浅谈太阳能技术在建筑节能工程中的应用

孔祥赞

【摘 要】随着我国经济的飞速发展，基础能源日趋紧张，建筑节能已经成为我国节能的重点。大力开发利用太阳能，减少商品能源的日常消耗，满足建筑用能，将是建筑节能的重要途径。本文通过分析太阳能技术特点及在建筑节能工程中的重要地位，分别对太阳能在建筑节能工程中的被动式、主动式应用技术进行探讨。以期通过本文的阐述把太阳能作为新能源，为实现节约型社会，走可持续发展道路提供理论参考。

【关键词】太阳能技术；建筑节能；主动式应用；被动式应用

1.太阳能技术特点及在建筑节能工程中的重要地位

1.1太阳能技术特点

太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，具有一些其他能源不可比拟之处：（1）普遍性。我国是太阳能十分丰富的国家，2/3以上国土面积年日照量为2200h以上，如河北省年日照时间在2100h～2200h之间，非常适宜太阳能热利用；（2）无污染性。煤炭、石油等生物化石能源燃烧时要产生有害气体和废渣，但太阳能的利用不会产生废气、废渣，不会对环境造成污染；（3）安全性。太阳能利用不同于核能发电，一旦发生事故就会严重污染环境，造成生态危机，太阳能利用安全可靠，不会因发生事故而污染环境；（4）用之不竭。太阳能是太阳内部进行裂变释放的能量，据估计在过去漫长几亿年中，太阳只消耗它本身能量的2%，对于人类短暂存活期限来言是用之不竭的。

太阳能作为一种新兴能源，其利用也存在一些缺点：（1）受气候时间影响大，地球的自转造成太阳能昼夜差异大，阴、雨天和晴天太阳能差异大，夏天和冬天差异大。这不仅增加技术上的困难，也增加太阳能利用的不稳定性；（2）利用效率的技术不成熟，在我国利用较多较成熟的是太阳能热水器，太阳能热水器基本是靠天吃饭，太阳能利用率低，诸如太阳能光伏发电，太阳能供暖在我国起步晚，技术上不成熟，设备造价高。

1.2太阳能技术在建筑节能工程中的重要地位

建设部制定的《建筑节能技术政策1996-2010》，其目标为在2000年前，新建、扩建住宅和公建项Et的能耗要在1980年当热通用设计能耗的基础上节约50%；从2005年起新建、扩建住宅等项目能耗要在2000年基础上再节约30%。随着改革开放，人民生活水平的提高，热水淋浴设备已进人千家万户，生活热水能耗是建筑能耗中不可忽视的组成部分，电热水器、煤气热水器由于其要消耗大量石油、煤炭资源而面临发展瓶颈，太阳能热水器作为我国目前在建筑领域利用最多最成熟的技术，将是解决住宅等项目部分生活热水的首选技术。

2.太阳能技术在建筑节能工程中的被动式应用

所谓被动式应用是指利用房屋结构本身来完成太阳能的集热、蓄热和放热功能。主要是利用南向或者屋顶的窗户使阳光进入室内，靠室内的蓄热结构来蓄积太阳能，或者直接利用蓄热外墙来完成对太阳能的蓄积。目前，常用的被动式用法主要有以下三种：

2.1直接收益式系统

直接收益式系统结构很简单，只是将阳光可照射到的地面和墙体做成蓄热结构（一般利用混凝土等重质材料做），白天利用其蓄积太阳能，晚间这些表面则又成为散热表面。

2.2集热蓄热墙式系统

这种系统是利用南向的墙体直接来集热和蓄热。最常用的就是带玻璃盖层的重质集热墙。在玻璃和墙体之间留有空气夹层，这样不但可以利用墙体来集热和蓄热，而且可以利用空气的自然对流来使室内升温。如果有玻璃幕墙，再加上内部的保温处理，这样的蓄热式墙体，其内表面温度一般均高于室温，同时配合空气的对流传热，其效果是可以接受的。同时，夏季打开通风口，使北窗进来的温度较低的空气通过房间后由通风口排出，也可以起到夏季通风、降温的效果。

2.3附属温室式系统

附属温室式系统和集热一蓄热墙式系统接近，只不过将玻璃幕墙改做成一个阳光间，利用阳光间的热空气及蓄热的南墙来蓄积太阳能。阳光间内的南墙可以开窗，将阳光问内的热空气导入室内。这种系统结构简单，对建筑外立面影响小。

3.太阳能技术在建筑节能工程中的主动式应用

所谓主动式系统，是指利用太阳能集热器收集太阳能，然后加以利用的系统。目前，主动式太阳能系统在建筑中的热利用，主要有采暖、制冷和热水供应三方面用途。

3.1系统形式

太阳能采暖主动式系统可以分为热水集热和热风集热两种形式。由于热风式集热系统效率较低，运行控制复杂，占用的空间很大，和建筑的匹配较困难等原因，所以采用的场合较少。目前，将采暖和热水供应有机结合起来，共用集热器的系统是利用太阳能非常有效的一种形式。这样的系统其结构形式多样，但是从集热器介质和热利用部分介质之间的关系上看，可以分为直接和间接式两种。

直接利用是指进入集热器的热媒和末端使用的二次热煤相同，不经过换热器的交换。间接利用则正好相反，一、二次热媒以换热器为界，两边的介质相互独立。

直接式系统集热和负荷部分是一个整体，集热器加热的热水直接被用户使用，没有中间环节。间接式系统则通过换热的形式，将热量传给末端用户，集热和负荷侧是两个独立的系统。这两种系统形式各有优点。直接式系统形式简单，热效率高；间接式系统稳定性好，系统使用范围大。

3.2采暖形式对系统的影响

由于太阳能集热系统受太阳日射强度的限制，其集热温度不是很高。如果盲目提高集热温度，就要增加集热面积，不但系统的效率受到很大影响，而且从经济性上也将得不偿失。目前，配合太阳能采暖主要还是热风采暖、散热器和地板辐射采暖几种形式。由于热风和散热器采暖都需要较高的供水温度，而太阳能集热器的集热温度又不可能太高，所以系统的采暖效果不是很好。

地板辐射采暖是配合太阳能采暖的最好的一种形式。地板辐射采暖是把金属或者化学管道埋于地下，靠整个地面和室内的热交换来使采暖房间达到设计温度。由于地板辐射采暖其散热面积大，而且主要的热交换方式为辐射换热，增加了人员的舒适性。所以，地板辐射采暖要求的供水温度比较低，一般低于65℃。而且目前地板辐射采暖，其做法通常是利用3-5cm的豆石沙浆做填充层，使地面本身就是一种蓄热结构，增加了系统的热惰性。所以，不论从地板辐射采暖的使用条件，还是其结构特点，都特别适合与太阳能结合使用，而且完全可以结合被动式太阳能利用，提高整个建筑的太阳能利用水平。

3.3采暖、制冷、热水供应一体式系统

为了提高太阳能系统的利用率，将采暖、制冷、热水供应组成一套统一的系统，可以达到对太阳能集热系统的全年使用。因为如果只考虑采暖，夏天过多的热水量无法处理，夏季空晒会对太阳能集热器造成不小的损害，所以如果做成一体式的结构，合理考虑集热面积和各项负荷的关系，就可以使一套系统四季使用，从而提高了系统的经济性。并且通过自控措施及阀门的切换，可以使系统在采暖和制冷工况下分别运行。不过由于使用溴化锂冷水机组，需要夏季较高的集热温度，否则整个系统的效率将很低，溴化锂冷水机组可以使用单效双级式，以适应较低的供水温度。

4.结束语

太阳能在建筑中的应用是建筑节能工作的重要部分。尽管我国太阳能建筑应用目前存在着一些不足，但随着太阳能产业的科技进步和相关政府主管部门、科研机构和太阳能产业相关厂家的共同努力，我国的太阳能建筑应用将在未来得到快速发展。

【参考文献】

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