太陽能在綠色住宅中的應用

卜 楠

（吉林建筑大學研究生學院，吉林 長春 130000）

1 概念

綠色住宅建筑是指在建筑物物理壽命周期內，最大限度和范圍地使用與節約資源，比如節約水電、耗材、空間等，在保護環境的同時減少對環境的污染，給人類提供綠色、健康、和諧的生存環境，合理利用高效能的存儲和使用空間，將自然和人工完美地結合在一起，是綜合現代建筑學、工程力學、環境科學等，把住宅建造成為一個小型的生態系統，讓選擇綠色住宅建筑的居住者享受到生機盎然的自然氣息，使他們居住在舒適安全且節約資源的空間之中。

2 表現類型

2.1 自然通風

自然通風是一種具有十分大的能量的通風方式，可以起到改變室內溫度、濕度、舒適度，提高室內空氣質量和新鮮度的作用。這是人類從古至今采用的一種自然獲取能量的方式。自然通風可在不消耗任何能源的情況下，改善室內的溫度和濕度，并且能夠提供自然新鮮的空氣和更好、更安全的環境，這對于居住在綠色住宅內的居民有非常重要的作用。

自然通風是現代建筑物中最常見的通風方式，其主要實現方式包括：①利用室內外的風速壓力實現自然通風。其實，自然通風的基本動力和原理就是利用風的壓力和熱壓產生的壓強，使得內外壓力平衡，進而通風。②利用熱空氣上升冷空氣下降的原理實現自然通風。開窗或開門通風以后，新鮮而溫度較低的空氣從建筑物底部吸入，進而熱空氣上升、冷空氣回流，這種方式和原理能夠使污濁的熱空氣從室內排出。然而，熱壓的作用和原理其實和室內外溫差有關，溫差越大，通風效果越好。

2.2 雙層圍護結構

雙層圍護結構是當下建筑物普遍采用的一種結構和技術。所謂雙層結構是指雙層或3層及其以上組成的玻璃結構，在玻璃之間形成一定空間的縫隙，即空氣夾層，并且在玻璃縫隙之中設置百頁。在冬天，建筑物的宗旨就是保溫。空氣夾層和百頁之間可形成一個自然的空氣加熱裝置，即保溫裝置，有利于提高建筑外墻的溫度，從而保暖；在夏天，可利用熱壓的原理，將熱空氣不斷地從上方排出，即從雙層玻璃的夾層上部排出，從而使空氣從下方進入，達到換氣的目的，同時能夠保持室內涼爽。

2.3 太陽能

太陽能并不是新型能源，而是任何生物生長的必備能源。從古至今，太陽能都在人類的生活中起著巨大的作用，植物和動物也同樣需要太陽能。太陽能是一個非常寬泛的概念，比如風能、水能、潮汐能等都屬于太陽能。自然能源都來自于太陽能，太陽無時無刻不在其內部進行著聚變反應，從而產生大量的能量，輻射到包括地球的整個宇宙，供給萬物生長。太陽能是永久性能源，可為地球提供源源不斷的能量。可以說，太陽能是取之不盡、用之不竭的。

3 太陽能在住宅中的應用

3.1 太陽能采暖系統

太陽能采暖系統的原理主要是利用蓄熱體吸收太陽輻射的能量，從而給建筑物進行加熱，而根據吸熱體的不同，又將供熱系統分為空氣采暖系統和熱水采暖系統。

3.1.1 空氣采暖系統

空氣采暖系統的蓄熱體媒介指的是空氣，根據是否利用機械的方式獲取太陽能，把適當的建筑設計分為主動式太陽能采暖設計和被動式太陽能采暖設計。①主動式太陽能采暖設計指的是需要通過機械設備獲取太陽能；②被動式太陽能采暖設計是指通過建筑物的朝向及其周圍環境的分布、內部空間的人工處理，加之建筑物材料的選擇和結構的設計，使得綠色建筑物能夠在冬季保持正常的溫度，使建筑物能夠儲存汲取能量，從而維持室內的熱度。被動式太陽能建筑設計的原理，是能夠調節陽光和空氣進入建筑物的時間，進而合理分配冷熱空氣的交替。

空氣采暖方式突破了傳統暖氣供熱的方式，無需消耗不可再生能源，為保護環境、減少環境污染作出巨大貢獻。直接受益式是比較早采用的一種方式，它通過玻璃對陽光的吸收，使室內保持一定的溫度，其原理是能夠使地板和墻壁共同蓄熱。換言之，直接受益式可以把整個太陽能房間當成一個儲存太陽能的空間。在有陽光時，太陽能透過玻璃進入房間，地板和墻壁吸收熱量，其表面溫度上升，通過熱傳導作用，將一部分熱量傳遞給空氣，并通過對流的方式與室外進行空氣傳遞，完成蓄能。而另一部分熱量傳遞到內部進行儲存，以輻射的方式與其內部結構進行熱交換，使整個房間都具有能量；而在沒有陽光時，被吸收了的太陽能將會釋放出來，維持室內溫度高于室外溫度。

同時可利用重型結構墻儲存和傳導熱量的方式獲取輻射熱，這種結構墻的表面涂有吸收熱量的涂層，并且在其頂部和底部都有通風口，能夠在其獲取熱量的同時保持室內通風，一舉兩得。通過這種方式獲得的能量儲存時間更久、熱量更高，并且室內外溫度不同，能夠使室內保持新鮮空氣，有利于人的身體健康。

3.1.2 熱水采暖系統

太陽能熱水采暖系統是指以太陽能為基本能源，同樣通過媒介吸收太陽能，此處的媒介指的是集熱器，再以水為另外的媒介進行采暖。它與空氣采暖的最大區別在于媒介的不同。然而，太陽能并不是特別穩定。在我國南方的一些地區，梅雨天氣為常見天氣，所以太陽能供熱并不穩定。為彌補不足，可采用太陽能熱泵等新型技術模擬太陽能。

太陽能熱水輻射采暖的熱媒是溫度為30～60℃的低溫熱水，這就使利用太陽能作為熱源成為可能。按照使用部位的不同，可分為太陽能頂棚輻射采暖、太陽能地板輻射采暖等，太陽能地板輻射采暖目前使用較為普遍。

3.1.3 太陽能地板輻射采暖

太陽能地板輻射采暖是一種將集熱器采集的太陽能作為熱源，通過地板上的加熱系統進行采暖，這種采暖系統是將整個地面作為媒介或散熱面，傳播方式也主要以輻射散熱為主，這種熱量傳播能夠使整個空間內的熱度保持在一個平穩的狀態，并且能夠將儲存的大多數能量傳遞給空氣，也是一種采暖選擇方式。

3.2 太陽能熱水系統

太陽能應用和供熱系統有很多，而在所有技術中，最成熟且應用最廣泛的是太陽能熱水器，在我國，太陽能熱水器已有20多年的發展歷史，技術已相當成熟，所以得到廣泛推廣，并且國內現在很多公司都在推廣太陽能熱水系統。太陽能熱水器的工作原理是將如平板式集熱器、玻璃真空管等集熱元件與蓄熱容器的控制系統及完整的保溫系統和防護系統集于一身，使太陽能轉化為日常所需要的熱能。這種能源的優點同樣是無污染、安全，對環境沒有損害，并且不會消耗不可再生能源。同時，整個太陽能加熱系統占地面積非常小，外體可掛在墻壁上，加熱速度快，可節約空間和時間。

3.3 太陽能光伏電池板

太陽能發電是指無需通過熱過程直接將光能轉變為電能的發電方式。太陽能發電包括光伏發電、光化學發電、光感應發電和光生物發電。光伏發電是利用半導體電子器件有效吸收太陽輻射能，并使之轉變成電能的直接發電方式，是當前太陽能發電的主流。通常所說的太陽能發電就是指太陽能光伏發電，亦稱太陽能電池發電。太陽能電池工作原理是半導體PN結的光生伏特效應，即當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態發生變化產生電動勢和電流的一種效應。當太陽光或其他光照射半導件的PN結時，會在PN結的兩邊出現電壓，叫作光生電壓，使PN結短路，就會產生電流。

太陽能系統與整棟建筑物融為一體，其作用不僅能夠改善建筑內部環境，也能改變建筑外觀，給居民以視覺沖擊。隨著經濟社會的發展，人類對于美好生活的追求不只是解決溫飽，還要追求幸福感，所以在各方面的審美都有所提高，這也對建筑設計有了更高的要求和追求。

4 結語

通過對綠色建筑的概念和表現進行闡述，著重介紹太陽能在現代住宅中的應用。太陽能的應用非常廣泛，并且很多太陽能的應用系統已非常成熟，可以說是人類居住的必備能源。太陽能是環境友好型能源，也是永久性能源，且不會造成環境污染，有利于人類的健康生活。