孔祥贊

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，基礎(chǔ)能源日趨緊張，建筑節(jié)能已經(jīng)成為我國節(jié)能的重點。大力開發(fā)利用太陽能，減少商品能源的日常消耗，滿足建筑用能，將是建筑節(jié)能的重要途徑。本文通過分析太陽能技術(shù)特點及在建筑節(jié)能工程中的重要地位，分別對太陽能在建筑節(jié)能工程中的被動式、主動式應(yīng)用技術(shù)進行探討。以期通過本文的闡述把太陽能作為新能源，為實現(xiàn)節(jié)約型社會，走可持續(xù)發(fā)展道路提供理論參考。

【關(guān)鍵詞】太陽能技術(shù)；建筑節(jié)能；主動式應(yīng)用；被動式應(yīng)用

1.太陽能技術(shù)特點及在建筑節(jié)能工程中的重要地位

1.1太陽能技術(shù)特點

太陽能作為一種取之不盡，用之不竭的清潔能源，具有一些其他能源不可比擬之處：（1）普遍性。我國是太陽能十分豐富的國家，2/3以上國土面積年日照量為2200h以上，如河北省年日照時間在2100h～2200h之間，非常適宜太陽能熱利用；（2）無污染性。煤炭、石油等生物化石能源燃燒時要產(chǎn)生有害氣體和廢渣，但太陽能的利用不會產(chǎn)生廢氣、廢渣，不會對環(huán)境造成污染；（3）安全性。太陽能利用不同于核能發(fā)電，一旦發(fā)生事故就會嚴(yán)重污染環(huán)境，造成生態(tài)危機，太陽能利用安全可靠，不會因發(fā)生事故而污染環(huán)境；（4）用之不竭。太陽能是太陽內(nèi)部進行裂變釋放的能量，據(jù)估計在過去漫長幾億年中，太陽只消耗它本身能量的2%，對于人類短暫存活期限來言是用之不竭的。

太陽能作為一種新興能源，其利用也存在一些缺點：（1）受氣候時間影響大，地球的自轉(zhuǎn)造成太陽能晝夜差異大，陰、雨天和晴天太陽能差異大，夏天和冬天差異大。這不僅增加技術(shù)上的困難，也增加太陽能利用的不穩(wěn)定性；（2）利用效率的技術(shù)不成熟，在我國利用較多較成熟的是太陽能熱水器，太陽能熱水器基本是靠天吃飯，太陽能利用率低，諸如太陽能光伏發(fā)電，太陽能供暖在我國起步晚，技術(shù)上不成熟，設(shè)備造價高。

1.2太陽能技術(shù)在建筑節(jié)能工程中的重要地位

建設(shè)部制定的《建筑節(jié)能技術(shù)政策1996-2010》，其目標(biāo)為在2000年前，新建、擴建住宅和公建項Et的能耗要在1980年當(dāng)熱通用設(shè)計能耗的基礎(chǔ)上節(jié)約50%；從2005年起新建、擴建住宅等項目能耗要在2000年基礎(chǔ)上再節(jié)約30%。隨著改革開放，人民生活水平的提高，熱水淋浴設(shè)備已進人千家萬戶，生活熱水能耗是建筑能耗中不可忽視的組成部分，電熱水器、煤氣熱水器由于其要消耗大量石油、煤炭資源而面臨發(fā)展瓶頸，太陽能熱水器作為我國目前在建筑領(lǐng)域利用最多最成熟的技術(shù)，將是解決住宅等項目部分生活熱水的首選技術(shù)。

2.太陽能技術(shù)在建筑節(jié)能工程中的被動式應(yīng)用

所謂被動式應(yīng)用是指利用房屋結(jié)構(gòu)本身來完成太陽能的集熱、蓄熱和放熱功能。主要是利用南向或者屋頂?shù)拇皯羰龟柟膺M入室內(nèi)，靠室內(nèi)的蓄熱結(jié)構(gòu)來蓄積太陽能，或者直接利用蓄熱外墻來完成對太陽能的蓄積。目前，常用的被動式用法主要有以下三種：

2.1直接收益式系統(tǒng)

直接收益式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很簡單，只是將陽光可照射到的地面和墻體做成蓄熱結(jié)構(gòu)（一般利用混凝土等重質(zhì)材料做），白天利用其蓄積太陽能，晚間這些表面則又成為散熱表面。

2.2集熱蓄熱墻式系統(tǒng)

這種系統(tǒng)是利用南向的墻體直接來集熱和蓄熱。最常用的就是帶玻璃蓋層的重質(zhì)集熱墻。在玻璃和墻體之間留有空氣夾層，這樣不但可以利用墻體來集熱和蓄熱，而且可以利用空氣的自然對流來使室內(nèi)升溫。如果有玻璃幕墻，再加上內(nèi)部的保溫處理，這樣的蓄熱式墻體，其內(nèi)表面溫度一般均高于室溫，同時配合空氣的對流傳熱，其效果是可以接受的。同時，夏季打開通風(fēng)口，使北窗進來的溫度較低的空氣通過房間后由通風(fēng)口排出，也可以起到夏季通風(fēng)、降溫的效果。

2.3附屬溫室式系統(tǒng)

附屬溫室式系統(tǒng)和集熱一蓄熱墻式系統(tǒng)接近，只不過將玻璃幕墻改做成一個陽光間，利用陽光間的熱空氣及蓄熱的南墻來蓄積太陽能。陽光間內(nèi)的南墻可以開窗，將陽光問內(nèi)的熱空氣導(dǎo)入室內(nèi)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對建筑外立面影響小。

3.太陽能技術(shù)在建筑節(jié)能工程中的主動式應(yīng)用

所謂主動式系統(tǒng)，是指利用太陽能集熱器收集太陽能，然后加以利用的系統(tǒng)。目前，主動式太陽能系統(tǒng)在建筑中的熱利用，主要有采暖、制冷和熱水供應(yīng)三方面用途。

3.1系統(tǒng)形式

太陽能采暖主動式系統(tǒng)可以分為熱水集熱和熱風(fēng)集熱兩種形式。由于熱風(fēng)式集熱系統(tǒng)效率較低，運行控制復(fù)雜，占用的空間很大，和建筑的匹配較困難等原因，所以采用的場合較少。目前，將采暖和熱水供應(yīng)有機結(jié)合起來，共用集熱器的系統(tǒng)是利用太陽能非常有效的一種形式。這樣的系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)形式多樣，但是從集熱器介質(zhì)和熱利用部分介質(zhì)之間的關(guān)系上看，可以分為直接和間接式兩種。

直接利用是指進入集熱器的熱媒和末端使用的二次熱煤相同，不經(jīng)過換熱器的交換。間接利用則正好相反，一、二次熱媒以換熱器為界，兩邊的介質(zhì)相互獨立。

直接式系統(tǒng)集熱和負(fù)荷部分是一個整體，集熱器加熱的熱水直接被用戶使用，沒有中間環(huán)節(jié)。間接式系統(tǒng)則通過換熱的形式，將熱量傳給末端用戶，集熱和負(fù)荷側(cè)是兩個獨立的系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)形式各有優(yōu)點。直接式系統(tǒng)形式簡單，熱效率高；間接式系統(tǒng)穩(wěn)定性好，系統(tǒng)使用范圍大。

3.2采暖形式對系統(tǒng)的影響

由于太陽能集熱系統(tǒng)受太陽日射強度的限制，其集熱溫度不是很高。如果盲目提高集熱溫度，就要增加集熱面積，不但系統(tǒng)的效率受到很大影響，而且從經(jīng)濟性上也將得不償失。目前，配合太陽能采暖主要還是熱風(fēng)采暖、散熱器和地板輻射采暖幾種形式。由于熱風(fēng)和散熱器采暖都需要較高的供水溫度，而太陽能集熱器的集熱溫度又不可能太高，所以系統(tǒng)的采暖效果不是很好。

地板輻射采暖是配合太陽能采暖的最好的一種形式。地板輻射采暖是把金屬或者化學(xué)管道埋于地下，靠整個地面和室內(nèi)的熱交換來使采暖房間達到設(shè)計溫度。由于地板輻射采暖其散熱面積大，而且主要的熱交換方式為輻射換熱，增加了人員的舒適性。所以，地板輻射采暖要求的供水溫度比較低，一般低于65℃。而且目前地板輻射采暖，其做法通常是利用3-5cm的豆石沙漿做填充層，使地面本身就是一種蓄熱結(jié)構(gòu)，增加了系統(tǒng)的熱惰性。所以，不論從地板輻射采暖的使用條件，還是其結(jié)構(gòu)特點，都特別適合與太陽能結(jié)合使用，而且完全可以結(jié)合被動式太陽能利用，提高整個建筑的太陽能利用水平。

3.3采暖、制冷、熱水供應(yīng)一體式系統(tǒng)

為了提高太陽能系統(tǒng)的利用率，將采暖、制冷、熱水供應(yīng)組成一套統(tǒng)一的系統(tǒng)，可以達到對太陽能集熱系統(tǒng)的全年使用。因為如果只考慮采暖，夏天過多的熱水量無法處理，夏季空曬會對太陽能集熱器造成不小的損害，所以如果做成一體式的結(jié)構(gòu)，合理考慮集熱面積和各項負(fù)荷的關(guān)系，就可以使一套系統(tǒng)四季使用，從而提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性。并且通過自控措施及閥門的切換，可以使系統(tǒng)在采暖和制冷工況下分別運行。不過由于使用溴化鋰?yán)渌畽C組，需要夏季較高的集熱溫度，否則整個系統(tǒng)的效率將很低，溴化鋰?yán)渌畽C組可以使用單效雙級式，以適應(yīng)較低的供水溫度。

4.結(jié)束語

太陽能在建筑中的應(yīng)用是建筑節(jié)能工作的重要部分。盡管我國太陽能建筑應(yīng)用目前存在著一些不足，但隨著太陽能產(chǎn)業(yè)的科技進步和相關(guān)政府主管部門、科研機構(gòu)和太陽能產(chǎn)業(yè)相關(guān)廠家的共同努力，我國的太陽能建筑應(yīng)用將在未來得到快速發(fā)展。

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