1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)太陽(yáng)能在建筑中的應(yīng)用 范樂(lè)樂(lè)(哈爾濱工業(yè)大學(xué)) 摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展,建筑對(duì)電、熱、冷的需求越來(lái)越多，同時(shí)對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越高, 然而要維持良好的生活環(huán)境，則需要消耗大量的能源，所以對(duì)于目前能源和環(huán)境污染的雙重壓力下，太陽(yáng)能作為一種取之不盡且無(wú)污染的可再生能源，已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)際能源開(kāi)發(fā)利用中的一個(gè)新熱點(diǎn)。本文介紹了太陽(yáng)能光伏發(fā)電、太陽(yáng)能熱水、太陽(yáng)能采暖和太陽(yáng)能制冷等在建筑中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：可再生能源,太陽(yáng)能光伏發(fā)電,太陽(yáng)能熱水,太陽(yáng)能采暖,太陽(yáng)能制冷The applic

2、ation of solar energy in construction Fan lele(Harbin Institute of Technology)Abstract With the development of society, the need of electricity, heat and cold become more and more in construction,while more and more people are paying attention to environment.However,If we want to maintain a good liv

3、ing environment,we will consumes a lot of energy.Under the pressure of energy and environmental pollution , solar energy as an inexhaustible, renewable and no pollution energy,has become a new hotspot to international energy development and utilization. This paper introduces solar photovoltaic, sola

4、r hot water, solar heating and solar energy refrigeration application in construction.Keywords: renewable energy，solar photovoltaic，solar hot water，solar heating，solar energy refrigeration緒論建筑作為人類(lèi)的基本居住空間，它對(duì)人類(lèi)的生活環(huán)境有著直接、重要的影響，居住空間環(huán)境的優(yōu)劣直接影響著人們的生活質(zhì)量，然而要維持良好的生活環(huán)境，則需要消耗大量的能源，對(duì)于目前能源和環(huán)境污染的雙重壓力下，太陽(yáng)能作為一種取之不盡且

5、無(wú)污染的可再生能源，已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)際能源開(kāi)發(fā)利用中的一個(gè)新熱點(diǎn)。建筑作為人類(lèi)日常生活所必需的物質(zhì)載體，每年消耗著大量的能源，占一個(gè)國(guó)家總能耗的30%40%，因此建筑節(jié)能和在建筑中使用太陽(yáng)能關(guān)系到一個(gè)國(guó)家和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題。隨著社會(huì)的發(fā)展,建筑對(duì)電、熱、冷的需求越來(lái)越大，同時(shí)對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越高,太陽(yáng)能在建筑中應(yīng)用，滿足了以上需求。太陽(yáng)能應(yīng)用在建筑中的方式主要包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電、太陽(yáng)能熱水、太陽(yáng)能采暖和太陽(yáng)能制冷等。1.太陽(yáng)能光伏發(fā)電傳統(tǒng)上,電能產(chǎn)生的方式常用間接的方式。如火力發(fā)電用煤或石油作為能源，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成為熱能，產(chǎn)生蒸汽后推動(dòng)汽輪機(jī)再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。然而太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是指把太

6、陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成為電能，作為商用、民用等方面的電源，這種方式是直接能源轉(zhuǎn)換，也是新能源中最具有代表性的一種能源。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是直接利用能量轉(zhuǎn)換，由于無(wú)需化石燃燒，所以對(duì)環(huán)境污染少；又因?yàn)椴淮嬖谶\(yùn)動(dòng)部件，所以噪聲小，可以盡可能的接近居民區(qū)、辦公樓，適用于建筑中中使用。在建筑物上安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)的初衷是利用建筑物的光照面積發(fā)電，既不影響建筑物的使用功能，又能獲得電力供應(yīng)；由于光伏發(fā)電系統(tǒng)裝設(shè)在建筑物上，接近電力負(fù)荷,無(wú)需額外的輸電投資,也減少了輸電過(guò)程的電能損失;而且光照強(qiáng)度與負(fù)荷強(qiáng)度是吻合的,有調(diào)峰的功效,可謂一舉多得。建筑光伏系統(tǒng)可以分為建筑附加光伏系統(tǒng)(BAPV)和建筑集成光伏系統(tǒng)(BlPV

7、)兩種1。建筑附加光伏系統(tǒng)(BAPV)把光伏系統(tǒng)安裝在建筑的屋頂或外墻上，建筑物作為光伏組件的載體,起到支撐作用。光伏本身并不作為建筑的構(gòu)成，也就是說(shuō)，如果拆除光伏系統(tǒng)后,建筑物仍能正常使用。建筑集成光伏系統(tǒng)(BIPV)是指將光伏系統(tǒng)與建筑物集成在一起，光伏組件成為建筑結(jié)構(gòu)不可分割的一部分，如光伏組件與屋面一體化、光伏組件與幕墻一體化、光伏瓦、光伏與遮陽(yáng)裝置一體化等；如果拆除光伏系統(tǒng)則建筑本身就不能正常使用。把光伏組件做成建材，必須具備建材所要求的幾項(xiàng)條件，如堅(jiān)固耐用、保溫隔熱、防水防塵、適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度等性能。建筑集成光伏系統(tǒng)是建筑光伏系統(tǒng)的更高級(jí)應(yīng)用，光伏組件既作為建材又能夠發(fā)電，一舉兩得

8、，可以部分抵消光伏系統(tǒng)的成本,有利于光伏系統(tǒng)的推廣。建筑光伏的幾種應(yīng)用形式如下:(l)光伏組件與建筑屋頂一體化由于建筑屋頂是太陽(yáng)光直射區(qū)域，日照時(shí)間最長(zhǎng)、太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度最大，因此在屋頂安裝光伏組件最能充分利用太陽(yáng)能；光伏組件與屋頂一體化設(shè)計(jì)，可以減少在高層建筑中風(fēng)對(duì)光伏組件的影響；光伏組件材料吸收太陽(yáng)能，屋頂無(wú)需隔熱材料。因此，與建筑屋頂一體化的大面積光伏組件的使用，不但節(jié)約了成本,還美觀了建筑,更有效的利用了屋頂?shù)膹?fù)合功能。太陽(yáng)能瓦是光伏組件與屋頂?shù)牧硗庖环N一體化形式。它可以像瓦片一樣直接鋪在屋面上，不需要安裝任何支架。太陽(yáng)能瓦的創(chuàng)新之處在于使光伏系統(tǒng)和建筑屋頂成為一體、密不可分、達(dá)到了真正

9、意思上的建筑一體化。(2)光伏組件與墻體一體化除了屋頂之外，建筑物與太陽(yáng)光接觸最多的就是外墻尤其是在高層建筑中?？刹捎酶鞣N墻體構(gòu)造和材料，將光伏組件布置在建筑物的外墻上，來(lái)合理的利用外墻接收的太陽(yáng)光。這樣不但可以利用太陽(yáng)能發(fā)電，而且還能有效降低建筑墻體的溫度,從而降低建筑室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷。(3)光伏幕墻光伏幕墻將光伏組件集成到玻璃幕墻之中，突破了傳統(tǒng)玻璃幕墻的單一維護(hù)功能，把以前被當(dāng)作有害因素而屏蔽在建筑物表面外的太陽(yáng)光,轉(zhuǎn)化為電能被人類(lèi)利用，同時(shí)這種復(fù)合材料不多占用建筑面積，特殊的裝飾效果使建筑物更顯美觀。(4)光伏組件與遮陽(yáng)裝置一體化光伏組件與遮陽(yáng)裝置的一體化是在不影響建筑美觀的同時(shí)又合理的

10、利用太陽(yáng)能，節(jié)約了空間，真正實(shí)現(xiàn)了建筑節(jié)能、環(huán)保的設(shè)計(jì)理念?？蓱?yīng)用在一般建筑和停車(chē)場(chǎng)中。2.太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是利用溫室原理，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成為熱能，并向冷水傳遞熱量,從而獲得熱水的一種系統(tǒng)。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)由集熱器、蓄熱水箱、循環(huán)管道、支架、控制系統(tǒng)及相關(guān)附件組成，必要時(shí)需要增加輔助熱源。與建筑一體化熱水器的特點(diǎn)是在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)之初，就將熱水器納入設(shè)計(jì)內(nèi)容，使之成為建筑的一個(gè)有機(jī)組成部分，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試和驗(yàn)收后交由用戶使用。要實(shí)現(xiàn)熱水器與建筑一體化的要求，就必須使太陽(yáng)能集熱器與水箱分離，把水箱從屋頂移走，使太陽(yáng)能集熱器可以象太陽(yáng)能電池一樣融入建筑，與建筑形成一體,使之滿足實(shí)用和美

11、觀的要求。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)可分為分戶式和集中式兩種。分戶式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)為每戶一個(gè)水箱，水箱最好安放在衛(wèi)生間或者廚房里；集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是幾戶或整棟樓為一個(gè)熱水系統(tǒng)，共用一個(gè)水箱，水箱安放在地下室或草坪下方簡(jiǎn)易地下室。3.太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)是指將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，供建筑物冬季采暖的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括集熱器、貯熱器、供熱采暖末端設(shè)備、輔助加熱裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)等。按熱媒種類(lèi)不同,太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)可分為為空氣加熱系統(tǒng)和水加熱系統(tǒng)；按集熱器和蓄熱系統(tǒng)的換熱方式不同，太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)可分為直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)；按利用太陽(yáng)能的方式不同，太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)可分為被動(dòng)式系統(tǒng)和主動(dòng)式系統(tǒng)。(1)被動(dòng)式太

12、陽(yáng)能采暖系統(tǒng)不采用專(zhuān)門(mén)集熱器、管道和泵等裝置，只是依靠建筑物的方位、本身結(jié)構(gòu)和材料的熱工性能，吸收和貯存太陽(yáng)輻射的能量，以達(dá)到采暖的目的，這樣的系統(tǒng)叫做被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng),也稱(chēng)太陽(yáng)能自然采暖。將一道實(shí)墻外面涂成黑色，外面再用一層或兩層玻璃加以覆蓋。將墻設(shè)計(jì)成集熱器而同時(shí)又是貯熱器。冷空氣由墻體下部入口進(jìn)入集熱器，被加熱后又由上部出口進(jìn)入室內(nèi)進(jìn)行采暖。(2)主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)與常規(guī)能源采暖系統(tǒng)的區(qū)別在于以太陽(yáng)能集熱器作為熱源代替以煤、石油、天燃?xì)獾瘸Ｒ?guī)能源作燃料的鍋爐。主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖主要包括集熱器、貯藏器、輔助熱源以及管道、閥門(mén)、風(fēng)機(jī)、泵、控制部件等部分。主動(dòng)式系統(tǒng)的優(yōu)

13、點(diǎn)是可以使室內(nèi)保持穩(wěn)定的、舒適的溫度。缺點(diǎn)是需要較多的設(shè)備,費(fèi)用大。另外，由于系統(tǒng)中有管道、泵或風(fēng)機(jī)等，維護(hù)費(fèi)用也較多。(3)空氣加熱系統(tǒng)圖1是以空氣為集熱介質(zhì)的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)圖。風(fēng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)空氣在集熱器之間不斷的循環(huán)，讓空氣與集熱器中的采暖板發(fā)生熱接觸，將集熱器所吸收的太陽(yáng)熱量通過(guò)空氣傳遞給貯熱器存放起來(lái)，或直接送往建筑物。風(fēng)機(jī)2的作用是驅(qū)動(dòng)建筑物中的空氣循環(huán),建筑物內(nèi)的冷空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)2輸送到貯熱器中與貯熱器中的介質(zhì)進(jìn)行熱交換，加熱空氣，然后將暖空氣送往建筑物進(jìn)行采暖。若空氣溫度較低，需使用輔助加熱裝置。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是集熱器不會(huì)出現(xiàn)凍壞和過(guò)熱情況,可直接用于熱風(fēng)采暖,控制使用方便2 圖1 以

14、空氣為集熱介質(zhì)的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)圖(4)水加熱系統(tǒng)圖2是以水為集熱介質(zhì)的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)圖。此系統(tǒng)以貯熱水箱與輔助加熱裝置作為采暖熱源。當(dāng)有太陽(yáng)能采集時(shí)打開(kāi)水泵1,使太陽(yáng)能集熱器與水箱之間循圖2 以水為集熱介質(zhì)的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)圖環(huán),吸收太陽(yáng)能來(lái)提高水溫。該系統(tǒng)的集熱器-貯熱器及貯熱器-輔助加熱-負(fù)荷可以分開(kāi)控制。水泵2的作用是保證負(fù)荷部分采暖熱水的循環(huán),旁通管的作用是為了避免用輔助能量加熱貯熱水箱中的水。4.太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)太陽(yáng)能制冷主要可以通過(guò)光-熱和光-電轉(zhuǎn)換兩種途徑實(shí)現(xiàn)。光-熱轉(zhuǎn)換制冷是指太陽(yáng)能通過(guò)太陽(yáng)能集熱器轉(zhuǎn)換來(lái)的熱能，根據(jù)所得到的不同熱能品位，驅(qū)動(dòng)不同的熱力機(jī)械制冷。光-電轉(zhuǎn)換制冷是指太

15、陽(yáng)能通過(guò)光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換為電能，再通過(guò)常規(guī)的蒸汽壓縮制冷、半導(dǎo)體熱點(diǎn)制冷或斯特林循環(huán)制冷等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷。太陽(yáng)能制冷的方式有除濕冷卻空調(diào)、蒸汽噴射制冷、郎肯循環(huán)制冷、吸收式制冷、吸附式制冷、化學(xué)反應(yīng)制冷等。（1）太陽(yáng)能吸收式制冷圖3 太陽(yáng)能吸收式制冷原理示意圖太陽(yáng)能吸收式制冷如圖3所示。制冷濟(jì)-吸收劑工質(zhì)在發(fā)生器中太陽(yáng)能集熱器送來(lái)的熱水加熱，制冷劑受熱蒸發(fā)從制冷濟(jì)-吸收劑工質(zhì)解析出來(lái),在冷凝器中被冷卻，釋放出熱量后凝結(jié)為高壓低溫液態(tài)水；冷凝水通過(guò)膨脹閥降壓后，進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應(yīng)；蒸發(fā)產(chǎn)生的制冷劑蒸汽進(jìn)入收集器被來(lái)自發(fā)生器的制冷濟(jì)一吸收劑工質(zhì)吸收,再次變成液態(tài)后被泵加壓送入發(fā)生器被加熱

16、3 。（2）太陽(yáng)能吸附式制冷如圖4所示目前,太陽(yáng)能吸附式制冷主要是指固體吸附式制冷。其基本原理是以某種具有多孔性的固體作為吸附劑,某種氣體作為制冷劑,形成吸附制冷工質(zhì)對(duì)吸附制冷通常分為兩個(gè)階段:(l)冷卻吸附一蒸發(fā)制冷:通過(guò)水、空氣等工質(zhì)帶走吸附劑的吸附熱，完成吸附劑對(duì)制冷劑的吸附，由制冷劑的蒸發(fā)過(guò)程實(shí)現(xiàn)制冷；(2)加熱解吸一冷凝排熱:吸附制冷完成后,再利用熱能(如太陽(yáng)能)提供吸附劑解吸熱,完成吸附劑的再生,解吸出的制冷劑蒸汽在冷凝器中釋放熱量,重新回到液體狀態(tài)3。圖4 太陽(yáng)能吸附式制冷原理示意圖5. 太陽(yáng)能與建筑結(jié)合存在的一些技術(shù)問(wèn)題(1)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)使用年限和建筑壽命方面的矛盾。建筑的壽

17、命一般都在50年以上,而太陽(yáng)能集熱器目前大約只有15年,存在一個(gè)集熱器更換問(wèn)題。嵌入式一體化集熱器,雖然看起來(lái)漂亮,能與建筑完美結(jié)合,卻存在著更換時(shí)不得不破壞建筑原有圍護(hù)結(jié)構(gòu)或飾面材料的隱患。所以集熱器安裝時(shí),應(yīng)該考慮維修和更換的方便。例如可以象光伏電池板一樣用導(dǎo)軌和專(zhuān)用托架安裝,做成可拆卸式的,便于安裝、檢修和更換4。(2)太陽(yáng)光伏電池的溫升和通風(fēng)問(wèn)題。光伏電池與建筑結(jié)合還應(yīng)當(dāng)注意太陽(yáng)電池背面的通風(fēng)降溫設(shè)計(jì),因?yàn)樵谕L(fēng)不良的情況下,光伏電池背面溫度可高達(dá)70e,使光伏電池的發(fā)電效率降低(晶體硅太陽(yáng)電池背面溫度超過(guò)25e時(shí),每提高1e功率損失約千分之四)。因此光伏電池在安裝時(shí)一定要預(yù)留通風(fēng)空間,以降低電池背面溫度4。6. 結(jié)語(yǔ)在能源枯竭和環(huán)境惡化的當(dāng)今世界,太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源,有著巨大的潛在市場(chǎng)。近年來(lái),我國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)正在迅速發(fā)展,隨著市場(chǎng)的逐漸擴(kuò)大,光伏電池的價(jià)格也將逐步下降。在政府、企業(yè)及科研人員與