太阳能供热技术在住宅设计中的应用

物理演物理演示实验结课论文示实验结课论文 题 目 太阳能供热技术在住宅设计中的应用 学生姓名 张洪涛 学 号 12095233 专业班级 材料物理 1202 2013 年 12 月 5 日 太阳能供热技术在住宅设计中的应用 张洪涛 中国石油大学 华东 理学院 山东 青岛 266580 摘 要 在能源危机的胁迫下 在当前全球可持续发展战略的倡导下 太阳能作为一种无污染的绿 色能源 被大范围的开发 利用已是大势所趋 中国的太阳能利用并不广泛 尚属起步阶段 但太阳能技 术的优势已引起社会的广大关注 这里简单介绍几种太阳能技术在住宅为主的建筑设计中的运用 关键词 住宅设计 太阳能供热 可持续发展 Solar heating technology in the application of the housing design ZHANG hong tao China University of Petroleum East China College of Sciences Qingdao 266580 Abstract With the stress of energy crisis and the guidance of sustainable development strategy in the current world Solar energy as a kind of green energy without pollution developed and used in wide aspects represents the general trend Chinese solar energy is not used widely still in the initial stage But the solar energy technology has attacted the attention of society Here is a brief introduction of the main kinds of solar technology utilized in architectural design Keywords housing design solar heating sustainable development 0前言 众所周知 太阳能是取之不尽 用之不竭的清洁可再生能源 以广东为例 全年日照 在 2200 小时以上 因此 广东是太阳能资源丰富的地区 太阳能利用大有可为 太阳能利用技术主要包括光热转换和光电转换两大领域 可应用于建筑设计中的包括 太阳热水器 太阳房 太阳能制冷与空调 太阳能热发电及光伏发电系统等 1应用前景 太阳能作为一种可再生的新能源 具有清洁 环保 持续 长久的优势 成为人们应对 能源短缺 气候变化与节能减排的重要选择之一 越来越受到世人的强烈关注 2007 年 9 月在北京召开的世界太阳能大会以及 2008 年 4 月在北京召开的气候变化与科技创新论坛 更是成为世界各国的企业家 专家 学者沟通 交流的平台 有力地推动了世界太阳能利用 技术的发展 联合国环境规划署 2008 年全球可持续能源投资趋势报告显示 受油价飞涨和 对全球变暖担忧的推动 2007 年全球新能源领域的投资比 2006 年猛增 60 达到 1484 亿美 元 其中太阳能投资增长速度最快 达到 286 亿美元 而且自 2004 年起年均增长率达到了 254 1 尤其科学技术也在不断改进 太阳能利用的许多项目已经进入实用阶段 随着 近几年来国家城镇化建设的步伐越来越快 对能源较为缺乏的农村来说 合理利用太阳能 有非常重要的战略意义和经济效益 2工作原理 太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量 地球轨道 上的平均太阳辐射强度为 1367w 地球赤道的周长为 40000km 从而可计算出 地球获 得的能量可达 173000TW 在海平面上的标准峰值强度为 1kw m2 地球表面某一点 24h 的年 平均辐射强度为 0 20kw 相当于有 102000TW 的能量 人类依赖这些能量维持生存 其 中包括所有其他形式的可再生能源 地热能资源除外 虽然太阳能资源总量相当于现在人 类所利用的能源的一万多倍 但太阳能的能量密度低 而且它因地而异 因时而变 这是 开发利用太阳能面临的主要问题 太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用 受到一定的限制 太阳辐射是在很高温度下进行的 很容易透过洁净的空气 普通玻璃 透明塑料等介 质 而被某一空间里的材料所吸收 使之温度升高 它们又向外界辐射热量 而这种辐射是 长波红外辐射 较难透过上述介质 于是这些介质包围的空间形成了温室 出现所谓的温室效 应 太阳能既是一次能源 又是可再生能源 它资源丰富 既可免费使用 又无需运输 对环境无任何污染 为人类创造了一种新的生活形态 使社会及人类进入一个节约能源减 少污染的时代 3几种典型应用设计 3 1 太阳能热水器 太阳能热水器通过太阳能集热器将太阳辐射能转变为热能来提高水温 是目前城乡应 用最多 技术最成熟的一种太阳能热利用装置 可有效提供洗澡 洗衣 炊事等所需热水 尤其是我国北方冬季气候寒冷 太阳能的利用将在很大程度上减少取暖耗资 目前使用的太阳能热水器主要分为闷晒式和循环式两大类 闷晒式热水器的集热器装 置和贮水箱合为一体 结构简单 制作容易 价格低廉 安装方便 缺点是效率低 此类太阳 能热水器夏季在我国农村较为常见 从农户放在屋外水缸 到放在屋顶用于洗澡的热水袋 都是典型的闷晒式太阳能热水器 循环式热水器的集热装置和贮水箱分离 一般可分为平板式集热器 全玻璃真空集热 器和热管真空集热管集热器 平板式集热器的吸热板主要有铜铝复合 全铜高频焊接和防锈铝 3 种产品 热效率高 坚实耐用 工作可靠 价格较低 适合中国南方使用 全玻璃真空集热管型集热器是由我国自 行研制和开发的 在零下 18 的情况下 可以正常使用 加上防冻装置和电加热辅助装置 可以全年运行 热管真空集热管型集热器是近几年来开发的高集热的新型集热器 具有热容 小 起动快 在零下 52 的情况下可以正常运行的特点 主要用于我国北方寒冷地区 根据我国不同地理位置划分需合理选择适当的太阳能热水器类型 夏季临时性热水器 装置可选用闷晒式热水器 而使用周期长的则需要使用循环式热水器已达到能量的高利用 率 并注意选择合适的集热器类型 3 2 太阳能窗 普通房屋利用南窗直接接受太阳能辐射 太阳辐射通过窗直接射到室内地面 墙壁及 其他物体上 使之表面温度升高 通过自然对流换热 用部分能量加热室内空气 另一部分能 量则贮存在地面 墙壁等物体内部 使室内温度维持到一定水平 南窗在有太阳辐射时起着 集取太阳辐射能的作用 而在无太阳辐射的时候则成为散热表面 因此这种情况在南窗尽量 加大的同时 配置有效的保温隔热措施 如保温窗等即可达到设计要求 这种设计缺点是室 温波动较大 仅适用于白天要求升温快的房间或只是白天使用的房间 如教室 办公室 起 居室等 3 3 太阳能墙 阳光首先照射到置于太阳与房屋之间的一道玻璃外罩内的深色储热墙体上 然后向室 内供热 这种太阳房室内温度波动小 居住舒适 但热效率较低 需要和和其他形式热源配合 使用 设计施工阶段可以调整集热蓄热墙的面积 满足适用于各种房间的要求 缺点是玻璃 夹层中间容易积灰 不好清理 影响集热效果 且立面涂黑不太美观 大面积推广推广有一定 的局限性 3 4 太阳能屋 附加阳光屋式太阳房是集热蓄热墙系统的一种发展 将玻璃与墙之间的空气夹层加宽 形成一个可以使用的空间 我国北方农村会有很多人家采用此种设计 附加阳光间 这种 系统其前部阳光间的工作原理和 3 2 太阳能窗相同 后部房间的采暖方式则雷同于 3 3 太 阳能墙 4住宅设计参考意见 4 1 建筑选址 遵循充分利用天然光 创造良好光环境 节约能源 保护环境和构建绿色建筑 并有 利于视觉工作和身心健康的原则 在科技进步 实施绿 色照明和满足人们对光的健康需求 的基础上以及配合我国物权法关于采光权的实施 2 合理选用背风向阳的地方 保证整个 采暖期内南向房间里有充足的日照 夏季避免过多的日晒 太阳房与前面建筑物之间的距离 以 大于前面建筑物高度的 2 倍为宜 4 2 建筑设计 房屋南墙是太阳房的主要集热部件 面积越大获得的太阳能越多 因此 太阳房的形状 最好采用东西延长的长方形 墙面上不要出现过多的凸凹变化 内部房间的安排应根据用途 确定 将主要房间如住宅的卧室 起居室和学校的教室等安排在南向 辅助房间如住宅的厨 房 卫生间和教室的走廊等放在北向 墙体主要采用复合墙体 将普通 370mm 的外墙拆分成两部分 一部分为 240mm 一砖 放 在内侧作为承重墙 中间放保温材料 厚度根据设计室温而定土 外侧为 120mm 半砖 的保护 墙 承重墙与保护墙之间须用钢筋拉结使其形成一个整体 拉结方法为用直径为 6 mm 的钢 筋两端设有弯钩 长度比复合墙厚少 40mm 水平间距 500 750 mm 垂直距离为 500 600mm 拉结钢筋要上下交错布置 3 满足合理要求的情况下 尽量加大南窗面积 减小北窗面积 采用双层窗 有条件的用户 最好采用塑钢窗 5政策分析 早在上世纪 70 年代 我国政府就出台了一些政策支持农村地区的可再生能源建设 如 早期通 过的 电力法 节约能源法 大气污染防治法 等法律 都作出了有关鼓励开 发太阳能资源的相关产业政策 进入 21 世纪以来 为了促进太阳能 技术的发展 我国政 府又出台了一系列法律法规 特别是 2005 年 2 月 28 日 十届人大常委会通过了 中华人民 共和国可再生能源法 把可再生能源的开发利用提高到战略高度 可再生能源法 中明 确指出 国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统 太阳能供热采暖和制冷系统 太 阳能光伏发电系统等太阳能利用系统 国务院建设行政主管部门会同国务院有关部门制定 太阳能利 用系统与建筑结合的技术经济政策和技术规范 从此可见中国的太阳能利用产 业由此进入加速发展期 在十一五规划中 政府明确提出 加强空中水资源 太阳能 风能 等的合理开发利用 国家已经把发展太阳能利用技术作为一项长期的工作来抓 4 结束语 纵观我国的太阳能利用状况 虽然刚起步 但太阳能产品的运用尤其是太阳能热水器 的开发在一些地区已取得较大的成就 我国有着丰富的太阳能资源 在生态 可持续发展 的全球战略下 太阳能的开发 利用迫在眉睫 如何有效 高效地利用太阳能一直以来是 大家关注的焦点 我们应该打破仅仅停留在太阳能热水器的程度上 以更科学的方式运用 太阳能 真正做到太阳能与建筑的一体