太阳能应用:浅论太阳能与建筑相结合

提要:目前中国的太阳能利用方面以太阳能热水系统为主,太阳能与其他能源互补利用,应用场所以养老院、医院、学校、办公楼、低层住宅小区等作为重点对象。在德国,政府宣布推行的“十万屋顶”计划,就是在建筑物顶部大规模铺设光伏发电装置,是太阳能光伏发电与建筑集成技术的实例。

  三、太阳能在建筑中的应用技术

  太阳能作为一种取之不尽,用之不竭的清洁能源,具有安全、无污染、可再生和分布范围广等特点,越来越受到人们的重视,是今后替代普通能源发展的战略性能源。早在1999年召开的世界太阳能大会上就有专家提出,当代世界太阳能科技发展太阳能应用有两大趋势:一是光电与光热结合;二是太阳能与建筑的结合。

  目前世界各国都在实施自己的“阳光计划”,如2005年德国政府就宣布推行“十万屋顶”计划,即在建筑物顶部大规模地铺设太阳能发电装置,既节省电力又利于环保。太阳能开发利用的主要形式是光热利用和光伏发电。经过这么多年的不懈努力,太阳能利用技术日臻完善,目前我国太阳能在建筑中的应用技术大概可以分为以下五个方面。

  1、太阳能热水系统与建筑相结合的技术

  目前我国的太阳能热水器行业已经日趋成熟,但是太阳能热水器如何与建筑的使用功能及建筑美观相结合,仍是我们需要重点研究的问题。具体应注意以下几点:首先建筑的使用功能应与太阳能热水器的利用有机的结合在一起,形成多功能的建筑构件,巧妙高效的利用空间,使建筑物的向阳面或屋顶得以充分利用;其次要同步规划设计,同步施工安装,节省太阳能热水系统的安装成本和建筑成本,一次安装到位,避免后期施工对用户生活造成的不便以及对建筑物产生结构性破坏;三是综合考虑建筑结构和太阳能设备协调和谐,构造合理,使太阳能热水系统和建筑物融合为一体,不影响建筑的外观;最后应优先采用集中式系统,有利于平衡负荷和提高设备的利用效率。

  2、集群式太阳能供热制冷装置的研究应用

  集群式太阳能供热制冷装置通过热超导太阳能集热管、太阳能空气源热泵、吸收制冷机等设备将太阳能的光能首先转化为热能,使用太阳能再加上电辅助加热方式,可直接用于采暖或制取热水。在夏天通过吸收式制冷机可将常温水转化为冷水,从而实现空调制冷。通过这样的方式实现太阳能冬季采暖、夏季制冷,一年四季制取热水,建筑的采暖、制冷能耗均来自太阳能,达到环保、节能的效果,为太阳能的使用开拓了一个新的领域。

  3、被动式太阳能建筑设计及建造技术

  最早的平板式太阳能在全国推广已有三十多年的历史,因太阳能的安装环境恶劣,现已进入性能衰退期,同时因其技术陈旧、施工质量和运行环境差,基本不能满足室内热环境的要求,极大地挫伤了人们利用这项技术的积极性。如果没有新技术出台或对现有太阳能建筑进行更新换代,将成为进一步推广被动式太阳能建筑的障碍。目前,被动式太阳能建筑设计及建造技术要点是:开发利用各种新型的集热蓄热墙体和空气集热器,提高围护结构的保温隔热性能,合理设计窗墙比,使用高效节能窗并考虑夜间移动保温设计,加强自动控制与运行维护,采用有效的遮阳或其它被动式降温技术来解决夏季过热问题等。解决了以上的关键技术问题将大大提高被动式太阳能应用技术在建筑节能中的作用,不仅仅在农村,甚至在城市节能建筑中也可大力推广被动式太阳能应用技术。

  4、太阳能光伏发电板与建筑的集成技术

  该技术是指将太阳能光伏发电板安装在建筑物的屋顶或向阳墙面上,同时满足结构维护和太阳能发电的功能要求。目前我国已有太阳能光伏幕墙的试点建筑,太阳能光伏幕墙是将太阳能电池与各类普通建筑玻璃结合制成可以发电建筑材料,产品包括各种晶体硅与非晶体硅太阳能光伏夹层玻璃、晶体硅与非晶体硅太阳能光伏中空玻璃等,不仅具有发电功能,还具有独特的美学效果,同时不影响作为建筑材料的各项功能。在德国,政府宣布推行的“十万屋顶”计划,就是在建筑物顶部大规模铺设光伏发电装置,是太阳能光伏发电与建筑集成技术的实例。

  5、太阳能照明技术

  太阳能照明技术在我国已经大范围应用起来,它具有不用敷设线路、不受变电站远近限制,尤其适用于边远的山区、江、河、湖、海中的孤岛照明,它利用高效节能的LED面光源或点光源实现室内的白、昼照明,多种多样、造型各异的太阳能室外灯具还可实现夜间公园、景区、道路、广场以及广告照明,既节约了能源又美化了环境。

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