太阳能在绿色住宅中的应用

2019-03-16卜楠

城市建筑空间 2019年4期

卜楠

（吉林建筑大学研究生学院，吉林长春 130000）

1 概念

绿色住宅建筑是指在建筑物物理寿命周期内，最大限度和范围地使用与节约资源，比如节约水电、耗材、空间等，在保护环境的同时减少对环境的污染，给人类提供绿色、健康、和谐的生存环境，合理利用高效能的存储和使用空间，将自然和人工完美地结合在一起，是综合现代建筑学、工程力学、环境科学等，把住宅建造成为一个小型的生态系统，让选择绿色住宅建筑的居住者享受到生机盎然的自然气息，使他们居住在舒适安全且节约资源的空间之中。

2 表现类型

2.1 自然通风

自然通风是一种具有十分大的能量的通风方式，可以起到改变室内温度、湿度、舒适度，提高室内空气质量和新鲜度的作用。这是人类从古至今采用的一种自然获取能量的方式。自然通风可在不消耗任何能源的情况下，改善室内的温度和湿度，并且能够提供自然新鲜的空气和更好、更安全的环境，这对于居住在绿色住宅内的居民有非常重要的作用。

自然通风是现代建筑物中最常见的通风方式，其主要实现方式包括：①利用室内外的风速压力实现自然通风。其实，自然通风的基本动力和原理就是利用风的压力和热压产生的压强，使得内外压力平衡，进而通风。②利用热空气上升冷空气下降的原理实现自然通风。开窗或开门通风以后，新鲜而温度较低的空气从建筑物底部吸入，进而热空气上升、冷空气回流，这种方式和原理能够使污浊的热空气从室内排出。然而，热压的作用和原理其实和室内外温差有关，温差越大，通风效果越好。

2.2 双层围护结构

双层围护结构是当下建筑物普遍采用的一种结构和技术。所谓双层结构是指双层或3层及其以上组成的玻璃结构，在玻璃之间形成一定空间的缝隙，即空气夹层，并且在玻璃缝隙之中设置百页。在冬天，建筑物的宗旨就是保温。空气夹层和百页之间可形成一个自然的空气加热装置，即保温装置，有利于提高建筑外墙的温度，从而保暖；在夏天，可利用热压的原理，将热空气不断地从上方排出，即从双层玻璃的夹层上部排出，从而使空气从下方进入，达到换气的目的，同时能够保持室内凉爽。

2.3 太阳能

太阳能并不是新型能源，而是任何生物生长的必备能源。从古至今，太阳能都在人类的生活中起着巨大的作用，植物和动物也同样需要太阳能。太阳能是一个非常宽泛的概念，比如风能、水能、潮汐能等都属于太阳能。自然能源都来自于太阳能，太阳无时无刻不在其内部进行着聚变反应，从而产生大量的能量，辐射到包括地球的整个宇宙，供给万物生长。太阳能是永久性能源，可为地球提供源源不断的能量。可以说，太阳能是取之不尽、用之不竭的。

3 太阳能在住宅中的应用

3.1 太阳能采暖系统

太阳能采暖系统的原理主要是利用蓄热体吸收太阳辐射的能量，从而给建筑物进行加热，而根据吸热体的不同，又将供热系统分为空气采暖系统和热水采暖系统。

3.1.1 空气采暖系统

空气采暖系统的蓄热体媒介指的是空气，根据是否利用机械的方式获取太阳能，把适当的建筑设计分为主动式太阳能采暖设计和被动式太阳能采暖设计。①主动式太阳能采暖设计指的是需要通过机械设备获取太阳能；②被动式太阳能采暖设计是指通过建筑物的朝向及其周围环境的分布、内部空间的人工处理，加之建筑物材料的选择和结构的设计，使得绿色建筑物能够在冬季保持正常的温度，使建筑物能够储存汲取能量，从而维持室内的热度。被动式太阳能建筑设计的原理，是能够调节阳光和空气进入建筑物的时间，进而合理分配冷热空气的交替。

空气采暖方式突破了传统暖气供热的方式，无需消耗不可再生能源，为保护环境、减少环境污染作出巨大贡献。直接受益式是比较早采用的一种方式，它通过玻璃对阳光的吸收，使室内保持一定的温度，其原理是能够使地板和墙壁共同蓄热。换言之，直接受益式可以把整个太阳能房间当成一个储存太阳能的空间。在有阳光时，太阳能透过玻璃进入房间，地板和墙壁吸收热量，其表面温度上升，通过热传导作用，将一部分热量传递给空气，并通过对流的方式与室外进行空气传递，完成蓄能。而另一部分热量传递到内部进行储存，以辐射的方式与其内部结构进行热交换，使整个房间都具有能量；而在没有阳光时，被吸收了的太阳能将会释放出来，维持室内温度高于室外温度。

同时可利用重型结构墙储存和传导热量的方式获取辐射热，这种结构墙的表面涂有吸收热量的涂层，并且在其顶部和底部都有通风口，能够在其获取热量的同时保持室内通风，一举两得。通过这种方式获得的能量储存时间更久、热量更高，并且室内外温度不同，能够使室内保持新鲜空气，有利于人的身体健康。

3.1.2 热水采暖系统

太阳能热水采暖系统是指以太阳能为基本能源，同样通过媒介吸收太阳能，此处的媒介指的是集热器，再以水为另外的媒介进行采暖。它与空气采暖的最大区别在于媒介的不同。然而，太阳能并不是特别稳定。在我国南方的一些地区，梅雨天气为常见天气，所以太阳能供热并不稳定。为弥补不足，可采用太阳能热泵等新型技术模拟太阳能。

太阳能热水辐射采暖的热媒是温度为30～60℃的低温热水，这就使利用太阳能作为热源成为可能。按照使用部位的不同，可分为太阳能顶棚辐射采暖、太阳能地板辐射采暖等，太阳能地板辐射采暖目前使用较为普遍。

3.1.3 太阳能地板辐射采暖

太阳能地板辐射采暖是一种将集热器采集的太阳能作为热源，通过地板上的加热系统进行采暖，这种采暖系统是将整个地面作为媒介或散热面，传播方式也主要以辐射散热为主，这种热量传播能够使整个空间内的热度保持在一个平稳的状态，并且能够将储存的大多数能量传递给空气，也是一种采暖选择方式。

3.2 太阳能热水系统

太阳能应用和供热系统有很多，而在所有技术中，最成熟且应用最广泛的是太阳能热水器，在我国，太阳能热水器已有20多年的发展历史，技术已相当成熟，所以得到广泛推广，并且国内现在很多公司都在推广太阳能热水系统。太阳能热水器的工作原理是将如平板式集热器、玻璃真空管等集热元件与蓄热容器的控制系统及完整的保温系统和防护系统集于一身，使太阳能转化为日常所需要的热能。这种能源的优点同样是无污染、安全，对环境没有损害，并且不会消耗不可再生能源。同时，整个太阳能加热系统占地面积非常小，外体可挂在墙壁上，加热速度快，可节约空间和时间。

3.3 太阳能光伏电池板

太阳能发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。太阳能发电包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用半导体电子器件有效吸收太阳辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当前太阳能发电的主流。通常所说的太阳能发电就是指太阳能光伏发电，亦称太阳能电池发电。太阳能电池工作原理是半导体PN结的光生伏特效应，即当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导件的PN结时，会在PN结的两边出现电压，叫作光生电压，使PN结短路，就会产生电流。

太阳能系统与整栋建筑物融为一体，其作用不仅能够改善建筑内部环境，也能改变建筑外观，给居民以视觉冲击。随着经济社会的发展，人类对于美好生活的追求不只是解决温饱，还要追求幸福感，所以在各方面的审美都有所提高，这也对建筑设计有了更高的要求和追求。