物理论文--谈如何利用太阳能发展绿色建筑

发布时间：2022-10-05 10:08 热度：

乔志赟
摘 要：开源节流是我国推进节能建筑的发展之路，太阳能建筑将在建筑资源节约型社会中发挥重要作用，太阳能建筑将成为节能省地的重要途径。
关键词：绿色建筑；太阳能；资源利用

“绿色”首先是指能把太阳能转化为生物能、把无机物转化为有机物的植物的颜色。植物是自然界生生不息的生命运动的最基本的环节，是一切动物和人类生存的最主要的支持系统。它象征着生机盎然的生命运动，象征着自然存在物之间、人与自然之间的和谐与协调。“绿色”作为一种文化，是指人类效仿绿色植物，取之自然又回报自然，而创造的有利于大自然平衡，实现经济、环境和生活质量之间相互促进与协调发展的文化。再简括一点讲，绿色文化就是人与自然协调发展的文化，是人类可持续发展的文化，它包括绿色思想以及在绿色思想指导下的绿色产业、绿色工程、绿色产品、绿色消费等等。绿色建筑是绿色文化的重要组成部分。
一、绿色建筑与自然资源
自然资源是指在一定的技术经济条件下，自然界中对人类有用的一切物质和能量，如土地、水、空气、森林、草原、野生动植物、矿藏、海洋等。自然资源按用途分为生产资源、风景资源、科研资源、生活资源等；按其属性可分为土地资源、水资源、生物资源、矿产资源等；按其可恢复性可分为可再生（可更新）资源和不可再生（不可更新）资源。随着科技的进步和经济的发展，自然界中对人类无用的物质也可以变成有用的资源。
太阳能是一种储量极为丰富而且清洁无污染的可再生能源，一旦太阳能成为被广泛利用的能源，它将极大缓解人类的能源危机，改善人居环境，推动人类社会的进步。发展节能省地型住宅和公共建筑，重要的策略之一是应用太阳能资源，发展太阳能建筑技术。　　
二、我国在太阳能建筑上的应用情况
　　我国具有丰富的太阳能资源，全国每年获得的太阳能大约相当于1万亿吨以上标准煤的发热量，其中一半以上国土面积太阳能年平均辐射总量在5900MJ/㎡以上，而且大部分采暖地区均分布在长日照区域内。我国在太阳能利用上主要有太阳能光伏发电、太阳能热发电，以及太阳能热水器和太阳房等热利用方式。其中太阳能热利用的发展的一个重要方向是太阳能一体化建筑，并以常规能源为补充手段，实现全天候供热，提高太阳能供热的可靠性，在此基础上进一步向太阳能供暖和制冷的方向发展。
　　在太阳能运用技术上，我国的太阳能应用设备生产经过多年发展，具有相当的规模，呈现出良好的发展势。我国于上世纪七十年代建成的第一栋被动式太阳能供暖房在甘肃省民勤县建成，近些年来通过国家科技攻关，在引进、消化、吸收世界太阳能供暖建筑技术的基础上，我国己形成了具有中国特色的包括理论、设计、施工、试验及评价方法在内的一整套被动式太阳能供暖系统技术，建成了几百万平方米（建筑面积）的被动式采暖太阳房。
三、我国太阳能利用的特点
　　1、 利用太阳能意识普及率不高，多数建筑师都没有把建筑设计和太阳能结合起来，更不用说普通老百姓了。
　　2、 政策给太阳能产业的倾斜力度不够大，近两年政府已经意识到清洁能源的重要性，优惠政策日益出台。
　　3、 由于成本原因和我国的国情，光热产业发展较快，光电产业则受到很大制约，光电产业还没有和电网结合。
　　四、太阳能建筑设计
　　传统太阳能建筑关键是把建筑物本身作为系统的组成部件，不但反映了当地的气候特点，而且在适应自然环境的同时充分利用了自然环境的潜能。目前在这方面应用较多的主要是被动式太阳能建筑。所谓被动式太阳能建筑是指在设计中，对造型、朝向、形状、平面布局，乃至材料的选择等，都与太阳能的利用结合在一起使太阳能的利用与建筑功能紧密结合的建筑。但随着经济及建筑技术的发展，现代建筑慢慢趋向于主动式太阳能建筑，主动式太阳能建筑主要体现于两个方面：一是利用“光电效应”原理开发在规模太阳能发电，包括太阳能发电机组和太阳能电池等。二是太阳能的热利用，包括太阳能热水器、太阳灶等。实际太阳能建筑工程中往往是二者的综合。
　　（一）平面设计
　　在平面设计时要注意建筑的采暖、降温、采光。既要满足主要房间能在冬季直接获取太阳热量，又要保证夏季良好的自然通风，最大限度地利用自然采光。在平面的内部组合上，根据自然形成的北冷南暖的温度分区来布置各种房间。这种布局应利于缩小采暖温差，节省采暖蓄热量。主要使用房间(长时间停留，温度要求较高)尽量布置在太阳能较直接的南侧暖区，避开边跨；一些次要房间(停留时
　　间短、温度要求较低)、过道、楼梯间等可以布置在北面或边跨，形成温度阻尼区。北侧诸房间的围合对南侧主要房间起到良好的保温作用。
　　（二）立面设计
　　1、建筑的主立面以朝南最佳，若条件允许，南向窗墙比尽可能大，而使冬季内热环境有所改善；同时加强外门窗密封防护措施，外门采用密封性能好、中间有隔气层的二合一门，窗采用中空玻璃窗，改善室内冬季热环境。
2、南向阳台封闭作为日光间，利用日光间采暖，提高居室热环境。
3、加强墙体围护结构的保温隔热。
4、屋面尽可能采用坡屋面形式，并带通气窗，采用保温热高的保温隔热材料。
5、南向和西向外墙脚下适当栽种藤蔓植物，有效降低夏季外墙表面温度，改善室内热环境，以控制室内日照时间。
　　（三）太阳能一体化设计
　　考虑到太阳能系统的特点，除了改善建筑能源结构之外，在热工性能和景观方面还有可能进一步改善建筑功能。如何扩大这类外部效果，是太阳能建筑集成设计的较高要求。主要设计要点是：
　　1、太阳能系统的选型。
2、集光器的形态、在建筑上的安装部位以及连接构造。
3、平衡设施(控制器、逆变器)和蓄能设施(蓄电池、水箱)的布置场所及管井布置、孔洞预留以及维护与检修平台布置。
　　五、太阳能在公共建筑中的应用
　　太阳能热水器要真正得到推广，应先从两方面入手，一是楼房在设计建造之初就要融入节能的理念，从设计、研发到生产、施工都要将太阳能作为建筑能耗的一部分来考虑。二是积极地对现有楼房进行建筑安全论证以及相应的改造。
　　在项目的设计与施工过程中，着重从以下几点考虑：
1、减少渗透量，采用密封性较好的材料，增加窗户的气密性。项目中门窗材料采用断热铝合金，气密性等级为4级。
2、减少传热量要大力推广和应用节能型窗框(如塑性窗框、隔热铝型框等)和节能玻璃(如中空玻璃、热反射玻璃、低辐射镀膜玻璃等)，减小窗户的整体传热系数，降低传热量。还要根据建筑使用要求选择热工性能好的玻璃，减少由玻璃的热量散失。故本项目采用断热铝合金安全中空玻璃门窗。
3、立面色彩则以白色为主，便于反射阳光。
结合当地的具体情况（日照、朝向、气温等）在工程实际中利用建筑本身坡屋顶（26.6度），建筑的主立面南偏西17度。经过计算，设计6片4X2米的太阳能集热片可以解决民警平时用热水，同时不破坏坡屋顶的造型。在坡屋顶内设置一个4吨水箱作为太阳能储水及交换使用。外墙均采用30cm膨胀聚苯板（EPS）外墙外保温系统，斜屋面采用45cm厚挤塑聚苯板（XPS）外保温系统，露台采用40cm厚挤塑聚苯板（XPS）外保温系统。在窗的处理上，使用断热铝合金安全中空玻璃<5mm+6Amm+5mm>平开窗，建筑南向窗墙比0.214，建筑屋顶山墙两侧均设置通气窗。
六、推进我国太阳能产业发展
　　1、大力宣传清洁能源的知识，提高太阳能利用意识。
　　在很多欠发达地区，老百姓尚保持着砍柴烧火取暖的习惯，根本就没有意识到太阳能还可以利用。大多数人的认识还停留在太阳能热水器这一阶段，对光电产业知之甚少。重点提高对建筑师的要求。
　　2、在国力允许的情况下，继续加大力度扶持太阳能产业。
　　对已经商品化规范化的太阳能热水器，要加大普及力度。对耗资较大的光电产业，应集中力量攻关，尽快形成规范。在光电产业的普及中，要有长远意识，必要时可以采取行政补贴。
　　3、 应根据各地太阳能资源分布情况，制定各地的太阳能利用计划，要搞好可行性分析，绝不能盲目跟风，浪费大量的物力财力。