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1建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization第10章：太阳能利用2建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization太阳能虽然和我们日常生活离得很近，在生活中应用的比较普遍，但是，太阳能的应用上，并不是占主导位置。这取决于太阳能的利用率是比较低的，我们采用普通的方法在太阳能中所获得的能量比较小，达不到人类在生活中对能量的需求。所以到目前为止，太阳能作为能源技术在人们生活中的应用还是比较少的。3建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization太阳能利用技术太阳能的利用主要有光热转换和光电转换两种方式●优点：(1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。4建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization(3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。太阳能利用技术5建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization●缺点(1)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及气候因素的影响，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。(2)效率低和成本高：目前太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。太阳能利用技术6建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization•太阳能与建筑一体化是将太阳能利用设施与建筑有机结合，利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层，既消除了太阳能对建筑物形象的影响，又避免了重复投资，降低了成本。太阳能与建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向。•太阳能与建筑一体化技术的特点：1.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，取代了传统太阳能的结构所造成的对建筑的外观形象的影响；2.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；3.可用于平屋顶或斜屋顶，一般对平屋顶而言用覆盖式，对斜屋顶用镶嵌式7建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization•太阳能与建筑一体化应用技术适用对象：1、适用于城建较严格，要求安装规范、美观、不损害市容市貌的单位、集体、小区等。2、适用于在建筑设计之处，就将太阳能作为建筑的一部分考虑在内，与建筑一同设计。3、适用于各种形式的建筑，例如：住宅小区、高层楼群、别墅等等。4、单台集体购买统一安装，该种形式主要适合于新建住宅小区和旧房改造。8建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization•近年来，我国应用太阳能采暖发展迅速，节能效果明显。在建筑物的能耗结构中，其中75％的能源用于建筑采暖和热水供应。将太阳能利用与建筑节能技术相结合，可以降低能源消耗，减少环境污染，是建筑节能的一个重要途径。•建筑中利用太阳能的方式大致分为被动式和主动式两种。9建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization•被动式太阳能是指不借助风扇、泵和复杂的控制系统而对太阳能进行收集、储藏和再分配的系统。这种功能建立在对建筑设计的综合研究之上，那些建筑的基本要素，如窗、墙、楼板等都尽可能地负担着各种不同的功能。例如，墙不仅起支撑屋顶和围护的作用，还负担着热能的储存和释放作用。每一个被动式太阳能采暖系统至少要有两个构成要素：朝南的玻璃采集器和通常由砌块、岩石或水等保温材料组成的能量储存构件。•根据这两个要素之间的关系，被动式太阳能系统主要的几种形式有：直接获取系统、图洛姆(Trombe)保温墙、太阳室、屋顶水池、现代园艺温室等。10建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization•1.直接获取系统在直接获取系统中，每个朝南的窗户都是一个直接获取太阳能的系统，而其他朝向的窗户在冬季所丧失的热量比其获取的热量要多。在直接获取系统中，温室效应能够起到一个热调节阀的作用，它使太阳的短波辐射进入，同时又阻止了热量的丧失。•建筑内部的保温材料能够吸收这些热量，同时可以防止白天室内温度过高，而夜晚则将储存的热量释放出来，如果设计合理，保温墙散发的热量将能够使房间在整个夜晚感觉非常舒适。因此，保温材料的面积和南向玻璃面积之比在直接获取系统中是非常关键的。被动式太阳能的种类11建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization12建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization被动式太阳能的种类2.水墙式将朝阳墙面做成装水的墙体，墙外设玻璃幕墙，两者之间留出空气隔层。在冬季的白天，阳光把水墙加热後向室内散热﹔夜晚关闭活动的隔热保温板，使已蓄热的水墙能保证室内热量不致散失。夏季还可利用水墙作为隔热墙之用，防止辐射热入室。水墙太阳能房示意图13建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization关于水墙的尺寸，颜色及材料的选择：1.尺寸：一般水墙的容积可按太阳房的窗的玻璃面积乘以30cm左右来进行估算。2.颜色：水墙容器表面的颜色以黑色最好，蓝色和红色容器的吸热能力比黑色容器分别少5%---9%。3.材料一般可用金属和玻璃钢制成。容器表面常做成螺纹的圆柱体，以增加刚度。14建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization水幕太阳能墙:摆脱对空调的依赖画面左侧为设置了循环流水系统的玻璃外墙，右侧为太阳能外墙，墙上铺满鲜花和绿植15建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization世博园阿尔萨斯案例馆的水幕玻璃位于浦西世博园“城市最佳实践区”一角的阿尔萨斯案例馆，被青枝绿叶覆盖着，但这栋建筑最新奇的不是绿墙，而是“水幕太阳能墙”。“墙体”包括三个层面，外层为太阳能电板和第一层玻璃，中间层为密闭舱，第三层为水幕玻璃。水幕太阳能墙向世人展示了一种建筑本身具有的气候调节机制，尤其适用于冬冷夏热的地区。阿尔萨斯案例的原型是法国阿尔萨斯布克斯韦尔中学的太阳墙，在当地主要应用于冬季供暖。但考虑到上海夏季高温潮湿的气候特点，这一走进“城市最佳实践区”的案例又增添了夏季功能。太阳能水幕墙夏天运行时，密闭舱会打开。密闭舱中的空气和沿着立面往下流的水幕相连，加上太阳能墙产生的阴影，起到给建筑降温的效果。利用太阳能水幕墙的原理，可以在夏季有效降低室内温度，在冬季补充室内温度，极大地降低对空调的依赖。常规空调是不是不够绿色环保？能否让建筑具有自动调温功能？在2010年上海世博会上，来自法国阿尔萨斯的案例给出了一个肯定的答案。16建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization被动式太阳能的种类3.蓄热墙式将朝阳墙面做成厚重实墙，外涂黑色，外层设玻璃幕墙，两者之间留出空气隔层。实墙上留出适当的采光面积，上、下留洞口。白天室内的冷空气通过下部洞口，进入空气隔层受热上升，经由上部洞口进入室内，如此形成对流循环，室内温度即可不断提高。夜间将洞口关闭，并下帘幕，使室内热量不致散失。夏季开启厚墙和玻璃幕墙上的小窗，可通风降温。17建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization•图洛姆(Trombe)保温墙系统•图洛姆保温墙系统是将保温墙置于南向玻璃窗内侧。由于它是由法国太阳能实验室主任FelixTrombe教授研制成功的，因此又常常称它为Trombewall(图洛姆墙)，当图洛姆墙应用于建筑物向室外排风时，也称它为太阳能烟囱。其原理均是在朝南向阳墙的外表面涂以深色选择性涂层，并在离墙外表面10cm左右处装上玻璃或透明塑料薄片以形成空气间层，利用温室效应原理加热夹层空气，从而产生热压来驱动空气流动。•冬季可以通过打开集热墙上、下两个通风口形成循环对流来对室内空气加热，当需要新鲜空气或室外气温比较合适时，也可打开玻璃下面的进风口、关闭集热墙下面的风口来对室外新鲜空气先加热后再流入室内。夏季，则只打开玻璃上风口与集热墙下风口，利用夹层空气的热压流动来预防室内过热，同时带走室内的部分余热。同时，由于图洛姆保温墙很厚，通常为12英寸左右，延续时间长，热量到晚上才能传到墙体的内表面。如果有足够的保温材料，整个晚上图洛姆保温墙体都能起到散热器的作用。一般说来，仅在需要太阳热量而不需要太阳光的情况下才选择图洛姆保温墙这种方式。因为这种情况很少出现，所以图洛姆保温墙多与直接采暖方式结合使用。18建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization19建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization20建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization•4.太阳室（附加日光间）太阳室是一种为建筑物主体采暖而设计的房间，其用途犹如第二起居室。这种概念源自18世纪～19世纪流行的“暖房”。今天太阳室常被人们称为“日光浴室”。因为太阳室隔热及遮阳的效果差，所以不能加热或制冷。机械采暖和制冷需要太多的能量，而太阳室则是损失能量快于获取能量。它存在温度变化幅度过大的问题，当温度达到最高时，太阳室将暂时不能使用。因此，一个好的太阳室设计应使其在一年中可以有较多的时间令人感到舒适。被动式太阳能的种类21建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization附加阳光间除最好能在墙面全部设置玻璃外，还应在毗连主房坡顶部分加设倾斜的玻璃。这样做可以大大增加集热量，但倾斜部分的玻璃擦洗比较困难。另外，当夏季时，如无适当的隔热措施，阳光间内的气温往往将变得过高。当冬季时，由于玻璃墙的保温能力非常差，如无适当的附加保温设施，则日落后的室内气温将会大幅度地下降。以上这些问题，必须在设计之前充分考虑，并应提出解决这些问题的具体措施。附加阳光间有以下优点：①有附加阳光间的年度热损失只相当于无该阳光间的年度热损失的一半；②附加阳光间的管理比特朗伯墙简单；③可以种花卉、果树，成为毗连种植温室，同时还可晒衣物；④开阔视野，舒畅心情；⑤夏季可开创通风，并设窗帘等遮阳物，防止直射热。22建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization23建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization被动式太阳能的种类5.屋顶水池式在屋顶上用透明材料做成水袋或水池，上盖活动式隔热保温板。在冬季的白天，将保温板拉开，太阳将水加热，夜间关闭保温板。水有较大的热容，可持续向室内散热。夏季的白天大部分阳光被保温板所反射，其馀被水吸收，水袋或水池起隔热作用﹔夜间打开保温板，使之散热、降温。24建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization被动式太阳房发展中存在的问题(l)整体上缺乏太阳能行业与建筑行业的相互配合当前，太阳能与建筑相结合已成为太阳能界和建筑界互动的新潮，但如何在建筑这个载体上更加合理充分的利用太阳能资源，使太阳能产品能够规范地与建筑相结合，已成为业内人士探讨的话题和需要研究的课题。由于整体上缺乏太阳能行业与建筑行业的相互配合，太阳能热水器、太阳能光伏发电置于建筑物之上，增加了建筑的负荷和造价，使太阳能技术孤立于建筑功能、结构、美学等因素之外，影响了太阳能建筑一体化的进程。25建筑节能第10章太阳能利用SolarEnergyUtilization（2）集热构件的工厂化、标准化、规模化被动式太阳能集热墙的推广利用已经历了近三十年的发展历程，积累了一定的经验，但也存