太阳能建筑物

太阳能建筑物（共12篇）

太阳能建筑物 篇1

1 建筑节能

建筑节能是技术进步的重要标志;新能源利用是建筑可持续发展的重要步骤。

建筑节能主要采取以下四项措施:

1)减少建筑物的外表面积

建筑物外表面积衡量值是体形系数。控制建筑物体型系数重点在平面设计,平面凹凸过多,建筑物外表面积就会增加。例如:住宅设计中,经常遇到卧室卫生间开窗问题,由于该卫生间靠内,开此窗凹入平面很多,无形中增加了建筑物外表面积,还有凸窗、晒台等对建筑节能很不利。所以,平面设计时,应综合考虑各种因素,在满足使用功能的前题下,使建筑体型系数控制在合理范围。

此外,在立面造型,层高控制等方面也会影响建筑物体型系数。近年来许多高层建筑采用矩形平面及矩形组合,使建筑物的外表面积相应减少,整体尺寸和谐,保证建筑物美观,这对节能是有利的。也体现了设计理念新构想。

2)重视围护结构设计

建筑物的能源、热工消耗主要反映在外部围护结构上。围护结构设计主要包括:选择围护结构材料和构造、确定围护结构传热系数、外墙受周边冷热桥影响下其平均传热系数的计算、围护结构热工性能指标及保温层厚度的计算等。

在外墙外侧或者内侧增设一定厚度的保温材料,以增加墙体的保温系数,是墙体节能主要手段。目前,外墙保温多采用聚苯乙烯泡沫塑料板等材料。在施工中要遵照保温板操作程序,加强保温板的固定件和拐角联接,保证施工质量,才能达到节能效果。

屋面是热量波动最大的部位,需要采取措施增强保温隔热层厚度。

3)正确控制窗墙面积比

与外部环境接触面大的还有外门窗。一般统计表明,门窗占全部耗热量的50%以上。对门窗进行节能设计就会明显地提高节能效果。所以要选择热阻值高的门窗材料。目前门窗材料常用塑钢料、有节能措施的断热铝合金料、低辐射镀膜中空玻璃。窗户气密性能要好;要正确控制窗户与墙面积比值;北向不应采用飘窗;其它方向不宜采用飘窗。

在实践中,建筑物为立面效果需要,多采用大面积窗户。当无法改变窗户面积的情况下,也应采取措施:如尽量将窗户移向南侧、增加窗户固定扇、加强门窗密闭性,并根据规定进行权衡判断计算。以达到建筑物的整体节能效果。

4)加强其他部分的保温隔热措施

其它一些部位的保温隔热措施。如对地板、栏板、楼板、冷热桥部位等进行节能保温处理;严寒地区对建筑物四周内外地面处理;不采暖楼梯间墙面、入户门的处理;阳台楼地面及门窗处理等。

值的一提的是:与外接触的门要选用保温门、飘窗要采用,上下挑板、侧板等,只要与外界有接触的板都必须进行保温节能处理,

目前,建筑采用专用的节能设计软件,通过综合计算满足各项热工指标。要根据热工指标采取构造措施,使建筑物整体满足节能要求。

5)采用其他节能控制措施,综合实现节能目标

另外,采用节能控制措施(如安装热量表,热量控制开关等),使室温保持均衡,也是减少能耗的必要手段。

其实建筑节能的主要内容除采暖、空调外,还包含有通风、热水、炊具、家用电器、照明等。如果,这些用电器都用上了节能设备,那么,节能目标就能实现。

2 太阳能建筑

太阳能建筑分为主动式、被动式两类。使用机械装置收集、蓄存太阳能,并在需要时向房间提供热能的建筑,被称为主动式太阳能建筑;根据当地气象条件,在基本不增加机械设备的条件下,通过建筑布局、构造处理、选择适当热工材料,使建筑本身能够吸收、蓄存太阳能量,从而达到采暖、空调、供给热水的建筑,称为被动式太阳能建筑。

太阳能建筑平面布局应尽可能将长边做为南北方向。使集热面处于真南(非磁南)方向±300以内,并根据当地的气象条件地理位置做适当调整,以得到最满意的阳光辐射能。

集热蓄热墙间接受热是被动式太阳能建筑的一种方式。如图1所示,它充分利用南向太阳辐射量大的特点,在南墙面上加一层透光外罩,使透光外罩与墙体之间形成一道空气层。为了使透光外罩内最大限度得到太阳辐射能,在空气层内壁表面涂有吸热材料。当太阳的幅射能照射的时候,加热了空气层内的空气和墙体,这时吸收到的热量分为两部分。一部分气体加热后利用温差形成气流,通过与室内相连的上下通风口,与室内空气进行循环对流,从而使室内温度上升;另一部分使墙体受热后,利用墙体的蓄热能力贮存热量,当夜间到来的时候,使墙体贮存

热量向室内辐射,从而达到昼夜采暖的目的。

夏季到来的时候,如图2所示,将透光外罩内的空气层与室外连接的通风口打开,与室内相连的通风口关闭。室外通风口的上部通向大气,下部通风口最好处于与周围空气温度低的位置相连(如阴凉地段、地下空间等)。这样,当空气层的温度加热后,气流迅速向上部通风口流动,将热空气排向室外,随着空气的流动,通过下部通风口的凉空气引入空气层,这时空气层内的温度低于室外温度,室内热量通过墙体向空气层散热,从而达到夏季降低温度的作用。

从被动式太阳能工作原理看出,材料在太阳能建筑中占重要位置。透光材料:过去采用玻璃,透光率一般在65%~85%,而现在采用采光板,透光率可达92%。蓄热材料:采用具有一定厚度的墙体、或改变墙的材质(如采用水墙做蓄热体)以增加墙体的蓄热。另外,增加贮热间也是一种蓄热方法,贮热间的传统做法,是将卵石堆放在贮热间内,热空气流过贮热间时加热卵石,等到夜间、阴雨天时,可将卵石散出的热量再输送到室内。

由于被动式太阳能建筑简单易行,太阳能建筑得到广泛应用,象多层建筑、通信台站、道班、民宅等。目前,高层建筑也应用这一原理:将玻璃幕墙分层设置,在外墙楼板上下联接处设可控式进出风通口。这样,既应用了太阳能又美化了立面,是太阳能技术的具体体现。

主动式太阳能建筑就是利用机械设备将收集到的热能输送到各个房间。这样,就可以扩大太阳能的吸收面,如屋顶、坡面、院落等凡是太阳辐射强的地方,都可以做太阳能的吸收面。同时还可以在需要的地方设置贮热间。可以将采暖系统、热水供应系统组成一体,应用有效的热能控制设备,使太阳能利用更加合理。

图3~图6展示一个主动式太阳能采暖的运行过程。该系统装有两台风机,一台是太阳能集热器风机,另一台是供暖风机。当依靠太阳辐射直接采暖时,如图3所示,两台风机都运行,使房间里的空气直接进入太阳能集热器。然后,再回到房间(若阴雨天时间较长考虑到热量不够时,可在系统图示位置设辅助加热器),此时,贮热间不工作。热空气系统使用电动风门控制气流,直接采暖时,空气控制器中两个电动风门转到使空气流向房间位置。在太阳能集热器出口处设热水盘管可以使房间的热水供应系统与太阳能采暖系统成为一体。

当太阳能集热器收集到的热量超过房间的需要时,如图5所示,集热器风机开动而采暖机风机停止。通向房间的电动风门关闭。从太阳能集热器出来的热空气向下流向贮热间卵石层,把热量贮存在卵石里,直至卵石层全部被加热,使贮热间蓄热达到饱和为止。

当夜间没有太阳辐射时,就要从贮热间里取热。如图4所示,此时关闭空气控制器中第一个电动风门,打开第二个电动风门,启动供暖风机,使房间的空气循环由下向上通过贮热间卵石层加热,再返回到供暖调节系统。当贮热间有足够热量时,进入空气调节器的空气温度只比从太阳能集热器直接出来的气温低一点。这一过程将持续到贮热间卵石层的热量差不放完。然后,若设有附助加热器时,可启动助附加热器。

如果贮热间卵石层热量已饱和,或者夏季无采暖要求时,如图6所示,太阳能集热器仍然工作,用于加热使用热水供给系统。

太阳能建筑种类很多,工作原理基本一致。有些建筑以水做媒介进行热交换。这样,系统内的所有设备在同样热效应的条件下,体积大大减少,同时还可以与其它能源共同使用一个采暖系统,这是采用水做媒介的最大特点。

另一类能源是采用地热做热源。工作过程是将地下水热量提取后,通过采暖系统将热量送到房间;制冷时反向运行,工作原理如同空调机组。它的缺点是,机组连续工作时间较长时,热量有可能供应不足。因此,在地热资源丰富的地区比较适用。

3 新能源建筑的展望

太阳能的集取只能在太阳辐射的情况下进行,阴雨天、夜间就采集不到热量,所贮蓄的热量也十分有限,而阴雨天也是房间最需要热量的时候,这就阻碍了太阳能建筑的发展。如果,将地热能(或其它能源)与太阳能结合起来使用,取长补短,采取必要的节能措施、能源转换措施;合理的热能控制技术;应用良好的热工材料。那么,舒适、环保、节能、新型建筑必然会得到很大发展。

由此看来,节能、新能源的应用是一个综合性应用技术。根据个人看法,节能、新能源建筑要得到全面发展,就应该解决好如下问题。

1)具有良好的节能措施。新能源的利用是以节能措施为依托的,建筑围护结构的保温性能就显得很重要。因此,外墙、外门窗、与外界接触的楼板等部位的保温措施,要满足国家、地方、行业节能设计标准和技术规程。

2)要解决热能综合利用的控制技术。如前所述,单独的太阳能、地热能利用都有一定的局限性。新能源的应用要根据当地的自然资源状况,进行综合利用,这是一个好方法。如果再加上必要的辅助热源,那么,节能、新能源建筑将在任何条件下都能为室内提供满意的热源。

综合热能控制技术就是根据建筑物的室内温度要求和热源的供给情况,自动转换对房间的热量供给,以达到房间温度稳定。根据目前自动化控制技术的发展,热工材料、热交换设备、热敏元器件的技术进步,低成本地解决这些问题是可能的。

3)节能、新能源最适用的应该是太阳能,而节能、太阳能的利用对建筑物的外观影响较大。在建筑设计中,解决建筑立面、屋面收集阳光的外观设计,不仅关系到热能效率,同时也关系到建筑物的整体美观。

今后,新型节能建筑,只会以更低的能量消耗,享受着比现在更好、更舒适、更清洁的室内环境。而它的社会意义要远远大于这些。

太阳能建筑物 篇2

被动式太阳能建筑设计

一前言 一般在利用太阳能的.建筑中,太阳能利用分为两种方式:一种是被动式太阳能,另一种是主动式太阳能.所谓被动式太阳能,是指利用太阳能提供室内供热,而无需其他机械装置提供能源,被动式太阳能系统依靠传导、对流和辐射等自然热转换的过程,实现对太阳能的收集、储藏、分配和控制.而主动式太阳能与被动式太阳能正好相反,它是利用机械装置来收集、储藏、分配和控制太阳能热量的方法,如太阳能光电板式发电机、太阳能热水器等.对于被动式太阳能系统来说,它需要两方面的元素构成:一是利用朝阳方向的透明材料(玻璃或塑料等)或是深色材料来收集太阳能,二是收集、储存和分配太阳能热量的蓄热体能够最大限度的接收太阳能.

作 者：李江南 Li Jiangnan 作者单位：浙江理工大学刊 名：太阳能英文刊名：SOLAR ENERGY年，卷(期)：“”(10)分类号：关键词：

太阳能建筑浅探 篇3

【摘 要】本文简述了建筑节能的范畴，提出了“太阳能建筑”这一概念，并浅析了太阳能与建筑的结合中存在的问题及解决方法，介绍了太阳能建筑的应用模式和前景。

【关键词】太阳能建筑；环保节能；应用前景

0.前言

随着能源结构的逐步调整，世界各国都把能源问题放到了关系国际民生的战略位置。我国从可持续发展、人与自然相和谐的战略高度，提出了新能源建筑的理念，提出要积极开发和推广利用可再生能源，如风能、太阳能、地热能等。太阳能作为最经济、环保的能源之一将成为未来全球能源结构的主流方向。太阳能建筑作为一项生态环保的绿色技术，在倡导绿色能源、可持续发展的今天，值得大力推广。

1.建筑节能的范畴

建筑节能，是指民用建筑在规划、设计、建造和使用过程中，通过采用新型的节能电力电气设备和新型墙体材料，执行建筑节能标准，加强建筑物用能设备的运行管理，合理设计建筑围护结构的热工性能，提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和通道等电力电气设备系统的运行效率，以及利用可再生能源，在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源的活动。太阳能是典型的可再生能源，太阳能与建筑的结合体现在建筑的本体节能方面，但同时太阳能设备作为建筑设备的一种，在管理节能方面也具一定潜力。

2.太阳能建筑的概念

太阳能建筑（solar building），即用太阳能代替部分常规能源，为建筑物和居民提供采暖、热水、空调、照明、通风、动力等一系列功能，以满足或部分满足人们生活和生产的需要。所谓太阳能建筑，其利用太阳能的最高境界是“零能耗”，即建筑物所需的全部能源供应均来自太阳能，常规能源消耗为零；从而真正做到环保清洁、绿色生态。

基于以上分析，太阳能建筑的特点可以概括为3条：（1）既舒适亦健康；（2）节约一次能源；（3）减少对环境的破坏和污染。

3.太阳能与建筑的结合中存在的问题及解决方法

太阳能建筑的宗旨是在不破坏建筑立面的前提条件下，注重太阳能系统的安全性、实用性和智能性。然而，在太阳能与建筑的结合问题上，目前仍存在诸多问题。

（1）太阳能产品制造商，往往只强调产品的功能，而忽视了建筑的特点与要求，使太阳能产品与建筑物成为两个独立的部分；这样以来很可能会破坏原有建筑的整体外观形象，进而破坏环境；而且目前的太阳能产品结构较单一，建筑设计师即使在设计中考虑使用太阳能产品，也很难将太阳能产品有机地融人到设计中，使太阳能产品成为建筑设计中的“鸡肋”。

（2）建筑设计院，仍有不少建筑设计师缺乏绿色生态的理念，根本不考虑太阳能及其他绿色能源的使用，造成太阳能产品大都在建筑施工过程中临时安装，即“事后状态”下安装，结果影响到建筑群体，甚至整个城市的建筑风貌。

（3）政府规划机构，往往不能够将绿色环保的理念和相关政策很好结合。虽然很多地区已出台12层以下民用建筑必须安装太阳能热水器的强制性政策，但由于其它相关配套设施、标准的不完善，尤其是太阳能施工验收标准一块，仍存在争议点。在一定程度上影响了太阳能产品的生产，导致推广效果不好、范围不广。

针对以上问题，解决方案如下：（1）太阳能产品的生产商应更多地了解建筑设计的需求，开发推出多款适合建筑结构利用的系列和型号；（2）建筑师在设计初期，即将太阳能系统包含的所有内容都当作建筑不可或缺的元素加以考虑，使之成为建筑组成的一部分；（3）加强太阳能产品生产商、建筑师、政府机构的交流与沟通，从设计阶段即将太阳能产品与建筑真正的融为一体，并配以后期的政府激励政策、规范的市场引导机制，太阳能产品一定可以在建筑节能中发挥更大作用。相信在各领域的合作之下，太阳能与建筑必将达到完美与和谐的统一。太阳能系统与建筑设计一体化的设计思路，也将得以持续和发展。

4.太阳能建筑的典型应用模式

太阳能的应用，从技术途径看，主要分为光热转换技术和光电转换技术；从具体应用范围看，主要有太阳能热水供应、太阳能地板采暖、太阳能温水游泳池、太阳能空调、太阳能路灯等5大系列。目前我国的部分城市的小区已经率先采用太阳能热水集中供热系统，其承压运行、分户供水、智能化系统已成了住宅小区的新卖点。还有一些示范小区，利用太阳能的初期光电转换，使小区的门楼牌、指示牌、警示牌等白天吸光，夜晚发亮，既方便住户晚间出人，又节约物管费用。另外，据有关方面统计：用电热水器洗澡的费用约为0.62元/次，而利用太阳能热水器的费用则仅为0.31元/次。

5.太阳能建筑的应用前景

5.1应用空间大

我国具有丰富的太阳能资源，在正常发展和生态驱动发展两种模式下，预测2050年我国太阳能利用在总能源供给中分别占4.7%和10%。目前我国装有太阳能热水器的太阳能建筑仅约占所有建筑的1%。

5.2环保节能

据有关专家的统计，建筑物的CO2排放量占全球总排放量的30%～40%。众所周知，国家推广太阳能的目的是为了环保节能，而环保节能在另外一层意义上说就是尽量减少CO2的排放。使用太阳能减少CO2排量与绿地吸收的效果相一致。据科学计算，可以总结出如下等式：1m=的太阳能集热器“95.39kg标煤产生的热量之70.11kg=19.475m2的草坪吸收力=0.779m2的落叶乔木吸收力=1.5m2的绿地吸收力。从以上数据，我们可以明显地看出建筑应用太阳能的环保节能效应。

6.结语

绿色的设计理念对太阳能建筑来说尤为重要。建筑应该从设计一开始就将太阳能系统考虑为建筑不可分割的一个组成部分，将太阳能外露部件与建筑立面进行有机地结合，彰显出太阳能建筑的特色。完美的太阳能建筑，应从设计中就品味出它独特的建筑风格，体现出一种理性、高科技、时尚和未来的美。

太阳能建筑物 篇4

1.1 系统模型

太阳能热水系统主要的结构包括太阳能集热器,热交换器和循环水泵。太阳能集热器收集太阳辐射能,然后加热工质(水),水通过泵在封闭回路中循环,通过热交换器将热量传给建筑物,从而满足用户要求。

1.2 可用能分析

对于任意一个热力系统,可用能平衡方程可以表示为:

其中,为以速率形式给出的可用能,单位为kW。下标in表示系统输入,out表示系统输出,destroyed表示系统能量转换过程中的可用能损失。

太阳能热水系统,需要考虑的过程包括:(1)太阳能集热器内的可用能损失;(2)热交换器的传热过程的可用能损失;(3)循环泵做功过程的可用能损失。公式(1)可以展开为:

考虑公式(2),通用可用能平衡方程可以写为:

其中,

x为工质的比可用能,单位(kJ/kg),x=(h-h0)-T0(s-s0),Q·HT,ex是换热器在某特征温度Tk下向建筑物传递热量的速率,单位为(kW)。

将方程(3)中比可用能速率x与方程(2)中质量流率m·与相乘,可得到可用能速率,表示为:

通常情况下,根据Gouy-Stodola关系计算熵产S·gen,确定过程的可用能损失率,即:

当可用能损失率确定之后,可以得到整个系统的可用能效率,即:

对于太阳能集热器,可用能输入可以表示为:

根据文献[5],热交换器的可用能效率为:

根据文献[5],循环泵的可用能效率为:

由公式(1)~(9),给出了分析和计算太阳能热水系统可用能及其效率的计算公式。

2 计算结果及分析

太阳能热水系统,采用全玻璃真空管式集热器,计算中取集热面积为4m2。参考文献[6]中的典型工况,太阳辐射强度在0.779~0.802kW/m2之间,工质入口温度在35~38℃之间,工质质量流率在0.026~0.035 kg/s之间,环境温度在23~29℃之间。在计算可用能效率时,取大气参考温度35℃,大气压力为1MPa。

通过分析可用能损失率和可用能效率可以看出,太阳能热水系统总体效率较低。其中,组件太阳能集热器的可用能损失率很高,达到95%以上,而其可用能效率最低,仅3.41%,不足5%。循环泵与换热器次之,数量接近,两者的可用能损失率不足0.05kW,可用能效率接近20%,可用能损失占系统总损失比例均在2%左右。由于循环泵和换热器的可用能效率日趋完善,因此,想要从总体上提高系统的能量利用效率,必须提高太阳能集热器的热力学完善度,即提高可用能效率,降低其可用能损失。

3 结论

本文采用热力学第二定律的可用能理论,分析了建筑物太阳能热水系统的可用能损失和可用能效率。

结合具体的实验数据,对典型的太阳能热水系统加热过程进行分析和计算。

结果表明,可用能理论是一种有效分析能量利用效率的方法。在太阳能热水系统中,太阳能集热器的可用能效率最低,引起的可用能损失率最高,其次为循环泵和换热器。

因此,为提高系统的整体能量利用效率,必须提高太阳能集热器的热力学完善度,提高可用能效率,降低可用能损失率。

摘要：可用能理论是一种有效分析能量利用效率的方法。本文在分析了建筑物太阳能加热系统的可用能损失和可用能效率基础上,对太阳能热水系统加热过程进行热力学参数计算。结果表明,太阳能热水系统中,太阳能集热器的可用能效率最低,所引起的可用能损失率最高,其次为循环泵和换热器。同时,为提高太阳能加热系统的整体能量利用效率提出了改进方向。

关键词：建筑物,太阳能,热水系统,可用能

参考文献

[1]D.Y.Goswami,F.Kreith,J.F.Kreider,Principles of Solar Engineering,2nd ed.[M].Taylor&Francis,USA,2000.

[2]太阳能热水系统在建筑中应用方式分析[EB/OL].http://www.newenergy.org.cn/html/0087/710818543.html.

[3]A.S.Nafey,Simulation of solar heating systems-an overview[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2005(9):576-591.

[4]W.Xiaowu,H.Ben,Exergy analysis of domestic-scale solar water heaters[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2005(9):638-645.

[5]T.J.Kotas,The Exergy Method of Thermal Plant Analysis,Anchor Brendon Ltd.,[M].Tiptree,Essex,UK,1985.

太阳能建筑物 篇5

摘 要：文章首先对太阳能集中热水系统做简要的介绍，通过结合实际情况探讨小高层建筑物安装太阳能集中热水系统的特点，以及安装时需要引起注意的要点，最终尝试分析出太阳能集中热水系统的科学、经济实用性。

关键词：太阳能集中热水系统；特点；经济实用性

结合我国关于太阳能热水器的发展情况，前几年一直被关于中小型建筑物究竟能不能安装太阳能热水器的问题所困扰，主要原因是太阳能经销商将单台热水器定义为太阳能热水器的仅有的表现形式，此外受到安装环境和屋顶的安装面积所影响，在加上低楼层用户安装所使用的管道较长，考虑到水压等问题的影响，从而认为中低层建筑不适合安装太阳能热水器。文中结合北京某小区建筑物为例，对于小高层建筑物的太阳能集中热水系统的设计和安装中遇到的：太阳能系统防冻、预热；供水分区供冷、热水系统压力不均；供水网怎样合理利用水资源等问题进行深入的分析和探讨。希望可以为太阳能集中热水系统的设计、安装工作人员提供一些具有可行性的建议。

1 简述太阳能热水系统

由太阳能集热器、太阳能管网、辅助热源、供热管网、蓄热水箱和用户终端等多个部分组成的太阳能集中供热水系统，其主要的工作原理是太阳能集热器将太阳的热能通过供热管网传送到蓄热水箱里，在将这些热水通过热水管网输送到各个用户的家里以供日常使用。剩余多的热能量将存放在蓄热水箱内，以备不时之需。该供水形式的特点主要是集中化供热，能将太阳热能最大化合理利用，为整个建筑物的热水系统提供热量。此外，大部分西方科学家经过多方分析研究在结合国家的发展情况，总结出太阳能热水系统是一种稳定性较高、经济、安全的新型供热模式。

2 工程概况模拟

结合北京某小区的修建情况，着重要求建筑物必须设计太阳能热水系统，小区主要是由2栋小高层的（1#楼11层，2#楼10层）跃层式民用住宅楼以及5栋6层（3#、4#、5#、6#、7#）住宅楼构成。每栋楼都需要设置集中式太阳能热水系统。现以2#楼举例，对集中集热、分户供热系统的设计进行简要的分析。

太阳能储热水箱和太阳能集热器通过温差高低控制以及强制循环系统对冷水进行加热。预加热得到的制备热水通过热水变频增压供应热水设备，通过居民热水供应管道输送到各个居民户的冷热水燃气壁挂炉，由于壁挂炉内装置了调节温度差异的感温控制阀，当输送的水温达到了45℃及以上，热水就会通过壁挂炉的分流水阀向需要用水的用户提供热水，反之当水温低于45℃时，不够温度的热水就会通过通过壁挂炉内的辅助加热器对水温进行再次加热，直到温度足够45℃才会向用户供应热水，其中壁挂炉内加热器辅助加热的最佳温度要小于60℃。避免温度过高，此外，用户也可以自行判断设置分流阀上输送的水温判定值。

3 系统模拟设计

3.1 设计依据

小区2栋楼上下是一共10层，并无地下室设计。10层楼分为5个单元，一共可以住120户居民。预设每日消耗热能36.5KW；每日使用热水定额预计是14400L（生活热水预计每人使用40L，小区居民120户，按照每户正常的3口之家进行计算），太阳能系统内的集热器使用的是真空管道，集热面积预计总体为232m2。

3.2 系统控制设计

3.2.1 太阳能集中热水系统循环控制

（1）系统采用强制循环水泵，在输送水管道以及热水储存箱上的温差感应器上设定循环水泵，包括对温差高度、加热循环水系统的控制。当集热器的水温度高于储水箱预定温度时，温差控制器会自动启动循环水泵进行换热操作。当水箱水温和集热器中水温之间相差小于或等于3℃，循环水泵会自动关闭。这样周而复始的循环，促使储水箱的温度一直保持稳步升高的状态，已备居民使用。

（2）太阳能系统防冻、预热循环控制。一般情况下建议用户用热水终端自行辅助加热放出热水，考虑到后续管理问题较为复杂，建议不在水箱上安装辅助加热器。电加热功率 kWh=0.00116×水量 L×△T。

（3）供水管道。每天在使用热水前应进行定时设置，保证循环供水泵的管中水温可以和保温水箱来回循环。

3.2.2 控制变频加压水泵

楼层顶部的太阳能热水箱设定了变频加压供水设备专门针对生活热水进行加热，其加热控制要求：由压力传感器和压力开关控制对变频泵组的运行进行控制，其中将压力传感器设定在水泵输送水管道上，此外，压力传感器稳定值是0.15MPa，由生产厂家提供变频加压控制柜。

3.3 使用材料及储水箱保温设计

采用冉钋度胧降某乃芨止艿郎柚萌人输送管以及回水立管，卡环式的设计保障了安装便捷。输送热水管道采用的是PE-RT增强性的S3.2聚乙烯管道，居民每户内均设置了热水供应管、储热水箱进行保温。

4 设计系统应注意的问题和解决方法

4.1平衡冷热水压的控制

首要先进行水利值计算，尝试给供水给水的末端压力匹配热水变频加压设备参数，最大限度稳定压力源头两端平衡。最后在结合实际情况，系统分析生活用水的.高区和低区，1-2层是由市政进行供水（0.16MPa），3-10层是由小区的变频调速加压设备进行供水，供水的选用方式是下行上给。将变频供水控制设备以及储热箱安装在楼层顶部，这样不但客户保障用水尾端的冷热水之间压力达到一个恒定值，还可以把入户的水压控制在一个安全、合理的范围之类，最终达到节约用水用电的目的。

4.2 系统管网内储存水量及合理化利用

首先可以把输送管网内的水温和储热箱水温通过强制循环的方式把水温差缩减到最小值。其次在水温差别较大时，可以尝试通过用户终端的燃气壁挂炉内的辅热设备对输送管网内的水温进行再次加热，这样既可以节约用水，同时也可以大大的缩减了能源的浪费。

5 结语

太阳能集中热水系统采用的形式多种多样，其适用范围较广且各有占优势。设计小高层建筑物的太阳能集中热水系统时，应充分结合用户的需求、当地的用水情况，多方面综合性考虑其多种因素。此外还要考虑到太阳能系统的节能性以及经济实用性，选择最合适的集热系统，经过多方核算以及考虑其安全因素等，设计调整出真正高效节能的太阳能集中热水系统，更好的服务社会做出应有的贡献。

参考文献

[1] 高强.西安住宅建筑太阳能集中热水系统应用研究[D].西安建筑科技大学，.

[2] 小高层建筑太阳能集中热水系统设计探讨[J].中国建设动态.阳光能源，（6）：46-48.

[3] 马强.太阳能集中热水系统设计探讨[A].中国勘察设计协会建筑环境与设备分会・铁道系统委员会、中国铁道学会工程分会暖通空调专业委员会.铁路暖通年会论文集[C].中国勘察设计协会建筑环境与设备分会・铁道系统委员会、中国铁道学会工程分会暖通空调专业委员会，2014：11.

太阳能在建筑上的综合应用 篇6

关键词：光电；光热；光导；综合利用

1.引言

能源和环境是影响国民经济可持续发展的关键因素，能源供应形势直接关系到国家安全和社会稳定。建筑领域消费的能源，主要是煤炭、石油和天然气等石化能源，这些能源、资源有限，不可再生，终究要枯竭，而且对环境造成了严重的污染。因此，太阳能在建筑中的综合应用势在必行。

2.太阳能的综合利用

2.1太阳能的光电系统

2.1.1太阳能和建筑结合方式

太阳能光电产品是利用“光生伏特效应”直接将光能转换为电能加以利用。太阳能和建筑按结合形式可分两种：即BIPV和BAPV。

BIPV即BIPV：Building Integrated Photovoltaic。光伏建筑一体化(BIPV)是将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑自身，成为建筑的有机组成部件，主要应用在太阳能幕墙、太阳能窗、太阳能屋顶等。

BAPV则是Building Attached Photovoltaic，即光伏系统简单附着在建筑之上的形式，建筑中采用的是普通太阳电池组件，太阳电池组件通过支架安装在屋顶上，光伏产品并不属于建筑物的一部分。

2.1.2太阳能和建筑结合的安装形式

太阳能和建筑结合的安装形式主要有以下八种形式：

2.1.3太阳能和建筑结合的供电形式

按照太阳能发电系统对电网的依附关系可分为独立系统(也称离网系统)和并网系统(也称联网系统)。对于和建筑结合的光伏系统，一般采用用户端并网的方式，即采用即发即用原则，太阳能产生的电能直接供给就近的负载消耗，多余的电能再进行上网传输。

BIPV／BAPV建筑物具有节约土地、无污染、无噪声、隔音、节能降耗等优点，这对于节能环保要求更高的今天和未来极为重要。

2.2太阳能的光热系统

太阳能光。热转换是太阳能热利用的基本方式，光热产品则是直接把太阳能转换为热能，如太阳能热水器、太阳能制冷空调系统、太阳能干燥、太阳房、太阳能灶等。

2.2.1太阳能集热系统

太阳能集中供热系统具有一次性投资、运行费用低的特点，在太阳能集热工程、燃气热水器、电热水器、燃油锅炉几种方案中是经济效益最好的，而且安全可靠、美观、无污染。太阳能集热工程主要分为以下几类：

闷晒(微循环)方式：闷晒式集热器一般是指采光吸热元件和蓄热水箱一体化的太阳能集热器，这种产品结构简单、使用期短、价格便宜。使用时，一次性充满水后闷晒，使用热水时可一次性用完。

自然循环方式：采用自然循环方式的太阳能工程，水箱必须高架，水箱底部高于真空管联箱上部一定尺寸(经验数据：0.Sm以上)。自然循环方式的原理主要是利用热水与凉水比重不同而产生的重力差为动力进行循环。简单说就是当真空管受到光照后，集热器联集管内水温提高后比重轻，沿热循环管上行。而蓄热水箱底部的凉水比重大通过冷循环管下行进入集热器，这样周而复始，将蓄热水箱内的水不断提高，最后达到洗浴温度。

强迫式循环系统：强迫循环工作方式主要应用在大型太阳能系统，即水量大、水箱大并且现场不能高置水箱的太阳能系统。由于水箱低于集热器，系统不能自动循环，故采用强制循环，一般使用热水循环泵强制集热器与水箱之间进行水循环。

2.2.2太阳能热与建筑物一体化的设计

太阳能在建筑方面的综合利用是当前太阳能产品发展趋势之一。尤其是太阳能热水器或太阳能热水系统，国家建设部已将其列入民用节能环保住宅的使用范畴。太阳能和建筑结合有以下几种方式：

天窗式：对于瓦屋住宅(如别墅)，太阳能集热器安装在朝南的瓦面上固定，且集热器边框与瓦的颜色相匹配：而贮热水箱安放在隐蔽处，在建筑设计时已设计好。从地面上看过去，犹如一扇天窗，故称天窗式热水器。

壁挂式：对于高层楼宇，楼面空间面积有限，如在楼面安装太阳能热水器，显然无法满足各用户需求。况且低层住户供热水管太长，管道热损大，影响用水温度。为了解决这个存在问题，可在朝阳的阳台旁边专门建造一块1m*0.6m的飘台，集热器安装在飘台上并固定，卧式水箱安装在室内。从地面看上去，集热器好像挂在墙壁上，故称壁挂式太阳能热水器。

分体式：对于6层以下的平项屋面楼房，如果女儿墙的高度是1.1m，而太阳能集热器的高度为1m，卧式贮热水箱安放在集热器底部，因而在外面看不到太阳能热水器不存在外观问题。该类型热水器集热器和水箱不紧靠在一起，故称分体式。

2.3太阳能的光导系统

太阳能建筑物 篇7

关键词：房屋建筑,燃煤供暖,太阳能供暖,节能环保

一、前言

铁路企业线长点多, 仅北京铁路局就有几百个站点, 房屋建筑分布在几千公里的线路上, 从几十平方米至几百平方米的小型房屋建筑就有千余处, 这些房屋相互间距离远, 大多数远离城市供热源, 不具备集中供热条件, 由于铁路运输生产的性质冬季需要24h不间断供暖, 目前大多采用燃煤方式供暖, 热效率低, 运行环境差, 由于锅炉小没有专门的除尘装置, 严重污染环境并且需要人工操作。因此改变燃煤供热方式, 减少环境污染, 采用新能源太阳能光伏光电供热技术具有广泛的发展前景。

太阳能供热系统主要是利用太阳能直接供热, 缺陷是连续阴天能量储存不足时需要大量的电力进行辅助加热才能正常供暖。而太阳能光伏光电供热系统利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能, 作为供热系统的能源并将多余的电能储存用作为日照不足时供热系统的能源。太阳能光伏发电系统不仅作为供热系统的能源同时还为房屋的照明、空调、热水器等提供电源。太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池组件、控制器和逆变器等组成, 这些部件的主要构成是电子元器件, 不涉及机械部件, 所以, 光伏发电设备极为精炼、可靠、稳定、寿命长且安装维护简便。目前, 光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合, 上至航天器, 下至家用电器, 大到兆瓦级电站, 小到电动玩具, 光伏电源可以无处不在, 因此使用太阳能光伏发电技术供暖完全可以在铁路企业小型建筑物上推广应用。

二、供暖系统原理

首先拆除原有燃煤锅炉, 保留原有的循环及各房间的散热系统。利用锅炉房空间建储水换热及辅助加热系统, 与太阳能光伏光电供暖系统共同组成新的供暖系统。

太阳能光伏光电供暖系统首先将太阳能电池方阵发出的电能, 通过控制器由充电机对蓄电池组进行充电, 将白天发电系统发出的能量直接储存在蓄电池组中, 这时存在蓄电池组中的电为直流电, 通过逆变器将直流电转变为工频交流电, 通过电源控制箱与市电互为备用作为储水系统的电源。储水系统、供热自动控制循环系统、原有的供热管路系统等组成新的太阳能光伏光电供暖系统。通过热水循环为房间供暖。白天太阳光充足时太阳能光伏发电系统足以满足供热系统的用电, 将剩余的电量存储, 阴天或夜间通过蓄电池组储存的能量对热水进行辅助加热。储热水箱中的热水, 运用循环泵作为循环系统的动力, 由供热自动循环系统通过管道将热水输送到终端散热系统, 此系统安装自动上水系统保证水箱及系统不缺水, 系统温控器控制循环泵的循环运行, 使系统成为自动控制系统或半自动控制系统。散热器将热量通过对流或辐射传递给供热空间, 回水再输送到集热器。

太阳能光伏发电系统存储的电能不仅作为供热系统的加热能源, 还用于整个建筑的照明、空调、热水器的生活用电, 原有电源仅作为备用电源使用。

三、性能及特点

太阳能光伏光电供暖系统是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池, 将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器、电源控制箱、储水换热循环系统等部分组成, 其系统组成如图1-1所示。

1. 太阳能电池方阵:

太阳能电池方阵只有在光照射时工作, 输出有功功率, 到晚上或阴雨天由于光线不足几乎不能输出功率, 平时将太阳能电池方阵有光时发的电能储存起来, 供晚上或雨天无光照时应用, 所以太阳能光伏发电系统要装备储能蓄电池。太阳能电池单体是光电转换的最小单元, 尺寸一般为4cm2到100cm2不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.5V, 工作电流约为20-25mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后, 就成为太阳能电池组件, 其功率一般为几瓦至几十瓦, 是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上, 就构成了太阳能电池方阵, 可以满足负载所要求的输出功率。 (见图1-2) 。

2. 充放电控制器

充放电控制器控制充电机为蓄电池组充电, 是能自动防止蓄电池组过充电和过放电并具有简单测量功能的电子设备。由于蓄电池组被过充电或过放电后将严重影响其性能和寿命, 充放电控制器在光伏系统中一般是必不可少的。充电控制器主要由电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。在太阳能发电系统中, 充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压, 快速、平稳、高效的为蓄电池充电, 并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命;同时保护蓄电池, 避免过充电和过放电现象的发生。

3. 直流/交流逆变器:

逆变器是将直流电变换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池发出的是直流电, 负载是交流负载, 通过使用逆变器设备, 将太阳能电池产生的直流或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的工频交流电。

4. 蓄电池组:

蓄电池组是将太阳能电池方阵受光照时所发出直流电贮存起来供负载使用。在光伏发电系统中, 电池处于浮充放电状态, 白天日照量大太阳能电池方阵给蓄电池充电, 同时方阵还要给负载用电, 晚上或阴天日照量少时负载用电全部由蓄电池供给, 这部分贮存的电能逐步放出。因此, 要求蓄电池的自放电要小, 而且充电效率要高, 同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。常用的蓄电池有铅酸蓄电池和硅胶蓄电池, 要求较高的场合也有价格比较昂贵的镍镉蓄电池。我们选用铅酸蓄电池。

太阳能光伏发电系统中的储能蓄电池具体有两个方面的作用:一是储能;二是确定太阳能光伏发电方阵的工作点和起到一定钳位和稳定作用, 不管方阵电压随光照如何变动, 输出电压一定被钳位在蓄电池电压上。

5. 电源控制箱

对蓄电池组系统, 进行跟踪测量, 如蓄电池电压和充放电电流, 测量所用的电压和电流表装在控制器面板上。蓄电池组中存放的电能通过逆变器作为储水加热系统的主供电源, 市电作为备用电源。

6. 储水加热系统

自动补水装置保证有足够的水量供系统循环使用, 蓄电池组中存放的电能, 通过电源控制箱, 自动加热水箱中的水温。

7. 供热循环系统

由各房间采集温度, 由控制器控制水箱水温, 系统温控器控制循环泵的循环运行使房间达到规定温度。

四、经济效益分析

1、原有的费用支出

以一中间站工务维修工区为例, 房屋建筑为6间共180m2, 房屋高度3.2m, 周围无其他建筑, 无专门的建筑保温设计, 房间门直接与户外相通经常开关, 人流量大, 属于非节能公共类建筑。原有的燃煤采暖炉日消耗100kg年消耗煤炭大约12吨, 冬季采暖期需要雇用临时司炉工, 每年燃煤、人工、维修费用总计约3万元。

2、采暖设计热负荷计算。

以天津地区180m2现有建筑为例。

主要城市采暖期耗热量指标和采暖设计热负荷指标

采暖设计热负荷指标, 是在采暖室外计算温度条件下, 为保持室内计算温度, 单位建筑面积在单位时间内需由供热设施供给的热量。

根据相关标准, 天津地区节能建筑设计负荷耗热量指标为31.54W/m2。即天津地区采暖室外计算温度为-9℃的条件下, 为保持室内计算温度18℃, 1m2的建筑面积1h需要由供热设施提供的热量为31.54W/m2。

根据以上计算, 天津地区现有非节能180m2建筑, 采暖期一日24小时所需供热设施提供的热量为:

31.54 W/m2×180m2×24h=136.25 kWh (489.6兆焦)

每小时需要的热量为

31.54 W/m2×180m2×1h=5.67 kW·h (20.41兆焦)

采暖期24小时不间断供热, 取暖期用电约

5.67 kW·h×24h=16193 kWh (58295MJ)

循环水泵等辅助用电约500 kW·h, 整个采暖期约17193kW·h (61895兆焦) 。

3、根据负荷的需要确定太阳能电池方阵的数量

要保证正常供暖的需要, 太阳能电池发电系统采暖期发电总量要保证在17193 kW·h以上。选用300W太阳能光电组件120块组成太阳能电池方阵, 若每天光照时间7a, 综合效率为60-80%, 按效率为70%计算, 每天发电约

0.3kW×7h×0.7=176 kW·h (634MJ)

整个采暖期约发电

176 kW·h×119d=21000kW·h (75600MJ)

根据以上计算, 发电量21000 kW·h (75600MJ) 大于用电比的最清洁的能源之一, 采用太阳能光伏光电供热系统, 代替原有的燃煤炉或小型燃煤无压热水锅炉, 能满足供热要求。能做到24小时不间断供热可以完全放弃原有的燃煤供热方式, 是解决小型建筑采暖问题的重要支撑技术。此系统维护方便, 运行稳定, 完全达到节能环保的要求, 具有良好的经济效益和社会效益。可以提高可再生能源的利用范围, 促进改变国民经济结构和能源结构, 达到节能减排的目的。

推广太阳能光伏发电系统, 不仅在冬季享有温暖舒适的室内环境, 而且为保护一片蓝天, 维护地球绿色做出了应有的贡献。

参考文献

期刊论文《太阳能供热采暖系统介绍》

期刊论文《光伏系统发电量计算的分析》

太阳能建筑物 篇8

判断指标仅仅对用户采用太阳能热水器的户数进行要求, 没有明确每户热水器的容积或热水用水量。结合当前城市发展现状, 由于建筑类型由初期多层建筑为主, 演变为目前小高层、高层建筑为主, 太阳能热水器类型也发生了相应的变化, 由紧凑式一体机转变以分体式热水器为主。安装形式由单一屋面安装延伸到阳台、建筑南立面墙等建筑部位安装。本文着重讨论高层、小高层住宅建筑中太阳能热水系统的利用形式、优缺点以及相应工程案例。

当前太阳能热水系统的设计类型分为三大类:第一类每户独立系统——阳台分体式热水器;第二类为集中集热集中供水;第三类为集中集热分户辅助加热的单元集中型。

1 阳台分体式热水器

阳台分体热水器是高层、小高层常选的太阳能热水器类型。该类型热水器通常将集热器安装在建筑物的南立面阳台, 水箱悬挂在靠近集热器的承重墙上, 设备连接图如图1所示。每户热水器独立运行。

1.1 优点

(1) 产权明确, 没有公共设备, 维护、保养均有使用人承担。

(2) 不增加物业管理工作量。

(3) 自由设定供水水温——使用人可根据个人喜好, 设定用水温度。

1.2 弊端

(1) 得热量小, 由于建筑南立面阳台受光照时间、入射角等因素制约, 同等采光面积集热量最低。

(2) 辅助能源占比大 (太阳能保证率低) , 受安装面积的限制, 日产水量低于日均用水量。

(3) 不同楼层之间温升效果不同, 由于楼宇之间的遮挡, 造成每层集热器的光照时间不同, 从而导致每层热水器得热量不同。另外由于建筑室内采光要求日照时数 (1小时) 与太阳能集热器要求日照时数 (4小时) 不同, 在冬至前后时间段内将会严重影响底部几层用户得热量。

(4) 须与建筑规划同步进行, 建筑设计师视南立面为建筑脸面, 每个设计师将最出彩的设计立面放在南立面, 安装在南立面阳台的集热器必须与建筑立面的设计造型、颜色融入建筑中, 方可被设计师接受。

总之, 对于不想增加后期物业维护费用和允许南立面阳台安装集热器的住宅小区, 阳台式热水器不失为一种设计师、开发商、业主及设备供应商相互妥协的安装方案。

2 集中集热

对于不接受南立面阳台安装集热器或追新求异的建筑, 往往采取集中集热方式, 把太阳能集热器安装在屋面, 屋面集热器分为两大流派, 彰显式 (图2) :将屋面安装的集热器充分展示给世人, 充分体现设计师、开发商对可再生能源对的高度认同, 体现建筑的与众不同;隐藏式 (图3) :利用屋面安装太阳能集热器, 同时不愿改单户加热系统相比, 均衡了户日用水不均, 提高了热水利用率, 用户用热水方便快捷。但该系统主要弊端为物业管理工作量大, 热水价格高, 维护修缮费用分摊困难等。影响热水价格高的两种主要因素, 第一:太阳能保证率低, 由于建筑屋面受限、建设单位限制初投资以及设备厂家过度承诺等因素造成系统太阳能保证率低, 系统运行时, 辅助加热设备工作时间长;其二:辅助加热设备的选择, 太阳能热水系统常用的辅助加热形式为电、燃气加热设备以及近年新兴的空气源热泵机组 (受区域限制) 。实际工程设计选型中, 由于燃气管道以及燃气加热设备安装限制, 往往多采用电热管直接加热。作为高品质能源的电能直接转化为低品质热能, 能源利变传统建筑的造型和外观, 通过造型、视觉差等将集热器隐藏与内, 传统建筑美学与可再生能源利用在该类建筑上得到充分的阐释。

采用屋面集中安装集热器的建筑在能源供给方面通常分两大类, 其一, 供给用户满足设计水温的达标热水, 通常采用集中辅助热源;其二, 供给用水热量通过设在户内的换热设备加热生活热水或供给用户水温不完全达标的半成品热水通过设在户内的辅助加热设备进行二次加热达到设计供水温度。

集中供应热水在太阳能热水工程初期采取较多的一种模式, 随着建筑类型的变化以及系统自身的局限性, 住宅建筑中应用逐渐减少。以单栋建筑为单位采用集中热水供应方式, 较用率低, 单元热值价格高, 导致供应热水价格居高不下。为解决集中供应热水中的收费高问题, 在设计过程中, 应提高太阳能保证率——屋面面积利用最大化、选择高效能集热器;提高辅助热源的能效比——采用空气源热泵新型加热设备、利用低谷电宏观节能模式。经过工程中运行数据的总结分析, 在相同太阳能保证率下, 改善辅助能源, 可降低热水成本的30~50%。图4为2012年交付使用的某节能住宅工程屋面设备, 采用集中集热集中供热模式, 辅助热源采用空气源热泵并利用低谷电运行, 效果良好, 热水收费业主普遍能够接受。

另外两类供热方式, 集热部分与前者相同, 供热模式与前者差异较大, 常用类型, 换热模式 (图5) 和供热模式 (图6) 。

换热模式原理:屋面集中转化的热量通过热媒管网输送至户内储热水箱中, 用户根据用水特点和实际水温自行判断是否启动室内辅助加热设备。系统中公共设备少, 故障率较低, 便于物业管理人员管理。由于系统向用户提供热量, 至少需要一次热量交换方能实现, 为此造成系统效率较低, 由于热媒温度通常大于供热水温度, 故管网热损增加, 从而造成了系统得热量较低。

供热模式原理:与集中集热集中供水相似, 与其不同点在于辅助加热设备的设置方式不同。该模式将屋面集中集热所产生的热水 (不一定满足设计水温) 供给至用户, 室内配置常规加热设备, 选择性的对集中供应热水进行加热。该系统集热量可直接供给用户, 提高设备集热效率, 管网中热水温度、循环时间都小于换热模式, 故室内管网热损较小, 最大化利用太阳能集热器转化的热量, 降低运行费用。物业运行管理时, 仍需对业主供水进行计量。

高层、小高层的太阳能热水供应方式多样, 为了更好的选择太阳能热水系统形式, 对不同供应方式进行分析对比, 见表1。

3 结语

太阳能建筑物 篇9

太阳能产业在太阳能电池效率和降低制造成本方面逐年进步, 这样在市场上就会降低终端用户的费用。若政府部门和市政公司对率先使用或者接受太阳能技术的业主进行补贴或者免税, 将进一步促进太阳能行业的发展。

至于光伏系统能否既美观又高效地发挥功能, 目前, 业内解决了这一难题而生产出令业主满意、美观的建筑一体化光伏瓦的企业不多。

美观

根据波士顿的绿色科技传媒和太阳能工业协会的说法, 2010年安装的民用光伏系统超过48 000套, 这意味着将增加264MW的发电量, 也就是说2009年到2010年之间电能增长了100MW。由于相关鼓励措施和第三方投资增长等因素, 2011年民用光伏系统稳定增长, 安装量达350MW, 大约为85 700户。

过去的10年中, 华盛顿州贝尔维尤市的保罗·巴耐特与家居装饰秀电视主持人鲍勃·维拉、美国能源部合作, 在国际消费电子展和建筑展等展会中对一些光伏样板工程进行了展示。巴耐特组织了一个所谓“未来家居体验”活动, 展示用于民用住宅的节能和可再生能源的特点。

光伏系统的不足是美观性不佳。规划的居民社区在接受太阳能方面, 对安装第一代屋顶光伏板仍有抵触心理。为了增加光伏系统安装率, 有必要推出屋面光伏一体化系统。随着太阳能制造与设计的不断完善, 太阳能膜材产品性价比更高。光伏系统新技术、新方法不断融合, 价格降低和美观性增强都促进了市场需求。

美国密歇根州奥本山市的美国能源转换公司的全资子公司—UNI-SOLAR公司是一家致力于改善光伏产品以使其更加美观的公司。2011年第四季度, 该公司生产了民用UNI-SOLAR誖产品——PowerShingle TM。

PowerShingle是一种仿传统沥青瓦的光伏产品, 但较传统沥青瓦而言表面更为光滑, 仍具有传统沥青瓦的许多其他特点, 诸如大小、形状、重量、灵活性、厚度和耐老化等, 另外, 其施工材料与工艺和沥青瓦几乎一样。

UNI-SOLAR公司战略市场部副经理马赛林诺·苏萨说:“正方形的光伏板铺设于屋顶上与建筑设计不协调的现象仍然存在。而建筑一体化光伏瓦的出现, 将有更为美观的产品可供业主选择。”

由于光伏系统成本持续降低、美观性增强, 且可降低能源费用, 加之电费上涨, 光伏系统在未来5年内的使用率会大幅上升。业内人士也意识到了这点, 屋面制造商正在寻找各种利用可再生能源提高屋面系统价值的方法。

挑战

价格是影响光伏系统, 特别是民用光伏系统推广的决定因素。而美国和全球经济低迷, 这就不难理解为什么太阳能产业会遇到一些困难。

补贴措施使消费者花的钱少, 是推广民用光伏系统的保证。民用光伏屋面系统需要更适合其自身特点、经济的模式, 比如馈网电价制度 (译注:政府承诺以事先约定的价格购买由光伏系统生产的电能) , 该制度在加拿大安大略省很成功。

屋面承包商也认为, 如果光伏系统可购买性很强, 并且有合理的回报期, 那么将有更多的人愿意在自家屋顶上安装太阳能系统。

费用

对于考虑安装光伏系统而又担忧其价格的业主来说, 美国联邦政府的税收政策可降低光伏系统费用。某些州政府也通过税收政策、折扣或其他措施, 支持居民社区加大对太阳能的使用力度。

馈网电价制度由于可给业主带来稳定的收入, 帮助了业主收回投资。一些折扣项目也会根据每瓦电量预付给业主一定费用。多数情况下, 这些项目是为了配合州政府制定的节能政策。

在2016年前安装光伏系统, 业主可获得30%的联邦税收抵免。如果在2011年12月31日使用的, 税收抵免也可转换成现金支付。另外, 2011年光伏系统整体成本降低, 业主也会从中受益。成本降低也有助于降低业主的应纳税支出。

美国约有一半的州提供这种项目来帮助业主。加利福尼亚、夏威夷和新泽西州推出了十分优厚的鼓励政策和优惠项目。夏威夷最近批准了一项馈网电价制度外加35%的太阳能信贷, 优惠程度超过了联邦税收抵免。科罗拉多州也有由州立市政公司推出的优厚的折扣项目。

为了帮助业主充分利用联邦、州和地方政府的优惠政策, 几家太阳能租赁公司正为民用光伏市场提供服务。这些公司提供像购电协议等合约, 使得业主能够在数年间, 最多不超过20年, 以固定价格购买屋顶光伏系统的电能。租赁公司凭借购电协议负担安装光伏系统的费用, 而业主在较长的一段时间内, 只需支付一定的电费, 而不需预付有关光伏系统的费用。

另一个降低成本、加快业主投资回报的潜在方式是解决地区性许可要求, 使其更加统一。

根据《纽约时报》与太阳能安装公司合作的调查报告——“地方许可制度对太阳能使用成本的影响”, 显示每户民用光伏系统由于要与各地方的准许要求 (各地区准许要求并不一致) 相符合, 而增加了2 500美元的费用。如果许可要求在联邦政府层级, 或者至少州政府层级标准化, 那么仅仅2年内, 对全美大约一半的居民来说, 太阳能的成本极具吸引力, 并且5年内, 民用和商用太阳能市场的投资可达10亿美元。

施工工艺

影响光伏系统成本的另一个重要因素是施工工艺。如果所选的光伏系统不宜运输和安装, 那么成本就增加, 业主就不太愿意使用屋顶光伏系统。

大多数民用光伏系统安装在屋顶上, 其使用的辅助件和连接件, 需由屋面承包商用标准工具安装。重要的是, 整个安装过程需由不同专业的人员完成。屋面施工人员能拼装连接屋面光伏产品, 却不能将电接入室内。在光伏单元模块施工完毕后, 电工将做最后的连接工作, 使得屋顶建筑一体化光伏瓦与系统其他部件连通, 系统得以运行。

地方法规

罗琳·布拉德肖是宾夕法尼亚州的建筑师, 也是当地的参议员, 供职于特拉华县规划委员会。她认为安装传统光伏板影响建筑美观。她通过在特拉华县规划委员会的工作, 使这一问题越来越为人所关注。

“我看过其他市镇涉及太阳能和风能的管理条例, 规定了哪些位置可以安装太阳能板, 是否在屋面上可以为独立式的等, ”布拉德肖说道, “将会有更多的地方管理条例就此类问题作出规定, 什么做法是允许的, 是否对邻居有影响, 就像卫星天线刚开始流行的那个时候一样。对光伏系统而言, 我认为如果光伏技术与瓦融合, 地方管理条例不是问题。”

应用

UNI-SOLAR公司与新泽西州能源公司的子公司——新泽西州家居公司合作, 将Powershingle作为一个试点项目, 首次应用于新泽西州。

作为太阳能租赁项目的一部分, 新泽西州家居公司将在15家民居的屋顶上安装光伏组件, 使得居民用上干净、可再生的能源。通过太阳能租赁项目, 新泽西州家居公司支付了前期的安装费用和维修费用, 这些费用可达上万美元。

在该试点项目中, 预计每月每户光伏系统的平均发电量为3kW, 在20年内, 每月需支付的电费为26美元。在租赁期内, 每月的电价都是固定的。根据新泽西州家居公司的估算, 预计每年每户平均将节约电费600美元, 在整个租赁期内将节约10 000美元, 而且每位用户可用上干净、可再生的电能。

美国新泽西州某2 000平方英尺 (约185.8 m2) 的房子, 在其平坦朝南的屋顶上安装了4.5 kW的PowerShingle系统, 每年可生产的电能约为6 200 kW·h。根据美国能源部的说法, 2008年每户家庭的平均用电量为11 000 kW·h, 因而光伏系统能提供其一半的用电需求, 而无需什么费用。

美国光照充足, 完全可以支持光伏系统的安装使用。正如上文所提到的新泽西州, 尽管其光照资源还不算丰富, 但光伏瓦仍可每年生产约6 200 kW·h的电能, 而在光照丰富的亚利桑那州, 一个4.5 kW的光伏系统每年可生产的电能可超过8 700 kW·h。

展望

太阳能建筑物 篇10

经过数年的研究和开发, 太阳能的利用已取得显著成果并转化为生产力。在我国, 太阳能热水器生产企业超过千家, 推广应用范围也在不断扩大。早在1999年召开的世界太阳能大会上就有专家认为, 当代世界太阳能科技发展有两大基本趋势, 一是光电与光热结合, 二是太阳能与建筑的结合。太阳能建筑系统是绿色能源和新建筑理念两大革命的交汇点, 专家们公认, 太阳能是未来人类最适合、最安全、最理想的替代能源。目前, 太阳能利用转化率约为10%~12%, 太阳能的开发利用潜力十分巨大。据悉, 目前世界各国都在实施自己的“阳光计划”, 如去年德国政府就宣布推行“十万屋顶”计划, 即在建筑顶部大规模地铺设太阳能发电装置, 既节省电力又利于环保。在欧洲的能源消费中, 约有1/2用于建筑的建设和运行, 而交通运输耗能只占能源消费的1/4, 因此, 建筑物利用太阳能成为各发达国家政府极力倡导的事业, 太阳能利用设施与建筑的结合自然是人们所关注的问题, 主要是太阳能的光伏利用与建筑的结合。

太阳能与建筑一体化有其独特的优势和特点:一是把太阳能的利用纳入环境的总体设计, 把建筑、技术和美学融为一体, 太阳能设施成为建筑的一部分, 相互间有机结合;二是利用太阳能设施完全取代或部分取代屋顶覆盖层, 可减少成本, 提高效益;三是可用于平屋顶和斜屋顶, 一般对平屋顶而言用覆盖式, 对斜屋顶用镶嵌式;四是该技术属于一项综合性技术, 涉及太阳能利用、建筑、流体分布等多种技术领域。联合国能源机构最近的调查报告显示, 太阳能与建筑一体化将成为21世纪的市场热点, 成为21世纪建筑节能市场的亮点。

国内太阳能产业领军企业力诺瑞特在对欧洲和中国的国情做了对比后, 敏锐发现了建筑节能这一课题, 并将全部研发精力投入到其中。经过分析研究, 力诺瑞特的专家们将目光瞄准了屋脊、外墙立面、阳台等位置, 前瞻性地提出“太阳能与建筑一体化”概念, 并且引进、消化、吸收了德国的分体式太阳能热利用技术, 将更适合建筑的产品在市场上迅速推广开来, 成为“太阳能与建筑一体化”专家, 引领行业发展。

作为国内“太阳能与建筑设计一体化”引领企业, 力诺瑞特对建筑进行了深入的研究和探索, 取得多项技术成果, 掌握了太阳能与建筑结合的核心技术, 使太阳能热水系统能够与建筑进行完美结合, 并在国内进行了推广应用, 带动国内太阳能与建筑结合技术发展。首先解决了高层建筑无法安装太阳能的难题, 他们研发的分体式太阳能热水中心完美的镶嵌在阳台外立面、斜屋脊等位置, 使太阳能不再是建筑的负担;第二, 避免了太阳能对建筑构造的破坏, 解决了防雷、防水等安全隐患;第三, 太阳能推广实现了产业化、源头化, 使业主在安装太阳能的过程中节省了成本, 并保证了质量;第四, 由于是工程化、标准化安装, 售后服务体系和物业管理实现了统一, 有效保障了消费者的权益。

浅谈太阳能与建筑一体化设计 篇11

[摘要]随着社会经济的发展，太阳能作为一种清洁环保、便利持久、取之不竭新能源逐渐被国家所重视，然太阳能技术的开发利用，必须与城市建筑发展相协调，“太阳能与建筑一体化”成为太阳能技术发展的必然趋势。

[关键词]太阳能与建筑一体化、太阳能技术

[中图分类号]F407.9 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0242-01

一、引言：

随着城市建设步伐的加快、人民生活水平的提高、环保意识的加强、节能意识的提高，常规能源的利用受到了重重障碍。利用

障碍之间的矛盾引起了人们对新能源的渴望，太阳能作为一种巨大、廉价、持久、环保、清洁、便利的新能源为世界各国所重视。我国作为世界能源消耗大国，早在1995年国家建设部于提出《建筑节能“九五”计划和2010年规划》，现在是第二阶段：即在1980～1981年居住建筑通用设计能耗水平基础上节能50%，公共建筑通用设计能耗水平基础上节能50%；2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过的《中华人民共和国可再生能源法》第十七条：国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统。

二、太阳能技术在建筑中的应用：

1、太阳能光热技术：太阳能集热水系统、太阳能供热采暖系统、太阳能制冷空调系统、被动式太阳能房设计；

2、太阳能光电技术：太阳能光伏发电供建筑照明、电器。

三、太阳能利用面临的问题：

1、由于我国城市人口密度较大，城市建筑以大高层和小高层住宅为主，辅以一定数量的多层住宅，屋面可供安装太阳能的空间较小，高层建筑物之间相互遮挡阳光现象严重，造成不可能满足所有住户都能使用上太阳能。

2、建筑屋面所有权存在较大的争议，在建筑物使用过程中顶层的住户几乎不允许下层住户使用屋面安装太阳能。

3、由于屋面建筑设计没有考虑太阳能的安装，造成日后住户自行安装太阳能的难度很大，且存在较大的安全隐患。

4、住户自行安装太阳能造成物业管理麻烦，纠纷较多。

住户自行安装太阳能时，存在很大的安全隐患例如：太阳能玻璃集热管爆管、太阳能支架倒塌、屋面瓦被压碎等都会对顶层住户和小区行人造成很大的麻烦甚至人身伤害。

5、低层住户自行安装太阳能，水资源浪费严重。

现实中有些低层住户在屋面安装了太阳能集热器，但太阳能热水管长度达25m长、管径φ25mm，待用户需要用热水时大约需要放出13升冷水才能出热水；待向屋面水箱加冷水时，也会由于操作不当造成大量的冷水通过溢水口留出。

6、住户自行安装的天阳能严重的破坏了建筑设计风格，严重的影响了城市整体形象。

现实中住户自行安装太阳能几乎不会考虑建筑美观，住户自行选择的太阳能型号、规格、尺寸、颜色等等相差甚远，安装方式更是花样百出，屋面到处乱拉线、乱打孔、乱挂支架，屋面看上去就行摆摊卖货的市场；

7、住户自行安装的太阳能系统大多无法满足住户对热水舒适度的要求。

四、现代城市对太阳能的要求：

1、外造型美观多样化，适应建筑整体风格，与建筑完美的结合；

2、太阳能系统多样化，既可单独系统又可集中系统分户计量；

3、满足全天候可靠供热，操作简单，满足多用途热水舒适度要求；

4、太阳能系统统一设计安装，检修、维护简单方便；

5、方便后期物业管理；

设计前期充分结合建筑形式、建筑规模、建筑密度、建筑朝向、立面效果、屋面形式等因素选择最佳太阳能系统，做到“太阳能与建筑一体化”的设计。

五、城市太阳能系统设计方案：

1、分户集热系统—分户承压水箱

特点：1、系统双环路循环稳定可靠，全年运行，实现多用途供热水；

2、有效的解决屋面安装空间不够的问题；

3、不存在热水收费纠纷问题；

2、集中分散集热系统分户计量热水、分户独立再热

特点：1、系统循环供水稳定可靠，全年运行，实现多用途供热水；

2、太阳能集热器集中设置屋面，方便维修管理；

3、方便物业收费，减少纠纷；

3、集中分散集热系统—分户热计量、分户水箱、分户再热

每户将天然气壁挂炉集热器变为容积式换热承压水箱（配电加热器），用户通过容积式换热承压水箱提取太阳能的热，不用太阳能的热水

特点：1、系统双环路供水稳定可靠，全年运行，实现多用途供热水；

2、太阳能集热器集中设置屋面，方便维修管理；

3、方便物业收费，减少纠纷；

4、太阳能集热器侧几乎无结构现象；

六、太阳能与建筑一体化设计要点：

1、规划设计布局：不得违反当地规划部门要求

1.1、建筑组团的布局，直接影响太阳能集热器的日照；

优化小区内点式、板式建筑的错落有序布局可以有效改善日照效果。

1.2、建筑物的朝向，影响集热器接受太阳能的辐射量；

优化建筑物朝向在偏正南±30。的范围内。

1.3、建筑物间距，影响太阳能集热器日照时间；

控制建筑物之间的间距保证太阳能集热器的日照时间每天至少4小时，最优是9：00～15：00之间无遮挡；

2、建筑设计：不得影响建筑功能

2.1、屋面隐蔽设计：

建筑设计通过加高女儿墙和增设装饰性遮挡物来遮蔽集热水箱和太阳能集热器。

2.2、屋面协调设计：

通过对太阳能集热器的外形、颜色的设计使之与建筑的造型、色彩、风格相适应，成为建筑的一部分，达到建筑整体完美的视觉效果。

2.3、屋面融合设计：

将太阳能集热器设计安装成建筑物的一个功能部件，例如集热阳台、集热飘板、集热外墙、集热外遮阳板、集热雨篷等，与建筑浑然一体。

2.4、管线统筹设计：

太阳能管线应设置在管道井内，出屋面外墙设置防水钢套管，处理好管道满足屋面泛水高度。设计水箱的溢流排水系统。

七、小结：

通过对现有建筑中太阳能系统存在的问题分析，对太阳能供热系统的特点分析，我们总结出“太阳能与建筑的一体化”设计的要点和具体设计理念，希望能为推动“太阳能与建筑的一体化”的进程有所帮助。

参考文献

[1]中国住房和城乡建设部，《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》中国建筑工业出版社，2005年

[2]中国建筑科学研究院，《地源热泵系统工程技术规范》中国建筑工业出版社，2005年

太阳能建筑物 篇12

1 太阳能一体化的综合概述

目前来说, 对于太阳能一体化的具体定义还没有形成一个固定的、十分完全表述的模式, 还处于在实际应用中不断完善改进的阶段。根据我国太阳能学会太阳能和建筑结合专业委员会筹备组的研究描述来看, 对于太阳能一体化含义的描述为:太阳能与建筑的一体化不是简单的一种“相加”, 而是在这种“相加”模式下整合出一个崭新的答案, 也就是说, 在建筑的设计初始阶段, 就需要把太阳能系统所包含的所有内容都视为建筑不可缺失的设计元素进行综合考虑分析, 把系统的各个部件合理的与建筑相结合, 融入于其中, 进而实现太阳能一体化, 使太阳能系统成为建筑的不可分割的组成部分, 而不是简单的把太阳能作为建筑的一种附加构件, 这与太阳能一体化的自身要求和特点也是不相吻合的。

2 太阳能一体化在民用建筑中推广应用的综合分析

在民用建筑中应用太阳能一体化时, 需要注意以下几个方面的要点:第一, 根据建筑的所处地形位置, 因地制宜, 有计划、有目的的进行应用。太阳能的应用不是所有地形位置都可以的, 具有一定的地域性要求, 要尽可能的在太阳光照丰富的条件下采用, 虽然现在在先进技术的支持下, 太阳能也可以在先天条件不足的环境下使用, 但是, 要想在一些气候环境恶劣的地域开展应用还是需要一定的发展的, 条件还没有达到;第二, 太阳能热水器技术在很多的多层次建筑中已经有了较为成熟的应用, 但是, 在其他的建筑类型中, 像小高层建筑还是应用不多的, 因此, 在推广的过程中, 就需要因地制宜, 根据实际状况进行合理的应用, 在一些自身条件良好, 光照丰富, 对热水有长期稳定需求的建筑地区, 并且在技术条件和环境条件都许可的情况下, 积极应用太阳能一体化。它的技术应用条件主要是指太阳能热水系统在工程应用中的合理性, 需要从技术方面和经济方面两者进行综合的评价分析。

2.1 环境条件的分析

一般来说, 环境条件主要包括现场条件和热水设计条件两方面。对于环境条件来说, 主要指的是安装地点的维度、月平均太阳辐射量、日照时间、环境温度、太阳光的遮挡状况以及建筑物的荷载量等等方面, 一般是以建筑所处的自然环境为主的;而对于热水条件来说, 主要是围绕热水方面来说的, 一般涉及到的有热水用水温度、热水日用量大小、热水用水位置、冷水的供水方式、热水的水压以及温度等方面。

2.2 太阳能设计与建筑的同步性

对于这方面来说, 所谓的同步性主要说的是, 太阳能的设计要与建筑工程的设计统一规划、同步设计和同步施工, 具体的可以从以下几个方面来说:第一, 在规划上, 要对集热器的安装对日照的影响和建筑物自身对集热器的遮挡进行综合考虑分析;第二, 在外观方面, 建筑的专业设计需要综合把握建筑的具体类型、使用的要求来对太阳能热水系统的位置安装。色调等进行确定, 最终达到太阳能热水系统与建筑的完美结合目的;第三, 在结构方面, 要对太阳能热水系统安装存在的问题进行及时的处理, 并确保集热器有很好的抗风、抗雪性能;第四, 在进行给排水安装方面, 要严格按照节能节水、经济合理、便于计量的原则来确定太阳能热水系统;第五, 太阳能热水系统的运行要高效、安全、稳定, 便于日后的管理。

3 太阳能和民用建筑一体化的优势特点

3.1 民用建筑的使用功能和太阳能设施的有机结合, 可以形成功能多样化的建筑构件, 进而使建筑空间可以高效合理利用, 两者的同步, 可以极大的避免在进行后期的安装使对居民用户带来的生活不便和对建筑外部保温结构的损坏。

3.2 可以形成一个较为协调的建筑形式, 太阳能的设施构建与建筑结合为一体, 两者是协调和谐的关系, 有合理的构造, 从而形成一个完整统一的建筑外观。

3.3 从我国的总体地域来看, 太阳能资源是十分丰富的, 对太阳能的综合利用, 与建筑一体化的结合, 可以使太阳能利用的相关产业变得更加的活跃, 为未来发展创造良好的应用前景。

4 太阳能一体化在民用住宅中的应用

太阳能作为新型的节能能源, 它的绿色污染的环保特性得到了广大民用建筑施工单位的青睐。它在民用住宅中的应用可以从两方面来讲:一是利用太阳能发电, 太阳能发电可以分为热发电和光发电两种形式。前者是通过对太阳光的反射, 把太阳光进行聚集, 然后在聚焦点位置上产生蒸汽, 在蒸汽的带动下使汽轮机带动汽轮发电机来进行发电, 因此, 从这方面来讲, 它是和热发电运行原理差不多, 只是对于蒸汽的产生方式有很大的不同;而对于后者光伏发电来说, 它是通过借助太阳能电池的光伏效应, 把太阳能直接的转换为电能的一种方式, 现对于前者来说, 它的应用工序较为简单, 在民用住宅上的应用较为广泛。另外, 还可以在民用建筑中把太阳能进一步转化为热能, 起到供热保暖的效果, 也可以提供生活热水, 分为两种, 一是集热部分, 二是末端用水部分, 两者都可以为居民提供很好的太阳能应用体现。

结语

太阳能一体化在民用建筑中的应用是一种趋势, 可以有效的提高建筑的节能环保, 符合可持续发展观, 在应用时需要综合把握多方面的因素, 确保其效用的高效发挥。

参考文献

[1]袁少武.建筑太阳能一体化设计探讨[J].中国建筑金属结构, 2013 (18) :66.