试分析建筑节能中太阳能的应用

【摘要】本文对太阳能建筑作了简要介绍，再列举了光电转换和光热转换这两种太阳能利用技术，最后再从主动式太阳能建筑和被动式太阳能建筑这两方面具体分析了太阳能在建筑节能中的应用，以期为建筑节能中的太阳能应用提供理论参考。

【关键词】节能建筑；太阳能；应用

引言

近年来，能源问题越发突出，各界都在积极探索节能措施，节能已然成为了一个热点话题。据相关调查显示，建筑行业的耗能量在社会总耗能量中所占的比重极高，已达35%。由此可见，要想缓解能源危机，必须从实现建筑节能开始。太阳能是一种清洁的可再生能源，相较其他能源而言，更具利用优势，科学技术的日臻成熟也使其倍受青睐。尤其是在建筑领域，太阳能的应用愈发广泛。我国经济在快速发展的同时给能源问题带来了新的挑战，能源危机日益严重。建筑业是一个耗能较高的行业，为保障国民经济快速稳健的发展，发展节能建筑就显得尤为重要。太阳能是节能建筑中应用最为广泛的能源之一。

1、太阳能建筑介绍

太阳能建筑是一种节能效果非常好的建筑，其原理是利用太阳能的光和热，实现建筑物节能。科学技术水平的发展，使得人们对太阳能的利用程度越来越高，建筑领域因其能耗量高的特点而广泛应用了太阳能。在这个过程中，建筑物一改耗能主体的地位，成为能源系统的一个关键组成部分，发挥出了明显的节能作用。此处，建筑的能量系统有主动和被动之分，二者的功能和作用大不相同。前者主要反映了作为可再生能源的太阳能，在整个过程中对建筑所使用的能耗以及实现的二氧化碳（CO2）减排的具体贡献率。而后者主要表现的是建筑环境与建筑相关的被动供能的能力这二者的热舒适度。太阳能建筑具有节能和环保的优势特点，被社会各界广泛认为是未来建筑发展的必然趋势。从节能方面讲，建筑行业很有可能在未来实现零耗能。从环保方面讲，太阳能的能量消耗完全不会对地球家园造成污染。由此可说，人类未来的生活离不开太阳能，太阳能将成为最重要、也最主要的能源，太阳能建筑是将节能意识落到具体实处的重要措施。从整体上讲，太阳能建筑将光热和光伏等现代科技与人类住宅建筑紧密联系了起来，从某种意义上讲，可以说是实现了彼此之间的和谐应用，这一应用在无形中传播了生态设计理念，改变了人们对传统的建筑节能的认识。

太阳能在现代建筑中的应用较为成熟，具体表现在如下三个方面。

首先，其充分利用了建筑本身的日照环境，并对其加以控制，使家庭成为了一个小型的能源中心。通过已经形成的梯级用能系统，使居室的卫生得到保证，小气候得到改善，进而提高居室居住的舒适度。

其次，建筑的自然采光也被纳入节能范畴，对自然采光的利用可以在一定程度上降低因为人工照明所将会产生的能耗，进而使住宅居室内的光环境得到改善，满足人们多样化需求。

最后，建筑本身在此过程中已经成为了一个集能系统，能够自主供给能源，进而实现能源自助。该集能系统中不乏各类可再生能源或其他新能源。

2、太阳能利用的相关技术

2.1光电转换

光电转换需要借助太阳电池才能完成，通过太阳电池，太阳辐射出的光能就能够被直接转换成为可被利用的电能，也就是所谓的光伏效应。太阳电池是采用半导体材料（硅、有机半导体、化合物半导体等材料）根据光伏效应的原理设计而成。单晶硅太阳电池是一种转换效能极高的太阳电池，据实验室的相关数据报道，其光电效率已经能够达到24.7%及以上，尤其是在聚光条件下，其光电效率甚至可达到27.8%及以上。相较单晶硅太阳电池而言，薄膜硅电池的材料更加廉价，其效率在9%—16%，相对较低。但是其也有优点，比如能耗量更低、制造更加简洁、成本更低等，可见，其也是具有极大地发展潜力的。除此之外，还有聚光电池和多节电池等，多随着节能事业的发展而逐渐受到重视。

2.2光热转换

光热转换主要是将太阳的辐射能转换成为热能，成本更低，该技术实施起来也更为容易，更具适用性，因此被适用于世界大部分国家之中。随着能源危机的加重和节能意识的增强，利用太阳能热力进行发电已经成为了世界科研的重要主题之一。在该系统中，常规的锅炉被太阳能的集热设备替代，发电机被太阳能热力系统带动，由此实现发电。但是，该技术会受到太阳分散性及间断性的影响。因此，如果要采用该技术，通常情况下都会配备必要的辅助系统以确保供能的稳定性和连续性。对那些功率较大的太阳能热力发电系统而言，占地面积极大，在城市建筑中实施起来较为困难。

3、建筑节能中的太阳能应用

3.1主动式的太阳能建筑

蓄热器、集热器、风机、管道和泵等是太阳能建筑中比不可少的设备，将这些设备设置到建筑中，便可实现对太阳能的收集、存蓄以及输配。这些设备由此形成了一个完整的太阳能系统，该系统内的各组成部分都是能够进行控制的，进而使室温满足人们的需求。此处，太阳能在建筑中的应用需要注意以下两点。

3.1.1太阳能应用系统。是指通过太阳辐射而实现的可供给的生活用水的取热和制冷。在我国，太阳能热水器的应用极为广泛，这可以说是太阳能取热系统应用的最好体现。其具体做法如下所示。第一步，将太阳能集热器安装至屋顶，并在该取热应用系统中配备诸如供热水箱、集热循环水泵、辅助蓄热水箱等设备。其中，在安装地板辐射采暖盘管时，必须现在地面铺设保温层，然后再铺上聚乙烯塑料盘管。最后才是对地面面层进行操作。通过盘管的热媒水在通过房间之后便会但热，温度就会随之下降，之后，其会再次返回至蓄热水箱，在集热泵的协助下回传至太阳能集热器，再次重新进行加热。在阴天或者夜间时，难免会出现太阳热能不足的情况，这个时候就需要借助辅助热源加热系统以保证持续正常供暖。

3.1.2太阳能光电系统。是指太阳能的光伏发电，通过一定技术将太阳辐射直接转换成为可供利用的电能实现建筑的清洁能源供给。在这个过程中，必须要用到光伏板，将光伏板暴露在阳光下，使其产生直流电。制作光伏板发电装置的大多是诸如硅之类的半导体制成，并且光伏电池本身不会自行活动，所以通常情况下耗损较少，使用时间普遍较长。对简单的光伏电池而言，其还有一个作用，即能够为手表或者计算机提供能源，而那些较为复杂的光伏系统，则被应用于为房屋提供照明，也能够实现电网供电。一般而言，光伏板的各个组件具有不同的形状，这些组件之间能够相互连接，促进电力产生。近年来，光伏板组件的应用愈发广泛，建筑物表面、天台、天窗或其他遮蔽装置中都有使用。

3.2被动式的太阳能建筑

建筑朝向以及周围环境都是被动式太阳能建筑的影响因素，只有当二者处于合理布局的状态，被动式太阳能建筑才能发挥作用。除此之外，对建筑的内部空间以及外部空间形体（下转192）（上接168）的处理也很重要。因为被动式太阳能建筑主要是建立在建筑及其建筑内部配置基础之上的，其中任一组成部分出现问题，都会影响太阳能的采集效果，进而不能使太阳能的作用得到很好发挥。被动式太阳能建筑要求建筑的屋顶、窗和墙等构件以一种完全自然的方式相互配合，在不同的季节，对居室内的气候进行调节，以使其产生冬暖夏凉的效果。其基本设计原则主要有两个：

3.2.1一定是要考虑到冬天光照少的特点，建筑的设计必须要使冬天的太阳辐射更够得到最大限度的利用，实现热取暖。此外，通风渗透和进行结构维护也会在一定程度上造成热损失，在设计时，也不能忽略这两个因素。

3.2.2夏天时，太阳本身的辐射较多，建筑内设备也会因为人员的有意操作而散热，造成热量过多的状况，所以在设计时，一定要以尽量减少夏天的热量为目标。直接受益式、附加阳关间式、集热蓄热墙式等都是非常常见的集中被动式太阳能建筑，“温室效应”是其具体的工作机理。以下是对集中常见的被动式太阳能建筑的应用简介。

第一种，直接受益式。在该过程中，阳光能够直接对采暖房间进行加热。在白天时，太阳能是以光能的形式存在的，光能直接照射到具有极强储热作用的内墙或者地板之上。在晚上时，储存到内墙和地板之间的热量对流，释放出传导和辐射，达到维持室温的目的。

第二种，附加阳光间式。对阳光间的建造具有一定要求，必须在建筑体的顶层或者南侧，以便能够得到更多的光照。在此过程中，要保证其外部环境的温度始终比内部温度低。这样一来，房间在白天就能够接收到足够的热能，同时，这些热能还可以对房间在夜间的热量起到一定的缓冲作用，减少其热量损失。

4、结束语

光电转换及光热转换等太阳能利用技术的进步能在一定程度上提高太阳能的利用效率。作为一种可再生的清洁能源，太阳能的利用对节能的重要性显而易见。由此可说，太阳能在高耗能的建筑领域中的应用前景非常广阔。

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