住宅建筑中的太阳能利用

摘要：

太阳能与建筑，曾经是两个相去甚远的话题，但今天，太阳能建筑却被业界认为将成为现代建筑的发展趋势。太阳能建筑是指用太阳能代替部分常规能源，为建筑物提供采暖、热水、空调、照明、通风、动力等一系列功能，以满足（或部分满足）人们生活和生产需要的建筑。

关键词：太阳能太阳能采暖太阳能热水节能建筑

一太阳能简介

太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、潮汐能、水能等都来自太阳能，太阳内部进行着由氢聚变反应，不停地释放出巨大的能量，不断地向宇宙空间辐射能量，这就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长时间，据估计约有几十亿至几百亿年，相对于人类的有限生存时间而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭的。

太阳能在建筑中的运用主要为太阳能采暖，太阳能热水系统，太阳能光伏发电

太阳能采暖系统

太阳能采暖系统是利用蓄热体吸收太阳辐射给建筑加热的系统。根据媒介的不同，分为空气采暖系统和热水采暖系统。

太阳能空气采暖系统：

根据是否利用机械的方式获取太阳能，把通过适当的建筑设计无需机械设施获取太阳能的空气采暖技术称为被动式太阳能采暖设计；而需要机械设备获取太阳能的空气采暖技术称为主动式太阳能采暖设计。

被动式采暖设计，是通过建筑朝向和周围环境的合理分布、内部空间和外部形体的巧妙处理、以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使其在冬季能集取、保持、储存、分布太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题。被动式太阳能建筑设计的基本思想是控制阳光和空气在恰当的时间进入建筑并储存和分配热空气。其设计原则是要有有效的绝热外壳和足够大的集热表面，室内布置尽可能多的储热体，以及主次房间的平面位置合理。

被动式太阳房集热方式分为直接受益式和集热蓄热墙式。直接受益式是较早采用的一种太阳房南立面是单层或多层玻璃的直接受益窗，利用地板和侧墙蓄热。也就是说，房间本身是一个集热储热体，在日照阶段，太阳光透过南向玻璃窗进入室内，地面和墙体吸收热量，表面温度升高，所吸收的热量一部分以对流的方式供给室内空气，另一部分以辐射的方式与其他围护结构内表面进行热交换，第三部分则由地板和墙体的导热作用把热量传入内部蓄存起来。当没有日照时，被吸收的热量释放出来，主要加热室内空气，维持室温。在直接受益式太阳窗的后而筑起一道重型结构墙。利用重型结构墙的蓄热能力和延迟传热的特性获取太阳的辐射热。阳光透过玻璃照射在集热墙上，集热墙外表面涂有吸收涂层以增强吸热能力，其顶部和底部分别开有通风孔，并设有可开启活门。在这种被动式太阳房中，透过透明盖板的阳光照射在重型集热墙上，墙的外表面温度升高，墙体吸收太阳辐射热，一部分通过透明盖层向室外损失；另一部分加热夹层内的空气从而使夹层内的空气与室内空气密度不同，通过上下通风口形成对流，由通风口将热空气送进室内；第三部分则通过集热蓄热墙体向室内辐射热量，同时加热墙内表面空气，通过对流使室内升温。

太阳能热水采暖系统

太阳能热水采暖通常是指以太阳能为热源，通过集热器吸收太阳能，以水为热媒，进行采暖的技术。它与太阳能空气采暖的最主要区别是热媒不同。近年来，为弥补太阳能不稳定的缺点，太阳能热泵等新型太阳能技术也逐渐发展起来。

太阳能热水辐射采暖的热媒是温度为30~60℃的低温热水，这就使利用太阳能作为热源成为可能。按照使用部位的不同，可分为太阳能顶棚辐射采暖、太阳能地板辐射采暖等几类，太阳能地板辐射采暖是目前使用较为普遍的。

太阳能地板辐射采暖是一种将集热器采集的太阳能作为热源，通过敷设于地板中的盘管加热地面进行采暖的系统，该系统是以整个地面作为散热面，传热方式以辐射散热为主，其辐射换热量约占总换热量的60%以上。典型的太阳能地板辐射采暖系统由太阳能集热器、控制器、集热泵、蓄热水箱、辅助热源、供回水管、止回阀若干、三通阀、过滤器、循环泵、温度计、分水器、加热器组成。当集热器输出温度大于50℃时，控制器就启动水泵，水进入集热器进行加热，并将集热器的热水压入水箱，水箱上部温度高，下部温度低，下部冷水再进入集热器加热，构成一个循环。当集热器输出温度小于40℃时，水泵停止工作，为防止反向循环及由此产生的集热器的夜间热损失，则需要一个止回阀。

二太阳能热水系统

在诸多太阳能热利用技术中，技术最成熟、应用最广泛的是太阳能热水器。在国内已有近二十年的发展历史，具备了规模化推广应用的初步条件，并已步入了产业化生产的阶段。所谓太阳能热水器建筑一体化，概括起来说就是指太阳能热水器与建筑充分结合并实现功能和外观的和谐统一。太阳能热水器的工作原理：由太阳能集热元件(平板集热器、玻璃真空管、热管真空管及其他形式的集热元件)、蓄热容器(各种形式水箱、罐)、控制系统(温感器、光感器、水位控制、电热元件、电气元件组合及显示器或供热性能程序电脑)以及完善的管道保温、防腐部分等有机地组合在一起的。在阳光的照射下，使太阳的光能充分转化为热能，辅以电力和燃气能源，就成为非常稳定的能源设备，提供中温热水供人们使用。

在住宅建筑中应有效利用屋面、墙面、阳台栏板，合理安排管线，充分发挥设备功效，使太阳能集热器与屋面形成一个整体；应尽量采用水箱和集热器分开的分体式系统。集热器与屋面结合，可以利用坡屋顶形成的三角形空间作为设备间，安置水箱和循环泵等设备，这样可以减少管路的长度，减少热损失，同时使整个系统处于隐蔽环境，对建筑外观没有任何影响；在居住建筑中，要摈弃每家一套热水器的安装方式，改用集中式热水系统供水，每户安装热水表进行计量收费

三太阳能光伏电池板

太阳能光伏发电的基本原理

太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流。时下，人们通常所说的太阳光发电就是太阳能光伏发电，亦称太阳能电池发电。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化面产生电动势和电流的一种效应。即当太阳光或其他光照射半导件的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压，使PN结短路，就会产生电流。

太阳能光伏发电系统与建筑相结合

光伏与建筑相结合有两种形式:一种是建筑与光伏系统相结合；另一种是建筑与光伏器件相结合。建筑与光伏系统相结合(BAPV)，把封装好的光伏组件(平板或曲面板)安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。光伏系统还可以通过一定的装置与公共电网联接。建筑与光伏器件结合，将太阳能电池与建筑屋顶、墙壁和窗户相结合，可以充分利用太阳能发电，出现了所谓“太阳能电池瓦”、“太阳能电池幕墙”、“太阳能电池窗户”和“太阳能电池遮阳篷”等新型建筑材料和构件。

通过与整栋建筑的一体化设计，光电系统可以改善建筑的外观，整体风格的一致最佳效果。光电板外墙和屋顶可以给建筑带来强烈的视觉冲击，新颖的光电板房顶可以有效地改善旧建筑的顶层设计，使之充满现代感，这样可以大大增强建筑的视觉美感，为其市场价值带来有利的影响，使用充满现代感的蓝色光电板屋顶系统，完美的将水天连成一体。

四结语

充分利用太阳能，考虑太阳能利用与建筑设计相结合，以满足建筑的能源供应和健康境的要求，降低建筑能耗在社会总能耗中的比例，是未来节能设计所必须的考虑。

参考文献

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