太陽能在綠色住宅中的應(yīng)用

卜 楠

（吉林建筑大學(xué)研究生學(xué)院，吉林 長春 130000）

1 概念

綠色住宅建筑是指在建筑物物理壽命周期內(nèi)，最大限度和范圍地使用與節(jié)約資源，比如節(jié)約水電、耗材、空間等，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)減少對環(huán)境的污染，給人類提供綠色、健康、和諧的生存環(huán)境，合理利用高效能的存儲和使用空間，將自然和人工完美地結(jié)合在一起，是綜合現(xiàn)代建筑學(xué)、工程力學(xué)、環(huán)境科學(xué)等，把住宅建造成為一個(gè)小型的生態(tài)系統(tǒng)，讓選擇綠色住宅建筑的居住者享受到生機(jī)盎然的自然氣息，使他們居住在舒適安全且節(jié)約資源的空間之中。

2 表現(xiàn)類型

2.1 自然通風(fēng)

自然通風(fēng)是一種具有十分大的能量的通風(fēng)方式，可以起到改變室內(nèi)溫度、濕度、舒適度，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量和新鮮度的作用。這是人類從古至今采用的一種自然獲取能量的方式。自然通風(fēng)可在不消耗任何能源的情況下，改善室內(nèi)的溫度和濕度，并且能夠提供自然新鮮的空氣和更好、更安全的環(huán)境，這對于居住在綠色住宅內(nèi)的居民有非常重要的作用。

自然通風(fēng)是現(xiàn)代建筑物中最常見的通風(fēng)方式，其主要實(shí)現(xiàn)方式包括：①利用室內(nèi)外的風(fēng)速壓力實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。其實(shí)，自然通風(fēng)的基本動力和原理就是利用風(fēng)的壓力和熱壓產(chǎn)生的壓強(qiáng)，使得內(nèi)外壓力平衡，進(jìn)而通風(fēng)。②利用熱空氣上升冷空氣下降的原理實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。開窗或開門通風(fēng)以后，新鮮而溫度較低的空氣從建筑物底部吸入，進(jìn)而熱空氣上升、冷空氣回流，這種方式和原理能夠使污濁的熱空氣從室內(nèi)排出。然而，熱壓的作用和原理其實(shí)和室內(nèi)外溫差有關(guān)，溫差越大，通風(fēng)效果越好。

2.2 雙層圍護(hù)結(jié)構(gòu)

雙層圍護(hù)結(jié)構(gòu)是當(dāng)下建筑物普遍采用的一種結(jié)構(gòu)和技術(shù)。所謂雙層結(jié)構(gòu)是指雙層或3層及其以上組成的玻璃結(jié)構(gòu)，在玻璃之間形成一定空間的縫隙，即空氣夾層，并且在玻璃縫隙之中設(shè)置百頁。在冬天，建筑物的宗旨就是保溫?？諝鈯A層和百頁之間可形成一個(gè)自然的空氣加熱裝置，即保溫裝置，有利于提高建筑外墻的溫度，從而保暖；在夏天，可利用熱壓的原理，將熱空氣不斷地從上方排出，即從雙層玻璃的夾層上部排出，從而使空氣從下方進(jìn)入，達(dá)到換氣的目的，同時(shí)能夠保持室內(nèi)涼爽。

2.3 太陽能

太陽能并不是新型能源，而是任何生物生長的必備能源。從古至今，太陽能都在人類的生活中起著巨大的作用，植物和動物也同樣需要太陽能。太陽能是一個(gè)非常寬泛的概念，比如風(fēng)能、水能、潮汐能等都屬于太陽能。自然能源都來自于太陽能，太陽無時(shí)無刻不在其內(nèi)部進(jìn)行著聚變反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量的能量，輻射到包括地球的整個(gè)宇宙，供給萬物生長。太陽能是永久性能源，可為地球提供源源不斷的能量?？梢哉f，太陽能是取之不盡、用之不竭的。

3 太陽能在住宅中的應(yīng)用

3.1 太陽能采暖系統(tǒng)

太陽能采暖系統(tǒng)的原理主要是利用蓄熱體吸收太陽輻射的能量，從而給建筑物進(jìn)行加熱，而根據(jù)吸熱體的不同，又將供熱系統(tǒng)分為空氣采暖系統(tǒng)和熱水采暖系統(tǒng)。

3.1.1 空氣采暖系統(tǒng)

空氣采暖系統(tǒng)的蓄熱體媒介指的是空氣，根據(jù)是否利用機(jī)械的方式獲取太陽能，把適當(dāng)?shù)慕ㄖO(shè)計(jì)分為主動式太陽能采暖設(shè)計(jì)和被動式太陽能采暖設(shè)計(jì)。①主動式太陽能采暖設(shè)計(jì)指的是需要通過機(jī)械設(shè)備獲取太陽能；②被動式太陽能采暖設(shè)計(jì)是指通過建筑物的朝向及其周圍環(huán)境的分布、內(nèi)部空間的人工處理，加之建筑物材料的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得綠色建筑物能夠在冬季保持正常的溫度，使建筑物能夠儲存汲取能量，從而維持室內(nèi)的熱度。被動式太陽能建筑設(shè)計(jì)的原理，是能夠調(diào)節(jié)陽光和空氣進(jìn)入建筑物的時(shí)間，進(jìn)而合理分配冷熱空氣的交替。

空氣采暖方式突破了傳統(tǒng)暖氣供熱的方式，無需消耗不可再生能源，為保護(hù)環(huán)境、減少環(huán)境污染作出巨大貢獻(xiàn)。直接受益式是比較早采用的一種方式，它通過玻璃對陽光的吸收，使室內(nèi)保持一定的溫度，其原理是能夠使地板和墻壁共同蓄熱。換言之，直接受益式可以把整個(gè)太陽能房間當(dāng)成一個(gè)儲存太陽能的空間。在有陽光時(shí)，太陽能透過玻璃進(jìn)入房間，地板和墻壁吸收熱量，其表面溫度上升，通過熱傳導(dǎo)作用，將一部分熱量傳遞給空氣，并通過對流的方式與室外進(jìn)行空氣傳遞，完成蓄能。而另一部分熱量傳遞到內(nèi)部進(jìn)行儲存，以輻射的方式與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱交換，使整個(gè)房間都具有能量；而在沒有陽光時(shí)，被吸收了的太陽能將會釋放出來，維持室內(nèi)溫度高于室外溫度。

同時(shí)可利用重型結(jié)構(gòu)墻儲存和傳導(dǎo)熱量的方式獲取輻射熱，這種結(jié)構(gòu)墻的表面涂有吸收熱量的涂層，并且在其頂部和底部都有通風(fēng)口，能夠在其獲取熱量的同時(shí)保持室內(nèi)通風(fēng)，一舉兩得。通過這種方式獲得的能量儲存時(shí)間更久、熱量更高，并且室內(nèi)外溫度不同，能夠使室內(nèi)保持新鮮空氣，有利于人的身體健康。

3.1.2 熱水采暖系統(tǒng)

太陽能熱水采暖系統(tǒng)是指以太陽能為基本能源，同樣通過媒介吸收太陽能，此處的媒介指的是集熱器，再以水為另外的媒介進(jìn)行采暖。它與空氣采暖的最大區(qū)別在于媒介的不同。然而，太陽能并不是特別穩(wěn)定。在我國南方的一些地區(qū)，梅雨天氣為常見天氣，所以太陽能供熱并不穩(wěn)定。為彌補(bǔ)不足，可采用太陽能熱泵等新型技術(shù)模擬太陽能。

太陽能熱水輻射采暖的熱媒是溫度為30～60℃的低溫?zé)崴?，這就使利用太陽能作為熱源成為可能。按照使用部位的不同，可分為太陽能頂棚輻射采暖、太陽能地板輻射采暖等，太陽能地板輻射采暖目前使用較為普遍。

3.1.3 太陽能地板輻射采暖

太陽能地板輻射采暖是一種將集熱器采集的太陽能作為熱源，通過地板上的加熱系統(tǒng)進(jìn)行采暖，這種采暖系統(tǒng)是將整個(gè)地面作為媒介或散熱面，傳播方式也主要以輻射散熱為主，這種熱量傳播能夠使整個(gè)空間內(nèi)的熱度保持在一個(gè)平穩(wěn)的狀態(tài)，并且能夠?qū)Υ娴拇蠖鄶?shù)能量傳遞給空氣，也是一種采暖選擇方式。

3.2 太陽能熱水系統(tǒng)

太陽能應(yīng)用和供熱系統(tǒng)有很多，而在所有技術(shù)中，最成熟且應(yīng)用最廣泛的是太陽能熱水器，在我國，太陽能熱水器已有20多年的發(fā)展歷史，技術(shù)已相當(dāng)成熟，所以得到廣泛推廣，并且國內(nèi)現(xiàn)在很多公司都在推廣太陽能熱水系統(tǒng)。太陽能熱水器的工作原理是將如平板式集熱器、玻璃真空管等集熱元件與蓄熱容器的控制系統(tǒng)及完整的保溫系統(tǒng)和防護(hù)系統(tǒng)集于一身，使太陽能轉(zhuǎn)化為日常所需要的熱能。這種能源的優(yōu)點(diǎn)同樣是無污染、安全，對環(huán)境沒有損害，并且不會消耗不可再生能源。同時(shí)，整個(gè)太陽能加熱系統(tǒng)占地面積非常小，外體可掛在墻壁上，加熱速度快，可節(jié)約空間和時(shí)間。

3.3 太陽能光伏電池板

太陽能發(fā)電是指無需通過熱過程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。太陽能發(fā)電包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體電子器件有效吸收太陽輻射能，并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式，是當(dāng)前太陽能發(fā)電的主流。通常所說的太陽能發(fā)電就是指太陽能光伏發(fā)電，亦稱太陽能電池發(fā)電。太陽能電池工作原理是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)，即當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)件的PN結(jié)時(shí)，會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫作光生電壓，使PN結(jié)短路，就會產(chǎn)生電流。

太陽能系統(tǒng)與整棟建筑物融為一體，其作用不僅能夠改善建筑內(nèi)部環(huán)境，也能改變建筑外觀，給居民以視覺沖擊。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人類對于美好生活的追求不只是解決溫飽，還要追求幸福感，所以在各方面的審美都有所提高，這也對建筑設(shè)計(jì)有了更高的要求和追求。

4 結(jié)語

通過對綠色建筑的概念和表現(xiàn)進(jìn)行闡述，著重介紹太陽能在現(xiàn)代住宅中的應(yīng)用。太陽能的應(yīng)用非常廣泛，并且很多太陽能的應(yīng)用系統(tǒng)已非常成熟，可以說是人類居住的必備能源。太陽能是環(huán)境友好型能源，也是永久性能源，且不會造成環(huán)境污染，有利于人類的健康生活。