1引言

 
全球人口的快速增長和工業(yè)化程度的不斷提高帶來的能源短缺和環(huán)境污染問題己成為當(dāng)今世界共同面臨的嚴(yán)峻問題。降低能耗, 積極開發(fā)新能源，保護(hù)人類生存環(huán)境也引起了各國政府, 以及全球環(huán)保和能源機(jī)構(gòu)主管部門的極大關(guān)注。開發(fā)新能源，使用替代能源和開發(fā)利用空間資源已成為在社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展推動(dòng)下的必然措施。
 
據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國家的建筑能耗要高于社會(huì)總能耗的1/3,目前我國建筑能耗也已經(jīng)接近30%，而建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，建筑能源的消耗量驚人。如何讓建筑更節(jié)能而又更舒適成為建筑師、能源專家努力的方向。隨著對(duì)生存環(huán)境以及居住品質(zhì)的認(rèn)識(shí)日漸理性，人們更加希望所居住的建筑物能夠保證使用者健康和舒適的要求的前提下, 減少建筑物對(duì)自然資源的消耗。化石燃料能源的匱乏至枯竭, 使得人們不得不思考如何利用太陽能、風(fēng)能、水能, 地?zé)嵩趦?nèi)的自然潔凈可再生能源在住宅建筑上的應(yīng)用。本文主要介紹太陽能與地?zé)岬膽?yīng)用。
 
 

2太陽能應(yīng)用

 
太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，也是人類可利用的最豐富的能源。太陽每秒鐘通過電磁波傳至地球的能量達(dá)到相當(dāng)于５００多噸煤燃燒放出的熱量，而每年投射到地面上的輻射能高達(dá)1.05×1018千瓦時(shí)（3.78×1024J，相當(dāng)于1.3×106億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，大約為全世界目前一年耗能的一萬多倍。按目前太陽的質(zhì)量消耗速率計(jì)，可維持6×1010年。所以可以說它是“無處不在的、清潔無污染的、取之不盡，用之不竭”的能源。很多科學(xué)家認(rèn)為太陽能將會(huì)長期成為惟一最重要的可再生技術(shù)。它不同于風(fēng)能、波能或潮汐能（它們只能在有利的位置才能有效地開發(fā)），而陽光卻無處不在，它甚至能在多云溫帶發(fā)揮作用。但如何合理利用太陽能，降低起開發(fā)和轉(zhuǎn)化的成本，是新能源開發(fā)中面臨的重要問題。
 
太陽能在住宅建筑上的應(yīng)用可以概括為直接熱能應(yīng)用和間接電能應(yīng)用。太陽能的直接熱能應(yīng)用主要是用平板或真空管太陽能集熱器來回收熱能。一般來說，平板太陽能集熱器可使熱水達(dá)到70°C到90°C，而真空管太陽能集熱器可使熱水達(dá)110°C的高溫，從而為熱能采暖，生活熱水甚至空調(diào)制冷提供了可能性。但是由于太陽能受天氣影響而不穩(wěn)定,因此電爐或燃?xì)鉅t的補(bǔ)給是必不可少的。太陽能間接電能應(yīng)用主要是利用硅晶片的光電效應(yīng)來產(chǎn)生電能，完全可以滿足住宅建筑的通風(fēng)能耗需求。
 

2.1太陽能集熱器

 
太陽能的核心設(shè)備太陽能集熱器發(fā)展，經(jīng)歷了四個(gè)階段：悶曬式、平板式、玻璃真空管式、熱管真空管式,
 
第一代：悶曬式。20年前在我國日照時(shí)間長的西北等地區(qū)有使用，現(xiàn)已遭淘汰。
第二代：平板式。因抗凍效果差、熱損耗大、易積水垢、熱效率低及使用壽命短等問題已逐漸淘汰。因其制造成本低，目前仍在工程項(xiàng)目中有一定的市場。
第三代：全玻璃真空管式。集熱效率較高，保溫性能好，可抗直徑為25毫米冰雹的襲擊，適合于氣溫為-25℃以上地區(qū)使用。成本適中。但由于真空玻璃管內(nèi)長期通水加熱，有出現(xiàn)漏水、結(jié)水垢的可能。
第四代：熱管真空管式。我國采用美國應(yīng)用于航天、人造衛(wèi)星上的先進(jìn)導(dǎo)熱科技，將超級(jí)導(dǎo)熱管與全玻璃真空集熱管相結(jié)合，研制開發(fā)出的新一代熱管真空管式太陽能熱水器，導(dǎo)熱快，熱效率高，特別適用于陽光不足或每天日照時(shí)間短的地區(qū)。真空管不通水，不結(jié)垢，抗凍能力強(qiáng)，保溫性能好，使用壽命長，乃市場新寵。

2.2太陽能住宅

 
太陽能住宅是一種特殊民用建筑，包括陽光集能、蓄能、發(fā)電、加熱以及相應(yīng)的控制裝置。太陽能熱水系統(tǒng)把集熱器與住宅建筑有機(jī)結(jié)合，通過建筑一體化設(shè)計(jì)達(dá)到使用要求并且不影響建筑的外觀。
 
太陽能熱水器一體化住宅的造型設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮到其居住建筑的特點(diǎn)。首先，無論是高層住宅還是多層住宅，都是由幾種戶型組成，沒有大空間，平、立面結(jié)構(gòu)和造型一般比較規(guī)整；其次，房間的功能性限制大，非常強(qiáng)調(diào)自然采光和自然風(fēng)；第三，住宅受造價(jià)限制較大，外墻也應(yīng)當(dāng)盡量平直。由于住宅的這些特點(diǎn), 給太陽能的安放位置和安放空間帶來很大的局限性。但從另一角度來看，住宅內(nèi)部嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)性和功能的主導(dǎo)地位非常符合技術(shù)美學(xué)所強(qiáng)調(diào)的邏輯性及目的性。由于管線和住戶密度的原因，高層建筑中的太陽能集熱器常常安裝在墻面和陽臺(tái)，頂部的集熱器只能為上部幾層提供熱水。集熱器可以集中連續(xù)布置，也可以與窗或陽臺(tái)的凹凸處理結(jié)合形成豎向的劃分，使整個(gè)建筑在垂直方向上形成強(qiáng)烈的韻律感。太陽能熱水器的水箱放置于室內(nèi)，不破壞立面整體效果。另外，近年的高層住宅，常在頂部或外凹部拉梁采用特有的體形或符號(hào)來加強(qiáng)標(biāo)志性，以避免單調(diào)的感覺。太陽能集熱器由于采用了吸收性涂層而具備特殊的色澤和質(zhì)感，其表面非常光亮，如果將其與高層頂部的電梯間或水箱間結(jié)合，既可以起到裝飾的作用，也能為上部幾層的住戶提供生活熱水。多層住宅太陽能熱水器一體化設(shè)計(jì)首先可以從形式和體量出發(fā)，由于集熱器需要南向的坡屋面或墻作為安裝的依托，爭取盡量多的實(shí)體面積和可利用空間就成為一體化住宅形體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。通常可以其橫斷面類似于臺(tái)階或三角形的位置來安放集熱器。在一些住宅中，常采用大面積的玻璃窗，同時(shí)配備遮陽構(gòu)件，而利用出挑的集熱板充當(dāng)遮陽體, 由它形成的陰影增加了造型的虛實(shí)對(duì)比和空間的層次。
 

2.3太陽能熱水器和太陽能采暖

 
太陽能熱水器以其安全、節(jié)能、環(huán)保、方便的突出特點(diǎn)，日益?zhèn)涫懿毮俊ｋS著我國全玻璃真空管和超導(dǎo)熱管等關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，居世界領(lǐng)先水平的太陽能熱水器取得了前所未有的高速發(fā)展，其市場發(fā)展?jié)摿σ踩找婢薮蟆?br />  
太陽能采暖系統(tǒng)一般由平板或真空管太陽能集熱器，水泵，貯水箱, 補(bǔ)熱用的電爐或燃?xì)鉅t,調(diào)節(jié)器和散熱器組成。散熱器通常是地板或金屬散熱器熱惰性好的設(shè)備。這類系統(tǒng)還和生活熱水合并一起使用。好的建筑熱惰性可保證生活熱水優(yōu)先權(quán)。
 

 

2.4太陽能制冷

 
太陽能制冷主要包括太陽能光伏系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的蒸氣壓縮制冷、太陽能吸收式制冷、太陽能蒸汽噴射式制冷、太陽能固體吸附式制冷、太陽能干燥冷卻系統(tǒng)等。基于經(jīng)濟(jì)性、可靠性及實(shí)用性等因素的考慮，太陽能溴化鋰吸收式制冷技術(shù)研究和應(yīng)用相對(duì)較多,發(fā)展也較為成熟，目前國內(nèi)已有廠家實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。
 
太陽能溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)是由真空管太陽能集熱器和溴花鋰吸收式制冷機(jī)結(jié)合。水的溴花鋰溶液可在70度到90度的溫度條件下分離。溴花鋰吸收式制冷機(jī)就是充分利用真空管太陽能集熱器產(chǎn)生的110度的水溫來化學(xué)壓縮，從而取代機(jī)械壓縮而實(shí)現(xiàn)制冷。
 

2.5太陽能的間接應(yīng)用 – 電能

 
即光伏發(fā)電，是應(yīng)用半導(dǎo)體器件將太陽光轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù),具有安全可靠、無噪聲、無污染、無需燃料、無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件等優(yōu)點(diǎn)。而太陽能光電技術(shù)在建筑中的應(yīng)用發(fā)展方向?yàn)楣夥ㄖ惑w化，即是指在建筑外表面設(shè)置光伏器件,將太陽能發(fā)電與建筑功能集成在一起的新型能源利用方式。光伏器件直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，無噪聲、振動(dòng)和其他污染，除了在建筑表面安置太陽電池組件(電池板)和體積很小的蓄電池逆變器等系統(tǒng)部件以外，不占建筑有效空間。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按是否與公共電網(wǎng)相聯(lián)接，分為獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種方式。