太阳能建筑发展研究探析

2021-11-24张进峰

商品与质量 2021年37期

张进峰

山东首瑞能源科技有限公司山东德州 253000

1 太阳能在建筑中的应用途径

当前，建筑中对太阳能的应用逐渐提高，其常见的应用途径主要有3种，分别是主动应用模式、被动应用模式及综合应用模式。其中，主动应用模式是指在建筑中通过太阳能集热器，与蓄热装置、热泵和散热器等设备组成建筑热水系统以及建筑采暖系统，或者与制冷设备组合成建筑太阳能供热系统或者太阳能空调系统。被动应用模式是指根据建筑结构的朝向、结构设计以及建设要求合理分配太阳能的应用，对其进行有效采集和储存。综合应用模式是指将太阳能技术应用在照明系统等其他建筑电气系统中，充分提升太阳能的利用效率[1]。在建筑工程设计过程中，建筑设计方案和太阳能利用之间存在着密切关联，其中很多设计细节都体现出对太阳能的合理利用。例如，大多数建筑的客厅和卧室的窗户朝向多为南面，这样的设计方式是为了更好地获取自然的太阳光源，并且能优化建筑空间的通风功能。一般来说，北方住宅建筑朝南方向的窗户面积要大于朝北方向的窗户，这种设计主要是为了建筑能够更好地吸收太阳光能，实现保温节能的目的。

2 太阳能在建筑中的发展分析

2.1 太阳能在建筑空调系统中的应用

随着人们生活质量的逐渐提升，空调系统已经成为建筑工程中不可或缺的一部分，但是空调应用的普及同时也加重了能源的损耗，对环境造成一定程度的污染。如果将太阳能合理地应用于建筑的空调系统中，则能够大大降低空调系统对于常规能源的使用，减少环境污染，满足可持续发展要求[2]。通常情况下，应用太阳能的建筑空调系统主要有2种模式：①通过太阳能的光电转化实现空调系统的电力制冷；②通过太阳能的光热转化实现热能制冷。通过实践分析发现，第一种能源转换模式的应用成本偏高，因此在工程建设过程中通常会选用第2种方式。一般来说，应用光热转换技术的建筑空调系统通常由热泵、除湿装置、太阳能集热器以及制冷机等几个重要部分组成。当前，太阳能空调制冷技术中部分技术难点有待突破，主要问题是由于建筑市场中应用的常规太阳能集热器与现有空调制冷技术匹配度不高，太阳能集热器的应用存在局限，其空调系统的整体造价相对较高，这也是造成太阳能建筑空调系统推广受限的主要原因。为此，相关技术人员还需对制冷技术不断优化，并尽量提升太阳能集热器装置的运行效率。此外，太阳能的应用会受到气候温度、昼夜更替以及季节等因素的影响，出现能源供应间断的问题。为了提升太阳能应用的稳定性，工程技术人员还要注重太阳能空调系统中蓄热材料的开发。

2.2 太阳能在建筑采暖系统中的应用

一般来说，太阳能采暖系统主要由集热器、蓄热器、控制器以及辅助热源等几个重要部分组合而成。建筑中的太阳能采暖系统通常可分为2种类型：①以空气为介质的采暖系统；②以水为介质的采暖系统。第1种采暖系统与后者相比，其集热器装置运行期间可避免出现腐蚀或者冻结等问题。但是该系统的风机运行过程中会产生较高的电力损耗，系统蓄热装置体积较大，容易产生比较严重的空气渗漏情况，进而影响系统的集热效果。第2种采暖系统的发展源于太阳能热水系统，其与空气式采暖系统相比，集热效率更高。该系统能够增加集热装置的实际采光面积，并且可与太阳能热水系统进行关联应用，形成节能环保的复合型系统。当前，在建筑中应用较多的太阳能采暖系统还有热泵采暖系统，其主要划分为空气源热泵采暖及水源热泵采暖2种类型。其中，空气源热泵采暖系统主要有4种运行模式：①单纯热泵工况运行模式；②单纯的空气集热器运行模式；③空气通过集热器集热之后经过蒸发器，再经过冷凝器的运行模式；④空气经过加热后经过蒸发器然后排到环境当中，在建筑室内以及冷凝器设备之间进行循环的模式。水源热泵采暖系统有2种运行模式：①水源通过集热器加热后流入蓄热水箱，然后经过蒸发器装置，蓄热的同时进行热泵采暖；②在夜间或者阴雨天，应用蓄热水箱给系统供热。

2.3 自然通风应用

我们还可以利用自然空气流动形成的自然通风，实现对周围自然资源的利用，自然通风技术首先以人类舒适度为标准，在减少对其他资源利用的同时确保房屋内部气温得到有效控制，自然通风还可以保证室内干燥舒适，减少其他调控为人们带来的生理影响，该技术最终核心是人体舒适度，以人体舒适度为标准进行适当使用[3]。室内温度过高时便可采用室外空气温度进行调整，若室内空气温度达不到人体舒适度则需采用其他方法进行温度调整。