太陽能技術(shù)在建筑設(shè)計中的應用

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摘要：能源是人類社會求生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，而以石油、煤炭等為基礎(chǔ)的常規(guī)能源體系曾經(jīng)極大程度的推動并促進了人類社會的發(fā)展，但這些常規(guī)的能源體系的過度開發(fā)直接導致了環(huán)境污染，為了可持續(xù)發(fā)展，我們應該充分開發(fā)和利用潔凈能源，太陽能就是最佳的選擇。 

關(guān)鍵詞：太陽能技術(shù)；建筑設(shè)計；應用  abstract: the energy is the human society strives for the survival and development of the material base, and with oil, coal and other conventional energy system on the basis of the great degree push once and promote the development of human society, but these conventional energy system of excessive development led directly to the pollution of the environment, in order to sustainable development, we should make the development and utilization of clean energy, solar energy is the best choice.  keywords: solar energy technology; architecture design; application    中圖分類號：s611文獻標識碼：a 文章編號：  引言  21世紀，人類面臨著資源枯竭、環(huán)境惡化、生態(tài)破壞、氣候變暖等一系列嚴峻問題，以及實現(xiàn)社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，在有限資源和環(huán)保嚴格要求的雙重制約下如何發(fā)展經(jīng)濟已成為全球的熱點問題。在建筑領(lǐng)域中，以生態(tài)建筑為標志的“可持續(xù)發(fā)展運動”正是在這一背景下蓬勃興起的。太陽能技術(shù)是生態(tài)建筑發(fā)展中的一個重要方向。因此，重視建筑節(jié)能，最大限度地利用太陽能等自然能源，是實現(xiàn)建筑、能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。  1.太陽能技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展情況  相對于西方發(fā)達國家而言，我國的太陽能建筑發(fā)展起步較晚。對于被動式太陽房建筑的發(fā)展：我國應用與研究始于20世紀70年代末。近20年來，被動式太陽房的研究工作在基礎(chǔ)理論方面，通過對其傳熱機理的分析，建立了太陽房“熱過程”的動態(tài)物理，數(shù)學模型，并據(jù)此編制了太陽房熱能模擬軟件；另外也形成了對太陽房舒適性和經(jīng)濟性的評價方法。當前我國的被動式太陽房開始進入普及階段，主要是提高室內(nèi)舒適度，將群體太陽能房轉(zhuǎn)向太陽村，太陽城的發(fā)展。特別是在常規(guī)能源相對缺乏，經(jīng)濟相對落后，環(huán)境污染比較嚴重的西部地區(qū)發(fā)展速度更為迅速，有的地區(qū)年平均遞增達15%。其中，蘭州市實施了投資達4.28億元的“陽光計劃”等。目前我國已建成的太陽能建筑實例有：1991年12月建成的遼寧省營口市紅海辦事處的二道河村小學太陽房，其建筑朝向為南偏東10度，采用直接受益窗與新型集熱墻相結(jié)合；另有大連后石小學太陽能教學樓，該太陽房首次采用定型生產(chǎn)的集熱器，吸熱板采用鋁板，集熱效果好。而且該建筑集熱墻采用窗間墻供熱，玻璃窗與墻體虛實相間，使人們感到協(xié)調(diào)。  2.太陽能被充分利用的必然性  現(xiàn)代工業(yè)革命開創(chuàng)了現(xiàn)代文明，然而它都是建立在大規(guī)模開采和使用化石燃料的基礎(chǔ)上的。”石油是工業(yè)的血液，煤是工業(yè)的糧食”是這一現(xiàn)狀的最好詮釋。化石燃料作為不可再生能源，之前的大規(guī)模開采和使用，已使化石資源日益枯竭，它已逐漸不能滿足日益增長的經(jīng)濟需求，還誘發(fā)了不少國家之間、區(qū)域之間的政治經(jīng)濟糾紛，甚至引起沖突和局部戰(zhàn)爭。雖然我國礦物能源資源的儲量是比較豐富，然而人均能源資源只有世界人均能源資源的二分之一左右。從能源消費結(jié)構(gòu)來看，我國是世界上最大的煤炭消費國，而根據(jù)大概的估計，我國的煤炭資源只能開采80年，而石油資源只能開采20年。  1997年我國正式成為了《京都議定書》簽約國，但其影響和約束，限排壓力很大。我國的火力發(fā)電，尤其是煤炭發(fā)電極大程度的受到了限制。隨后我國也正式加入wto，我國的經(jīng)濟迎來了一個新的機遇，同時我國也正式步入了工業(yè)化中期，即重化工業(yè)階段，其能源需求量和消耗量也將快速的增長。從環(huán)境保護方面來講，化石能源的利用已造成了嚴重的環(huán)境污染，溫室效應、酸雨等環(huán)境問題接踵而來，尤其是溫室效應是全人類所面臨的環(huán)境問題。為了可持續(xù)發(fā)展我們必須尋求新的可再生的綠色能源，太陽能作為自然界最豐富的潔凈能源，而我國全年輻射總量為917—2333kw•h/m2，是世界上太陽能資源豐富的國家之一，因此太陽能是我國可再生能源的首選。  3.太陽能技術(shù)在建筑應用發(fā)展中存在的問題  3.1激勵政策欠缺  強有力的激勵政策是太陽能應用迅速發(fā)展的重要條件，而目前我國對新能源的管理主要是靠行政手段，缺乏強制性的法規(guī)內(nèi)容和實施的具體細則，缺乏相應的經(jīng)濟激勵措施以及行政監(jiān)督手段，操作性不強[。在鼓勵太陽能應用方面，急需相應的政策出臺。只有不斷推動太陽能建筑的應用，在激發(fā)生產(chǎn)者積極性的同時，刺激消費者的需求，這樣才能實現(xiàn)太陽能建筑政策系統(tǒng)化，推動太陽能技術(shù)在建筑中的應用。  3.2太陽能與建筑有待一體化  太陽能建筑的生產(chǎn)、使用的各個環(huán)節(jié)，都需要政府嚴格把關(guān)，這對保證用戶對新產(chǎn)品的信任方面極其重要。我國建筑業(yè)和太陽能技術(shù)兩個行業(yè)之間幾乎脫節(jié)，交流不夠。建筑行業(yè)不甚了解太陽能行業(yè)的技術(shù)標準；太陽能行業(yè)也不太了解建筑行業(yè)的設(shè)計要求和房產(chǎn)建筑的供求信息。建筑行業(yè)缺乏精通太陽能技術(shù)的設(shè)計人才，太陽能行業(yè)也缺乏熟悉建筑規(guī)范的技術(shù)人員，雙方各自發(fā)展，交流很少。這嚴重影響了太陽能建筑的發(fā)展。后續(xù)追加安裝的太陽能系統(tǒng)，不但影響了建筑的美觀，還可能會影響到建筑結(jié)構(gòu)承重。  3.3節(jié)能意識需要加強  民眾較高的節(jié)能環(huán)保意識是推動太陽能建筑發(fā)展的重要支撐。日本、荷蘭等發(fā)達國家把消費太陽能當作一件很有意義的事，甚至愿意多出錢享受綠色能源，從而擴大了太陽能的應用市場，這值得我們學習。  4.太陽能技術(shù)在建筑中的應用措施  4.1太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)  一般太陽能集熱器，儲熱器設(shè)在多層建筑的屋頂，這樣不影響或較少影響建筑造型，熱水分配管路與土建配合，將各分戶的上下冷熱水管、輔助加熱電線等設(shè)在管道井內(nèi)。太陽能熱水器就安裝形式上來講有兩種。一種是住戶自家安裝，自己進行個體管理，這種方式在管理上比較方便，住戶減少扯皮現(xiàn)象，但太陽能熱水器在屋頂布置零散，影響美觀。如果每戶都設(shè)計安裝，則由于房屋屋頂面積的有限，難以實現(xiàn)，而且也達不到美觀和諧的要求。還有一種是以住宅單元為基準，一個住宅單元安裝一個太陽能熱水器供本單元10戶或12戶住戶使用，每個單元的太陽能熱水器系統(tǒng)獨立，從本單元管道井內(nèi)的給水立管上引入冷水管道，被熱水器加熱后的熱水管道在管道井內(nèi)分成10根或12根支管分別送入住戶。  對于高層建筑可以在豎直墻面上安裝直流式橫向集熱管和在陽臺傾斜欄板上安裝熱管式或平板式集熱器。集熱器可單獨懸掛于建筑物向陽的陽臺或外墻窗口下方，水箱置于陽臺地面或室內(nèi)墻角，管道基本不在室外，冬季不怕凍結(jié)。由于獨特的聚光專利技術(shù)，以及消除集熱器表面落灰的方便條件，冬季水溫比屋頂式高得多。    4.2太陽能空調(diào)技術(shù)  太陽能空調(diào)的實現(xiàn)方式主要有兩種。一是先實現(xiàn)光-電轉(zhuǎn)換，再用電力驅(qū)動常規(guī)壓縮式制冷機或家用空調(diào)和電冰箱進行制冷。這種方式簡單，適用于一般家庭使用。二是利用太陽的熱能驅(qū)動吸收式和吸附式制冷機進行制冷，這種制冷方式技術(shù)要求高，但成本低、無噪音、無污染。常用的吸收式制冷機根據(jù)吸收劑的不同，分為氨-水吸收式制冷和溴化鋰-水吸收式制冷兩種。它以太陽能集熱器收集太陽能產(chǎn)生熱水或熱空氣，再用太陽能熱水或熱空氣代替鍋爐熱水輸入制冷機中制冷。由于造價、工藝、效率等方面的原因，采用這種技術(shù)的太陽能空調(diào)系統(tǒng)一般適用于設(shè)有中央空調(diào)的大型民用建筑。設(shè)計中由于吸收式制冷機組體積較大，一般設(shè)置在地下室，太陽能集熱器設(shè)在屋頂或墻面，設(shè)計中要注意使太陽能空調(diào)設(shè)備與建筑外觀融為一體，達到建筑整體和諧美觀的要求。使用太陽能空調(diào)的結(jié)果，既創(chuàng)造了室內(nèi)宜人的溫度，又能降低大氣的環(huán)境溫度，還減弱了城市中的熱島效應。  4.3太陽能供電儲能技術(shù)  在利用太陽能中，由于夜晚和陰雨天氣得不到太陽輻射，需要考慮配備儲能設(shè)備，供夜晚使用，或增設(shè)輔助熱源，才能全天候應用。輔助熱源一般根據(jù)業(yè)主的實際情況選用。從環(huán)境保護角度考慮，采用電能和天然氣作為輔助熱源較好。太陽能儲能應用較多的是電能和熱能的儲存。熱能儲能最普遍，比如太陽能熱水器的儲熱水箱。還有一種是應用較廣的是電能儲存，光-電直接轉(zhuǎn)換方式是利用光伏效應，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光-電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池，富余的電能則用蓄電池組儲存。  因為太陽能利用與集熱板、太陽能電池采光板的位置，光照角度、強度直接相關(guān)，所以太陽能設(shè)備直接關(guān)系著民用建筑外觀設(shè)計，建議在建筑方案設(shè)計之初就充分考慮太陽能系統(tǒng)方案的設(shè)計，最大程度利用太陽能資源和最大程度滿足民用建筑設(shè)計要求。  總結(jié)  綜合合理運用太陽能達到節(jié)能減排的目的，是一個具有現(xiàn)實意義的課題。目前，太陽能在我國住宅建設(shè)領(lǐng)域中的應用水平還有待提高，利用太陽能進行建筑節(jié)能的意識也有待加強。太陽能與住宅建筑的一體化，從理論構(gòu)想到實踐應用，還有很長的一段路要走。  參考文獻  [1]中國可再生能源發(fā)展項目辦公室.中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告（2004-2005）[r].北京：2006  [2]孫玉春.小區(qū)太陽能集中供熱沒“熱”起來[n].現(xiàn)代快報，2006-4-27(a3)  [3]王長貴，鄭瑞澄.新能源在建筑中的應用[m].北京：中國電力出版社，2003