由此可見，要想緩解能源危機(jī)，必須從實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能開始。太陽能是一種清潔的可再生能源，相較其他能源而言，更具利用優(yōu)勢，科學(xué)技術(shù)的日臻成熟也使其倍受青睞。尤其是在建筑領(lǐng)域，太陽能的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。我國經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展的同時(shí)給能源問題帶來了新的挑戰(zhàn)，能源危機(jī)日益嚴(yán)重。建筑業(yè)是一個(gè)耗能較高的行業(yè)，為保障國民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)健的發(fā)展，發(fā)展節(jié)能建筑就顯得尤為重要。太陽能是節(jié)能建筑中應(yīng)用最為廣泛的能源之一。

1、太陽能建筑介紹

太陽能建筑是一種節(jié)能效果非常好的建筑，其原理是利用太陽能的光和熱，實(shí)現(xiàn)建筑物節(jié)能?？茖W(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，使得人們對太陽能的利用程度越來越高，建筑領(lǐng)域因其能耗量高的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用了太陽能。在這個(gè)過程中，建筑物一改耗能主體的地位，成為能源系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，發(fā)揮出了明顯的節(jié)能作用。此處，建筑的能量系統(tǒng)有主動(dòng)和被動(dòng)之分，二者的功能和作用大不相同。前者主要反映了作為可再生能源的太陽能，在整個(gè)過程中對建筑所使用的能耗以及實(shí)現(xiàn)的二氧化碳（CO2）減排的具體貢獻(xiàn)率。而后者主要表現(xiàn)的是建筑環(huán)境與建筑相關(guān)的被動(dòng)供能的能力這二者的熱舒適度。太陽能建筑具有節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)勢特點(diǎn)，被社會各界廣泛認(rèn)為是未來建筑發(fā)展的必然趨勢。從節(jié)能方面講，建筑行業(yè)很有可能在未來實(shí)現(xiàn)零耗能。從環(huán)保方面講，太陽能的能量消耗完全不會對地球家園造成污染。由此可說，人類未來的生活離不開太陽能，太陽能將成為最重要、也最主要的能源，太陽能建筑是將節(jié)能意識落到具體實(shí)處的重要措施。從整體上講，太陽能建筑將光熱和光伏等現(xiàn)代科技與人類住宅建筑緊密聯(lián)系了起來，從某種意義上講，可以說是實(shí)現(xiàn)了彼此之間的和諧應(yīng)用，這一應(yīng)用在無形中傳播了生態(tài)設(shè)計(jì)理念，改變了人們對傳統(tǒng)的建筑節(jié)能的認(rèn)識。

太陽能在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用較為成熟，具體表現(xiàn)在如下三個(gè)方面。

首先，其充分利用了建筑本身的日照環(huán)境，并對其加以控制，使家庭成為了一個(gè)小型的能源中心。通過已經(jīng)形成的梯級用能系統(tǒng)，使居室的衛(wèi)生得到保證，小氣候得到改善，進(jìn)而提高居室居住的舒適度。

其次，建筑的自然采光也被納入節(jié)能范疇，對自然采光的利用可以在一定程度上降低因?yàn)槿斯ふ彰魉鶎a(chǎn)生的能耗，進(jìn)而使住宅居室內(nèi)的光環(huán)境得到改善，滿足人們多樣化需求。

最后，建筑本身在此過程中已經(jīng)成為了一個(gè)集能系統(tǒng)，能夠自主供給能源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源自助。該集能系統(tǒng)中不乏各類可再生能源或其他新能源。

2、太陽能利用的相關(guān)技術(shù)

2.1光電轉(zhuǎn)換

光電轉(zhuǎn)換需要借助太陽電池才能完成，通過太陽電池，太陽輻射出的光能就能夠被直接轉(zhuǎn)換成為可被利用的電能，也就是所謂的光伏效應(yīng)。太陽電池是采用半導(dǎo)體材料（硅、有機(jī)半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體等材料）根據(jù)光伏效應(yīng)的原理設(shè)計(jì)而成。單晶硅太陽電池是一種轉(zhuǎn)換效能極高的太陽電池，據(jù)實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)道，其光電效率已經(jīng)能夠達(dá)到24.7%及以上，尤其是在聚光條件下，其光電效率甚至可達(dá)到27.8%及以上。相較單晶硅太陽電池而言，薄膜硅電池的材料更加廉價(jià)，其效率在9%—16%，相對較低。但是其也有優(yōu)點(diǎn)，比如能耗量更低、制造更加簡潔、成本更低等，可見，其也是具有極大地發(fā)展?jié)摿Φ?。除此之外，還有聚光電池和多節(jié)電池等，多隨著節(jié)能事業(yè)的發(fā)展而逐漸受到重視。

2.2光熱轉(zhuǎn)換

光熱轉(zhuǎn)換主要是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換成為熱能，成本更低，該技術(shù)實(shí)施起來也更為容易，更具適用性，因此被適用于世界大部分國家之中。隨著能源危機(jī)的加重和節(jié)能意識的增強(qiáng)，利用太陽能熱力進(jìn)行發(fā)電已經(jīng)成為了世界科研的重要主題之一。在該系統(tǒng)中，常規(guī)的鍋爐被太陽能的集熱設(shè)備替代，發(fā)電機(jī)被太陽能熱力系統(tǒng)帶動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)發(fā)電。但是，該技術(shù)會受到太陽分散性及間斷性的影響。因此，如果要采用該技術(shù)，通常情況下都會配備必要的輔助系統(tǒng)以確保供能的穩(wěn)定性和連續(xù)性。對那些功率較大的太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)而言，占地面積極大，在城市建筑中實(shí)施起來較為困難。

3、建筑節(jié)能中的太陽能應(yīng)用

3.1主動(dòng)式的太陽能建筑

蓄熱器、集熱器、風(fēng)機(jī)、管道和泵等是太陽能建筑中比不可少的設(shè)備，將這些設(shè)備設(shè)置到建筑中，便可實(shí)現(xiàn)對太陽能的收集、存蓄以及輸配。這些設(shè)備由此形成了一個(gè)完整的太陽能系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)的各組成部分都是能夠進(jìn)行控制的，進(jìn)而使室溫滿足人們的需求。此處，太陽能在建筑中的應(yīng)用需要注意以下兩點(diǎn)。

3.1.1太陽能應(yīng)用系統(tǒng)。是指通過太陽輻射而實(shí)現(xiàn)的可供給的生活用水的取熱和制冷。在我國，太陽能熱水器的應(yīng)用極為廣泛，這可以說是太陽能取熱系統(tǒng)應(yīng)用的最好體現(xiàn)。其具體做法如下所示。第一步，將太陽能集熱器安裝至屋頂，并在該取熱應(yīng)用系統(tǒng)中配備諸如供熱水箱、集熱循環(huán)水泵、輔助蓄熱水箱等設(shè)備。其中，在安裝地板輻射采暖盤管時(shí)，必須現(xiàn)在地面鋪設(shè)保溫層，然后再鋪上聚乙烯塑料盤管。最后才是對地面面層進(jìn)行操作。通過盤管的熱媒水在通過房間之后便會但熱，溫度就會隨之下降，之后，其會再次返回至蓄熱水箱，在集熱泵的協(xié)助下回傳至太陽能集熱器，再次重新進(jìn)行加熱。在陰天或者夜間時(shí)，難免會出現(xiàn)太陽熱能不足的情況，這個(gè)時(shí)候就需要借助輔助熱源加熱系統(tǒng)以保證持續(xù)正常供暖。

3.1.2太陽能光電系統(tǒng)。是指太陽能的光伏發(fā)電，通過一定技術(shù)將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換成為可供利用的電能實(shí)現(xiàn)建筑的清潔能源供給。在這個(gè)過程中，必須要用到光伏板，將光伏板暴露在陽光下，使其產(chǎn)生直流電。制作光伏板發(fā)電裝置的大多是諸如硅之類的半導(dǎo)體制成，并且光伏電池本身不會自行活動(dòng)，所以通常情況下耗損較少，使用時(shí)間普遍較長。對簡單的光伏電池而言，其還有一個(gè)作用，即能夠?yàn)槭直砘蛘哂?jì)算機(jī)提供能源，而那些較為復(fù)雜的光伏系統(tǒng)，則被應(yīng)用于為房屋提供照明，也能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)供電。一般而言，光伏板的各個(gè)組件具有不同的形狀，這些組件之間能夠相互連接，促進(jìn)電力產(chǎn)生。近年來，光伏板組件的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，建筑物表面、天臺、天窗或其他遮蔽裝置中都有使用。

3.2被動(dòng)式的太陽能建筑

建筑朝向以及周圍環(huán)境都是被動(dòng)式太陽能建筑的影響因素，只有當(dāng)二者處于合理布局的狀態(tài)，被動(dòng)式太陽能建筑才能發(fā)揮作用。除此之外，對建筑的內(nèi)部空間以及外部空間形體（下轉(zhuǎn)192）（上接168）的處理也很重要。因?yàn)楸粍?dòng)式太陽能建筑主要是建立在建筑及其建筑內(nèi)部配置基礎(chǔ)之上的，其中任一組成部分出現(xiàn)問題，都會影響太陽能的采集效果，進(jìn)而不能使太陽能的作用得到很好發(fā)揮。被動(dòng)式太陽能建筑要求建筑的屋頂、窗和墻等構(gòu)件以一種完全自然的方式相互配合，在不同的季節(jié)，對居室內(nèi)的氣候進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使其產(chǎn)生冬暖夏涼的效果。其基本設(shè)計(jì)原則主要有兩個(gè)：

3.2.1一定是要考慮到冬天光照少的特點(diǎn)，建筑的設(shè)計(jì)必須要使冬天的太陽輻射更夠得到最大限度的利用，實(shí)現(xiàn)熱取暖。此外，通風(fēng)滲透和進(jìn)行結(jié)構(gòu)維護(hù)也會在一定程度上造成熱損失，在設(shè)計(jì)時(shí)，也不能忽略這兩個(gè)因素。

3.2.2夏天時(shí)，太陽本身的輻射較多，建筑內(nèi)設(shè)備也會因?yàn)槿藛T的有意操作而散熱，造成熱量過多的狀況，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要以盡量減少夏天的熱量為目標(biāo)。直接受益式、附加陽關(guān)間式、集熱蓄熱墻式等都是非常常見的集中被動(dòng)式太陽能建筑，“溫室效應(yīng)”是其具體的工作機(jī)理。以下是對集中常見的被動(dòng)式太陽能建筑的應(yīng)用簡介。

第一種，直接受益式。在該過程中，陽光能夠直接對采暖房間進(jìn)行加熱。在白天時(shí)，太陽能是以光能的形式存在的，光能直接照射到具有極強(qiáng)儲熱作用的內(nèi)墻或者地板之上。在晚上時(shí)，儲存到內(nèi)墻和地板之間的熱量對流，釋放出傳導(dǎo)和輻射，達(dá)到維持室溫的目的。

第二種，附加陽光間式。對陽光間的建造具有一定要求，必須在建筑體的頂層或者南側(cè)，以便能夠得到更多的光照。在此過程中，要保證其外部環(huán)境的溫度始終比內(nèi)部溫度低。這樣一來，房間在白天就能夠接收到足夠的熱能，同時(shí)，這些熱能還可以對房間在夜間的熱量起到一定的緩沖作用，減少其熱量損失。

4、結(jié)束語

光電轉(zhuǎn)換及光熱轉(zhuǎn)換等太陽能利用技術(shù)的進(jìn)步能在一定程度上提高太陽能的利用效率。作為一種可再生的清潔能源，太陽能的利用對節(jié)能的重要性顯而易見。由此可說，太陽能在高耗能的建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用前景非常廣闊。

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