太阳能应用及建筑节能(共8页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上太阳能应用及建筑节能力建学院 建环11-1班 吴梦阳 【摘 要】 建筑节能是技术是反映一个国家先进的重要标志，新能源利用是实现建筑可持续发展的重要环节。本文对建筑物的节能和太阳能建筑技术的推广应用进行分析探讨。建筑节能成为日益关切的大问题，当今社会十分关注建筑工程的能耗及建筑物使用过程中长期的能耗，因此要根据建筑设计的节能要求，尤其是利用太阳能建筑技术的推广应用。太阳能是永不枯竭、理想的绿色资源，开发与利用太阳能不会造成污染。为解决环境污染问题，节省有限的资源，充分利用太阳能已经纳入众多国家的可持续发展议题。太阳能适用面广，将太阳能和建筑节能有机的结合到一起，是未来建

2、筑的发展方向。【关键词】建筑物节能太阳能建筑综合应用1 建筑节能能源是社会高速发展的原动力，现代建筑对煤炭、石油、天然气等传统能源过分依赖，高消耗、低效率建筑的存在不仅增加了能源的消耗，而且污染环境。资料显示，建筑能耗占社会总能耗的30%，而暖通空调能耗约占建筑能耗的85%。随着经济建设和人民生活水平的不断提高，常规能源供应和生活热水耗能的缺口也日益增大。太阳能作为一种重要可再生能源，具有巨大的发展潜力。太阳能应用在建筑设计中，筑造了绿色而环保的建筑设计。而在有限能源消耗巨大的现状下，太阳能的开发和利用也为人们带来了更健康和环保的生活方式，同时也为人类研究可持续发展道路提供了线索和依据。建筑节

3、能是技术进步的重要标志，新能源是建筑可持续发展的重要步骤。建筑节能主要采取以下四项措施：1.1减少建筑物的外表面积建筑物外表面积衡量值是体形系数。控制建筑物体型系数重点在平面设计，平面凹凸过多，建筑物外表面积就会增加。例如：住宅设计中，经常遇到卧室卫生间开窗问题，由于该卫生间靠内，开此窗凹入平面很多，无形中增加了建筑物外表面积，还有凸窗、晒台等对建筑节能很不利。所以，平面设计时，应综合考虑各种因素，在满足使用功能的前题下，使建筑体型系数控制在合理范围。此外，在立面造型，层高控制等方面也会影响建筑物体型系数。近年来许多高层建筑采用矩形平面及矩形组合，使建筑物的外表面积相应减少，整体尺寸和谐，保证

4、建筑物美观，这对节能是有利的。也体现了设计理念新构想。1.2重视围护结构设计建筑物的能源、热工消耗主要反映在外部围护结构上。围护结构设计主要包括：选择围护结构材料和构造、确定围护结构传热系数、外墙受周边冷热桥影响下其平均传热系数的计算、围护结构热工性能指标及保温层厚度的计算等。在外墙外侧或者内侧增设一定厚度的保温材料，以增加墙体的保温系数，是墙体节能主要手段。目前，外墙保温多采用聚苯乙烯泡沫塑料板等材料。在施工中要遵照保温板操作程序，加强保温板的固定件和拐角联接，保证施工质量，才能达到节能效果。屋面是热量波动最大的部位，需要采取措施增强保温隔热层厚度。1.3正确控制窗墙面积比与外部环境接触面大

5、的还有外门窗。一般统计表明，门窗占全部耗热量的50%以上。对门窗进行节能设计就会明显地提高节能效果。所以要选择热阻值高的门窗材料。目前门窗材料常用塑钢料、有节能措施的断热铝合金料、低辐射镀膜中空玻璃。窗户气密性能要好；要正确控制窗户与墙面积比值；北向不应采用飘窗；其它方向不宜采用飘窗。在实践中，建筑物为立面效果需要，多采用大面积窗户。当无法改变窗户面积的情况下，也应采取措施：如尽量将窗户移向南侧、增加窗户固定扇、加强门窗密闭性，并根据规定进行权衡判断计算。以达到建筑物的整体节能效果。1.4加强其他部分的保温隔热措施其它一些部位的保温隔热措施。如对地板、栏板、楼板、冷热桥部位等进行节能保温处理；

6、严寒地区对建筑物四周内外地面处理；不采暖楼梯间墙面、入户门的处理；阳台楼地面及门窗处理等。值的一提的是：与外接触的门要选用保温门、飘窗要采用，上下挑板、侧板等，只要与外界有接触的板都必须进行保温节能处理。目前，建筑采用专用的节能设计软件，通过综合计算满足各项热工指标。要根据热工指标采取构造措施，使建筑物整体满足节能要求。1.5采用其他节能控制措施，综合实现节能目标另外，采用节能控制措施(如安装热量表，热量控制开关等)，使室温保持均衡，也是减少能耗的必要手段。其实建筑节能的主要内容除采暖、空调外，还包含有通风、热水、炊具、家用电器、照明等。如果，这些用电器都用上了节能设备，那么，节能目标就能实现

7、。2太阳能建筑技术太阳能建筑可分为主动式和被动式两个类型。利用机械装置收集和储存太阳能，并在需要时向房间提供热能的建筑，被称为主动式太阳能建筑；根据当地气候条件，在很少使用机械设备条件下，通过建筑物布局，构造处理，选择性能好的热工材料，使建筑物本身能够吸收和储存太阳能量，从而达到采暖， 空调，供热水的建筑物，称为被动式太阳能建筑。太阳能建筑的平面布置应尽量将长边作为南北方向。使集热面处于正南方向正负300以内。并根据当地的气象条件及所处位置，做出恰当调整，以达到最佳的阳光照射效果。集热和蓄热墙间接受的热是被动式太阳能建筑的一种形式。它充分利用南方向太阳辐射热大的特点，在南向墙面上加设一层透光外

8、罩，使透光外罩与墙体之间形成一道空气层。为了使透光外罩内最大限度得到太阳照射，在空气夹层内壁表面涂上吸热材料。当太阳照射的时候加热了空气夹层内的空气和墙体，这时吸收到的热量分为两部分。一部分气体加热后利用温差压形成气流，通过与室内相连的上，下通风口，与室内空气进行循环对流，从而使室内温度上升；另一部分热量使墙体受热后，利用墙体的蓄热能力贮存热量，当夜晚到后气温降低时墙体蓄存热向室内释放，从而达到昼夜温度适宜的程度。当夏季高温到来时，将透光外罩内的空气层与室外连接的通风口开启，与室内连接的通风口关闭。室外通风口上部通向大气，下部通风口最好处于与周围空气温度低的位置连接，如晒不上太阳阴凉处或地下空

9、间。这样当空气层的温度加热后，气流迅速向上部通风口处流动，将热空气排向室外，随着空气的不停流动，通过下部通风口的凉空气进入空气层，这时空气层内的温度低于室外温度，室内热气通过墙体向空气层散热，从而达到夏季降低室温的作用。从被动式工作原理可以看出，材料性能在太阳能建筑中占有重要的位置。透光材料传统使用的是玻璃，透光率一般达到6585%之间，而现在使用的采光板，透光率达到92%.蓄热用材料：采用一定厚度的墙体，或改变墙的材质，如采取水墙做蓄热体以增加墙体的蓄热量。另外设置贮热间也是一种蓄热方法，贮热间的传统作法是，将卵石堆放在贮热间内，热空气流过贮热间时加热卵石，进入夜晚或是阴雨天，可将卵石散出的

10、热量再输送到室内。由于被动式太阳能建筑简单易行，太阳能建筑得到广泛采用，如多层建筑，通信台站，民宅等。现在高层建筑也采用这一原理：将玻璃幕墙分层设置，在外墙楼板上下联接处设可控式进出通风口，这样既采用了太阳能又美化了建筑立面，是太阳能技术的具体体现。主动式太阳能建筑就是利用机械设备，将收集到的热能输送到各个房间。这样就可以扩大太阳能的吸收面，如屋顶，坡面及院落等处凡是太阳光照射强的地方，都可以作为太阳能的吸收面。同时还可以在需要的地方设置贮热间。这样把采暖系统，热水供应系统组合成一体，应用有效的热能控制设备，使太阳能利用更加合理。主动式太阳能采暖系统的运行过程是：该系统装有两台风机，一台是太阳

11、能集热器风机，另一台为供热风机。当依靠太阳辐射直接采暖时两台风机同时运行，使房间里的空气直接进入太阳能集热器。然后再回到房间，如阴雨天时间较长热量较低时采用辅助加热，此时贮热间不工作。热空气系统使用电动风门控制气流，当直接采暖时空气控制器中两个电动风门转向使空气流入房间位置。在太阳能集热器出口处设热水盘管可以使房间的热水供应系统与太阳能采暖系统成为一体。当太阳能集热器收集到的热量超过房间的需要时，集热器风机开动而采暖机风机停止。通向房间的电动机门关闭。从太阳能集热器出来的热空气向下流向贮热间的卵石层，把热量贮存在卵石里，直至卵石层全部被加热，使贮热间蓄热达到饱和状态。进入夜晚没有太阳辐射时，就

12、要从贮热间里取热。此时关闭空气控制器中第一个电动风门，打开第二个电动风门，启动供暖风机，使室内的空气循环由下向上通过贮热间卵石层加热，再返回到供暖调节系统。当贮热间有充足的热量时，进入空气调节器的空气温度只比从太阳能集热器直接出来的气温低一些。这一循环过程将持续到贮热间卵石层的热量差不放完。然后若是设有附助加热器时，要启动附助加热器。如果贮热间蓄热达到饱和状态或者夏季无采暖要求时，太阳能集热器仍然工作，用于加热使用热水供给系统。太阳能建筑种类较多，工作原理基本相似。有的建筑以水为媒介进行热交换。这样系统内的所有设备在同样热效应下，体积减小同时还可以与其它能源共同使用一个热水系统。这是用水做媒介

13、的最大优点。另一种能源是利用地热做热源，工作过程是将地下水热量提取后，通过采暖系统将热量送到房间，制冷时反向运行，工作原理如同空调机组。其不足是机组连续工作时间较长时，热量可能供应不足。因此在地热资源丰富地方比较适用。太阳能与建筑结合的优点和优势包括：太阳能技术与建筑的结合能有效地减少建筑能耗；太阳能与建筑结合，电池板和集热器安装在屋顶或屋面上，不需要额外占地，节省了土地资源；太阳能与建筑结合，就地安装、就地发电上网和供应热水，不需要另外架设输电线路和热水管道，降低对市政配套的依赖，同时也减少了对市政建设的压力；太阳能产品没有噪音，没有排放，不消耗任何燃料，公众易于接受。3太阳能在建筑物中的应

14、用太阳能在节能建筑中的应用形式主要有太阳能的热利用和太阳能光电技术。3.1太阳能在采暖系统中的应用被动式采暖被动式采暖是指利用房屋结构本身完成太阳能的集热、蓄热和放热功能。常用的被动式采暖主要有直接收益式、蓄热墙和附加阳光间3种。直接收益式系统，是将阳光可以照射到的地面和墙体做成蓄热结构，或将太阳光直接引人室内，白天利用其蓄积太阳能，晚间这些表面则又成为散热表面。由于直接收益式系统获得的太阳能有限，整幢建筑必须有良好的保温性能才能使此系统发挥作用。蓄热墙的目的是在冬季将进人室内的太阳辐射热储存起来，当夜晚气温下降时再以对流方式逐渐地使热量释放出来。墙体隔着一层玻璃朝向太阳，当阳光透过玻璃照射到

15、墙体上时，一方面墙体开始储存热量，同时处于玻璃和墙体之间的空气被加热。上升的热气流通过墙体上方的开口进人室内，同时带动室内冷空气从墙体下方开口进人风腔，如此不断循环，使室内温度提高。这种系统被称为“特隆比墙”。其特点是简单、经济、实用，容易建造并且应用广泛。附加阳光间系统和蓄热式系统接近，只不过将玻璃幕墙改做成一个阳光间，利用阳光间的热空气及蓄热的南墙来蓄积太阳能。阳光间内的南墙可以开窗，将阳光间内的热空气导入室内。这种系统结构简单，对建筑外立面影响小。主动式采暖太阳能主动式采暖是利用太阳能集热器吸收太阳能作为采暖系统的热源，向采暖系统提供低温热水，通过室内部分的采暖系统来完成室内的加温过程，

16、使室内温度达到设计要求冈。以太阳能水源热泵采暖系统为例:太阳能水源热泵系统由3部分组成，即太阳能集热系统、水源热泵系统和热水供应系统。3.2太阳能在空调系统中的应用目前，实现太阳能空调一般有2条途径:一是先实现光一电转换，再以电力推动常规的压缩式制冷机制冷;二是进行光一热转换，以热能制冷。前者系统比较简单，但成本太高，以当前太阳能电池的价格来算，在相同制冷功率情况下，其造价约为后者的4一5倍。因此，国内外的太阳能空调系统至今仍以第2种为主，而后者又多采用吸收式制冷系统。太阳能吸收式制冷，是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水。热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数越高，这样空调

17、系统的制冷效率也越高。常规的吸收式空调系统主要包括吸收式制冷机、空调箱、锅炉等，而太阳能吸收式空调系统是在此基础上再增加太阳集热器、储水箱和自动控制系统。夏季，被集热器加热的热水首先进人储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱向制冷机提供热媒水;从制冷机流出并已降温的热水流回储水箱，再由集热器加热成高温热水;制冷机产生的冷媒水通向空调箱，以达到制冷空调的目的。冬季，同样先将集热器加热的热水进入储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱直接向空调箱提供热水，以达到供热采暖的目的。当太阳能不能够满足要求时，可由辅助锅炉补充热量。与常规空调相比，太阳能吸收式空调具有三大优点。太阳能空调的季节适应性好，

18、也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而变大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致。传统的压缩式制冷机以氟里昂为介质，它对大气层有极大的破坏作用，而吸收式制冷机是以无毒、无害的嗅化锉为介质，它对保护环境十分有利。同一套太阳能吸收式空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和其他季节提供热水结合起来，显著地提高了太阳能系统的利用率和经济性。在强调太阳能空调优点的同时，也应看到它目前存在的局限性，因而在推广应用过程中应注意解决以下问题:虽然太阳能空调开始进人实用化阶段，但目前已经实现商品化的产品大都是大型的澳化铿制冷机，只适用于单位的中央空调。对此，科研单位正在积极研究开发各种小型的澳化铿或氨水吸收式

19、制冷机，以便与太阳集热器配套逐步进人家庭。虽然太阳能空调可以无偿利用太阳能资源，但由于自然条件下的太阳辐照度不高，使集热器采光面积与空调建筑面积的配比受到限制，目前只适用于层数不多的建筑。对此，科研单位正在加紧研制可产生水蒸气的真空管集热器，以便与蒸气型吸收式制冷机结合，进一步提高集热器与空调建筑面积的配比。虽然太阳能空调可以大大减少常规能源的消耗，大幅度降低运行费用，但目前系统的初投资仍然偏高，只适用于有限的富裕用户。为此，需降低现有真空管集热器的成本，使越来越多的单位和家庭具有使用太阳能空调的经济承受能力。3.3太阳能在热水系统中的应用太阳能在建筑热水供应中的应用以太阳能热水器为主要形式，

20、太阳能热水器按其集热装置的不同可分为平板式热水器、闷晒式热水器、真空管热水器三大类。经过多年的发展，真空管式太阳能热水器己经取得长足的进步，逐步占据了太阳能热水器市场的绝对主导地位1410太阳能热水器是我国太阳能利用中应用最广泛、产业化发展最迅速的领域，太阳能热水器的经济、环境和社会效益都非常好。但是仍然存在诸多问题，如太阳能设计单位和生产厂家未考虑到我国地域辽阔，不能针对不同纬度地区太阳高度角不同而设计不同采光效果的热水器;太阳能热水器未能与建筑物融为一体，造成了视觉污染等。4.太阳能在供电系统中的应用太阳能发电在建筑中的应用以太阳能板为主要形式，太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、

21、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。（二）太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；（三）蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电

22、能储存起来，到需要的时候再释放出来。（四）逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器。太阳能发电能有效利用太阳能这一可再生清洁能源作为供电来源，可以减少对传统化石燃料的依赖，并且可以减轻现如今电力系统高负荷供电的压力。3.5 太阳能在照明系统中的应用相比其他光源，自然光具有清洁、安全的特点，充分利用天然光可节省大量照明用电，采集太

23、阳光的光导管绿色照明系统能够把白天的太阳光有效地传递到室内阴暗的房间或者易燃易爆不适宜采用电光源的房间，自然光照明条件下的视觉对比灵敏度高于电力照明的520以上。而且可以消除灯光对人体的不良影响。4能源建筑物的期望太阳能的集取只能在有太阳的时候才能进行，阴天及夜晚是采集不到热量的，因此采集的热量也是有限，但是阴雨天及夜间往往是需要热量的时间，这就影响了太阳能建筑的发展。如果把地热资源与太阳能结合起来使用，取长补短，采取有效技术措施转换能源，合理的热控技术，优良的热工材料，那么，环保节能的新型建筑会得到大力发展。由此可见，环保节能的应用是一个综合性很强的技术，要想得到大力发展还要解决一些具体问题

24、。节能措施要切实可行：新能源的利用是以节能措施为依托的应用，建筑围护结构的保温性能就显得非常重要。因此，外墙及外门窗，凡是与外界接触的梁，楼板部部位也要采取保温，这是冷桥部位。总之要满足，规程及行业保温要求。要解决好热能综合利用控制技术；而单独的太阳能，地热能的利用都有一定局限性。新能源的利用要根据当地自然资源状况，进行综合应用才有效果。再加上必要的辅助热源，才能保证正常的供热。而综合控制技术是根据建筑物室内温度需求和热源的供应情况，自动转换对房间的热量供给，达到温度的稳定。根据现在自动化控制技术的进步，热工材料，热交换设备，热电气元件功能，解决这些技术是完全可能的。节能和新能源中最佳选择仍然

25、是太阳能，而节能和太阳能的应用对建筑物的外观有一些影响，为此在建筑物设计中，处理好建筑物立面，屋顶收集热源的外观构造，不仅关系到热效率，同时也是关系到建筑物的整体效果。综上所述，建筑节能是技术进步的重要标志，新能源利用是实现建筑可持续发展的重要环节，也是世界上所有国家采取的节能措施。在今后的发展中，太阳能的应用和新型的节能建筑，只能以最低的能量消耗，使居住环境更舒适，更清浩，而节能及社会效益更好。5结语太阳能作为一种清洁能源已成为世界各国能源研究工作的一个重要课题，太阳能在建筑节能中的应用具有一定的经济性、节能性、环保性。太阳能光伏、光热综合利用与建筑有机结合不断完善，采用太阳能与建筑一体化设计的建筑会成为我国今后建筑业发展的主流方向。太阳能技术将会继续被不断地探索与超越。参考文献1张评衔。建筑节能及太阳能建筑。工程建设与设计，2009（7）：20222季炜，王晓燕，刘景伟，董世奎太阳能技术在建筑节能中的应用形式及工程实例分析新能源与环境，2007，（9）3泰永丽太阳能利用在绿色建筑设计中的应用价值工程，2011，（13）3缑崇，郭玉鹏，李海刚太阳能发电在绿色建筑中的应用黄河水利职业技术学院，20094张志军，曹露春可再生能源与建筑节能技术中国电力出版社，2011专心-专注-专业