建筑节能与太阳能的利用

　　摘要：建筑节能是可持续发展概念的具体体现，是世界性建筑设计大潮流，又是建筑科学技术新的增长点。设计、建造节能建筑有利于国民经济持续发展，保护生态环境。可再生能源的利用是建筑节能的有效措施，本文就太阳能的利用，从一个侧面展示了可再生能源在建筑节能方面较为成熟的应用技术。

　　关键词：建筑节能,太阳能

　　一.太阳能的特点

　　太阳每秒钟向外辐射大约2.86x1022兆瓦的能量，是由内核的核聚变反应产生。在聚变中，失去的质量转换成能量，以伽玛射线的形式被释放到太阳的表面，并向宇宙空间辐射出去。太阳每秒钟约有七亿吨的氢被转化成氦，约有五百万吨的净能量被释放。能量在对流过程中使太阳发光，经过几百万年才能到达太阳表面。

　　地球大气层上界接收到的太阳辐射功率约为1.73x1017W。只有大约23%的太阳辐射能到达地球表面成为风、水波的原动力，形成气候，并造成水文循环。上述的总能量中只有0.02%通过植物和其他生产者机体中的光合作用进入生物系统。另外还有一小部分作为化学能储存在植物和动物的机体内，在地下埋藏数百万年后形成煤、石油和天然气等矿物燃料。

　　我国有着丰富的太阳能资源，其辐射年总量约在3.3x106~8.4x106KJ/(m2·a)之间。西藏地区受干旱内陆气候影响，晴天多雨天少，大气透明度高，属于太阳辐射资源最丰富的一类地区;我国北部及西北的广大地区属于太阳辐射资源比较丰富的二类地区;其他除四川大部分地区和湖北、湖南、广西等少部分地区属于太阳辐射资源贫乏的四类地区以外，都属于资源一般的三类地区。总体来说我国大部分地区都具备利用太阳能的有利条件。

　　太阳能有很多优点，首先太阳能数量巨大，每年达到地球表面的太阳辐射能约为130亿吨标准煤，相当于目前世界能源消耗总量的两万倍。其次，太阳能可利用的时间长久，虽然太阳现在46亿岁了，已经步入中年，但是它还可以继续平静地燃烧约50亿年。最后，太阳能清洁安全，在收集、利用过程中，都没有污染，而且比水利、火力和核能等常规发电方式都安全。

　　太阳能的主要缺点是比较分散，因此要得到较大的功率，目前只有通过增大采光面积或提高聚焦程度这两种办法。另外太阳能受到天气、季节等因素的影响，间断和不稳定的特性也是制约它广泛应用的原因之一。太阳能的利用还存在不少需解决的问题，随着技术的不断进步，人类在利用太阳能方面还是取得了很大的进展。

　　二.建筑节能与太阳能利用

　　现阶段，国际上普遍将建筑节能称为“提高建筑中的能源利用率(energy efficiency in buildings)”主要是提高能源的利用效率。关于建筑节能的范围，国内做法通常包括建筑材料生产、建筑施工、建筑使用等方面的能耗，这种说法，将建筑节能跨越了工业生产、民用生活的领域，这与国际同行的做法不符。经过研究很多学者认为应与发达国家取得一致，即建筑能耗应指使用能耗，在国际上，它与工业、农业、交通运输并列，属于民生能耗，一般占全国总能耗的30%~40%。

　　利用太阳能辐射采暖可分为直接利用和间接利用，直接利用又可分为主动式和被动式。主动式采暖需在建筑中设置集热器、管道等太阳能采暖设备和动力系统，通过该系统接收、转换、传播太阳热能。我国的现状是燃料价格较低，设备价格昂贵，因此太阳能集热采暖尚无法和常规的采暖方式竞争。被动式采暖不需要专门的太阳能集热器、管道等设备，其基本原理是“温室效应”，冬季采暖利用玻璃可以让室外短波太阳透过，而不让室内的热量以长波红外线热辐射的形式透过。被动式采暖可以分为直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式。

　　直接受益式就是用阳光直接照射加热房间，房间本身就被看作集热器、蓄热器。白天阳光透过南向的宽大玻璃窗，照射到有良好热惰性的墙壁和地板上。夜晚温度逐渐降低，墙壁和地板内贮存的热量通过传导、对流和辐射释放出来，使室温保持舒适。

　　集热蓄热墙式是阳光照射到盖有玻璃外罩的深色墙体上，墙体吸收太阳能以后，通过两种方式向室内传热。一种是通过传导将热量从外表面传到内表面，再与房间空气对流换热或以辐射的方式向室内散热。另一种是玻璃和墙体之间的空气层被加热后从墙体上部的气孔进入室内，而室内的冷空气从集热墙下部的通风孔进入夹层形成循环加热效果，从而提高室温。在夏季不需要采暖时只要将集热墙上部的通风孔关闭，如果在玻璃上部有开口的话可以让热空气排出室外达到通风的作用。这种太阳能采暖方式比较简便易行，只是需要将建筑外墙涂成深色，并安装玻璃外罩，这可能会增加建筑造价，因此需要进行经济性分析。另外集热墙的做法对建筑外观影响较大，业主可能会有不同意见，建筑师要充分和业主沟通，使其了解建筑节能的意义。

　　附加阳光室是在建筑南向外墙以外附加的玻璃温室，附加温室可以看作是集热蓄热墙的发展，将玻璃与墙体之间的空气夹层加宽，形成可以使用的空间。阳光和房间之间有的开门窗，有的是玻璃墙。

　　目前在住宅设计中也常将封闭阳台进深加大作为阳光间，这是很好的利用太阳能的节能方法。这种阳台通常采用大面积落地窗，白天可吸收大量阳光，阳台内的空气被加热，并通过隔墙上的门窗进入室内，隔墙也可以起到集热墙的作用，内表面向室内进行热辐射。为了储存更多热能，阳台地面和墙壁最好采用蓄热性好的材料如混凝土、石才、地砖等，有些家庭为了追求某种格调，在这一区域铺设了鹅卵石也是一种非常好的蓄热体。夜间气温低时，白天贮存在阳台墙壁地面的热量释放出来保持室温。另外加强阳台空间的保温性能也很重要，由于玻璃本身保温性能较差，除了采用保温性能较好的双层或多层玻璃外，还可以设置保温窗帘。在夏天，白天用来遮挡直射阳光，减少热辐射，晚上拉开以利于凉气的引入;冬天则相反，白天拉开让太阳照射到室内，晚上拉上形成厚厚的“棉被”，防止热量流失。加设窗帘后，冬天其内表面的温度会比未安设前高得多，与人体的热辐射交换会大大减少，使人体感觉更为舒适。某些特殊窗帘如热反射窗帘更能加强冬季保温、夏季隔热的作用，使居室内冬暖夏凉，能耗减少。此外，阳台的缓冲效应也不容忽视，封闭阳台后，阳台空间成为了一个阳光室。该空间介于室内与室外之间，具有缓冲效应。缓冲效应是指其成为室外和室内两者之间的缓冲区和过渡带，充当着中间协调者的角色，使自然界的冷热变化不会直接作用于居室内部，这样经过阳光室间接传递后的环境作用力大大降低了，从而改善了居室的热舒适环境。由于直接获得太阳的热能，阳光室成为温度波动较大的空间，加热的空气可以立即为相邻的房间提供采暖，或者贮存起来留待没有太阳照射的夜间使用。在冬天晴朗的日子，阳光室内部的温度比室外高，使其作为缓冲区减少了建筑的热损失;而夏天阳光室则成为了一个“隔热层”，将凉爽的居室和炎热的外界隔离开来。

　　三.结语

　　利用太阳能降低建筑能耗的需求，并不意味着限制其发展。正确的建筑节能观，应该以提高建筑物的能量利用效率，用有限的资源和最小的能源消耗取得最大的经济和社会效益，满足日益增长的需求为目标，走可持续发展的道路。为实现这一目标，很多学者了大量研究，提出了“生态建筑、可持续发展建筑”等概念。冬季利用太阳能降低采暖能耗需求，夏季采用遮阳、利用夜间室外冷空气作为自然冷源，采用夜间通风方法降低空调能耗需求等措施，都是实现这一目标的有效途径。

　　参考文献：

　　【1】王荣光 沈天行 著 可再生能源利用与建筑节能 机械工业出版社 2004年1月 第一版

　　【2】建筑节能：怎么办? 中国计划出版社 2002年10月第二版

　　【3】王立雄 编著 中国建筑工业出版社 2004年5月 第一版

《建筑节能与太阳能的利用》

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