太阳能利用与建筑一体化构想

1、.：.；太阳能利用与建筑一体化想象简介：本文分析了目前太阳能利用中出现的一些问题，指出太阳能与建筑的一体化势在必行，提出了太阳能利用与建筑一体化的新想象，对几种常用的太阳能利用与建筑一体化的实施方式进展了分析比较，希望对太阳能的利用和建筑的节能有一定的参考价值。 关键字：太阳能，建筑，一体化 1 太阳能利用的现状我国有着丰富的太阳能资源，每年获得的太阳能约为3.61022J，相当于1.2万吨规范煤的热值1。约占全国国土面积的2/3的地域年平均辐射总量在33408400MJ/m2，年日照时数在超越2200h，相当于110280kg规范煤的热值2。我国从70年代就开场了太阳能利用方面的研讨，经过3

2、0年来的不懈努力，现已在太阳能利用和推行方面曾经获得了一定的成果，尤其在太阳能热水器方面获得了一大批科研成果。但我国的太阳能利用技术与兴隆国家相比还存在很大的差距，例如我国目前对太阳能在 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=Effect_chart t _blank 建筑中有效地利用还是探求阶段，不仅利用方式单一并且在与建筑一体化方面显得尤为落后。因此我国在太阳能技术的适用性、经济性、先进性、可操作性等方面都有很多值得进一步研讨的地方。2 太阳能利用所面临的问题2.1 体制方面的问题在我国目前的经济体制下，绝大多数建筑的建立者、运用者和管理者是三者分别的，

3、经济上没有直接的利害关系。管理者以为建筑业目前的当务之急是处理群众住房问题，假设筹集大量的资金去搞建筑 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=Information t _blank 节能，就会少建一些房屋，这与我国的目前现状而言是不适宜；建筑的建立者以为用最少的投资建成尽能够多的建筑面积而节能会添加本钱与售价进而影响销售，并且节能是政府的事情与开发商无关，因此置节能规范于不顾1；运用者以为进展建筑节能会花去很多的资金况且节能最终能否带来良好的经济效益还有待验证。2.2 技术方面的问题就目前而言，全玻璃制真空管的太阳能集热安装占据着主导位置，本钱较低且技术成

4、熟，但当其与建筑物进展一体化的有机结合却存在着一系列的问题，例如承压运转问题、运转平安问题、密封可靠问题、结垢清理问题等等3；而采用金属制流道的集热安装并采用强迫循环系统，虽然很好的处理了这些问题但又存在本钱较高等缺陷。此外还存在着任务性能随天气影响较大的缺陷。 2.3 建筑行业和太阳能产业界之间的问题建筑行业和太阳能产业界之间缺乏相互配合，建筑行业过去根本没有参与过太阳能利用与建筑一体化的 HYPERLINK job.tgnet/Sub06.aspx t _blank 设计与 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=shigong t _blank 施工，存

5、在对太阳能利用的原理、设计方法不够了解，缺乏必要的根底设计参数，对其节能意义认识缺乏等缺陷，没有按照利用太阳能的原理和方法进展设计，呵斥建筑的 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=jzgctjl t _blank 土建时就没有安装适当的预埋件，给太阳能安装的安装呵斥了一定的妨碍，并在安装时能够损害建筑 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=gaoceng t _blank 构造和添加建筑负荷；太阳能产业界只思索太阳能 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=yhscd t _blank

6、设备的构造和性能，没有思索将太阳能设备如何作为建筑物的有机组成部分与建筑构造相结合，不能与建筑构造从整体性上相协调，外观与外型难以顺应现代建筑的要求。以上这些都为太阳能利用和与建筑一体化在我国城市建筑中的开展带来的一定困难。但本文以为我国可以参考美国和4等制定和完善我国，鼓励新能源利用同时在经济和政策上也采取有效措施处理了这些问题，加快利用太阳能等可再生能源的开展。3 太阳能利用与建筑一体化势在必行我国的建筑行业过去只着重于建筑的功能、需求和立面效果，却往往忽视了对清洁能源的利用，缺乏在能源运用过程中对消除各种污染的认识。过去很长时间里，安装太阳能利用设备没有同建筑设计进展有机地结合，使得太阳

7、能集热设备的安装在建筑的外外表及屋顶构成了规格繁杂、方式各异，杂乱无章的无序形状，破坏了建筑楼宇的景观效果，呵斥新的建筑视觉污染。这个问题应成为太阳能产业界和建立行业应该共同研讨讨论的一个大问题，建筑如何与太阳能设备很好的结合起来也已成为摆在我们眼前的现实。太阳能利用技术与建筑一体化的设计就是处理这些问题的关键所在，太阳能产业界应着力于开发和消费那些有利于与建筑进展一体化的模块化太阳能建材5。而建筑师在这方面更要多作一些努力和探求，做到在建筑设计方案的设计开场阶段就把太阳能设备作为建筑中的一个不可短少的构件来思索，使建筑美学与太阳能技术完美结合，共同发明新型的太阳能一体化建筑。4 太阳能利用与

8、建筑一体化想象的提出：一体化的设计思想是由美国太阳能协会开创人施蒂文-斯特朗20多年前所倡导的，其主体思想是将能把太阳能转化为电能的半导体资料直接镶嵌在墙壁的外外表和屋顶上，取代在屋顶上安装笨重的太阳能搜集安装，从而实现太阳能利用与建筑的一体化，并经过所产生的电能来驱动室内的用电设备实现室内的采暖、照明、制冷等。这种一体化方案仅仅是经过综合思索建筑构件和太阳能设备的协调使其做到构造合理。但这种一体化方案存在对太阳能搜集途径单一、利用率低下、浪费严重等方面的缺陷，例如：目前的太阳能发电系统对太阳能的光电转化率低下，大量的光和热被白白的流失掉；其次热-电-热的能量二次转化使得能量在转换和传输的过程

9、中添加了损失，使得太阳能的利用率更为低下。所以本文并不完全赞同此项一体化方案，本文的看法是该当综合思索建筑外型与太阳能技术的有机结合，采取被动式与自动式相结合，多途径多层次的太阳能多元化搜集与利用方式。5 太阳能利用与 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=Effect_chart t _blank 建筑一体化的新想象：思索到建筑在 HYPERLINK job.tgnet/Sub06.aspx t _blank 设计上要有利于搜集利用太阳能，同时兼顾建筑的美观性、适用性与经济性，本文提出如下的太阳能利用与建筑一体化的新想象：在建筑物的南向及东西两向等接受太阳

10、能较好的外外表墙体护围 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=gaoceng t _blank 构造上采用与太阳墙、光伏组件的一体化设计；在建筑物的北向等接受太阳能较少的外外表墙体护围构造上采用保温墙体设计；在建筑的顶部采用建筑外型构件与太阳能热泵低温集热技术相结合的手法，把金属流道的太阳能热管模块化集热器做成适宜的外型，并涂成与建筑顶面颜色相协调的颜色安插在建筑顶部预先留有空位和预埋好相应管道的构件中；在建筑的供热、制冷及供应热水方面采用分体式太阳能热泵吸收式中央空调系统，从而在提供生活用热水的同时兼顾空调采暖和制冷；以太阳能为主，燃气或电力为辅的集中供能

11、方式。这样以来就实现了被动式与自动式相结合，多途径多层次的太阳能多元化搜集与利用。6 太阳能利用与建筑一体化的实施方式6.1 太阳墙、光伏组件与建筑墙体一体化在南向及东西向等接受太阳能较好的墙面上采用自动式与被动式相结合，集发电、采暖、通风与建筑护围构造有机结合的太阳能系统。如图1、2和3所示，墙体的最外层是光电幕墙，安装在多孔的波状金属板上，空气在金属板下的空腔内受热，在风机的动力作用下空腔内的热空气从墙体的顶部经过风道进入空调的新风系统或者直接排出室外6。与传统的墙面相比太阳能 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=yhscd t _blank 设备取代

12、了传统的护围构造，照射在墙面上的太阳能不但被有效的利用起来而且显著改善了护围构造的隔热保温性能。光电幕墙对太阳光的反射率约为15%，光电幕墙的光电转化率在1735%之间；在冬季被光电幕墙浪费的那部分太阳能又被集热板吸收用于空调机组新风的预加热，使新风空气预热到30左右，热效率在50%-60%之间，相当于每平方米能产生多于500W的热量，同时使经过墙体向外界分散的热量随管道内的热空气重新进入空调的新风系统，降低了墙体与室外空气的热交换；在夏季，风机停顿运转，被加热的热空气在自然对流的作用下从波状金属板与墙体组成空腔的上部流出，一方面使外界的热量不能直接经过墙体的传热进入室内，减少了空调的负荷，另

13、一方面空气在空腔内的流通降低了光电幕墙的温度，能使光电幕墙的光电转换率提升10%。这样以来从经济上分析这种采用复合的太阳能采集技术的墙体的初期投资回收速度比单纯采用光电板回收速度提高了3-4倍。 图1 太阳墙原理表示图图2 附于 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=steel t _blank 钢构造或砖体构造表示图6.2 光伏组件与市政供电系统并网太阳能发电系统所发的电能经过逆变器把直流电转换为交流电，再由控制器对所发的电能进展调理和控制，在白天一方面把整压整流后的电能送往建筑内的用电负载，另一方面白天日照充足时在满足建筑本身用电负荷的同时把多余的电能进

14、展并网向市政电网系统进展供电，而当晚上或阴天时所发的电能不能满足建筑本身负载需求时，控制器又并网市政供电系统，保证用户的正常用电。这样在白天的太阳能光伏发电的发电量充足且电价较高的时候并网市政电网把多余的电能向外供电出卖电能，而在晚上太阳能发电安装不能发电且电价较低的时候又从市政电网中取电买入电能。这样的光伏一体化墙面较传统的墙面在 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=Information t _blank 节能上面优势是显而易见而且比早期的光伏发电系统减少了多余电能储存系统有效降低了光伏发电系统的整体本钱，而且在白天的用电顶峰时段在满足建筑本身用电的同

15、时能向市政电网供应电能在一定程度上缓解电力紧张，况且这时的电价比较高而在夜间用电低峰时段电价相对较低又从市政电网获取电能这样就能更好的降低建筑的运转本钱，使初期投资回收速度进一步提高。 6.3 太阳能热泵集热安装与 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=Effect_chart t _blank 建筑屋顶一体化在建筑的顶部采用建筑外型构件与太阳能热泵低温集热技术相结合的手法，在 HYPERLINK job.tgnet/Sub06.aspx t _blank 设计上一方面使建筑的正立面 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=

16、gaoceng t _blank 构造看上去富有建筑的艺术性和现代性，另一方面使安插在建筑构造构件中的集热安装模块可以很好的吸收太阳辐射能。然后把金属流道的太阳能热管模块化集热器做成适宜的外型，并涂成与建筑顶面颜色相协调的颜色安插在建筑顶部预先留有空位和预埋好相应管道的构件中。采用太阳能热管模块化集热器可以较好的接受压力且密封性较好，既能直接吸收太阳辐射能又能间接吸收室外环境中的热能，即使冬季气温为-20的时候依然可以进展太阳能低温集热。运用这种太阳能集热安装做成直接蒸发式太阳能热泵机组的蒸发器，那么蒸发器成为“热源，直接作用于蒸发器中的流开工质热媒，使其加热到1030左右并迅速汽化，经过热泵

17、机组紧缩机的紧缩制热后，在冷凝端与管壳式热交换器中的水换热可使冷凝水的温度到达60以上，作为采暖热源和作为热水直接供应给用户7或是向吸收式制冷机提供其发生器所需求的热媒水。太阳能热泵吸收式中央空调系统冬天向建筑供暖时能耗比Cop值约为6，即投入1KWH的电力，可得到约6KWH的热能；夏天向建筑供冷时能耗比Cop值约为4，即投入1KWH的电力，可得到约4KWH的热能，而且系统紧凑，省去了锅炉房，节省了初期投资，也节省了建筑空间。比直接将太阳能转化为电能再用电能驱动中央空调和热水器 HYPERLINK g.tgnet/GroupIndex.aspx?no=Information t _blank

18、节能效果更为显著。6.4 太阳能一体化设计中与之相配合的建筑保温设计在建筑的北向墙体和受日照较少的墙体上采用轻质建筑保温墙体，如图4所示这样就有效的减少了墙体与外界空气的热交换，并能在框架构造的建筑中采用较薄的基层墙体而到达较好的隔热保温作用同时有效降低了建筑本钱和减轻建筑负荷。玻璃门窗建议运用其外侧经过镀膜处置且与护围构造颜色相适宜的Low- E中空玻璃，因其具有极佳的热学、隔声、防结霜、不结露与密封等性能。白天在阻挠室外的有害辐射的同时并不影响窗体的透光率；夜晚和阴雨天气,室内物体的热辐射约有50%以上被其反射回室内8。这样就使整个建筑呈现一种类似于“暖水保温瓶的景象，在一定程度上实现了建筑物的单向热传导性，降低了建筑内热能或冷能的流失，减少了建筑的整体能耗。 图3 太阳能墙体与光伏组件的结合图4 保温墙体表示图7 远景与展望:太阳能作为一种取之不尽的新型环保能源已成为世界各国世界上能源研讨任务中的一个重要