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摘 要:太阳能资源丰富、清洁和无污染性,在环保、节能方面显示出无与伦比的优越性。在能源短缺的大环境下,太阳是目前最重要的能源。本文就太阳能技术应用于建筑电气各系统进行阐述。
关键词:太阳能技术 建筑电气 应用
中图分类号： TK51 文献标识码： A 文章编号：
1 太阳能技术在建筑电气中的发展概况
在太阳能建筑的综合利用上,国外的理论与实践发展较早。美国早在20世纪80年代中期就开始对太阳能光热发电、光伏发电、太阳能建材化、太阳能建筑一体化等方而进行了大量的研究,并于1997年实施了“百万太阳能屋顶计划”,每年可减少二氧化碳排放量约351万吨;日本从1997年起也在积极推行的“太阳能房屋计划”,至2003年约有5万户居民安装了太阳能电池板,并从2010年起要求所有新建房屋都要利用太阳能供电。
我国的太阳能建筑应用研究相对于发达国家来说起步较晚,开始于上世纪70年代末,80年代才重点发展了被动式太阳能采暖技术,并建成了数百座太阳能采暖示范建筑。90年代末,我国在太阳能技术综合应用上开始有了长足发展,建成了多座包含太阳能光热、光电转换技术的公共建筑和住宅。目前我国对太阳能采暖和太阳能热水器的研究比较深入,应用也比较广泛。相对而言,发电和制冷方面技术复杂,造价较高,推广与应用都受到了一定的限制。
2 太阳能在建筑电气中的应用
2.1 太阳能热水器
热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。1998年世界太阳能热水器的总保有量约5400万平米。二十一世纪的今天热水器仍然是太阳能热利用的最主要市场之一。
2.2太阳能采暖
太阳能采暖技术总体上可以分为两大类:被动式和主动式,其中每类都包括多种形式。在设计和使用时往往采用不同形式相结合,以求合理与最优化。
(l)被动式太阳能采暖设计
被动式太阳能采暖设计是通过建筑朝向和周围环境的合理分布、内部空间和外部形体的巧妙处理、以及建筑材料和结构构造的恰当选择,使其在冬季能集取、保持、储存、分布太阳热能,从而解决建筑物的采暖问题。该设计的基本思想是控制阳光和空气在恰当的时间进入建筑并储存和分配热空气。其设计的基本原则是要有有效的绝热外壳,有足够的集热面积,室内布置尽可能多的储热体,以及主次房间的平面位置合理。其典型的设计形式如图l所示。
主动式太阳能采暖设计
主动式太阳能采暖设计是以太阳能的集热器、管道、散热器、风机或泵以及储热装置等组成强制循环的太阳能采暖系统。相对于被动式系统而言,主动式系统较为复杂,造价较.高,多用于大型公共建筑,其典型的设计形式如图2所示。
2.3 太阳能光伏技术太阳能光伏技术是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的技术。建筑光伏集成具有多功能和可持续发展的特征,建筑物的外壳能为光伏系统提供足够的面积,不需要占用太多的土地,省去光伏系统的支撑结构;光伏阵列可以代替常规建筑材料,从而节省安装和材料费用,例如常规外墙包覆装修成本与光伏组件成本相当;光伏系统的安装可集成到建筑施工过程,降低施工成本;在用电地点发电,避免传输和配电损失,降低了电力传输和配电的投资和维修成本;集成设计使建筑更加洁净、完美, ,更容易被专业建筑师和广大用户接受。太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例。
2.4 太阳能照明技术
太阳能光伏技术已广泛应用在交通、建筑、农林等各个行业中。尤其在照明工程中,更是大放异彩
太阳能电池板作为发电系统,让电池板电源经过大功率二极管及控制系统给蓄电池充电,用蓄电池电源控制系统内设的自动保护系统动作,电池板自动切断电源,实行自动保护。到晚上,太阳能电池板又起到了光控作用,给控制系统发出指令,此时控制系统自动开启,输出电压,使各式灯具达到设计的照明效果。并可调节所需的照明时间。太阳能亮化技术具有一次性投资、无长期运行费用、安装方便、免维护、使用寿命长等特点,不会对原有植被、环境造成破坏,同时也降低了费用,节约能源。
(2)太阳能走廊灯由太阳能电池板供电。太阳能安装在天台或屋面,用专用导线传送到每层走道和楼梯口。系统采用声、光感应,延时控制。白天系统充电、夜间自动转换开启装置,当探测到有人走动信息后,自动启动亮灯装置,并延时3～5分钟后自行关闭。当楼内发生突发事故如火灾、地震等切断电源或区域停电时,仍可连续供电3～5小时,可以作为应急灯使用,在降低费用的同时体现了人性化的设计理念。
(3)由多片单晶硅太阳能光电池组合而成的电池板,经过太阳光的照射之后产生光电效应而发出直流电,再由系统中的电源转换器将直流电转换成一般电器所需的交流电,经由配电系统供照明、空调等系统使用,以及蓄电池储存电力,尚可提供防灾紧急用电需求。建筑物的墙面和屋顶的PV组件的造型、色彩、建筑风格与建筑物结合,与周围的自然环境整合,以期达到完美的协调。
2.5太阳能发电
太阳能光热发电不仅要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。例如，上海世博会中国馆的 60 m 观景平台四周采用特制的透光型“双玻组件”太阳能电池板，用这种“双玻组件”建成的玻璃幕墙，既具有传統幕墙的功能，又能够将阳光转换成清洁电力。主题馆屋面铺设了面积约 26 000 m2的多晶太阳能组件，面积巨大的太阳能电池板让主题馆的装机容量达到了2825 kW，而大菱形平面相间隔的铺设方法也同时保证了屋面的美观。两座场馆投入使用后的光伏电站将成为我国乃至亚洲单体建筑最大的光伏建筑一体化电站。世博园区太阳能发电能力将达到4.5 MW，相当于一年可节电 450 万 kW，减排二氧化碳约 4 100 t，是人类利用绿色科技的范本。除此之外，众多的建筑设计师们提出了“太阳能与建筑一体化”的建筑设计理念，通过太阳能替代现有能源，通过在建筑结构墙面设计中嵌入太阳能墙板、玻璃幕墙与太阳能板结合，以及屋面板，使太阳能材料与建筑结构有机结合，使其成为建筑结构中一分子，并且同步建筑施工设计、建筑施工安装，使其与建筑工程完美结合，达到太阳能与建筑一体化的效果。“太阳能与建筑一体化”有诸多优点，如有效利用建筑外表面、无需额外用地或者加建其他设施、节约外饰面材料、缓解电力需求、降低夏季空调负荷、改善室内热环境等
2.6 太阳能制冷、制热系统技术
利用太阳能制冷、制热是太阳能利用的一个重要内容。该系统和常规的制冷、制热系统相比，可利用再生能源、高效节能、可分区段分时段管理、无污染，可广泛应用于商业、写字楼、住宅、学校、医院等建筑物。太阳能制冷系统主要分为压缩式制冷、喷气式制冷和吸收式制冷这 3 个类型。从热力学角度来看，这三类的工作原理基本相同，即太阳能集热器提供热媒如蒸汽为制冷机制冷做准备。太阳能制冷系统有着很大的优点，因为夏季太阳能的提供与制冷空调的需求有很好的一致性，而制冷耗能占建筑耗能的很大份额，太阳能制冷虽然不能完全满足制冷能耗的要求，但也可以在很大程度上缓解能源高峰时段的分配紧张的状况。由于传统制冷系统所消耗的电能(发达国家的空调能耗占全年民用能耗 25%)给能源、电力和环境带来了很大压力，因此，利用太阳能替代常规能源驱动空调系统对节能和环保具有十分重要的意义。
结束语
能源是国民经济中与环境密切相关的重大问题,节能和环保是实现可持续发展的关键,不仅要看到其技术经济的可行性,而且要重视其环境效益和考虑其对社会可持续发展的贡献;开发利用太阳能是远有前景,近有实效的事业。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化,太阳能技术各个领域都将得到广泛的应用,也将极大地推动我国“绿色工程”的快速发展。
【参考文献】
［1］夏云，夏葵，施燕．生态与可持续建筑[M]．北京：中国建筑工业出版社 ，2001：25－54．
［2］英格伯格·弗拉格等编，李宝峰译．建筑+技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，2003：38－43．
［3］李海英，白玉星，高建岭，等．生态建筑节能技术．北京 ：中国电力出版社 ，2007：202－209．
太阳能资源具有数量巨大、时间长久、普照大地、洁净安全等优点
关键词:太阳能技术 建筑电气 应用
中图分类号： TK51 文献标识码： A 文章编号：
1 太阳能技术在建筑电气中的发展概况
在太阳能建筑的综合利用上,国外的理论与实践发展较早。美国早在20世纪80年代中期就开始对太阳能光热发电、光伏发电、太阳能建材化、太阳能建筑一体化等方而进行了大量的研究,并于1997年实施了“百万太阳能屋顶计划”,每年可减少二氧化碳排放量约351万吨;日本从1997年起也在积极推行的“太阳能房屋计划”,至2003年约有5万户居民安装了太阳能电池板,并从2010年起要求所有新建房屋都要利用太阳能供电。
我国的太阳能建筑应用研究相对于发达国家来说起步较晚,开始于上世纪70年代末,80年代才重点发展了被动式太阳能采暖技术,并建成了数百座太阳能采暖示范建筑。90年代末,我国在太阳能技术综合应用上开始有了长足发展,建成了多座包含太阳能光热、光电转换技术的公共建筑和住宅。目前我国对太阳能采暖和太阳能热水器的研究比较深入,应用也比较广泛。相对而言,发电和制冷方面技术复杂,造价较高,推广与应用都受到了一定的限制。
2 太阳能在建筑电气中的应用
2.1 太阳能热水器
热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。1998年世界太阳能热水器的总保有量约5400万平米。二十一世纪的今天热水器仍然是太阳能热利用的最主要市场之一。
2.2太阳能采暖
太阳能采暖技术总体上可以分为两大类:被动式和主动式,其中每类都包括多种形式。在设计和使用时往往采用不同形式相结合,以求合理与最优化。
(l)被动式太阳能采暖设计
被动式太阳能采暖设计是通过建筑朝向和周围环境的合理分布、内部空间和外部形体的巧妙处理、以及建筑材料和结构构造的恰当选择,使其在冬季能集取、保持、储存、分布太阳热能,从而解决建筑物的采暖问题。该设计的基本思想是控制阳光和空气在恰当的时间进入建筑并储存和分配热空气。其设计的基本原则是要有有效的绝热外壳,有足够的集热面积,室内布置尽可能多的储热体,以及主次房间的平面位置合理。其典型的设计形式如图l所示。
主动式太阳能采暖设计
主动式太阳能采暖设计是以太阳能的集热器、管道、散热器、风机或泵以及储热装置等组成强制循环的太阳能采暖系统。相对于被动式系统而言,主动式系统较为复杂,造价较.高,多用于大型公共建筑,其典型的设计形式如图2所示。
2.3 太阳能光伏技术太阳能光伏技术是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的技术。建筑光伏集成具有多功能和可持续发展的特征,建筑物的外壳能为光伏系统提供足够的面积,不需要占用太多的土地,省去光伏系统的支撑结构;光伏阵列可以代替常规建筑材料,从而节省安装和材料费用,例如常规外墙包覆装修成本与光伏组件成本相当;光伏系统的安装可集成到建筑施工过程,降低施工成本;在用电地点发电,避免传输和配电损失,降低了电力传输和配电的投资和维修成本;集成设计使建筑更加洁净、完美, ,更容易被专业建筑师和广大用户接受。太阳能光伏系统和建筑的完美结合体现了可持续发展的理想范例。
2.4 太阳能照明技术
太阳能光伏技术已广泛应用在交通、建筑、农林等各个行业中。尤其在照明工程中,更是大放异彩
太阳能电池板作为发电系统,让电池板电源经过大功率二极管及控制系统给蓄电池充电,用蓄电池电源控制系统内设的自动保护系统动作,电池板自动切断电源,实行自动保护。到晚上,太阳能电池板又起到了光控作用,给控制系统发出指令,此时控制系统自动开启,输出电压,使各式灯具达到设计的照明效果。并可调节所需的照明时间。太阳能亮化技术具有一次性投资、无长期运行费用、安装方便、免维护、使用寿命长等特点,不会对原有植被、环境造成破坏,同时也降低了费用,节约能源。
(2)太阳能走廊灯由太阳能电池板供电。太阳能安装在天台或屋面,用专用导线传送到每层走道和楼梯口。系统采用声、光感应,延时控制。白天系统充电、夜间自动转换开启装置,当探测到有人走动信息后,自动启动亮灯装置,并延时3～5分钟后自行关闭。当楼内发生突发事故如火灾、地震等切断电源或区域停电时,仍可连续供电3～5小时,可以作为应急灯使用,在降低费用的同时体现了人性化的设计理念。
(3)由多片单晶硅太阳能光电池组合而成的电池板,经过太阳光的照射之后产生光电效应而发出直流电,再由系统中的电源转换器将直流电转换成一般电器所需的交流电,经由配电系统供照明、空调等系统使用,以及蓄电池储存电力,尚可提供防灾紧急用电需求。建筑物的墙面和屋顶的PV组件的造型、色彩、建筑风格与建筑物结合,与周围的自然环境整合,以期达到完美的协调。
2.5太阳能发电
太阳能光热发电不仅要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。例如，上海世博会中国馆的 60 m 观景平台四周采用特制的透光型“双玻组件”太阳能电池板，用这种“双玻组件”建成的玻璃幕墙，既具有传統幕墙的功能，又能够将阳光转换成清洁电力。主题馆屋面铺设了面积约 26 000 m2的多晶太阳能组件，面积巨大的太阳能电池板让主题馆的装机容量达到了2825 kW，而大菱形平面相间隔的铺设方法也同时保证了屋面的美观。两座场馆投入使用后的光伏电站将成为我国乃至亚洲单体建筑最大的光伏建筑一体化电站。世博园区太阳能发电能力将达到4.5 MW，相当于一年可节电 450 万 kW，减排二氧化碳约 4 100 t，是人类利用绿色科技的范本。除此之外，众多的建筑设计师们提出了“太阳能与建筑一体化”的建筑设计理念，通过太阳能替代现有能源，通过在建筑结构墙面设计中嵌入太阳能墙板、玻璃幕墙与太阳能板结合，以及屋面板，使太阳能材料与建筑结构有机结合，使其成为建筑结构中一分子，并且同步建筑施工设计、建筑施工安装，使其与建筑工程完美结合，达到太阳能与建筑一体化的效果。“太阳能与建筑一体化”有诸多优点，如有效利用建筑外表面、无需额外用地或者加建其他设施、节约外饰面材料、缓解电力需求、降低夏季空调负荷、改善室内热环境等
2.6 太阳能制冷、制热系统技术
利用太阳能制冷、制热是太阳能利用的一个重要内容。该系统和常规的制冷、制热系统相比，可利用再生能源、高效节能、可分区段分时段管理、无污染，可广泛应用于商业、写字楼、住宅、学校、医院等建筑物。太阳能制冷系统主要分为压缩式制冷、喷气式制冷和吸收式制冷这 3 个类型。从热力学角度来看，这三类的工作原理基本相同，即太阳能集热器提供热媒如蒸汽为制冷机制冷做准备。太阳能制冷系统有着很大的优点，因为夏季太阳能的提供与制冷空调的需求有很好的一致性，而制冷耗能占建筑耗能的很大份额，太阳能制冷虽然不能完全满足制冷能耗的要求，但也可以在很大程度上缓解能源高峰时段的分配紧张的状况。由于传统制冷系统所消耗的电能(发达国家的空调能耗占全年民用能耗 25%)给能源、电力和环境带来了很大压力，因此，利用太阳能替代常规能源驱动空调系统对节能和环保具有十分重要的意义。
结束语
能源是国民经济中与环境密切相关的重大问题,节能和环保是实现可持续发展的关键,不仅要看到其技术经济的可行性,而且要重视其环境效益和考虑其对社会可持续发展的贡献;开发利用太阳能是远有前景,近有实效的事业。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化,太阳能技术各个领域都将得到广泛的应用,也将极大地推动我国“绿色工程”的快速发展。
【参考文献】
［1］夏云，夏葵，施燕．生态与可持续建筑[M]．北京：中国建筑工业出版社 ，2001：25－54．
［2］英格伯格·弗拉格等编，李宝峰译．建筑+技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，2003：38－43．
［3］李海英，白玉星，高建岭，等．生态建筑节能技术．北京 ：中国电力出版社 ，2007：202－209．
太阳能资源具有数量巨大、时间长久、普照大地、洁净安全等优点