太阳能在建筑中的应用

　　摘要:从利用太阳能是建筑节能的重要途径进行论述,对太阳能在建筑中的应用原理进行了分析,提出了太阳能在建筑中的应用形式,达到了利用太阳能实现建筑节能的效果,指出太阳能与建筑的有机结合将成为未来的发展趋势。
　　关键词:建筑节能,太阳能热水器,太阳房,地板辐射采暖
　　0引言
　　在能源危机和环境污染的双重压力下,太阳能作为一种取之不尽且无污染的能源,已成为当前国际能源开发利用领域中的新热点。近年来,我国应用太阳能供热水和采暖发展迅速,节能效果明显。在建筑物的能耗结构中,有2/3的能源用于建筑采暖制冷和热水供应。利用太阳能采暖、供热水,使其与建筑节能相结合,可以降低建筑物能源消耗,减少环境污染,是建筑节能的一个重要途径。
　　1太阳能的利用
　　太阳光能转换成热能是太阳能利用的基本方式,可广泛应用于建筑物的采暖、热水供应和太阳房等。目前太阳能主要的应用方式有太阳能热水器、太阳房和太阳能地板辐射采暖,本文将分述如下。
　　1.1太阳能热水器
　　20世纪90年代以来,我国普遍使用全玻璃真空集热管和平板集热器的太阳能热水器。这两种传统的太阳能热水器,一方面受气候的影响,不能全天候有效运行,热水提供率低;另一方面由于住宅建筑的日益高层化,传统太阳能热水器不仅将面对安装空间不够,而且将影响建筑立面及城市景观。有关部门研制了与建筑一体化的新式热水器。
　　1.1.1与建筑结合的新元热板太阳能热水器
　　新元热板太阳能热水器实现了太阳能集热器与建筑的和谐统一。该集热板可安装在坡屋面和墙面上,作为建筑构件,除集热功能外,还具有建材的围护、保温、隔热、防水等功能,并能在形态和色彩上与建筑融合。新元热板具有模块化和建材化等特点,又能独立构成建筑物的太阳能屋面或墙面。
　　1.1.2与建筑结合的太阳能热泵
　　太阳能热泵热水器是能与建筑有机结合的、全天候的太阳能热水器。太阳能热泵热水器考虑到对于高层或多层建筑非顶层用户普遍存在的集热器安装问题,将太阳能热泵热水器样机设计成分体式结构,即将太阳能集热器/蒸发器作为一个单独部件,根据实际情况,可倾斜安装在南向屋顶之上,也可挂装在建筑物南向外墙或阳台之上。压缩机、冷凝器、储热水箱等作为另一个整体放置在室内,既便于系统的控制和维修,又可减少水箱的散热损失;室内外部件之间采用制冷剂管路连接。同传统的太阳能热水器相比,分体式太阳能热泵热水器不仅大大简化了系统的安装过程,降低了安装费用,而且易与建筑实现一体化集成,尤其适合于高层或多层建筑。
　　1.2太阳房
　　太阳房是利用太阳能采暖和降温的房子。太阳房既可采暖,也可降温,最简便的一种太阳房叫被动式太阳房,建造容易,不需要安装特殊的动力设备。复杂一点、使用方便舒适的另一种太阳房叫主动式太阳房。
　　1.2.1被动式太阳房
　　被动式太阳房主要根据当地气候条件,把房屋建造的尽量利用太阳的直接辐射能,它不需要安装复杂的太阳能集热器,更不需要循环动力设备,完全依靠建筑结构造成的吸热、隔热、保温、通风等特性,来达到冬暖夏凉的目的。被动式太阳房一般分直接受益式和蓄热墙式两种。直接受益式构造最简单,房屋本身就是集热—蓄热器,利用向阳面的大玻璃窗接受日光的直接辐射;房屋地板采取附合吸热的措施,如深色水泥地板或铺砖等;屋顶和墙壁也要做保温处理,如加装泡沫塑料吊顶或护壁,以防止热量散失;夜间要用保温窗帘。直接受益式的工作原理:通过建筑物朝向的合理布置,让阳光直接加热采暖房间,把房间作为一个具有太阳能蓄热和分配的综合体。
　　在阳光充足的白天,透过宽大的南窗玻璃面,阳光直接照射到能够储存能量的内墙和地板上,使房间吸收到充足的热量。夜晚储存在墙和地板中的热量又被释放出来,使室温维持在稳定的温度范围内。蓄热墙式则不完全靠太阳光直接射入室内,而是通过向阳面的蓄热墙将空气加热,并使热风进入室内采暖。夏季则利用蓄热墙起到抽风的作用,加强室内空气对流,达到降温的效果。蓄热墙的工作原理:当阳光辐射到蓄热墙时,先把墙体加热,并在玻璃与墙体之间加热空气。由于热空气比重轻,即形成上升的热气流。通过上风口,热风进入室内采暖。室内底层较凉的空气由下风口自动吸入空气通道。如此不断循环,室内温度则逐渐上升。当夏日时,空气加热后从排风孔排出,打开北面小窗,凉风进入室内,加强了空气对流,使室温得到下降。
　　1.2.2主动式太阳房
　　主动式太阳房一般由集热器、传热流体、蓄热器、控制系统及适当的辅助能源系统构成。利用这套系统可以接收、转换和传输太阳能,满足建筑物的采暖要求。它需要热交换器、水泵和风机等设备,电源也是不可缺少的,因此这种太阳房的造价较高,但是室温能主动控制,使用也很适宜。
　　1.3太阳能地板辐射采暖
　　太阳能地板采暖主要有两种形式:一种是间歇运行系统,即太阳能供暖系统在日间收集太阳能并蓄存起来,在夜间运行对房间供暖的系统形式。这种系统结构简单实用,初投资相对较低。另一种是连续运行的太阳能地板采暖间接式系统,即太阳能集热系统和采暖系统是两个独立的系统,两个系统采用换热器换热的形式进行热量交换。为了保证系统连续运行,太阳能采暖系统必须有其他的辅助热源作为保障。在非采暖季节,太阳能热水系统还可以提供生活热水供应。与散热器、燃煤或电采暖方式相比,太阳能地板辐射采暖方式具有一定的优势,在建立同样舒适的前提下,辐射供暖方式较对流供暖方式热效率高,可节能35%左右。由于地面层及混凝土层蓄热量大,热稳定性好,因此在间歇供暖的条件下,室内温度变化缓慢,基本能满足正常的室温要求,且舒适性较好。辅助电加热系统多用于夜晚,如果该地区实行的是低谷电价,使用优惠的低谷电价,从而大大降低采暖系统的运行费用,提高系统的经济性,达到节能的目的。
　　2结语
　　太阳辐射能作为一种可更新的自然能源,以其取之不尽、用之不竭且无污染性显示了其独特的优势。我国是太阳能资源十分丰富的国家,除四川盆地等局部地区不适宜太阳能利用以外,我国大部分地区都适合利用太阳能。尤其是西北、西南、华北地区,应充分利用太阳能这种清洁的可再生能源,减少建筑物能耗。在能源危机、环境污染和人口膨胀等问题困扰人类的今天,开发利用太阳能,太阳能利用与建筑的有机结合,充分体现了可持续发展和人类回归自然的理念。在国家建筑节能政策的引导下,太阳能利用与建筑的有机结合,充分使利用太阳能成为未来的发展趋势。
　　
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