太阳能技术在民用住宅中的应用

【摘 要】 太阳能是取之不尽的清洁能源,在建筑工程中应用包括被动应用、主动应用和综合应用几种途径。本文对太阳能的应用技术进行介绍。

【关键词】 太阳能利用;热水系统;空调系统;供电储能技术

【中图分类号】 TU832.17 【文献标识码】 D【文章编号】 1727-5123(2010)02-067-02

Application of solar technology in residentials

【Abstract】 Solar energy is inexhaustible, clean energy, in construction applications include application of passive, active applica-

tions, and integrated application of several ways. This paper introduces solar energy application technology.

【Key words】 Solar energy utilization;Hot water systems;Air conditioning system;Power supply energy storage

太阳能在民用建筑中的技术应用包括被动应用,主动应用和综合应用几种途径。被动应用是通过建筑物结构,朝向,布置形式及相关材料的应用进行集取,储存和分配太阳能。主动应用是以太阳能集热器与储热器,泵和散热器等组成的太阳能生活热水及采暖系统,与吸收式或者吸附式制制冷机组成的太阳能空调及供热系统。综合应用是将太阳能光热光伏技术充分用于建筑的采暖、空调、照明、电器用电等,其中包括了太阳能的被动应用和主动应用,从而实现舒适和零能耗的理想生活环境,目前来说这是一种最为理想的太阳能利用方式。

在民用建筑设计中太阳能利用,与建筑工程设计之间一直存在着密切的关系,例客厅,卧室的外窗户绝对多数朝南向,既能获取充分的太阳光又实现良好的自然通风功能,而且北方的住宅楼南向的窗户一般比北向的要大,这样设计既保证了主要用房更多的见到阳光,又利于身体健康及节能。当然窗户只是一种原始最简单的太阳能利用形式,伴随着太阳能技术的快速发展,更新的太阳能应用技术会应用在普通建筑工程中。

1太阳能技术应用的适应性

1.1适用于广大的农村生活。当前就广大的农村来说,冬季采暖和日常做饭大多数仍然是烧煤和烧各种柴草,烧煤常常是家里保持不了干净,而烧柴草则对自然环境日积月累的破坏是严重的。许多地方因树木砍伐去烧火做饭,造成水土流失,地表植被破坏而石头暴露出来,茺漠化现象日趋严重,使生态生存环境更是变差,广大农村百姓迫切需要一种新的替代能源来提高生活质量。而取之不尽的太阳能产业的发展,将从根本上解决这一大问题,农村住宅的结构特点也适合安装太阳能设备。原因是太阳辐射的能量密度较低,一般在夏季阳光照射时,在太阳能资源较丰富的地区,地面上接受的太阳辐射度也只有500～1000W/m2。因此在开发利用太阳能时,采光面积需要较大。而农村住宅多数是平房,也有少数是二层楼房,超过3层的房屋较少,多是独门独院,整个屋面和大部分墙面都可以做为采光面,具备较大的采光集热面积,对太阳能产品的有效利用提供了较大优势,太阳能热水器、太阳能空调、太阳能照明、供电和太阳灶等都有较大的应用空间。

1.2城市居住建筑同样适用太阳能。对于广大城市普通居民来说,采用太阳能热水器是利用太阳能最好的方式。现在的民用建筑结构比较适合使用太阳能技术,因为随着建筑节能设计标准在全国的广泛应用,建筑护结构都采用了保温节能材料。就北方民用建筑冬季采暖来说,本身采暖能耗就降低了接近一半,而且住宅敷设地暖采暖已成为一种发展方向,地暖采暖要求供水温度35～50℃,太阳能热水器所获得的热水温度完全能满足使用要求。同时随着经济体制的改革和发展,劳动人口的流动量越加频繁,对于许多居住稳定性差,收入偏低的一些家庭,安装使用太阳能热水器是一种最好的选择。对家庭而言可以节省费用,对社会讲减少了对环境的污染,现在的建筑节能起到了以点带面的社会效应。

2太阳能热水系统的相关技术

2.1太阳能热水系统的构成。太阳能热水系统是由太阳能集热系统和热水分配管线所构成。集热系统的主要部件有太阳能集热器、辅助热源、储热水箱、循环泵、循环管线、控制系统和线路等。热水分配管线由配水循环管线,控制阀门和热水计量表等部件组成。热水管系统由太阳能真空集热管在晴天阳光下辐射热晒到40～85℃的热水,进入储热水箱,再由水箱进入热水管道系统,流至每需用户的分支管道供不同用途的使用。

2.2热水系统在多层住宅中的应用。一般太阳能集热器,储热器设在多层建筑的屋顶上,这样不影响或很少影响建筑物外观,热水分配管路与土建结合,将各分户的上下冷热水管,辅助加热线等设在管道井内。太阳能集热器就安装形式上看有两种:一种是住户自己安装,个人管理和使用,这种方式比较方便,住户之间矛盾也较少。但太阳能热水器在屋顶布置零乱,外观不好看。假如整幢楼房全部安装也有一些困难,屋顶面积相对有限,也达不到美观和谐的要求。还有一种是以住宅单元为安装对象,一个住宅单元安装一个太阳能热水器供本单元所有住户用,每个单元太阳能热水器系统是独立的,本单元管道井内的给水立管上引入冷水管道,被加热后的热水管道在管道井内不同高度分支进入用户家中。在屋顶安装太阳能热水器时,要关注集热器的平面位置,尽量减少水平管线的长度。

2.3热水系统在高层住宅中的应用。当建筑物层数在12层时,如果每个单元集中安装一个太阳能热水器,存在太阳能热水器储热水箱设置有些过大难度。如果每个单元集中安装两个太阳能热水器供用户,则设计方法是相同的。当层数过多时对于高层建筑住宅的最上几层,可以采取多层住宅的安装方式供热水。而高层建筑低层住宅存在管线过长及屋顶无法安装的现实。这时可在低层住宅墙面或是阳台安装太阳能热水器,可以减短管线的长度。比较容易实现的方法是,在竖直墙面上安装直流式横向集热管,也可在阳台倾斜栏板上安装热管式或平板式集热器。集热器可单独悬挂在建筑物墙体向阳面阳台或外窗台下方,水箱放在阳台地面或室内墙角,管道几乎全在官室内,冬季安全不会冻结。由于独特的聚光先进技术及消除集热器表面落灰尘的不利因素,冬季水温比放在屋顶要高的多。

3太阳能空调系统应用

太阳能空调实现的方式主要有两种,一种是先实现光――电转换,再用电力驱动常规压缩式制冷机或家用空调和电冰箱进行制冷。这种方式比较简单,适用于一般家庭使用。另一种是利用太阳的热能驱动吸收式或吸附式制冷机进行制冷,这种制冷方式技术要求较高,但成本低,无噪音污染。常用的吸收式制冷机根据使用吸收剂的不同,分为氨――水式吸收式制冷和溴化锂――水吸收式制冷两种。它以太阳能集热器收集太阳能产生热水或热空气,再利用太阳能热水或热空气代替锅炉热水输入制冷机中进行制冷。由于造价,工艺及效率等方面的因素,采用这种技术的太阳能空调系统,一般适用于设有中央空调的大型公建及民用建筑。设计中由于吸收式制冷机组体积比较,一般安置在地下室,而太阳能集热器设放在屋顶或者墙面,使用中要注意使太阳能空调设备与墙体外观融为一体,达到建筑整体效果美观要求。使用太阳能空调的效果是,既可使室内温度适宜,又降低了大气环境温度不升,更减少了城市中热岛效应。而在夏季气温越高空调负荷越大,需要的制冷量也越大,而此时太阳的辐射热也越高,提供的热能也最多,太阳能空调提供的冷量也越多。由于太阳能空调利用的是取之不净的太阳光,因为运行费用很低也经济。进入冬季太阳能辐射热降低,但需要的热水温度不高,一般50℃左右完全满足地暖需求,在达到制冷工作情况集热面积下,同样可满足制冷负荷要求。

4太阳能供电储能技术应用

在太阳能的利用中,由于阴雨天和夜晚无太阳照射,需要配备储备热能设备,供夜间或阴天使用,或是增设辅助热源,才能全天候使用。从环境保护角度考虑,采用电能和天然气作为辅助热源较好。太阳能储存应用较多的是电能和热能的储存。热能储能比较普遍,如太阳能热水器的储热水箱。还有一种使用较广泛的电能储存,光-电直接转换方式是利用光伏效应,将太阳照射能直接转换成电能,光-电转换的基本装置就是太阳能电池,富裕的电能则是用蓄电池组储存。太阳能供电储能有两个过程:①太阳光照射太阳能电池板太阳能充放电控制器直流电用户。②太阳光照射太阳能电池板太阳能充放电控制器逆变器交流电交流电用户。

当电流暂时不用时,可通过太阳能充放电控制器和蓄电池组储存起来,以备需要时用。因为太阳能利用与集热板,太阳能电池采光板的位置,光照角度,强度直接相关,所以太阳能设备直接关系着民用建筑的外观设计,应该在设计初期就考虑到太阳能设备的安装和应用,在当今能源紧缺的情况下,最大限度利用太阳能资源对使用者和社会极其有利。

综上所述,由于太阳能是一种清洁能源,在开发利用过程中无污染、无废渣废气、无噪音和废水,且不对人体有任何危害。而且取之不尽用之不竭,对人类是最理想的能源。随着生活水平的提高,建筑物的采暖空调和日常用热水和电的需求量不断增加,能源日趋减少,利用太阳能供热,供水及电,将太阳能技术应用在建筑工程中,造福使用者和社会。

参考文献

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2004

2邓辉.太阳能技术在民用建筑中的应用[J].工程建筑与设计,2008

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