太陽能在綠色建筑中的利用

張曉力 趙聰聰 許文杰 趙海棟

摘? 要：世界人口不斷增長以及經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，伴隨著煤炭、天然氣、石油等一次能源的大量開采消耗，全球性的能源危機和環(huán)境危機問題愈發(fā)嚴(yán)重，人類的生存和發(fā)展面臨著威脅和挑戰(zhàn)。面對著巨大的人口增長壓力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，解決能源危機和環(huán)境危機問題，開發(fā)利用新能源、改變能源消費結(jié)構(gòu)是大勢所趨。該文介紹了太陽能在綠色建筑中的利用現(xiàn)狀，剖析了其中的節(jié)能意義所在，并介紹了太陽能利用技術(shù)、綠色建筑應(yīng)用及節(jié)能等相干內(nèi)容。世界建筑的發(fā)展趨勢是節(jié)能，加快建筑節(jié)能、綠色、低碳的前進(jìn)步伐，有利于國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：太陽能? 綠色建筑? 光熱利用? 光電利用

中圖分類號：TU201.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0037-02

1? 太陽能利用背景

1.1 世界能源資源現(xiàn)狀

世界人口不斷增長以及經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，伴隨著煤炭、天然氣、石油等一次能源的大量開采消耗，全球性的能源危機和環(huán)境危機問題愈發(fā)嚴(yán)重，人類的生存和發(fā)展面臨著威脅和挑戰(zhàn)。近年來，對能源消費結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行全球范圍的統(tǒng)計分析，其中可再生能源僅占2.8%。改變能源消費結(jié)構(gòu)、開發(fā)可再生能源成為世界最關(guān)注的焦點之一。人類可利用的能源中，太陽能資源最為豐富，據(jù)估計，在過去長達(dá)11億年的漫長時間中，太陽僅消耗了自身2%的能量，同時太陽能利用歷史悠久，把太陽能以能源與動力的形式轉(zhuǎn)化應(yīng)用在日常生活中，有著400年的時間。

1.2 我國太陽能資源現(xiàn)狀

我國土地遼闊，陸地表面所接受的年輻射量達(dá)335～837KJ/㎡，熱值相當(dāng)于4.9萬億t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒。雖然太陽能資源豐富，但其資源分布有著很分明的地域性?？傮w分布的狀況為東部地區(qū)少于西部地區(qū)，南部地區(qū)少于北部地區(qū)（西藏與新疆地區(qū)除外）。表1依照年太陽輻射總量大小，可將我國廣闊地域劃分為4個太陽能資源帶。

2? 建筑中的太陽能利用

建筑在利用太陽能過程中受到太陽相對位置、大氣條件、地理環(huán)境位置等因素的影響。目前，根據(jù)各類可再生能源的經(jīng)濟(jì)性及特點，多數(shù)技術(shù)研發(fā)選擇將太陽能、地?zé)崮苤苯討?yīng)用到建筑中，其中太陽能在建筑中應(yīng)用最廣泛的兩方面為光熱利用和光電利用。

2.1 太陽能光熱利用

太陽能光熱利用的基本原理是先將太陽輻射能進(jìn)行收集，然后通過與物質(zhì)的相互作用將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，同時在利用過程中需注意貯藏和傳輸。太陽能集熱器是太陽能光熱利用各裝置系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)太陽輻射的收集與傳遞。可依據(jù)所能達(dá)到的溫度與用途的差異把太陽能光熱利用分為低溫利用、中溫利用、高溫利用3類。

建筑中太陽能光熱利用主要有太陽能供暖、太陽能熱水、太陽能空調(diào)制冷3個方面。其中我國研究太陽能供暖時間較久，技術(shù)相對成熟，按照是否需要機械動力驅(qū)動原件分為主動式和被動式兩種方式太陽能供暖。

2.1.1 主動式太陽能供暖

主動式太陽能供暖以主動控制的方式，借助機械動力驅(qū)動的水泵或風(fēng)機，把已被太陽能加熱的水或空氣送入室內(nèi)，實現(xiàn)熱水洗浴、供暖等目的，具有更高效利用太陽能、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、造價較高等特點。太陽能集熱器、蓄熱水箱、泵、循環(huán)管道、輔助熱源、控制系統(tǒng)和相關(guān)附件共同組成太陽能熱水系統(tǒng)，其中太陽能集熱系統(tǒng)有熱水集熱和空氣集熱兩種形式，而空氣集熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及操作更簡單、維修成本低、無腐蝕凍結(jié)等優(yōu)點。

2.1.2 被動式太陽能供暖

被動式供暖即不采用特殊的機械設(shè)備，通過運用輻射、傳導(dǎo)和對流的方式，使太陽熱能可以自然流經(jīng)建筑物，同時根據(jù)建筑物自身性能去控制熱能流向，最終實現(xiàn)供暖或制冷效果?？梢勒占療嵝问綄⒈粍邮教柗糠譃閷α鳝h(huán)路式、直接收益式、蓄熱屋頂池式、集熱蓄熱墻式、附加陽光間式5種類型。

2.2 太陽能光電利用

太陽能光電利用主要有太陽能光熱發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電兩個方向，在建筑中太陽能光伏發(fā)電方向應(yīng)用更廣泛、技術(shù)研究更完善，其基本原理是利用光伏電池（太陽能電池）的光生伏特效應(yīng)實現(xiàn)光能到電能的直接轉(zhuǎn)化，因而太陽能電池可稱作光伏發(fā)電系統(tǒng)中的“心臟”，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的核心作用，發(fā)出的電能達(dá)所接收光能的10%～20%。太陽能光伏發(fā)電具備無噪音、綠色環(huán)保、機械結(jié)構(gòu)與發(fā)電過程簡單，不消耗燃料，不排放包括溫室氣體在內(nèi)的任何物質(zhì)等優(yōu)點。如今我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，應(yīng)用范圍逐步發(fā)展。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)依照運行方式可分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合光伏發(fā)電系統(tǒng)三大類型，其中并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與公共電網(wǎng)相結(jié)合，對公共電網(wǎng)起到調(diào)峰作用，實現(xiàn)能量互補，降低系統(tǒng)的負(fù)載斷電率，提高供電可靠性。

3? 發(fā)展太陽能利用和建筑節(jié)能的意義

世界建筑的發(fā)展趨勢是節(jié)能，加快建筑節(jié)能、綠色、低碳的前進(jìn)步伐，有利于國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)如今，太陽能在建筑利用中的發(fā)展趨勢是太陽能建筑一體化，在一體化設(shè)計中實現(xiàn)建筑、設(shè)備、技術(shù)和美學(xué)的完美融合，使得太陽能設(shè)施成為建筑的一部分，既可以使太陽能系統(tǒng)發(fā)揮出更好的作用，又能夠巧妙高效利用建筑空間、避免傳統(tǒng)太陽能系統(tǒng)對建筑外觀形象的影響。

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