描述太陽能使用技術(shù)的論文
摘要： 本文介紹了我國目前太陽能的現(xiàn)實(shí)狀況，分析了其中的節(jié)能潛力，并介紹了太陽能建筑節(jié)能的相關(guān)內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，探討太陽能建筑節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展道路。
關(guān)鍵詞： 太陽能 建筑 熱量
隨著改革開放和發(fā)展，我國太陽能建筑的面積日趨增大，建筑節(jié)能是近年來世界建筑發(fā)展的一個(gè)基本趨向，也是當(dāng)代建筑科學(xué)技術(shù)的一個(gè)新的生長點(diǎn)。抓住機(jī)遇，不失時(shí)機(jī)地推進(jìn)建筑節(jié)能，有利于國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康發(fā)展，保護(hù)生態(tài)，實(shí)現(xiàn)國家發(fā)展的第二步和第三步戰(zhàn)略目標(biāo)，并引導(dǎo)我國建筑業(yè)與建筑技術(shù)隨同世界大潮流迅速前進(jìn)，太陽能建筑的節(jié)能具有很好的前景，大有可為。
我國地域?qū)拸V，房屋建筑規(guī)模巨大，約有一半建筑位于北方“三北”地區(qū)，由于氣候原因，每年約有4— 6個(gè)月的采暖期，該地區(qū)規(guī)定設(shè)置集中采暖系統(tǒng)，以往習(xí)慣稱之為集中采暖地區(qū)。中部地區(qū)（冬冷夏熱地區(qū)），即長江流域地區(qū)，雖然冬季平均氣溫高于0℃，但相對(duì)濕度較高，冬季濕冷，而夏季又酷熱。該地區(qū)屬于發(fā)達(dá)地區(qū)，包括長江上游在內(nèi)，涉及18個(gè)省、自治區(qū)、直轄市，總面積180萬k平方米，近4 億。年工總產(chǎn)值占全國40％，人均產(chǎn)值及人均收入均高于全國平均水平。以往由于經(jīng)濟(jì)上的原因，該地區(qū)一般城鎮(zhèn)住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)無保溫措施，也不設(shè)置采暖設(shè)施，因此冬夏季室內(nèi)熱環(huán)境條件相當(dāng)差。南方屬于亞熱帶氣候，夏季氣候炎熱，降溫則是主要解決的問題。
與發(fā)達(dá)國家相比，集中采暖地區(qū)城鎮(zhèn)住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、氣密性較差，供熱系統(tǒng)效率較低，單位面積的采暖能耗要高得多。我國已成為世界上建房最多的國家，近年來每年全國建成城鎮(zhèn)住宅2 億平方米以上，隨著人民生活的不斷改善，人們對(duì)于建筑熱環(huán)境的舒適性要求愈趨迫切，中部地區(qū)冬季采暖勢(shì)在必行，各地“空調(diào)熱”也日漸高漲。所以，如何盡量利用太陽能、合理建筑設(shè)計(jì)，對(duì)北方集中采暖地區(qū)可以減少采暖、空調(diào)能耗；而對(duì)于中部及南部地區(qū)，改善室內(nèi)熱環(huán)境條件，達(dá)到低水平的室內(nèi)舒適參數(shù)，已成為一個(gè)重要的課題。
我國從80 年代起，對(duì)城鎮(zhèn)多層住宅應(yīng)用被動(dòng)太陽能進(jìn)行采暖及降溫技術(shù)已有研究，先后在石家莊、灘紡及杭州等處建成了試點(diǎn)建筑，較好的改善了室內(nèi)熱環(huán)境條件。當(dāng)時(shí)的技術(shù)路線是由熱工外算開始，進(jìn)而建造示范建筑以驗(yàn)證效果。國外從70年代初期起，投入了相當(dāng)?shù)牧α窟M(jìn)行軟件的開發(fā)工作，應(yīng)用動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，進(jìn)行建筑熱工參數(shù)計(jì)算分析，進(jìn)而可以預(yù)測(cè)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，獲得應(yīng)用被動(dòng)太陽能的最佳建筑設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也建設(shè)示范建筑以驗(yàn)證軟件的可信性。這類從合理建筑及熱工設(shè)計(jì)著手，在增加有限的建設(shè)下，盡量利用被動(dòng)太陽能來達(dá)到低水平的室內(nèi)冬夏熱環(huán)境條件的住宅，這里稱為“節(jié)能住宅”。
一、各種參數(shù)對(duì)空溫的影響
為了進(jìn)行參數(shù)研究，首先確定了一個(gè)基礎(chǔ)方案，即對(duì)條狀住宅建筑模型，取其南向主立面外窗的窗墻比為30.3％，單層窗，外墻與屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為0.83w／ （℃??*平方米），換氣次數(shù)為1.1次h，不考慮內(nèi)部蓄熱量。在進(jìn)行參數(shù)分析時(shí)，固定其他參數(shù)，僅變化一個(gè)參數(shù)來分析對(duì)室溫的`影響。
內(nèi)部蓄熱量
換氣次數(shù)
增強(qiáng)夜間通風(fēng)
南窗面積
由此可見，南向窗墻比大且具有較大內(nèi)部蓄熱量時(shí)，可以改善冬季室內(nèi)熱環(huán)境條件；至于夏季，南向窗戶面積增大會(huì)提高一點(diǎn)室溫，使室內(nèi)熱環(huán)境條件略為變差—點(diǎn)。
主立面朝向
主立面朝向不僅對(duì)冬季有影響，而且對(duì)夏季也有影響。主立面朝東及朝西時(shí)室溫相同，與主立面朝南及朝北相比，室內(nèi)熱環(huán)境條件都要來得差。對(duì)于冬季來說，主立面朝南為最佳。
水平遮陽板伸出長度
窗戶的層數(shù)
增加窗戶層數(shù)將減少熱損失，但也在一定程度上減少了太陽得熱量。采用單層宙及雙層宙作計(jì)算比較，發(fā)現(xiàn)雙層窗對(duì)冬季室溫略有改善（一月份平均室溫增加0.9℃），但同樣使夏季室溫略有變差（八月份平均室溫升高0.7℃）。
外墻、屋面外表面顏色
外墻、屋面外表面涂成白色會(huì)有助于降低夏季室溫。進(jìn)行二種方案比較計(jì)算，一種采用吸收率為o. 8的深色外表面，另一種吸收率為淺色外表面。計(jì)算結(jié)果表明，淺色表面可使夏季室內(nèi)熱環(huán)境得到明顯改善，但同時(shí)也使冬季情況變差。在二方案中外墻及屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均采取0.83w平方米，八月份平均室溫可降低2℃，但一月份平均室溫也降低了1.3℃。外墻與屋面保溫越好，這種影響將越小。
外墻與屋面熱工設(shè)計(jì)
采用三種方案進(jìn)行比較計(jì)算，
第一方案為外墻與屋面的傳熱系數(shù)及均為0.83w／ （℃。m），
第二方案外墻K＝0.83w／（℃。m），屋面K＝0.28w／（℃。m），
第三方案外墻與屋面K值均為0.28w／（℃。平方米）。
二、節(jié)能住宅設(shè)計(jì)原則
根據(jù)以上參數(shù)研究，提出如下設(shè)計(jì)原則：
1. 冬季換氣次數(shù)應(yīng)該盡可能低，而夏季則盡可能高。
2. 如果具有較大的內(nèi)部蓄熱量，對(duì)夏季來說，較好的方案是白天（早6時(shí)至晚2l時(shí)）維持較低的換氣次數(shù)，面夜間（晚2l時(shí)至晨6時(shí)）宜加強(qiáng)通風(fēng)增加換氣次數(shù)。
3. 內(nèi)部蓄熱量對(duì)冬、夏季來說均能減少室溫的波動(dòng)幅度，即降低最高溫度，升高最低溫度，但對(duì)平均溫度影響甚小，總的來說，內(nèi)部首熱量能改善室內(nèi)熱環(huán)境。
4. 采用水平遮陽板來降低夏季室溫并不是好的措施，因?yàn)樗瑫r(shí)較冬季室內(nèi)效環(huán)境變差，除非遮陽板在冬季時(shí)可以移開。
5. 盡管外墻、屋面外表面涂以淺色可以降低夏季室溫，但同時(shí)也降低了冬季室溫，因面不推薦這種做法。
6. 采取南立面大比例的窗墻比，并設(shè)計(jì)成具有較大內(nèi)部蓄熱量境，對(duì)夏季稍為不利。
7. 主立面窗戶朝南為最佳，朝東及朝西效果最差。
8. 窗戶、外墻及屋面保溫能改善冬季室內(nèi)熱環(huán)境，特別是屋面保溫可以明顯地改善夏季室內(nèi)熱環(huán)境。
三、幾個(gè)推薦的節(jié)能住宅方案
被動(dòng)太陽能（房）節(jié)能住宅方案
參數(shù)研究優(yōu)化計(jì)算了北京地區(qū)應(yīng)用被動(dòng)太陽能采暖的可能性，即研究了是否可能在不設(shè)置采暖設(shè)備時(shí)月平均室溫達(dá)到16℃。計(jì)算結(jié)果表明是可能的，其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
1. 南立面宙墻比60.5％。
3. 雙層窗。
4. 外墻與屋面的傳熱系數(shù)K＝0.28w／（℃。平方米）。
四、節(jié)能住宅方案設(shè)計(jì)原則
由參數(shù)研究的結(jié)果提出如下設(shè)計(jì)原則：
2. 從防止出現(xiàn)結(jié)露危險(xiǎn)性觀點(diǎn)來看，冬季換氣次數(shù)至少保持0.8次h.
3. 增加內(nèi)部蓄熱量可使室內(nèi)溫度被動(dòng)減弱，使夏季及冬季的最高溫度下降，使最低溫度升高，不過，內(nèi)部蓄熱量對(duì)平均溫度的影響甚微。總之，內(nèi)部蓄熱量可以使室內(nèi)熱環(huán)境條件得到改善。
4. 與較小的南向窗戶相比，加大南向窗戶面積，并配以相對(duì)較高的內(nèi)部蓄熱量，可以較好的改善冬季室內(nèi)熱環(huán)境條件。這種做法只是稍微使夏季室內(nèi)熱環(huán)境條件變差。
5. 選擇建筑南向主立面為最佳，而主立面東向或西向?yàn)樽畈睢?/p>
6. 南向窗戶上部的水平遮陽板對(duì)改善夏季室內(nèi)環(huán)境的作用不明顯，除非在冬季時(shí)可以移開。
7. 為了避免冬季臥室及起居室出現(xiàn)結(jié)露，在安排廚房、浴室、廁所位置時(shí)要注意與主要使用房間的隔斷，并合理利用穿堂風(fēng)，最好設(shè)置排風(fēng)裝置。
太陽能建筑的節(jié)能具有很好的前景，大有可為。但是在其發(fā)展階段，資金投入是一個(gè)主要的障礙。太陽能建筑的長遠(yuǎn)發(fā)展必須符合的規(guī)律。簡單來說就是要作到“分擔(dān)投入、共享收益”。
所謂“分擔(dān)投入”就是要從多個(gè)渠道解決太陽能建筑節(jié)能所需要的前期投入。比如建筑業(yè)主承擔(dān)主要部分，專業(yè)化的節(jié)能改造公司承擔(dān)一部分，政府支持的低息貸款一部分，這樣可以促進(jìn)太陽能建筑節(jié)能工作的全面開展。
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