浅谈物理太阳能在我国住宅中的全面应用

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

刘 秋 轶
摘要：伴随着对物理能源的不断开发利用各种高效新型能源不断运用到我国建筑的建设当中，太阳能等一系列新能源的利用，不仅给我国住宅带来了较高的舒适度，同时也使得我国住宅的节能高效方面有了极其明显的改善。因此本文物理论文对太阳能在我国住宅中的全面应用进行浅析。
关键词：太阳能；住宅；建筑；应用
随着社会经济的发展，能源的短缺与环境污染等问题成为各国面临的共同问题，为保护环境，保持经济社会持续稳步的发展，各国相继开发风能、太阳能等新型建筑能源，太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，正日益受到重视，太阳能在我国住宅中的应用愈加广泛。本文物理论文就从以下三点谈一谈太阳能在我国住宅中的全面应用。
一、太阳能在建筑工程领域的应用系统
太阳能的应用是我国进行节能型建筑的第一步，太阳能应用于建筑工程领域主要有三大系统：
（一）热水系统：
在对太阳能使用的初期，其广泛应用不过是将水进行加热的这样一个过程。而如今，全世界已有数百万的太阳能热水装置系统，这个系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三个部分。除此之外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，以及强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。
（二）采暖系统：
太阳能采暖系统一般由集热部件、贮热部件、散热器和辅助热源构成。结构上可分成机械和自然两大类，前者为主动式采暖，后者称为被动式采暖。所谓主动式太阳能采暖系统，即指在房屋上安装了太阳能集热器，室内放置贮槽（水为载热介质的系统，贮热介质是热水；空气为载热介质的系统，贮热介质为卵石）和常规的散热器，由管道将它们连成采暖系统，系统为强制循环，由水泵或风机输送载热介质。被动式太阳能采暖，是靠冬季太阳高度角低的自然特征，以房屋结构本身来完成集热、贮热和释热功能的采暖系统。从本质上说它是强调利用太阳能的节能建筑，造价增加不多，节能效益显著，故已成为世界各国推广的太阳能采暖技术的主流。
（三）照明系统：
近几十年来，许多国家都在积极研究、开发、利用太阳能，取得了可喜的成果。其中以澳大利亚和以色列最为显著，其太阳能热水器的普及率分别是30%和50%。我国研制开发太阳能起步较晚，取得了一定成效，但普及率仅为6%左右，且发展不平衡，西部地区较集中，云南省普及率最高达10%。目前照明系统的运用最为显著的就是光伏照明系统的研制，它本质上是一个光电的转换系统，专业领域称为硅晶片地面光伏组件。其工作原理是通过硅晶片接收太阳光线后转变为电能，然后储存在蓄电池中，再由光感开关进行控制，当天黑时能够自动点亮，天亮时又自动熄灭。运用这种技术的产品具有不受供电影响、不用开沟埋线、不消耗常规电能等特点，可广泛用于住宅楼梯间照明，楼体外部亮化及小区内道路、草坪照明。

二、居住设计中对太阳能应用体系的开发和应用
目前在居住区建筑设计中太阳能的利用主要有四个方面：太阳能热水器、太阳能空调、太阳能光伏发电及光导照明等。利用太阳能热水系统供应居民生活用水及地板采暖；太阳能空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来，显著地提高了太阳能系统的利用率和经济性；太阳能光伏发电可运用于区内道路、绿地草坪照明，住宅公共区域如门厅大堂、楼梯等照明；光导照明可将太阳光引入地下车库、住宅阁楼照明。利用太阳能供电、供热、制冷、照明，太阳能在居住区规划设计中的广泛应用，以及将建筑构件与太阳能元件进行一体化的设计，必将取得显著的经济、社会和环境效益，具有广阔的推广应用前景。随着太阳能利用技术体系的日益成熟和种类的多样，我们国家在居住建筑设计中对太阳能技术有了更多选择余地。我国的太阳能资源十分丰富，年日照时间为2500小时的地区占国土面积的2/3以上，有的地区高达3000小时，这为我国开发利用太阳能提供了良好的条件。
（一）光导照明系统的运用
太阳能在照明系统上应用的另一显著成就体现在光导照明系统。光导照明技术是我国高效节能建筑发展的表现，它将给人们的生产与生活带来较多的社会、经济效益，主要由采光装置、光导管与漫射装置三部分组成。光导照明安装拆卸灵活方便，造价也较低廉，使用时不仅不会占用较大的空间，还能在实现节能效果的同时促进建筑物的使用性能。光导照明系统与各项建筑技术更加有效的结合，在绿色建筑、节能高效建筑方面得到广泛应用，它主要装置于住宅屋顶、侧墙、地下室顶板等处，并结合建筑形态安装光导管，可以将晴天的太阳光有效地经过高效聚集反射后漫射到室内，导入阴暗室内（如阁楼、走道、地下室内），改变“室外阳光灿烂，室内灯火辉煌”的情况，可以满足人们日常活动的采光要求，整个过程无能量消耗，减少常规电能能耗，系统寿命终结后可以分解或回收利用，避免对环境的污染，达到节能环保的目的，光导照明系统如图1所示：
 

1.系统优势：光导照明安装拆卸灵活方便，造价也较低廉，使用时不仅不会占用较大的空间，还能在实现节能效果的同时促进建筑物的使用性能。
2.系统缺陷：目前我国的技术水平仍处于一个相当滞后的阶段，对光导管的研制的手段与工艺仍然明显不足，光导照明系统的效益虽然得到了各界的肯定，但仍需进一步提高。
3.系统展望：光导照明系统的发展将与各项建筑技术更加有效的结合，绿色建筑理念与节能高效建筑理念将是光导照明系统研究的依据。
（二）居住建筑太阳能应用一体化体系的设计
太阳能建筑一体化意味着把传统的建筑围护结构从能量散失的部分转换成能量吸收部分，是将太阳能技术元件与建筑构件的一体化，但这并非简单地在建筑上安装一些太阳能元件，而是将他们与建筑物本身一体化。这里可以从如下的住宅外界面进行系统的结合：
1.墙体：外墙体是住宅接收太阳最多的表面，太阳能的应用将进一步优化墙体，现已革新出多种墙体构造和材料，如集热蓄热墙、透明绝热材料以及附加于墙体的集热器等。现代的集热墙颜色不再拘泥于传统的黑色，如深绿、深红、深蓝都是目前建筑中常选用的颜色，这些颜色对太阳的吸收效果只稍微逊色于黑色，但却活跃和丰富了立面。除此之外，太阳能集热器、光伏电池还可与外墙组成“复合型”墙体，如太阳能保温墙板、太阳能集热器墙体、光伏墙体等，这些板兼有装饰、能量与美观于一体。近来发展的太阳墙，是一种将太阳能集热与通风相结合的技术。
2.屋面：因不受遮挡，屋面与太阳能部件具备良好的结合条件：可以选择集热器或光电板的最佳接收辐射的角度，也可以根据造型的需要设计出优美的屋面外形。
3.阳台：对于高层住宅，楼顶面积相对紧张，可以利用向阳的阳台。阳台围栏外壁较适合安置分户式集热器系统，也可代替栏杆使用，真空管横向布置还可增添建筑物横向线条。另外还可以将阳台封闭，处理成集热太阳房。
　　4.太阳能板装置：阳光不仅可以增加人们的舒适程度，如果将阳光集中起来会带给人带来更大的帮助。如利用厚度均匀、采光性能性好的太阳能板。目前新型PV板在遮阳的同时还能够获取大量的太阳能。光伏发电是由两片金属浸入溶液构成的伏打电池，在受到阳光照射时会产生额外的伏打电动势，也就是一种将太阳能转化为电能的发电系统。常见的太阳能灯就是利用光伏发电的原理进行设计的，通过太阳能对整个照明系统进行持续性的充电以及放电，并且在整个过程中无需布线、节能环保。

三、太阳能带来巨大的节能效应
（一）随着改革开放与人们生活水平的进一步提高，热水淋浴设备已进入千家万户，生活热水能耗是建筑能耗不可忽视的重要组成部分，电热水器、煤气热水器由于其消耗大量石油、煤炭资源从而面临发展瓶颈，太阳能热水器作为我国目前在建筑领域利用较成熟的技术，将是解决住宅等项目中部分生活热水的首选技术。可以算一笔账，一台120升的太阳能热水器，每年节约1000多度电，节约400多公斤媒，减少二氧化碳排放1000公斤。这充分反映出太阳能在节能减排方面的巨大优势。据资料介绍，安装一套供300人全年用热水洗浴的太阳能中央热水系统需投资约15万元，全年的节能费约为8万元，两年就可收回全部投资，而太阳能热水系统的使用寿命为15-20年，那么这套设备的节能费就高达100-140万元，这是个多么可观的数字，而且还能避免对环境造成的污染和破坏。
（二）随着光导照明系统的广泛运用，其所带来的巨大节能效益也相当的显著，我们了解到，目前我国照明耗电量约为总发电量的15%，按2006年全国发电量达到28344亿千瓦时，年照明耗电量达到28344亿×15%=4251.6亿千瓦时；白天照明占总照明用电的50%以上，主要是商业和工业照明用电，安装光导照明系统可以平均节约80%以上的白天照明，全国50%以上白天需照明的场所都可以安装光导照明系统，如果推广普及使用光导照明系统，每年可以节省4251.6亿×50%×80%×50%=850.32亿千瓦时，将是三峡葛洲坝电站年总发电量的1.24倍（685亿千瓦时）；同时，利用光导照明技术能让人们更多的时间在自然光下工作和生活，保护视力等等。由此可见，光导照明系统的开发和应用能起到节能减排的社会效益和经济效益。

四、论文结束语
能源危机的影响已越来严重，对物理新能源的开发利用也已经成为人们关注的焦点问题。而对于太阳能来说，它的能源储备以及给人们带来的作用都是不可估量的，所以我们必须充分认识到这一点，虽然太阳能应用系统比常规能源的初期投资要高一些，但在实际运行当中的费用却比常规能源低很多，不仅有利于环保而且还减少了对不可再生能源的消耗，从长远的发展角度来看，太阳能是具有良好的经济效益。由此不难看出太阳能应用系统比常规能源的应用系统有更强、更优越的市场竞争力。所以走可持续发展道路的我们可以预见，物理太阳能与建筑的有机结合，创建绿色生态建筑是未来的发展趋势。

参考文献
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