太陽能技術在智能建筑中的應用

劉運北

【摘 要】我國人口眾多，資源相對不足，環境污染嚴重，已成為經濟和社會發展的重要制約因素。而我國憑借地理位置這一優勢擁有豐富的太陽能資源，與此同時智能建筑領域耗用能源特別多，因此科學合理的把太陽能運用到智能建筑領域對于能源結構改善，經濟高效運行具有重要意義。文章提出在智能建筑領域如何運用太陽能，重點對智能建筑領域應用太陽能進行優勢、問題、機會，威脅這幾個方面進行分析，并且針對遇到的問題提出政策。

【關鍵詞】太陽能；智能建筑；對策

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A

引言

經濟的快速發展，智能建筑的不斷增多，人們對電能的需求越來越大。傳統能源已不是長久之計，積極開發利用新能源應是國家能源利用的首要任務。在十九大報告中習近平總書記也提出了“推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系”的要求。智能建筑能耗在能源消費中占相當大的比重，在發達國家已占到能源消費總量的35%～45%，在我國也已經占到能源消費總量的25%以上。因此在我國的智能建筑領域中，推廣應用太陽能等新能源，可以代替或盡可能減少傳統能源的消耗，現以太陽能為對象展開研究。

1、太陽能在我國的分布

太陽就是一個巨大的核能火爐，想要了解太陽能，就要先了解太陽的能量來源、結構、歷史及壽命，事實上太陽的能量來源于太陽內部的核聚變，也可以叫做太陽輻射能，是一種清潔能源，對環境毫無污染，但是能量卻十分巨大。在我國太陽能利用的前景十分廣闊，這是緣由我國部分地區蘊藏著十分豐富的太陽能資源。（1）我國太陽能資源分布最豐富的地區；在我國太陽能資源分布最豐富的地區有甘肅、寧夏的北部，青海、西藏的西部，以及新疆的東部，在這些地區年太陽能的輻射總量可以達到6680～8400MJ/m2。其中，西藏的西部太陽能資源最為豐富，僅僅少于撒哈拉大沙漠，在世界可以排第二位，日輻射量最高可以達到6.4kWh/m2。（2）我國太陽能資源分布比較豐富的地區；在我國太陽能資源分布比較豐富的地區主要有要寧夏、新疆、內蒙古的南部，山西、河北的北部，青海的東部以及甘肅的中部，平均每年太陽輻射總量能夠達到5850～6680MJ/m2。（3）我國太陽能資源分布量中等的地區；在我國太陽能資源分布量中等的地區，主要有新疆、山西、江蘇、安徽北部，山西、廣東、福建南部，河北、甘肅的東南部，這些地區的太陽能資源年輻射總量能夠達到5000～5850MJ/m2。

2、當前新能源與智能建筑領域的關系

2.1新能源的概念

新能源（NE）：指傳統能源以外的大多數能源方式，如風能、太陽能和地熱能等這種綠色能源形式。目前在中國，能夠被大家無節制循環利用的清潔能源動力有：風能、地熱能、水能、太陽能和生物質能，并且這些新能源可以形成產業。新能源這種新型產業的展開既是凈化環境和愛護生態系統的良好方法，也是我們全人類增補能源動力的重要路徑，更是關系到我們可以繼續發展的能源的最終抉擇。

2.2智能建筑領域的發展

眾所周知，在各種能源消耗中，在智能建筑的建造以及使用過程而產生的能耗占十分大的比重。我們國家是人口大國，加之近些年又放開二孩政策，人口數量在不斷的增長，而隨著經濟的不斷地高速開展，人們也越來越追求高端的生活質量，而與之相對應的其中之一就是住房，這些年來，房屋智能建筑尤其是住宅智能建筑增長的態勢持續保持不下，所以說建材的消耗特別高，傳統的能源的數量是有限的，經不起人們無限的挖掘使用，所以，我們只有找到這些不可再生的傳統能源的代替品來滿足我們的不可避免的需要。

2.3發展應用新能源的必然性

（1）從國內看隨著我國經濟的穩步提高，與之聯系密切的各種企業也在不斷地發展壯大，但是能源作為它們發展的動力已經變得非常的緊缺。因此我們只能摸索探究找到能被我們好好利用還能不斷的能滿足我們生活生產需要的能源，而我國地處北半球，無論春夏秋冬都能取得豐裕的太陽能資源，但是以前我國并沒有借助這么好的條件而去發揮太陽能隱藏的作用，相反我國太陽能資源開發還處于滯后的階段，在此看來，我們應該更進一步對太陽能來進行科學理論化的鉆研，科學正當的使用太陽能。（2）從國際看當不可再生資源像煤炭、電力、石油等不再滿足人們的持續需要，資源和環境壓力的不斷增大，能源問題越來越阻撓國際的社會經濟發展時，越來越多的國家開始開發新能源，實施陽光計劃，尋覓經濟發展的新的加油站，毫無疑義，在將來的社會生活中，可再生能源在能源使用中的位置上可以說不可替代，它將會是被大家公認的最具有發展潛力的新能源方式，而且可再生能源技術的使用將會與整個社會經濟的可持續發展密切相關

3、智能建筑中太陽能應用系統研究

3.1太陽能發電系統

根據太陽能發電原理，目前常用的發電形式有太陽能光熱發電和太陽能光伏發電兩種形式。其中，太陽能光熱發電系統與火力發電的工作原理基本相同，主要依賴太陽能加熱產生高溫高壓的水蒸氣帶動汽輪機旋轉對外做功發電。但此種發電形式需要占用大量土地，且技術復雜，一般在智能建筑中很少使用。這里主要介紹太陽能光伏發電形式，該系統主要由太陽能光伏陣列、充放電控制器、蓄電池組、逆變器、負載及輔助部件構成（圖1）。

圖 1 太陽能光伏發電系統

3.2太陽能照明系統

相比其他能源，太陽光線擁有高效、清潔、安全等特點。根據其利用方式的不同，太陽能照明系統有4種形式：①利用采光板將太陽光反射引入室內，直接利用；②利用導光管或光纖，將太陽光引到室內實現照明；③利用光熱轉換的方法，將熱能發電用于照明；④利用光電轉換的方法，將太陽光直接轉變成電能用于照明。

3.3太陽能熱水系統

太陽能熱水系統主要用于提供熱水或供暖，是太陽能技術利用較為廣泛和成熟的領域。太陽能熱水系統結構組成包括太陽能集熱器、蓄熱水箱、補給水箱、傳熱工質和連接管路等。系統利用集熱器吸收太陽能輻射轉換為熱能并傳遞給傳熱工質，傳熱工質通過自然循環或強迫循環的方式將蓄熱水箱中的水加熱，從而獲得熱水。

3.4太陽能供暖系統

太陽能供暖系統的發展包括2個方向：①通過優化建筑設計僅依靠建筑本身收集太陽能進行供暖；②通過在建筑物中安裝機械設備收集太陽能進行供暖。目前，智能建筑中常將2種方法結合起來使用，形成的太陽能供暖系統形式有太陽能熱水輻射供暖系統、太陽能熱泵供暖系統和太陽能墻供暖系統等。

3.5太陽能制冷系統

太陽能制冷包括光熱轉換制冷和光電轉換制冷2種類型。其中光熱轉換制冷是將太陽能轉換為熱能，利用熱能對外界進行補償使系統維持低溫狀態；而光電轉換制冷是利用太陽能光伏陣列將太陽能轉換為電能，再利用電能驅動壓縮式制冷機進行制冷。由于太陽能光伏電池成本較高、推廣應用較難；因此，目前智能建筑中太陽能制冷系統普遍采用光熱轉換制冷的形式。

結束語

智能建筑因其突出的節能效果已成為目前建筑行業的主要發展方向，同時太陽能技術的應用可明顯減少污染物排放、降低建筑能耗。利用先進的智能化技術可實現太陽能應用系統的監控、管理和優化，并充分發揮其應用功效。因此，將太陽能技術與建筑智能化技術相結合，應用于智能建筑中可以起到更加顯著的節能環保效益。

參考文獻：

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（作者單位：中國恩菲工程技術有限公司）