太陽能系統在建筑工程中的應用

張宏

引言

在當今社會不斷高速發展的同時，能源危機日益嚴重，煤、石油、天然氣等能源日漸減少，且傳統燃料燃燒對環境所造成的負面影響不容小覷。太陽能作為可再生的清潔能源，將其應用于建筑工程中是十分必要的。甘肅地處我國西北，日照時間長，年太陽能輻射量大，無霜期長，晝夜溫差較大，大部分地方海拔比較高，離太陽比其他地方近，對流層薄，具有豐富的太陽能資源。大力發展太陽能相關產業定會為甘肅經濟發展推波助瀾。

1 太陽能熱水供應系統

目前，太陽能在建筑工程中的應用主要有兩個方面：太陽能熱水供應系統，其次是太陽能發電系統。太陽能熱水供應系統主要分為兩種，一種是在屋面設置集中太陽能熱水供應系統，強制循環將熱水送至各用戶，此類稱為分戶整體式，系統原理圖如圖1所示。該類系統初投資較節省，但不能利用現有的給水管網壓力，將大大耗費電能。

圖1 太陽能熱水系統

另一種是分體壁掛陽臺式太陽能熱水器系統，也稱分戶分體式系統。該類系統優點為：①節省空間，集熱器與儲水箱相分離，解決高層用戶的安裝煩惱；②集熱器可懸掛在陽臺或室外墻體上，減小風阻，美觀大方；③集熱器并不與導管內的水直接接觸，而是通過傳導液將熱能傳導到冷凝端，由冷凝端將熱能傳導到導管內，不會產生水垢；④傳導液屬于專業防凍介質，低溫條件下可正常使用，陽光下兩分鐘便可輸出熱量；⑤水箱內采用聚氨脂發泡為保溫層，保溫性能更佳；⑥儲水箱內配有輔助電加熱系統，即使陽光不足時開啟輔助系統也可正常使用熱水器；⑦儲水箱內的由搪瓷內膽結構組成，將水電隔離，安全可靠；⑧整套系統承壓使用，不會出現儲水箱因缺水而導致水箱空燒現象，使用更安全。缺點：①該系統因其對陽光輻射的依賴性，因此對建筑物的朝向有要求；②由于阻力較大因此要求有較大的給水壓力；③價格高。目前城市里的高層建筑日益增多，傳統的太陽能熱水器正在逐漸被淘汰，新一代的陽臺壁掛太陽能系統定會發揮自己最大的優勢，占領市場。目前在蘭州的和平區，已有住宅小區采用分體壁掛陽臺式太陽能熱水器系統，且運行良好，用戶滿意度較高。

2 太陽能光伏發電技術

太陽能光伏發電技術在建筑物中應用最多的是建筑光伏一體化系統，該系統將太陽能發電機組集成在建筑物的外墻面或屋頂，工作原理幾乎與普通的光伏發電系統相同，區別之處在于太陽能組件一物兩用，既是系統發電機，同時也是建筑物外墻材料的一部分。太陽能光伏發電系統主要是由電池方陣、控制器、蓄電池組、逆變器等設備組成（圖2）。太陽能與建筑巧妙地有機結合，電池板和集熱器均可安裝在屋頂或屋面上，無需占用平地空間，節省資源。

圖2 太陽能發電系統

太陽能光伏系統特點：①節約能源：將太陽能轉換為電能，太陽能作為可再生的清潔能源有取之不盡、用之不竭的特點；②環保：0污染、0噪音、0輻射；③高品位能源；④適用性強：有日照的地方均以使用；⑤靈活：出入電網靈活，既有利改善電力系統的負荷平衡，又可降低線路損耗。⑥建筑美感：太陽能系統與建筑物有機結合，可形成多功能的建筑構件，美觀且實用。

3 總結

太陽能在建筑中的應用并非一項全新的技術，我國早在1977年，就已建成第一幢被動式太陽房，位于甘肅省民勤縣，是一棟具有集熱蓄熱功能的組合式太陽房。后通過國際合作項目，使太陽房得到進一步發展。

我國首座全太陽能建筑坐落在北京，面積達8000m2，該建筑的所有室內能源（熱水、供熱、供電）都由太陽能提供。在建筑南外墻、屋頂等位置均安裝太陽能集熱器，夏季為空調設備提供電能，冬季為采暖提供熱能。

太陽能技術發展前景廣闊，將其應用于建筑物中，定會為綠色建筑的發展貢獻力量。