淺析太陽能在建筑領域的應用發展

張峰平

0 引言

隨著社會經濟的發展,能源短缺問題是各國面臨的共同問題,為保護環境、保持經濟可持續發展,各國競相開發風能、太陽能等新能源,太陽能作為一種取之不盡,用之不竭的清潔能源,正日益受到重視,太陽能在建筑領域的應用愈為廣泛。

1 太陽能熱利用技術特點和在節能建筑中的重要地位

1.1 太陽能熱利用技術特點

太陽能作為一種取之不盡,用之不竭的清潔能源,具有一些其他能源不可比擬之處:1)普遍性。我國是太陽能十分豐富的國家,2/3以上國土面積年日照量為2 200 h以上,如我們浙江省年日照時間在2 100 h～2 200 h之間,非常適宜太陽能熱利用;2)無污染性。煤炭、石油等生物化石能源燃燒時要產生有害氣體和廢渣,但太陽能的利用不會產生廢氣、廢渣,不會對環境造成污染;3)安全性。太陽能利用不同于核能發電,一旦發生事故就會嚴重污染環境,造成生態危機,太陽能利用安全可靠,不會因發生事故而污染環境;4)用之不竭。太陽能是太陽內部進行裂變釋放的能量,據估計在過去漫長幾億年中,太陽只消耗它本身能量的2%,對于人類短暫存活期限來言是用之不竭的。

太陽能作為一種新興能源,其利用也存在一些缺點:1)受氣候時間影響大,地球的自轉造成太陽能晝夜差異大,陰、雨天和晴天太陽能差異大,夏天和冬天差異大。這不僅增加技術上的困難,也增加太陽能利用的不穩定性;2)利用效率的技術不成熟,在我國利用較多較成熟的是太陽能熱水器,太陽能熱水器基本是靠天吃飯,太陽能利用率低,諸如太陽能光伏發電,太陽能供暖在我國起步晚,技術上不成熟,設備造價高。

1.2 太陽能熱利用在節能建筑中的重要地位

建設部制定的《建筑節能技術政策1996-2010》,其目標為在2000年前,新建、擴建住宅和公建項目的能耗要在1980年當熱通用設計能耗的基礎上節約50%;從2005年起新建、擴建住宅等項目能耗要在2000年基礎上再節約30%。隨著改革開放,人民生活水平的提高,熱水淋浴設備已進入千家萬戶,生活熱水能耗是建筑能耗中不可忽視的組成部分,電熱水器、煤氣熱水器由于其要消耗大量石油、煤炭資源而面臨發展瓶頸,太陽能熱水器作為我國目前在建筑領域利用最多最成熟的技術,將是解決住宅等項目部分生活熱水的首選技術。

2 建筑領域太陽能熱利用現狀

2.1 太陽能熱水技術

我國幅員廣闊,有著豐富的太陽能資源,2/3以上國土太陽日照數全年超過2 200 h,太陽能利用有著廣闊的發展前景。目前,我國應用最多的是太陽能熱水系統,由于我國擁有太陽能真空管的自主知識產權,所以太陽能真空管熱水器被廣泛應用于建筑熱水供應,從而大大節約生物化石能源。太陽能熱水利用系統結構簡單,由太陽能熱水器和管道系統組成,造價低廉,應用方便,在商品房項目、工業項目甚至農村住宅得到廣泛應用。

2.2 太陽能供暖

太陽能供暖方式可分為主動式和被動式兩種。主動式太陽能供暖系統有太陽能集熱器,熱水貯槽或貯熱器,散熱器水泵或空氣泵,由管道連成一體,系統為強制系統,整個供暖系統類似中央空調,造價和維護費用較高。被動式太陽能供暖不需要太陽集熱器、熱水貯槽或貯熱槽、水泵或空氣泵、散熱器等部件,而是通過調整房屋建筑的朝向、內部空間和外形設置,以房屋結構本身完成集熱、貯熱、釋熱功能的采暖系統,被動式太陽能利用原理就是所謂的溫室效應。中國北方住宅多采用直接接受式、集熱蓄熱墻式、附加溫室等方式,這種方式供暖在無輔助能源情況下,可以提高太陽房室內溫度,建太陽房造價增加10%～20%,廣大群眾能接受,故被動太陽房技術在農村很受歡迎,如大棚蔬菜就是簡易的太陽房。

3 解決對策

3.1 完善太陽熱水系統

目前太陽能一體化主要指太陽能熱水系統在建筑領域的應用。首先應改變單門獨戶安裝太陽能熱水器的現狀,而代之以每棟樓為單位統一設計、統一安裝大型太陽能熱水器,統一向各家各戶供應熱水,其計量方法可采用類似煤氣供應方式實行計量收費,安裝費用以戶為單位平均分攤,既節約造價,又提高熱水利用效率。其次應逐步淘汰太陽能真空管等直接式熱水器,改之使用太陽能平板熱水器,可安裝于屋頂、建筑立面、陽臺欄板、女兒墻等表面,增大吸熱面積,又和建筑物完美結合在一起,真正實現太陽能一體化。

3.2 改進太陽能供暖、供熱技術

3.2.1 大力發展被動式太陽能利用技術

建筑物包括農村住房在設計、施工之初就在考慮節能保溫性能,如節能保溫性能不好,門窗氣密性差,則建筑物本身能耗高。被動式太陽能建筑通過調整建筑朝向、內部空間和外形設置,盡可能降低太陽能建筑本身能耗需求。今后太陽能熱利用技術在建筑中應用會多種多樣,但被動太陽能建筑設計技術是基礎。

我國國土廣闊,不同地方氣候、居民生活習慣、經濟發展狀況差異很大,應根據具體情況確定太陽能利用方式,日照時間長的北部地區和西部貧困地區應大力推廣被動式太陽房提供采暖,同時供應熱水。

3.2.2 太陽能熱水利用和空調相結合

被動太陽能利用方式雖然造價不高,技術簡單,但也存在形式單一,效果也不能完全滿意,陰雨天無法供暖的特點,所以應將太陽能熱水利用和空調相結合起來,這種方式將有良好的應用前景。利用太陽能冬季供暖、夏季制冷,全年供熱水的三聯供技術將是今后太陽能熱利用技術在建筑中應用的發展方向,由于我國太陽能利用尚處于剛剛起步階段,太陽能綜合利用技術尚不成熟,其造價很高,效率也不能完全滿意,政府應提供資金、政策支持,大力扶持太陽能綜合利用技術,使太陽能綜合利用技術得到快速發展。

3.2.3 推進技術進步

開發可適用太陽能供暖、制冷系統的中、高溫太陽能集熱器,太陽能供暖一般在冬季,環境氣溫低,必然導致集熱器的熱損失,為提高效率必然對太陽能集熱器提出更高要求;夏季制冷使用的吸收式制冷機需要高溫水作熱源,這也對太陽能集熱器提出更高要求,而目前我國生產的太陽能集熱器主要還是應用于太陽能熱水利用,其熱利用效率低下,應用于空調制冷或供暖顯得心有余而力不足,所以開發可適用于太陽能供暖、制冷的中、高溫的高效太陽能集熱器尤為關鍵。

大力開發太陽能低溫轉換系統,太陽能集熱器效率隨著運行溫度的升高而降低,所以要降低集熱器和供暖系統溫度,同時我國目前大量使用的集熱器仍屬于低溫集熱器,所以開發太陽能低溫轉換系統有著廣泛發展前景,如近年出現的太陽能低溫地板輻射采暖技術就是絕好的例子。

4 結語

能源緊缺,溫室效應等問題是個世界性難題,尋找新能源降低社會能耗節約能源,走可持續發展道路是我國社會發展的必由之路,太陽能作為一種取之不盡,用之不竭的清潔能源,必將受到大家的重視,太陽能在建筑領域的應用其前景是廣闊的,其所帶來的經濟效益和社會效益也是不可估量的。

[1] 露 露.太陽能供暖系統[DB/OL].新浪新聞,2009-03-14.

[2] 王宏志,王潤強.太陽能熱水器系統在建筑中的應用[J].機械給排水,2009(1):38-41.

[3] 太陽能供暖技術發展簡析[DB/OL].中國能源信息網, 2009-10-19.