夏热冬暖地区太阳能建筑可行性研究

夏热冬暖地区太阳能建筑可行性研究[摘要]随着社会进步和科学技术的发展，在环境和能源问题日益突出的当今时代，人们对于新能源的利用正在逐渐加强、加深，太阳能建筑便是其中一支巨大的潜力股，尤其是在夏热冬暖、拥有着丰富的日照资源的东南沿海地区。本文所作的太阳能建筑可行性研究，通过查阅资料文献、实地考察等方法，对在我国夏热冬暖地区推广实行太阳能建筑的必要性、技术可行性、经济合理性等几个方面进行浅层次的研究与探讨，希望能起到抛砖引玉的作用，一定程度上吸引大家对太阳能建筑等有关新能源利用问题的关注与探讨。[关键词]太阳能建筑夏热冬暖地区可行性目录一、绪论（1）选题的研究背景及意义……………………………………………………………00（2）国内外太阳能建筑的利用现状…………………………………………………00（3）东南沿海的太阳能建筑利用现状………………………………………………00二、太阳能建筑概述（1）太阳能、太阳能建筑概述………………………………………………………00（2）太阳能建筑的发展概述……………………………………………………………00三、太阳能建筑的可行性（1）建筑耗能对社会、经济、环境的影响…………………………………………00（2）推广太阳能的必要性………………………………………………………………00（3）太阳能建筑的技术可行性………………………………………………………00（4）太阳能建筑的发展前景……………………………………………………………00四、太阳能建筑的技术经济评价（1）太阳能建筑技术指标………………………………………………………………00（2）太阳能建筑经济效应分析………………………………………………………00（3）太阳能建筑社会环境效应分析…………………………………………………00五、发展太阳能建筑的对策与对策（1）太阳能建筑利用面临的问题……………………………………………………00（2）太阳能建筑的发展方向与策略…………………………………………………00绪论（一）选题的研究背景及意义1.研究的背景随着地球暖化日趋严重,全球都在努力降低碳排放。一方面，建筑耗能产生之温室气体是其中之大宗,根据欧盟调查,建物之耗能约占全球各种民生耗能之40%,尤以制造传统电力所产生之二氧化碳与室内冷气空调所产生之氢氟碳化物(HFCs)为两大主要温室气体。而另一方面，太阳能则是一种取之不尽、用之不竭的无污染能源。地球拦截的太阳辐射能相当于目前全球电力消费量的1500倍。而依靠现有的技术以及经济条件，供开发利用的太阳能只占理论资源量的很小一部分，因此如果我们能在建筑上大幅提高太阳能利用率,就能很好地降低建筑能耗，达到低碳目标。而我国东南部地区，同时具备日照资源较为丰富、建筑物多两个条件，因此，是太阳能建筑很好的“试验田”。2.研究的意义太阳能在建筑中的利用前景十分广阔。有关人士预测，在未来的城市是生态城市，未来的建设是生态建筑。而生态城市和生态建筑的一个显著的特点是太阳能技术得到充分利用，因此，从一定程度上看，生态建筑即是“太阳能建筑”，而生态城市即“太阳能城市”。有人估算，在目前情况下，市场每扩大一倍，产品的成本就下降一半。也因为建筑产品的使用寿命长，太阳能建筑设备在长期内实现的效果将会带来巨大的经济、社会和环境效应。因此，目前对太阳能建筑的可行性研究，将有利于促进我国太阳能建筑市场的形成，对推动我国太阳能建筑的发展必将具有深刻的现实意义。（2）国内外太阳能建筑的利用现状太阳能是一种可持续利用的清洁能源，在寻求人类社会持续发展的进程中，节能建筑对太阳能的利用日益受到世界各国的重视。以下列举美国及我国的应用现状：1.美国太阳能建筑的应用现状美国作为一个发达国家，建筑用能已占全国的总能耗的30%-90%,对经济发展形成了一定的制约作用。因此，美国太阳能建筑的发展极为迅速。为了减少能耗，降低污染、调整能源结构，实现环境保护的可持续发展，美国对太阳能做了积极的探索，其中“百万太阳能屋顶计划”就是规模最大、涉及部分最多、正在逐步实现的项目计划。该计划是美国面向21世纪的一项又政府倡导、发展的中长期计划。这一计划的实施，到2010年将在100万个屋顶或者建筑物其他可能的部分安装太阳能系统。这一计划的实现，太阳能技术的应用将进一步扩大，达到减少温室气体排放，扩展能源选择，创造新的高新技术工作岗位等目的，给美国带来相当可观的环境效应和经济效应。到2010年，百万屋顶计划将生产相当于2～3个燃煤发电厂的电力，不仅满足建筑物自身的电力需求，而且有的地方已经出售由太阳能产生的电力。2.我国太阳能建筑的应用现状当前，我国被动式太阳能房已进入规模普及阶段。由群体太阳能建筑向太阳能住宅小区、太阳村、太阳城发展。特别是常规能源相对缺乏、经济相对落后、环境污染比较严重的西部地区，发展速度更为迅速，有的地区年平均递增率达15%。各地还制定了包括推广太阳能建筑的计划，如投资额达4.28亿的兰州“阳光计划”，以及西藏计划投资900万元资助新建太阳能房27万平方米等大型工程项目。另外，我国首座全太阳能建筑已在北京落成。该全太阳能建筑，主体建筑室内的洗浴、供热、供电等所有能源都由太阳能提供。该工程是奥运场馆的试验性建筑，并且在2008年我国奥运场馆的部分项目也是使用太阳能技术[1]。（3）东南沿海的太阳能建筑利用现状由于东南沿海的环境特点，因低纬度较低、太阳高度角较高、总雨量较少、阴天日数较少等多方面原因，而成为全面太阳总辐射的高值区；最有利的季节就是春、夏两季，但秋季和冬季的日照数也相对较多，因此充分利用全年的太阳能资源具有较大的潜力。但是，与市场的高需求与高发展形成极大反差的是，消费者对太阳能建筑的了解还是有所欠缺，然而就是技术的不稳定等原因。二、太阳能建筑概述（1）太阳能、太阳能建筑概述1.太阳能概述太阳能是指太阳内部连续不断的核聚变反应过程中产生的能源。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为制作食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等[2]。2.太阳能建筑概述太阳能建筑是指太阳能通过集热设施的围护结构传入室内，减少房间采暖对常规能源需要的建筑。在建筑中应用太阳能供暖、制冷，可节省大量电力、煤炭等能源，而且不污染环境，在年日照时间长、空气洁净度高、阳光充足而缺乏其他能源的地区，采用太阳能供暖、制冷，尤为有利[3]。（2）太阳能建筑的发展概述太阳能光热技术在中国的应用非常广泛，具有良好的产业化和商业化基础。而太阳能光电技术，由于其较高的成本，还未像光热那么普及。由此我们结合时间和技术的更新将太阳能建筑分为3个阶段：第一代——初具雏形2002年在山东德州的皇明科技园区，矗立起一栋栋外形独特的太阳能建筑，这是中国现代最早的发展雏形。也正是从这里开始，太阳能从单纯的生活热水利用逐步发展成为绿色生态建筑中重要的组成部分。第二代——综合利用在第一代的基础上，第二代太阳能建筑在设计上提出了：天地结合互补，开源节流并重的理念。这代建筑的能源供给来自于三个方面：太阳能光热技术、太阳能光电系统和地源热泵辅助系统。第三代——科技创新第三代太阳能在第二代的基础上，加强了对一些关键技术的突破，如高性能维护结构的使用和先进蓄能方法等。目前这类建筑在国内尚属起步阶段，不少科研机构和设计机构正在研究探索[4]。三、太阳能建筑的可行性（1）建筑耗能对社会、经济、环境的影响随着经济加速发展，由于给人带来更好的生活水平，然而随之而来的便是能源消耗的加速。现代建筑尤其是高层建筑在满足更多人居住需求、给人带来舒适、便利的同时，也在从各个地方不停吞噬着自然界的资源。建筑耗能在所有的产业能耗项目中都排在前列。根据相关统计，我国建筑能约占全社会总能耗的42％左右，其中，建筑在使用中因采暖、空调、照明、家电、炊事及高档建筑换新风所用能耗占27．45％；建筑在建设中的能耗占13％。而且我国每年新增建筑中超过80％的房子是高能耗的建筑，普遍存在着维护结构保温隔热性能差，采暖系统热效率差等问题，单位建筑面积采暖能耗为同等气候条件下的发达国家的2倍到3倍。随着我国城市化进城的推荐，建筑能耗占全社会总能耗的比重，仍处于上升趋势。由此政府和相关部分都需加大力气在环境保护上投入资金，然而则对社会、经济、环境都产生了巨大的影响[5]。（2）推广太阳能的必要性我国的建筑能耗在全国能源消费总量中的比例呈现出逐渐上升的趋势，我国北方城镇采暖能耗占全国建筑总能耗的36％，为建筑能源消耗的最大组成部分。单位面积采暖平均能耗折合标准煤为20kg/m2·年，为北欧等同纬度条件下建筑采暖能耗的2～4倍。能源消费结构的不合理给我国环境问题带来了巨大的压力。太阳能作为清洁环保的可再生能源，已经被广泛用于民用建筑当中，研究表明:在太阳能利用方面具有经济价值的地区是年辐射总量高于2200h的地区。因此我国在大部分地区的建筑物中推广应用太阳能热利用技术已具备了良好的条件，特别对电力紧缺地区具有一定的经济效应和社会效应。太阳能广泛应用于建筑物采暖不但节省了大量的化石能源，而且减少了对不可再生能源煤的消耗。同时，随着国民经济的迅速发展。太阳能能有效的缓解能源短缺的现状，提高人们的生活水平。所以，推广太阳能已经具有相当大的必要性。（3）太阳能建筑的技术可行性太阳能的利用主要表现在两个方面：电能利用和热能利用。1、太阳能发电技术与建筑相结合光伏并网发电技术在国外发达国家已经非常成熟，已进入商业化、规模化发展的阶段，目前还在沿着降低造价，提高转换效率的方向不断发展。从最早作为小功率电源发展到现在作为公共电力的并网发电，其应用范围也已遍及几乎所有的用电领域。目前世界上许多国家已经大规模开展光伏并网发电技术在建筑中的应用工程。如德国的“十万屋顶”计划，美国的“百万屋顶计划”，印度也在2002年宣布开始推广150万套太阳能屋顶计划；在以色列，几乎所有住宅都安装了太阳能光电和光热系统；2000年悉尼奥运会场馆也大量使用了太阳能光电材料。据预测，2010年以前，发达国家将至少建成200万幢太阳能商品住宅，其市场规模可达数百亿美元我国光伏产业经过30年的发展，在满足国内市场需求和提高边远无电地区人们的生活水平及特殊工业应用中发挥了重要的作用。现在光伏发电技术从小型独立供电电源到大型光伏电站再到并网光伏电站与建筑相结合。光伏技术应用的范围将越来越广泛，对社会经济可持续发展的作用也越来越大。我国的许多省市都在积极推进太阳能并网光伏电站在建筑中的应用。如北京、上海、福州、杭州等地相继建成一批太阳能建筑示范工程。上海市在今年举办的第二届“上海环保与新能源国际论坛会”上宣布，上海将进行“十万屋顶”计划，即在上海十万户家庭的房顶上安装太阳能发电装置。根据规划，每户家庭的太阳能发电能力将达3千瓦，若“十万屋顶”完全投入使用，将产生30万千瓦的电力供应。2、太阳能热利用技术与建筑相结合建筑中采用的太阳能光热技术通常为太阳能集热器和太阳能空调。太阳能集热器可以作为建筑采暖的热源，常以空气和水为热媒。太阳能空调是将太阳能转换成热能，再利用热能作为外界的补偿，使系统达到并维持所需的温度。虽然我国太阳能热水器产量居于世界首位，已经实现大规模的商业应用。但目前很多都将其安装在屋顶，不仅破坏了建筑的美观，而且常会破坏屋顶防水，同时国内一些城市处于市容的考虑已经限制了屋顶式热水器，这些问题都制约着其发展[6]。（4）太阳能建筑的发展前景随着石油、煤炭等化石燃料储量的日益减少，人类对新能源的开发及利用也日益的增多，尤其以其中的核能、风能、太阳能为主。但2011年3月日本福岛核电站的爆炸事故，而风能的利用瘦地域等其他条件的限制太大，所以发展利用太阳能将会在未来的新能源界占主要地位。而把太阳能同人类建筑结合起来，把自古以