試分析建筑節能中太陽能的應用

【摘要】本文對太陽能建筑作了簡要介紹，再列舉了光電轉換和光熱轉換這兩種太陽能利用技術，最后再從主動式太陽能建筑和被動式太陽能建筑這兩方面具體分析了太陽能在建筑節能中的應用，以期為建筑節能中的太陽能應用提供理論參考。

【關鍵詞】節能建筑；太陽能；應用

引言

近年來，能源問題越發突出，各界都在積極探索節能措施，節能已然成為了一個熱點話題。據相關調查顯示，建筑行業的耗能量在社會總耗能量中所占的比重極高，已達35%。由此可見，要想緩解能源危機，必須從實現建筑節能開始。太陽能是一種清潔的可再生能源，相較其他能源而言，更具利用優勢，科學技術的日臻成熟也使其倍受青睞。尤其是在建筑領域，太陽能的應用愈發廣泛。我國經濟在快速發展的同時給能源問題帶來了新的挑戰，能源危機日益嚴重。建筑業是一個耗能較高的行業，為保障國民經濟快速穩健的發展，發展節能建筑就顯得尤為重要。太陽能是節能建筑中應用最為廣泛的能源之一。

1、太陽能建筑介紹

太陽能建筑是一種節能效果非常好的建筑，其原理是利用太陽能的光和熱，實現建筑物節能。科學技術水平的發展，使得人們對太陽能的利用程度越來越高，建筑領域因其能耗量高的特點而廣泛應用了太陽能。在這個過程中，建筑物一改耗能主體的地位，成為能源系統的一個關鍵組成部分，發揮出了明顯的節能作用。此處，建筑的能量系統有主動和被動之分，二者的功能和作用大不相同。前者主要反映了作為可再生能源的太陽能，在整個過程中對建筑所使用的能耗以及實現的二氧化碳（CO2）減排的具體貢獻率。而后者主要表現的是建筑環境與建筑相關的被動供能的能力這二者的熱舒適度。太陽能建筑具有節能和環保的優勢特點，被社會各界廣泛認為是未來建筑發展的必然趨勢。從節能方面講，建筑行業很有可能在未來實現零耗能。從環保方面講，太陽能的能量消耗完全不會對地球家園造成污染。由此可說，人類未來的生活離不開太陽能，太陽能將成為最重要、也最主要的能源，太陽能建筑是將節能意識落到具體實處的重要措施。從整體上講，太陽能建筑將光熱和光伏等現代科技與人類住宅建筑緊密聯系了起來，從某種意義上講，可以說是實現了彼此之間的和諧應用，這一應用在無形中傳播了生態設計理念，改變了人們對傳統的建筑節能的認識。

太陽能在現代建筑中的應用較為成熟，具體表現在如下三個方面。

首先，其充分利用了建筑本身的日照環境，并對其加以控制，使家庭成為了一個小型的能源中心。通過已經形成的梯級用能系統，使居室的衛生得到保證，小氣候得到改善，進而提高居室居住的舒適度。

其次，建筑的自然采光也被納入節能范疇，對自然采光的利用可以在一定程度上降低因為人工照明所將會產生的能耗，進而使住宅居室內的光環境得到改善，滿足人們多樣化需求。

最后，建筑本身在此過程中已經成為了一個集能系統，能夠自主供給能源，進而實現能源自助。該集能系統中不乏各類可再生能源或其他新能源。

2、太陽能利用的相關技術

2.1光電轉換

光電轉換需要借助太陽電池才能完成，通過太陽電池，太陽輻射出的光能就能夠被直接轉換成為可被利用的電能，也就是所謂的光伏效應。太陽電池是采用半導體材料（硅、有機半導體、化合物半導體等材料）根據光伏效應的原理設計而成。單晶硅太陽電池是一種轉換效能極高的太陽電池，據實驗室的相關數據報道，其光電效率已經能夠達到24.7%及以上，尤其是在聚光條件下，其光電效率甚至可達到27.8%及以上。相較單晶硅太陽電池而言，薄膜硅電池的材料更加廉價，其效率在9%—16%，相對較低。但是其也有優點，比如能耗量更低、制造更加簡潔、成本更低等，可見，其也是具有極大地發展潛力的。除此之外，還有聚光電池和多節電池等，多隨著節能事業的發展而逐漸受到重視。

2.2光熱轉換

光熱轉換主要是將太陽的輻射能轉換成為熱能，成本更低，該技術實施起來也更為容易，更具適用性，因此被適用于世界大部分國家之中。隨著能源危機的加重和節能意識的增強，利用太陽能熱力進行發電已經成為了世界科研的重要主題之一。在該系統中，常規的鍋爐被太陽能的集熱設備替代，發電機被太陽能熱力系統帶動，由此實現發電。但是，該技術會受到太陽分散性及間斷性的影響。因此，如果要采用該技術，通常情況下都會配備必要的輔助系統以確保供能的穩定性和連續性。對那些功率較大的太陽能熱力發電系統而言，占地面積極大，在城市建筑中實施起來較為困難。

3、建筑節能中的太陽能應用

3.1主動式的太陽能建筑

蓄熱器、集熱器、風機、管道和泵等是太陽能建筑中比不可少的設備，將這些設備設置到建筑中，便可實現對太陽能的收集、存蓄以及輸配。這些設備由此形成了一個完整的太陽能系統，該系統內的各組成部分都是能夠進行控制的，進而使室溫滿足人們的需求。此處，太陽能在建筑中的應用需要注意以下兩點。

3.1.1太陽能應用系統。是指通過太陽輻射而實現的可供給的生活用水的取熱和制冷。在我國，太陽能熱水器的應用極為廣泛，這可以說是太陽能取熱系統應用的最好體現。其具體做法如下所示。第一步，將太陽能集熱器安裝至屋頂，并在該取熱應用系統中配備諸如供熱水箱、集熱循環水泵、輔助蓄熱水箱等設備。其中，在安裝地板輻射采暖盤管時，必須現在地面鋪設保溫層，然后再鋪上聚乙烯塑料盤管。最后才是對地面面層進行操作。通過盤管的熱媒水在通過房間之后便會但熱，溫度就會隨之下降，之后，其會再次返回至蓄熱水箱，在集熱泵的協助下回傳至太陽能集熱器，再次重新進行加熱。在陰天或者夜間時，難免會出現太陽熱能不足的情況，這個時候就需要借助輔助熱源加熱系統以保證持續正常供暖。

3.1.2太陽能光電系統。是指太陽能的光伏發電，通過一定技術將太陽輻射直接轉換成為可供利用的電能實現建筑的清潔能源供給。在這個過程中，必須要用到光伏板，將光伏板暴露在陽光下，使其產生直流電。制作光伏板發電裝置的大多是諸如硅之類的半導體制成，并且光伏電池本身不會自行活動，所以通常情況下耗損較少，使用時間普遍較長。對簡單的光伏電池而言，其還有一個作用，即能夠為手表或者計算機提供能源，而那些較為復雜的光伏系統，則被應用于為房屋提供照明，也能夠實現電網供電。一般而言，光伏板的各個組件具有不同的形狀，這些組件之間能夠相互連接，促進電力產生。近年來，光伏板組件的應用愈發廣泛，建筑物表面、天臺、天窗或其他遮蔽裝置中都有使用。

3.2被動式的太陽能建筑

建筑朝向以及周圍環境都是被動式太陽能建筑的影響因素，只有當二者處于合理布局的狀態，被動式太陽能建筑才能發揮作用。除此之外，對建筑的內部空間以及外部空間形體（下轉192）（上接168）的處理也很重要。因為被動式太陽能建筑主要是建立在建筑及其建筑內部配置基礎之上的，其中任一組成部分出現問題，都會影響太陽能的采集效果，進而不能使太陽能的作用得到很好發揮。被動式太陽能建筑要求建筑的屋頂、窗和墻等構件以一種完全自然的方式相互配合，在不同的季節，對居室內的氣候進行調節，以使其產生冬暖夏涼的效果。其基本設計原則主要有兩個：

3.2.1一定是要考慮到冬天光照少的特點，建筑的設計必須要使冬天的太陽輻射更夠得到最大限度的利用，實現熱取暖。此外，通風滲透和進行結構維護也會在一定程度上造成熱損失，在設計時，也不能忽略這兩個因素。

3.2.2夏天時，太陽本身的輻射較多，建筑內設備也會因為人員的有意操作而散熱，造成熱量過多的狀況，所以在設計時，一定要以盡量減少夏天的熱量為目標。直接受益式、附加陽關間式、集熱蓄熱墻式等都是非常常見的集中被動式太陽能建筑，“溫室效應”是其具體的工作機理。以下是對集中常見的被動式太陽能建筑的應用簡介。

第一種，直接受益式。在該過程中，陽光能夠直接對采暖房間進行加熱。在白天時，太陽能是以光能的形式存在的，光能直接照射到具有極強儲熱作用的內墻或者地板之上。在晚上時，儲存到內墻和地板之間的熱量對流，釋放出傳導和輻射，達到維持室溫的目的。

第二種，附加陽光間式。對陽光間的建造具有一定要求，必須在建筑體的頂層或者南側，以便能夠得到更多的光照。在此過程中，要保證其外部環境的溫度始終比內部溫度低。這樣一來，房間在白天就能夠接收到足夠的熱能，同時，這些熱能還可以對房間在夜間的熱量起到一定的緩沖作用，減少其熱量損失。

4、結束語

光電轉換及光熱轉換等太陽能利用技術的進步能在一定程度上提高太陽能的利用效率。作為一種可再生的清潔能源，太陽能的利用對節能的重要性顯而易見。由此可說，太陽能在高耗能的建筑領域中的應用前景非常廣闊。

參考文獻：

[1]劉業鳳，等.太陽能光熱技術在建筑節能中的應用[J].建筑熱能通風空調，2001，06：39-41+69.

[2]李淼，等.論太陽能技術在建筑節能中的應用[J].建筑設計管理，2012，11：57-58+69.

[3]高松鶴，等.太陽能在建筑節能中的應用[J].低溫建筑技術，2007，01：111-112.

[4]俞光明.淺論太陽能應用與建筑節能[J].能源與環境，2009，05：82-84.