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【摘 要】 太阳能是取之不尽的清洁能源,在建筑工程中应用包括被动应用、主动应用和综合应用几种途径。本文对太阳能的应用技术进行介绍。
【关键词】 太阳能利用;热水系统;空调系统;供电储能技术
【中图分类号】 TU832.17 【文献标识码】 D【文章编号】 1727-5123(2010)02-067-02
Application of solar technology in residentials
【Abstract】 Solar energy is inexhaustible, clean energy, in construction applications include application of passive, active applica-
tions, and integrated application of several ways. This paper introduces solar energy application technology.
【Key words】 Solar energy utilization;Hot water systems;Air conditioning system;Power supply energy storage
太阳能在民用建筑中的技术应用包括被动应用,主动应用和综合应用几种途径。被动应用是通过建筑物结构,朝向,布置形式及相关材料的应用进行集取,储存和分配太阳能。主动应用是以太阳能集热器与储热器,泵和散热器等组成的太阳能生活热水及采暖系统,与吸收式或者吸附式制制冷机组成的太阳能空调及供热系统。综合应用是将太阳能光热光伏技术充分用于建筑的采暖、空调、照明、电器用电等,其中包括了太阳能的被动应用和主动应用,从而实现舒适和零能耗的理想生活环境,目前来说这是一种最为理想的太阳能利用方式。
在民用建筑设计中太阳能利用,与建筑工程设计之间一直存在着密切的关系,例客厅,卧室的外窗户绝对多数朝南向,既能获取充分的太阳光又实现良好的自然通风功能,而且北方的住宅楼南向的窗户一般比北向的要大,这样设计既保证了主要用房更多的见到阳光,又利于身体健康及节能。当然窗户只是一种原始最简单的太阳能利用形式,伴随着太阳能技术的快速发展,更新的太阳能应用技术会应用在普通建筑工程中。
1太阳能技术应用的适应性
1.1适用于广大的农村生活。当前就广大的农村来说,冬季采暖和日常做饭大多数仍然是烧煤和烧各种柴草,烧煤常常是家里保持不了干净,而烧柴草则对自然环境日积月累的破坏是严重的。许多地方因树木砍伐去烧火做饭,造成水土流失,地表植被破坏而石头暴露出来,茺漠化现象日趋严重,使生态生存环境更是变差,广大农村百姓迫切需要一种新的替代能源来提高生活质量。而取之不尽的太阳能产业的发展,将从根本上解决这一大问题,农村住宅的结构特点也适合安装太阳能设备。原因是太阳辐射的能量密度较低,一般在夏季阳光照射时,在太阳能资源较丰富的地区,地面上接受的太阳辐射度也只有500～1000W/m2。因此在开发利用太阳能时,采光面积需要较大。而农村住宅多数是平房,也有少数是二层楼房,超过3层的房屋较少,多是独门独院,整个屋面和大部分墙面都可以做为采光面,具备较大的采光集热面积,对太阳能产品的有效利用提供了较大优势,太阳能热水器、太阳能空调、太阳能照明、供电和太阳灶等都有较大的应用空间。
1.2城市居住建筑同样适用太阳能。对于广大城市普通居民来说,采用太阳能热水器是利用太阳能最好的方式。现在的民用建筑结构比较适合使用太阳能技术,因为随着建筑节能设计标准在全国的广泛应用,建筑外围护结构都采用了保温节能材料。就北方民用建筑冬季采暖来说,本身采暖能耗就降低了接近一半,而且住宅敷设地暖采暖已成为一种发展方向,地暖采暖要求供水温度35～50℃,太阳能热水器所获得的热水温度完全能满足使用要求。同时随着经济体制的改革和发展,劳动人口的流动量越加频繁,对于许多居住稳定性差,收入偏低的一些家庭,安装使用太阳能热水器是一种最好的选择。对家庭而言可以节省费用,对社会讲减少了对环境的污染,现在的建筑节能起到了以点带面的社会效应。
2太阳能热水系统的相关技术
2.1太阳能热水系统的构成。太阳能热水系统是由太阳能集热系统和热水分配管线所构成。集热系统的主要部件有太阳能集热器、辅助热源、储热水箱、循环泵、循环管线、控制系统和线路等。热水分配管线由配水循环管线,控制阀门和热水计量表等部件组成。热水管系统由太阳能真空集热管在晴天阳光下辐射热晒到40～85℃的热水,进入储热水箱,再由水箱进入热水管道系统,流至每需用户的分支管道供不同用途的使用。
2.2热水系统在多层住宅中的应用。一般太阳能集热器,储热器设在多层建筑的屋顶上,这样不影响或很少影响建筑物外观,热水分配管路与土建结合,将各分户的上下冷热水管,辅助加热线等设在管道井内。太阳能集热器就安装形式上看有两种:一种是住户自己安装,个人管理和使用,这种方式比较方便,住户之间矛盾也较少。但太阳能热水器在屋顶布置零乱,外观不好看。假如整幢楼房全部安装也有一些困难,屋顶面积相对有限,也达不到美观和谐的要求。还有一种是以住宅单元为安装对象,一个住宅单元安装一个太阳能热水器供本单元所有住户用,每个单元太阳能热水器系统是独立的,本单元管道井内的给水立管上引入冷水管道,被加热后的热水管道在管道井内不同高度分支进入用户家中。在屋顶安装太阳能热水器时,要关注集热器的平面位置,尽量减少水平管线的长度。
2.3热水系统在高层住宅中的应用。当建筑物层数在12层时,如果每个单元集中安装一个太阳能热水器,存在太阳能热水器储热水箱设置有些过大难度。如果每个单元集中安装两个太阳能热水器供用户,则设计方法是相同的。当层数过多时对于高层建筑住宅的最上几层,可以采取多层住宅的安装方式供热水。而高层建筑低层住宅存在管线过长及屋顶无法安装的现实。这时可在低层住宅墙面或是阳台安装太阳能热水器,可以减短管线的长度。比较容易实现的方法是,在竖直墙面上安装直流式横向集热管,也可在阳台倾斜栏板上安装热管式或平板式集热器。集热器可单独悬挂在建筑物墙体向阳面阳台或外窗台下方,水箱放在阳台地面或室内墙角,管道几乎全在官室内,冬季安全不会冻结。由于独特的聚光先进技术及消除集热器表面落灰尘的不利因素,冬季水温比放在屋顶要高的多。
3太阳能空调系统应用
太阳能空调实现的方式主要有两种,一种是先实现光——电转换,再用电力驱动常规压缩式制冷机或家用空调和电冰箱进行制冷。这种方式比较简单,适用于一般家庭使用。另一种是利用太阳的热能驱动吸收式或吸附式制冷机进行制冷,这种制冷方式技术要求较高,但成本低,无噪音污染。常用的吸收式制冷机根据使用吸收剂的不同,分为氨——水式吸收式制冷和溴化锂——水吸收式制冷两种。它以太阳能集热器收集太阳能产生热水或热空气,再利用太阳能热水或热空气代替锅炉热水输入制冷机中进行制冷。由于造价,工艺及效率等方面的因素,采用这种技术的太阳能空调系统,一般适用于设有中央空调的大型公建及民用建筑。设计中由于吸收式制冷机组体积比较,一般安置在地下室,而太阳能集热器设放在屋顶或者墙面,使用中要注意使太阳能空调设备与墙体外观融为一体,达到建筑整体效果美观要求。使用太阳能空调的效果是,既可使室内温度适宜,又降低了大气环境温度不升,更减少了城市中热岛效应。而在夏季气温越高空调负荷越大,需要的制冷量也越大,而此时太阳的辐射热也越高,提供的热能也最多,太阳能空调提供的冷量也越多。由于太阳能空调利用的是取之不净的太阳光,因为运行费用很低也经济。进入冬季太阳能辐射热降低,但需要的热水温度不高,一般50℃左右完全满足地暖需求,在达到制冷工作情况集热面积下,同样可满足制冷负荷要求。
4太阳能供电储能技术应用
在太阳能的利用中,由于阴雨天和夜晚无太阳照射,需要配备储备热能设备,供夜间或阴天使用,或是增设辅助热源,才能全天候使用。从环境保护角度考虑,采用电能和天然气作为辅助热源较好。太阳能储存应用较多的是电能和热能的储存。热能储能比较普遍,如太阳能热水器的储热水箱。还有一种使用较广泛的电能储存,光-电直接转换方式是利用光伏效应,将太阳照射能直接转换成电能,光-电转换的基本装置就是太阳能电池,富裕的电能则是用蓄电池组储存。太阳能供电储能有两个过程:①太阳光照射→太阳能电池板→太阳能充放电控制器→直流电用户。②太阳光照射→太阳能电池板→太阳能充放电控制器→逆变器→交流电→交流电用户。
当电流暂时不用时,可通过太阳能充放电控制器和蓄电池组储存起来,以备需要时用。因为太阳能利用与集热板,太阳能电池采光板的位置,光照角度,强度直接相关,所以太阳能设备直接关系着民用建筑的外观设计,应该在设计初期就考虑到太阳能设备的安装和应用,在当今能源紧缺的情况下,最大限度利用太阳能资源对使用者和社会极其有利。
综上所述,由于太阳能是一种清洁能源,在开发利用过程中无污染、无废渣废气、无噪音和废水,且不对人体有任何危害。而且取之不尽用之不竭,对人类是最理想的能源。随着生活水平的提高,建筑物的采暖空调和日常用热水和电的需求量不断增加,能源日趋减少,利用太阳能供热,供水及电,将太阳能技术应用在建筑工程中,造福使用者和社会。
参考文献
1王长贵等.新能源在建筑工程中应用[M].北京:中国电力出版社,
2004
2邓辉.太阳能技术在民用建筑中的应用[J].工程建筑与设计,2008
(7):62～64
【关键词】 太阳能利用;热水系统;空调系统;供电储能技术
【中图分类号】 TU832.17 【文献标识码】 D【文章编号】 1727-5123(2010)02-067-02
Application of solar technology in residentials
【Abstract】 Solar energy is inexhaustible, clean energy, in construction applications include application of passive, active applica-
tions, and integrated application of several ways. This paper introduces solar energy application technology.
【Key words】 Solar energy utilization;Hot water systems;Air conditioning system;Power supply energy storage
太阳能在民用建筑中的技术应用包括被动应用,主动应用和综合应用几种途径。被动应用是通过建筑物结构,朝向,布置形式及相关材料的应用进行集取,储存和分配太阳能。主动应用是以太阳能集热器与储热器,泵和散热器等组成的太阳能生活热水及采暖系统,与吸收式或者吸附式制制冷机组成的太阳能空调及供热系统。综合应用是将太阳能光热光伏技术充分用于建筑的采暖、空调、照明、电器用电等,其中包括了太阳能的被动应用和主动应用,从而实现舒适和零能耗的理想生活环境,目前来说这是一种最为理想的太阳能利用方式。
在民用建筑设计中太阳能利用,与建筑工程设计之间一直存在着密切的关系,例客厅,卧室的外窗户绝对多数朝南向,既能获取充分的太阳光又实现良好的自然通风功能,而且北方的住宅楼南向的窗户一般比北向的要大,这样设计既保证了主要用房更多的见到阳光,又利于身体健康及节能。当然窗户只是一种原始最简单的太阳能利用形式,伴随着太阳能技术的快速发展,更新的太阳能应用技术会应用在普通建筑工程中。
1太阳能技术应用的适应性
1.1适用于广大的农村生活。当前就广大的农村来说,冬季采暖和日常做饭大多数仍然是烧煤和烧各种柴草,烧煤常常是家里保持不了干净,而烧柴草则对自然环境日积月累的破坏是严重的。许多地方因树木砍伐去烧火做饭,造成水土流失,地表植被破坏而石头暴露出来,茺漠化现象日趋严重,使生态生存环境更是变差,广大农村百姓迫切需要一种新的替代能源来提高生活质量。而取之不尽的太阳能产业的发展,将从根本上解决这一大问题,农村住宅的结构特点也适合安装太阳能设备。原因是太阳辐射的能量密度较低,一般在夏季阳光照射时,在太阳能资源较丰富的地区,地面上接受的太阳辐射度也只有500～1000W/m2。因此在开发利用太阳能时,采光面积需要较大。而农村住宅多数是平房,也有少数是二层楼房,超过3层的房屋较少,多是独门独院,整个屋面和大部分墙面都可以做为采光面,具备较大的采光集热面积,对太阳能产品的有效利用提供了较大优势,太阳能热水器、太阳能空调、太阳能照明、供电和太阳灶等都有较大的应用空间。
1.2城市居住建筑同样适用太阳能。对于广大城市普通居民来说,采用太阳能热水器是利用太阳能最好的方式。现在的民用建筑结构比较适合使用太阳能技术,因为随着建筑节能设计标准在全国的广泛应用,建筑外围护结构都采用了保温节能材料。就北方民用建筑冬季采暖来说,本身采暖能耗就降低了接近一半,而且住宅敷设地暖采暖已成为一种发展方向,地暖采暖要求供水温度35～50℃,太阳能热水器所获得的热水温度完全能满足使用要求。同时随着经济体制的改革和发展,劳动人口的流动量越加频繁,对于许多居住稳定性差,收入偏低的一些家庭,安装使用太阳能热水器是一种最好的选择。对家庭而言可以节省费用,对社会讲减少了对环境的污染,现在的建筑节能起到了以点带面的社会效应。
2太阳能热水系统的相关技术
2.1太阳能热水系统的构成。太阳能热水系统是由太阳能集热系统和热水分配管线所构成。集热系统的主要部件有太阳能集热器、辅助热源、储热水箱、循环泵、循环管线、控制系统和线路等。热水分配管线由配水循环管线,控制阀门和热水计量表等部件组成。热水管系统由太阳能真空集热管在晴天阳光下辐射热晒到40～85℃的热水,进入储热水箱,再由水箱进入热水管道系统,流至每需用户的分支管道供不同用途的使用。
2.2热水系统在多层住宅中的应用。一般太阳能集热器,储热器设在多层建筑的屋顶上,这样不影响或很少影响建筑物外观,热水分配管路与土建结合,将各分户的上下冷热水管,辅助加热线等设在管道井内。太阳能集热器就安装形式上看有两种:一种是住户自己安装,个人管理和使用,这种方式比较方便,住户之间矛盾也较少。但太阳能热水器在屋顶布置零乱,外观不好看。假如整幢楼房全部安装也有一些困难,屋顶面积相对有限,也达不到美观和谐的要求。还有一种是以住宅单元为安装对象,一个住宅单元安装一个太阳能热水器供本单元所有住户用,每个单元太阳能热水器系统是独立的,本单元管道井内的给水立管上引入冷水管道,被加热后的热水管道在管道井内不同高度分支进入用户家中。在屋顶安装太阳能热水器时,要关注集热器的平面位置,尽量减少水平管线的长度。
2.3热水系统在高层住宅中的应用。当建筑物层数在12层时,如果每个单元集中安装一个太阳能热水器,存在太阳能热水器储热水箱设置有些过大难度。如果每个单元集中安装两个太阳能热水器供用户,则设计方法是相同的。当层数过多时对于高层建筑住宅的最上几层,可以采取多层住宅的安装方式供热水。而高层建筑低层住宅存在管线过长及屋顶无法安装的现实。这时可在低层住宅墙面或是阳台安装太阳能热水器,可以减短管线的长度。比较容易实现的方法是,在竖直墙面上安装直流式横向集热管,也可在阳台倾斜栏板上安装热管式或平板式集热器。集热器可单独悬挂在建筑物墙体向阳面阳台或外窗台下方,水箱放在阳台地面或室内墙角,管道几乎全在官室内,冬季安全不会冻结。由于独特的聚光先进技术及消除集热器表面落灰尘的不利因素,冬季水温比放在屋顶要高的多。
3太阳能空调系统应用
太阳能空调实现的方式主要有两种,一种是先实现光——电转换,再用电力驱动常规压缩式制冷机或家用空调和电冰箱进行制冷。这种方式比较简单,适用于一般家庭使用。另一种是利用太阳的热能驱动吸收式或吸附式制冷机进行制冷,这种制冷方式技术要求较高,但成本低,无噪音污染。常用的吸收式制冷机根据使用吸收剂的不同,分为氨——水式吸收式制冷和溴化锂——水吸收式制冷两种。它以太阳能集热器收集太阳能产生热水或热空气,再利用太阳能热水或热空气代替锅炉热水输入制冷机中进行制冷。由于造价,工艺及效率等方面的因素,采用这种技术的太阳能空调系统,一般适用于设有中央空调的大型公建及民用建筑。设计中由于吸收式制冷机组体积比较,一般安置在地下室,而太阳能集热器设放在屋顶或者墙面,使用中要注意使太阳能空调设备与墙体外观融为一体,达到建筑整体效果美观要求。使用太阳能空调的效果是,既可使室内温度适宜,又降低了大气环境温度不升,更减少了城市中热岛效应。而在夏季气温越高空调负荷越大,需要的制冷量也越大,而此时太阳的辐射热也越高,提供的热能也最多,太阳能空调提供的冷量也越多。由于太阳能空调利用的是取之不净的太阳光,因为运行费用很低也经济。进入冬季太阳能辐射热降低,但需要的热水温度不高,一般50℃左右完全满足地暖需求,在达到制冷工作情况集热面积下,同样可满足制冷负荷要求。
4太阳能供电储能技术应用
在太阳能的利用中,由于阴雨天和夜晚无太阳照射,需要配备储备热能设备,供夜间或阴天使用,或是增设辅助热源,才能全天候使用。从环境保护角度考虑,采用电能和天然气作为辅助热源较好。太阳能储存应用较多的是电能和热能的储存。热能储能比较普遍,如太阳能热水器的储热水箱。还有一种使用较广泛的电能储存,光-电直接转换方式是利用光伏效应,将太阳照射能直接转换成电能,光-电转换的基本装置就是太阳能电池,富裕的电能则是用蓄电池组储存。太阳能供电储能有两个过程:①太阳光照射→太阳能电池板→太阳能充放电控制器→直流电用户。②太阳光照射→太阳能电池板→太阳能充放电控制器→逆变器→交流电→交流电用户。
当电流暂时不用时,可通过太阳能充放电控制器和蓄电池组储存起来,以备需要时用。因为太阳能利用与集热板,太阳能电池采光板的位置,光照角度,强度直接相关,所以太阳能设备直接关系着民用建筑的外观设计,应该在设计初期就考虑到太阳能设备的安装和应用,在当今能源紧缺的情况下,最大限度利用太阳能资源对使用者和社会极其有利。
综上所述,由于太阳能是一种清洁能源,在开发利用过程中无污染、无废渣废气、无噪音和废水,且不对人体有任何危害。而且取之不尽用之不竭,对人类是最理想的能源。随着生活水平的提高,建筑物的采暖空调和日常用热水和电的需求量不断增加,能源日趋减少,利用太阳能供热,供水及电,将太阳能技术应用在建筑工程中,造福使用者和社会。
参考文献
1王长贵等.新能源在建筑工程中应用[M].北京:中国电力出版社,
2004
2邓辉.太阳能技术在民用建筑中的应用[J].工程建筑与设计,2008
(7):62～64