太阳能的利用（降低能源消耗、减少环境污染）-趣爱秀

概述

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。

将太阳能作为蒸发器热源的热泵系统称为太阳能热泵系统。太阳能热泵应用的主要研究领域为冬季太阳能热泵——地板辐射供暖系统和非采暖季太阳能热泵供热水系统的研究。

被动式太阳能利用

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。

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。

2.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Felix Trombe教授研制成功的，因此又常常称它为Trombe wall(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。

3.太阳室

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。

主动式太阳能利用

1.太阳能热泵技术

热泵技术是一种新型的节能型空调制冷供热技术，是利用少量高品位的电能作为驱动能源，从低温热源吸取低品位热能，并将其传输给高温热源，以达到泵热的目的，从而转能质系数低的能源为能质系数高的能源，节约高品位能源，是一种能够提高能量品位的技术。

2.太阳能制冷技术

在太阳能的利用中，太阳能制冷空调是一个极具发展前景的领域，也是当前制冷技术研究中的热点。太阳能制冷具有以下三个优点：1)节能；2)环保；3)热量的供给和冷量的需求在季节和数量上能够高度匹配，太阳辐射越强，气温越高，冷量需求也越大。太阳能制冷还可以设计成多能源系统，充分利用余热、废气、天然气等其他能源。

目前，关于太阳能制冷系统的研究较多，从原理上看主要包括以下两种：1)以热能为驱动能源，如吸收式、吸附式、喷射式制冷等；2)以电能为驱动能源，先把太阳能转化成电能，然后再利用电能来制冷，如光电式制冷、热电制冷等。

3.建筑光电一体式系统(BIPV)

目前，在欧美等发达国家，一些公用事业公司通过大型中心光电场以增加他们的电能，而另一些电力公司则通过建立靠近用户的小型光电场达到这个目的。有的光电阵列集电板布置在毗邻建筑的地方，有的布置在屋顶上，或者干脆整个结合到建筑的围护结构中。在这种情况下，建筑光电一体式系统就应运而生，简称为BIPV。这种BIPV光电设备可以充当建筑的屋顶、外壁板、幕墙、玻璃窗或者雨篷等特殊元件。

建筑光电一体式系统作为一项新领域有如下优点：1)能够减少电量输送过程的费用，而这部分费用有时高达总电价的50％；2)能够减少电量输送过程的能耗；3)避免了放置光电阵板的额外占用空间；4)可以省去建筑围护结构的部分费用；5)与建筑结构合二为一，可以省去单独为光电设备提供的支撑结构；6)使用新型建筑围护材料，发挥美学潜力；7)以不破坏环境的方式生产全部或部分的建筑所需电力。

由于建筑光电一体式系统具有如上所述的一系列优点，并且随着光电技术研究的进步、光电设备价格的下降，在不久的将来，将有越来越多的建筑表面将采用光电覆面。

前景展望

太阳辐射能作为一种自然能源，以其储量丰富且无污染性显示了其独特的优势，已被国际公认为未来最具竞争性的能源之一。

我国陆地面积接收的太阳辐射总量在3．3×103kJ／(m2·年)～8．4×10kJ／(m2·年)之间，相当于2．4×10亿t标准煤，属太阳能资源丰富的国家之一，太阳能利用前景十分广阔。在人口膨胀、资源紧张等问题困扰人类的今天，开发利用太阳能，提倡建造绿色建筑，充分体现了可持续发展和人类回归自然的理念。