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能源發展是國民經濟及改善人民生活的重要物質基礎。目前我國能源形勢相嚴峻,能源生產嚴重滯后于國民經濟的發展,能源消耗量逐年遞增,能源總耗中有35%~40%為一次性的不可再生能源,而不可再生能源的過渡開采利用,已經使人類面臨著資源枯竭、環境惡化、生態破壞、氣候變暖等一系列嚴峻問題。因此,太陽能技術越來越受到暖通空調界的重視。
一. 太陽能技術在建筑中的應用
1.太陽能熱水系統與建筑相結合技術:建筑的使用功能要與太陽能熱水器的利用有機的結合在一起,形成多功能的建筑構件,巧妙高效的利用空間,使建筑可利用太陽能的部分——向陽面或屋頂得以充分利用,在過程中同步規劃設計,同步施工安裝,節省太陽熱水系統的安裝成本和建筑成本,一次安裝到位,避免后期施工對用戶生活造成的不便以及對建筑已有結構的損害,同時綜合考慮建筑結構和太陽能設備協調和諧,構造合理,使太陽能熱水系統和建筑融合為一體,不影響建筑的外觀。在這其中優先采用集群式系統,有利于平衡負荷和提高設備的利用效率。
2.集群式太陽能供熱制冷裝置:集群式太陽能供熱制冷裝置通過熱超導太陽能集熱管、太陽能空氣源熱泵、吸收式制冷機等設備,將太陽的光能首先轉化為熱能,使用太陽能再加上輔助加熱方式,可直接用于采暖或制取熱水。夏天通過吸收式制冷機可將熱水轉化為冷水,從而實現空調制冷。通過這樣的方式實現太陽能冬季采暖、夏季制冷,一年四季制取熱水。建筑的采暖、制冷能耗均來自太陽能,達到環保、節能的效果,為太陽能的使用開拓了一個新的領域。
(1)用于太陽能的集熱蓄熱墻式系統:此系統主要對朝南方向的墻體直接來集熱和蓄熱。最為常見的建筑物就是帶玻璃蓋層的重質集熱墻,它主要是通過玻璃與墻體之見留有一定空氣夾層,這樣不但可以充分利用墻體來集熱和蓄熱,并且還可以利用空氣的自然對流來使室內氣溫升高,達到一種保溫的效果。另外,如果建筑物的外墻是玻璃幕墻的,并加上內部的保溫處理,利用這樣的蓄熱式墻體,其內表面溫度一般都高于室內溫度,所以,只要配合空氣對流傳熱,這樣也可以達到一個比較好的效果。同時,在夏季時打開通風口,使北面窗戶進來的溫度較低的空氣,通過房間后由通風口排出,這樣也可以達到夏季通風、降溫的效果。太陽作為一種取之不盡、用之不竭的能源,日前已成為當今世界各國利用的新能源。太陽能建筑將在調整住宅能耗結構、保障建筑能源安全,降低溫室氣體排放,保護大氣環境,解決建筑暖通用能,提高國民生活質量等諸多方面產生積極的影響。在建筑暖通的太陽能采暖工程中,集熱器、水箱等關鍵產品還有較大的改進空間,需要進一步提高平板集熱器的密封性以增加集熱效率。
(2)太陽能熱泵熱源地板輻射供暖系統:采用塑料管作為埋地盤管的低溫地板輻射供暖系統有較好的舒適性,其熱媒是低溫熱水。其原理為將太陽能集熱器與熱泵機組作為地板輻射供暖系統的熱源,在消耗少量電能情況下,可將流經太陽能集熱器升溫后的熱媒水溫度提升到地板輻射采暖系統需要的溫度,這樣不但利用太陽能這種清潔能源,還可以達到盡量減少電能等高品位能源的消耗目的,是一種向建筑物供暖的理想方案,特別適用于別墅、辦公樓等獨立建筑物。由于地板層具有一定的蓄熱能力,系統可以采取間歇運行方式。當室內空氣溫度和地板表面平均溫度等超過熱舒適性要求時,熱泵機組停止運行,低于熱舒適性要求時,機組重新啟動。
(3)太陽能采暖-熱水聯合系統:太陽能采暖-熱水聯合系統是一種利用太陽能、生物質能等可再生能源來滿足用戶采暖和用熱水需求的系統。雖然太陽能具有就地取材、不用運輸等優點。但是太陽能也存在一定的局限型。例如:太陽輻射受晝夜、季節、緯度和海拔高度等自然條件的限制和陰雨天氣等隨機因素的影響,存在較大的間歇性和不穩定性。因此單獨的太陽能系統運行工況不穩定,若要長期運行,必須要利用輔助熱源才能夠滿足用戶需求。
3.被動式太陽能應用技術:開發利用各種新型的集熱蓄熱墻體和空氣集熱器,提高圍護結構的保溫隔熱性能,合理設計窗墻比,使用高效節能窗并考慮夜間移動保溫設計,加強自動控制與運行維護,采用有效的遮陽或其它被動式降溫技術來解決夏季過熱問題等。解決了以上的關鍵技術問題將大大提高被動式太陽能應用技術在建筑節能中的作用,不僅僅在農村,甚至在城市節能建筑中也大力推廣被動式太陽能應用技術。
4.太陽能光伏發電板與建筑的集成技術:該技術是指將太陽能光伏發電板設計在建筑物的屋頂或向陽墻面上,同時滿足維護結構和太陽能發電的功能要求。目前我國已經有太陽能光伏幕墻的試點建筑,太陽能光伏幕墻是將太陽能電池與各類普通建筑玻璃結合制成可以發電的建筑材料,產品包括各種晶體硅與非晶硅太陽能光伏夾層玻璃、晶體硅與非晶硅太陽能光伏中空玻璃等,不僅具有發電功能,還具有獨特的美學效果,同時不影響作為建筑材料的各項功能。
二.太陽能采暖系統在建筑工程中的應用措施
1.太陽能利用率:
太陽能采暖系統一定要提高太陽能利用率,以縮短投資回收期。冬夏熱量不平衡的問題可由太陽能制冷技術、跨季節蓄熱技術和全年的綜合利用來解決,應積極開發適用于太陽能空凋系統的中高溫太陽能集熱器。
2.太陽能建筑節能的措施:
建筑節能是實現太陽能采暖的先決條件,由于太陽能在單位面積上的能量密度較低,如果不通過加強圍護結構保溫等措施來有效降低建筑物采暖負荷的話,太陽能采暖系統的集熱面積將會很大,增加系統的初投資,使太陽能采暖系統完全不能發揮應有的節能效益。
三.太陽能采曖系統
太陽能采暖系統主要分為熱水集熱和熱風集熱兩種形式。由于熱風式集熱系統效率較低,運行控制復雜,占用的空間很大,和建筑的匹配較困難等原因,所以采用的場合較少。目前,將采暖和熱水供應有機結合起來,共用集熱器的系統是利用太陽能非常有效的一種形式。這樣的系統其結構形式多樣,但是從集熱器介質和熱利用部分介質之間的關系上看,可以分為直接和間接式兩種。直接利用是指進入集熱器的熱媒和末端使用的二次熱煤相同,不經過換熱器的交換。間接利用則正好相反,一、二次熱媒以換熱器為界,兩邊的介質相互獨立。直接式系統集熱和負荷部分是一個整體,集熱器加熱的熱水直接被用戶使用,沒有中間環節。間接式系統則通過換熱的形式,將熱量傳給末端用戶,集熱和負荷側是兩個獨立的系統。這兩種系統形式各有優點。直接式系統形式簡單,熱效率高,間接式系統穩定性好,系統使用范圍大。
四.結束語
我們應當積極開發新能源,積極推動太陽能、地熱能、原子能等新能源在建筑中的應用。這些能源的開發利用口益引起世界各國的重視,它將是解決世界能源危機的根本措施。我國已有這方面的研究應用,如地源熱泵系統、太陽能-水源熱泵系統及太陽能-空氣能熱泵系統等。這些系統高效節能、無污染,不失為一種有效利用自然能的好途徑。節能對于我國現代化建設來說,具有更重大的意義。目前,全國各地電力十分緊張,但所需能量也在迅速增長。因此,我們應該大力發展太陽能技術,使它更好地利用于我們生產和生活的各個方面。
參考文獻
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