浅谈太阳能技术在节能建筑中的应用

徐冰

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摘要：太阳能是永不枯竭的清洁能源，是人类可以长期依赖、广泛应用的能源之一。在当前节能建筑的设计与实施中，太阳能技术可以应用于采暖工程、生活热水工程、空调工程等。由于太阳能的免费性、环保性、可持续性等符合当前绿色建筑相关要求的特点，故在建筑中的应用有了现实的意义。现对太阳能技术在节能建筑中的应用进行探讨。

关键词：太阳能；节能建筑；环保

引言

随着我国经济的发展，人民居住水平的提高，建筑能耗不断增长，建筑消耗能约为全社会能源消费量的30%。为了给建筑耗能瘦身，提高可再生能源的利用范围是必要且行之有效的。而太阳能是一种绿色、清洁、可再生、可转换的清洁能源，可应用于建筑内采暖工程、生活热水工程、空调工程等。且由于其系统结构灵活多变，可集中设置，也可按需求分散安装，故其不但可以应用于新建城乡建筑的规模化建设，也可以应用于既有建筑的节能改造，更进一步避免了能源和物资的浪费，同时也为太阳能技术的广泛应用提供了用户基础。

一、太阳能技术在生活热水工程的应用

生活热水是人民居住建筑内所必不可少的，以往最常见的热水器多为电加热和燃气加热两种，但是无论从能耗、环保，还是经济角度上来讲，都是不太理想的。而我国具有丰富的太阳能资源，超过2/3地区全年太阳能辐照量大于5700MJ/(m2•a)，全年日照时数大于2200h。除了部分地区（如四川、贵州大部分、重庆等）太阳能资源匮乏外，其他全国大部分区域都可以利用太阳能来提供生活热水。目前有一些地区（如山东、江苏、深圳、上海、浙江等）均提出对12层及以下的居住建筑应采用太阳能热水系统。这不但充分利用了太阳能可再生能源的特性，从侧面替代了一部分电能和燃气能，减少了CO2和小颗粒污染物的排放；而且从经济角度上讲也是利用了免费的能源，为人们居住环境提供舒适方便的同时也减少了消费支出。

太阳能热水系统的原理就是把太阳能通过集热部分（集热平板或集热真空管等）转换成热能，把冷水加热，从而提供生活热水。其主要有两大部分构成：集热部分和用热部分。

集热部分：当前在居住建筑中一般有两种太阳能热水系统：平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器。平板型太阳能集热器一般可以分散安装于阳台或集中安装于屋顶等位置，由于其集热平板部分重量轻、性能稳定、承压运行、易与建筑造型相结合、经久耐用等特点，在新建建筑中收到好评并广泛运用。

用热部分：生活热水一般于清洗、加热等用途。由于太阳能为清洁能源，不会在室内发生燃烧等过程，故不会产生CO2和小颗粒污染物等，不会对室内环境和人体健康产生影响。在太阳能充足的情况下，太阳能完全负担生活用热水的要求；在太阳能不充足的情况下，太阳能可给生活热水预热，再添加其他方式的辅助热源，以达到热水使用要求。

二、太阳能技术在采暖工程的应用

在建筑能耗中，供热采暖能耗占45%左右。要想达到建筑节能的目的，这是重点领域。利用太阳能供热采暖具有非常好的节能和环境效益。在世界范围内，目前欧洲、北美等发达国家的太阳能供热采暖规模化利用技术有了快速的发展，已建成大量的太阳能区域供暖工程，有了比较成熟的技术与经验。在我国当前利用可再生能源领域里，太阳能也是一个热点。太阳能供热采暖系统的主要部件有太阳能集热器、换热蓄热装置、控制系统、其他能源辅助加热/换热设备、泵或风机、连接管道、末端供热采暖系统等。

太阳能集热器分为平板型集热器和真空管（无反射器和有反射器）集热器。其集热器总面积AG计算公式为AG=L1×W1，L1-最大长度（不包括固定支架和连接管道），W1-最大宽度（不包括固定支架和连接管道）。根据相关性合格指标，在我国大部分采暖地区环境资源条件和冬季供暖的运行工况下，集热效率应达到40%左右，从而使系统能获得较好的预期效益。故在设计建设太阳能系统时，应根据当地气候、温度、朝向、地理等实际情况，在合适的位置设置足够面积的太阳能集热器。

由于太阳能是一种不稳定热源会受到阴天、雨雪等气候影响，故在系统中设置辅助换热/加热设备和蓄热装置，保障太阳能供热采暖系统运行的可靠稳定性，同时降低系统的规模和投资。辅助热源可因地制宜的选用当地的热源（如电、工业余热、燃气等），加热/换热设备可选择各类锅炉、换热器、热泵等。蓄热装置包括短期蓄热和季节性蓄热两种。短期蓄热适用于气候干燥，阴、雨、雪天气较少，冬季气温较高的地区。季节性蓄热适用于冬季寒冷、夏季凉爽、不需要设置空调系统的地区。目前蓄热方式有贮热水箱、地下水池、土壤埋管、卵石堆、相变材料五种。

太阳能供热采暖系统末端系统一般为低温热水地板辐射、水-空气处理设备、散热器等。在不同地区由于其气候原因造成在实际设计使用中的差异。1、严寒地区冬季室外温度较低，对集热器的工作效率影响较大，水温不高，末端供暖系统可采用低温热水地板辐射采暖系统。如果因供水温度低，出现地板可敷设面积不够时，可扩展到顶棚、墙面等位置敷设供热管道，以保证室内温度达到设计要求。2、寒冷地区相较严寒地区冬季室外温度稍高，对集热器的工作效率也有一定影响，同应采用低温热水供暖系统。可选用低温热水地板辐射采暖或者散热器采暖，但是应适当加大换热面积以满足室内设计温度。3、夏热冬冷地区和温和地区，其冬季室外温度较高，对集热器工作效率影响不大，则热水水温较高，末端可采用散热器，从而减少初投资。

三、太阳能技术在空调工程的应用

太阳能空调是把低品位的能源转变为高品位的舒适性空调制冷，从一定程度上节约了常规能源，减少了环境污染。太阳能空调制冷系统主要分为吸收式（溴化锂-水、氨-水）和吸附式（硅胶-水）两类，其中以吸收式制冷技术比较成熟并在国内外广泛应用，同时吸附式制冷技术也在不断完善。

太阳能空调系统主要构成为太阳能集热器、蓄能水箱、制冷机组、辅助能源、空调末端、控制系统等。由于太阳能系统初投资的40%~60%成本在太阳能集热装置上，则必须考虑到太阳能集热装置的全年利用率问题，在寒冷地区和夏热冬冷地区等需要夏季制冷、冬季供暖的要求，应采用集成设计。其基本原则是太阳能集热系统在过渡季节产生的热水能充分利用，并有合理的切换装置，以实现在其他季节的供冷供暖要求，达到全年综合热利用。一般情况下，建筑物夏季空调冷负荷较大，在不考虑大规模蓄热的情况下，应配置其他辅助能源（如燃油、燃气、电、工业余热等）装置。

四、太阳能技术的节能、环保分析

太阳光能通过集热器转换为热能，以热能为动力，不但可以通过制备热水应用于生活热水、冬季供暖，还可以通过吸收式、吸附式制冷系统应用于夏季制冷。其转换过程中不产生有害气体和有害颗粒物，是相对清洁的能源利用形式。由于太阳能系统在实施了集成设计，再辅以其他热源，不论从初投资来看还是从全年能源充分利用率来看，都是经济且环保的。相比较传统能源（如燃气、燃油、标准煤等），由于其可再生的优势，成为人类可以长期取用的能源。

结语

由于我国的经济持续发展，对于能源的消耗也日益增长，在传统能源（石油、煤炭等）的不断消耗且产生大面积污染的今天，提出清洁环保、可再生、有效利用的新能源技术是必不可少的。而太阳能技术作为一种比较成熟应用于节能建筑的技术，在可持续发展战略中是重要的一环，值得广泛推广和应用。

参考文献：

[1]齐政新，陆亚俊，史超.太阳能在建筑节能中应用的探讨.节能技术.2002（1）；

[2]袁莹，胡林.太阳能技术在建筑中的应用[J].世界建筑，2000（4）。