浅析太阳能在建筑领域的应用发展

关键词:    太阳能,节能建筑,太阳能供暖,应用

0 引言

随着社会经济的发展,能源短缺问题是各国面临的共同问题,为保护环境、保持经济可持续发展,各国竞相开发风能、太阳能等新能源,太阳能作为一种取之不尽,用之不竭的清洁能源,正日益受到重视,太阳能在建筑领域的应用愈为广泛。

1　太阳能热利用技术特点和在节能建筑中的重要地位

1.1 太阳能热利用技术特点

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2 200 h以上,如我们浙江省年日照时间在2 100 h~2 200 h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 太阳能热利用在节能建筑中的重要地位

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、扩建住宅和公建项目的能耗要在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,热水淋浴设备已进入千家万户,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　建筑领域太阳能热利用现状

2.1 太阳能热水技术

我国幅员广阔,有着丰富的太阳能资源,2/3以上国土太阳日照数全年超过2 200 h,太阳能利用有着广阔的发展前景。目前,我国应用最多的是太阳能热水系统,由于我国拥有太阳能真空管的自主知识产权,所以太阳能真空管热水器被广泛应用于建筑热水供应,从而大大节约生物化石能源。太阳能热水利用系统结构简单,由太阳能热水器和管道系统组成,造价低廉,应用方便,在商品房项目、工业项目甚至农村住宅得到广泛应用。

2.2 太阳能供暖

太阳能供暖方式可分为主动式和被动式两种。主动式太阳能供暖系统有太阳能集热器,热水贮槽或贮热器,散热器水泵或空气泵,由管道连成一体,系统为强制系统,整个供暖系统类似中央空调,造价和维护费用较高。被动式太阳能供暖不需要太阳集热器、热水贮槽或贮热槽、水泵或空气泵、散热器等部件,而是通过调整房屋建筑的朝向、内部空间和外形设置,以房屋结构本身完成集热、贮热、释热功能的采暖系统,被动式太阳能利用原理就是所谓的温室效应。中国北方住宅多采用直接接受式、集热蓄热墙式、附加温室等方式,这种方式供暖在无辅助能源情况下,可以提高太阳房室内温度,建太阳房造价增加10%~20%,广大群众能接受,故被动太阳房技术在农村很受欢迎,如大棚蔬菜就是简易的太阳房。

3　解决对策

3.1 完善太阳热水系统

目前太阳能一体化主要指太阳能热水系统在建筑领域的应用。首先应改变单门独户安装太阳能热水器的现状,而代之以每栋楼为单位统一设计、统一安装大型太阳能热水器,统一向各家各户供应热水,其计量方法可采用类似煤气供应方式实行计量收费,安装费用以户为单位平均分摊,既节约造价,又提高热水利用效率。其次应逐步淘汰太阳能真空管等直接式热水器,改之使用太阳能平板热水器,可安装于屋顶、建筑立面、阳台栏板、女儿墙等表面,增大吸热面积,又和建筑物完美结合在一起,真正实现太阳能一体化。

3.2　改进太阳能供暖、供热技术

3.2.1　大力发展被动式太阳能利用技术

建筑物包括农村住房在设计、施工之初就在考虑节能保温性能,如节能保温性能不好,门窗气密性差,则建筑物本身能耗高。被动式太阳能建筑通过调整建筑朝向、内部空间和外形设置,尽可能降低太阳能建筑本身能耗需求。今后太阳能热利用技术在建筑中应用会多种多样,但被动太阳能建筑设计技术是基础。

我国国土广阔,不同地方气候、居民生活习惯、经济发展状况差异很大,应根据具体情况确定太阳能利用方式,日照时间长的北部地区和西部贫困地区应大力推广被动式太阳房提供采暖,同时供应热水。

3.2.2 太阳能热水利用和空调相结合

被动太阳能利用方式虽然造价不高,技术简单,但也存在形式单一,效果也不能完全满意,阴雨天无法供暖的特点,所以应将太阳能热水利用和空调相结合起来,这种方式将有良好的应用前景。利用太阳能冬季供暖、夏季制冷,全年供热水的三联供技术将是今后太阳能热利用技术在建筑中应用的发展方向,由于我国太阳能利用尚处于刚刚起步阶段,太阳能综合利用技术尚不成熟,其造价很高,效率也不能完全满意,政府应提供资金、政策支持,大力扶持太阳能综合利用技术,使太阳能综合利用技术得到快速发展。

3.2.3 推进技术进步

开发可适用太阳能供暖、制冷系统的中、高温太阳能集热器,太阳能供暖一般在冬季,环境气温低,必然导致集热器的热损失,为提高效率必然对太阳能集热器提出更高要求;夏季制冷使用的吸收式制冷机需要高温水作热源,这也对太阳能集热器提出更高要求,而目前我国生产的太阳能集热器主要还是应用于太阳能热水利用,其热利用效率低下,应用于空调制冷或供暖显得心有余而力不足,所以开发可适用于太阳能供暖、制冷的中、高温的高效太阳能集热器尤为关键。

大力开发太阳能低温转换系统,太阳能集热器效率随着运行温度的升高而降低,所以要降低集热器和供暖系统温度,同时我国目前大量使用的集热器仍属于低温集热器,所以开发太阳能低温转换系统有着广泛发展前景,如近年出现的太阳能低温地板辐射采暖技术就是绝好的例子。

4  结语

能源紧缺,温室效应等问题是个世界性难题,寻找新能源降低社会能耗节约能源,走可持续发展道路是我国社会发展的必由之路,太阳能作为一种取之不尽,用之不竭的清洁能源,必将受到大家的重视,太阳能在建筑领域的应用其前景是广阔的,其所带来的经济效益和社会效益也是不可估量的。

参考文献:

[1]　露　露.太阳能供暖系统[DB/OL].新浪新闻,2009-03-14.

[2]　王宏志,王润强.太阳能热水器系统在建筑中的应用[J].机械给排水,2009(1):38-41.