太阳能在绿色建筑中的利用

张晓力 赵聪聪 许文杰 赵海栋

摘  要：世界人口不断增长以及经济高速发展，伴随着煤炭、天然气、石油等一次能源的大量开采消耗，全球性的能源危机和环境危机问题愈发严重，人类的生存和发展面临着威胁和挑战。面对着巨大的人口增长压力和经济发展需要，解决能源危机和环境危机问题，开发利用新能源、改变能源消费结构是大势所趋。该文介绍了太阳能在绿色建筑中的利用现状，剖析了其中的节能意义所在，并介绍了太阳能利用技术、绿色建筑应用及节能等相干内容。世界建筑的发展趋势是节能，加快建筑节能、绿色、低碳的前进步伐，有利于国民经济持续发展。

关键词：太阳能  绿色建筑  光热利用  光电利用

中图分类号：TU201.5                              文献标识码：A                         文章编号：1672-3791（2019）04（a）-0037-02

1  太阳能利用背景

1.1 世界能源资源现状

世界人口不断增长以及经济高速发展，伴随着煤炭、天然气、石油等一次能源的大量开采消耗，全球性的能源危机和环境危机问题愈发严重，人类的生存和发展面临着威胁和挑战。近年来，对能源消费结构情况进行全球范围的统计分析，其中可再生能源仅占2.8%。改变能源消费结构、开发可再生能源成为世界最关注的焦点之一。人类可利用的能源中，太阳能资源最为丰富，据估计，在过去长达11亿年的漫长时间中，太阳仅消耗了自身2%的能量，同时太阳能利用历史悠久，把太阳能以能源与动力的形式转化应用在日常生活中，有着400年的时间。

1.2 我国太阳能资源现状

我国土地辽阔，陆地表面所接受的年辐射量达335～837KJ/㎡，热值相当于4.9万亿t标准煤完全燃烧。虽然太阳能资源丰富，但其资源分布有着很分明的地域性。总体分布的状况为东部地区少于西部地区，南部地区少于北部地区（西藏与新疆地区除外）。表1依照年太阳辐射总量大小，可将我国广阔地域划分为4个太阳能资源带。

2  建筑中的太阳能利用

建筑在利用太阳能过程中受到太阳相对位置、大气条件、地理环境位置等因素的影响。目前，根据各类可再生能源的经济性及特点，多数技术研发选择将太阳能、地热能直接应用到建筑中，其中太阳能在建筑中应用最广泛的两方面为光热利用和光电利用。

2.1 太阳能光热利用

太阳能光热利用的基本原理是先将太阳辐射能进行收集，然后通过与物质的相互作用将太阳能转换成热能，同时在利用过程中需注意貯藏和传输。太阳能集热器是太阳能光热利用各装置系统的核心，实现太阳辐射的收集与传递。可依据所能达到的温度与用途的差异把太阳能光热利用分为低温利用、中温利用、高温利用3类。

建筑中太阳能光热利用主要有太阳能供暖、太阳能热水、太阳能空调制冷3个方面。其中我国研究太阳能供暖时间较久，技术相对成熟，按照是否需要机械动力驱动原件分为主动式和被动式两种方式太阳能供暖。

2.1.1 主动式太阳能供暖

主动式太阳能供暖以主动控制的方式，借助机械动力驱动的水泵或风机，把已被太阳能加热的水或空气送入室内，实现热水洗浴、供暖等目的，具有更高效利用太阳能、结构较复杂、造价较高等特点。太阳能集热器、蓄热水箱、泵、循环管道、辅助热源、控制系统和相关附件共同组成太阳能热水系统，其中太阳能集热系统有热水集热和空气集热两种形式，而空气集热系统结构及操作更简单、维修成本低、无腐蚀冻结等优点。

2.1.2 被动式太阳能供暖

被动式供暖即不采用特殊的机械设备，通过运用辐射、传导和对流的方式，使太阳热能可以自然流经建筑物，同时根据建筑物自身性能去控制热能流向，最终实现供暖或制冷效果。可依照集热形式将被动式太阳房分为对流环路式、直接收益式、蓄热屋顶池式、集热蓄热墙式、附加阳光间式5种类型。

2.2 太阳能光电利用

太阳能光电利用主要有太阳能光热发电和太阳能光伏发电两个方向，在建筑中太阳能光伏发电方向应用更广泛、技术研究更完善，其基本原理是利用光伏电池（太阳能电池）的光生伏特效应实现光能到电能的直接转化，因而太阳能电池可称作光伏发电系统中的“心脏”，实现转换的核心作用，发出的电能达所接收光能的10%～20%。太阳能光伏发电具备无噪音、绿色环保、机械结构与发电过程简单，不消耗燃料，不排放包括温室气体在内的任何物质等优点。如今我国太阳能光伏产业迅猛发展，应用范围逐步发展。太阳能光伏发电系统依照运行方式可分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统、混合光伏发电系统三大类型，其中并网光伏发电系统与公共电网相结合，对公共电网起到调峰作用，实现能量互补，降低系统的负载断电率，提高供电可靠性。

3  发展太阳能利用和建筑节能的意义

世界建筑的发展趋势是节能，加快建筑节能、绿色、低碳的前进步伐，有利于国民经济持续发展。现如今，太阳能在建筑利用中的发展趋势是太阳能建筑一体化，在一体化设计中实现建筑、设备、技术和美学的完美融合，使得太阳能设施成为建筑的一部分，既可以使太阳能系统发挥出更好的作用，又能够巧妙高效利用建筑空间、避免传统太阳能系统对建筑外观形象的影响。

参考文献

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