節約能耗的現代生活——太陽能在民用建築中的利用和發展

2020-11-24 建設工程教育網

  摘要:現代社會應是節約型的社會,而社會生活也應是節約能耗的生活。與此同時溫家寶總理也於2005年6月30日提出並強調加快建設節約型社會的方針。而太陽能作為一種取之不盡的新型環保能源已成為世界各國世界上能源研究工作中的一個重要課題。是我國在經濟現狀下採取的較為簡單、經濟、環保、可靠的建築採暖及供熱節能措施。本文總結了太陽能在民用建築中的利用並對今後的開發和利用提出了一些見解。

  關鍵詞:太陽能 新能源 太陽能採暖 太陽能建築

  太陽能作為一種熱輻射能源,是一種無汙染的清潔能源,對於太陽能的開發利用已經成為世界各國索取和利用新能源,進行節能、環保的重要研究項目之一,取得了較大的進展並已進入實用階段。近幾年隨著我國經濟的快速發展和對環境保護的重視,特別是在今年提出的建設節約型社會的方針後,太陽能作為一種取之不盡用之不竭的新型環保新能源,一種較為簡單、經濟、環保、可靠的改善建築環境的方法,一種很適合我國經濟現狀的採暖及供熱方式,在我國得到了大力的推廣和廣泛的使用。

  1、主動式太陽能採暖主動式太陽能採暖主要是通過集熱裝置來吸收太陽能並由熱媒將所吸收的熱量送入儲熱裝置並加以利用。

  它對太陽能的利用效率較高,不僅可以供暖、供應熱水,還能用於製冷等方面,但存在陰雨天氣集熱效率嚴重下降等缺點。近幾年已在我國的城鄉得到了廣泛的推廣與使用。

  1.1 太陽能熱水器系統

  在民用建築中主要使用的是熱度不高的熱水,而將太陽能轉化為溫度不高的熱水只要用簡單的裝置即可實現,因此被廣泛採用。供應熱水可以採取集中的方式,也可以用於單獨的住宅中。集中供應熱水,需要有一定物業投資,可以採取染油或燃氣鍋爐的作為輔助加熱系統,可以取得顯著的經濟和社會效益,適用於人口較集中的城鎮小區、賓館等民用建築。單獨供應熱水,設備簡單,不需要專門的管理人員,適用於城鄉各類民用建築。目前在我國市場上常見的太陽熱水器按其集熱裝置的不同分為以下幾類:

  1.1.1 平板式熱水器

  由平板式太陽能集熱裝置和儲熱水箱組成,一般採用自然循環運行方式。熱效率高,金屬管板式結構、免維護、長壽命、性價比高。對於珠江流域等冬天不結冰的南方地區,選取用平板式太陽能集熱器是非常合適的。平板型太陽能集熱器的缺點是不抗凍。

  1.1.2 真空管熱水器

  由真空管太陽能集熱裝置和儲熱水箱構成,一般採用自然對流換熱。真空集熱管不但熱損係數小,而且性價比也比熱管、U型管等要高。對於長江、黃河流域冬天會結冰但冬天氣溫高於-20°C的地區,選用真空管太陽能集熱器是比較合適的,既可以抗凍又具有較好的集熱能力,但是真空管太陽能集熱器的主要缺點是:不承壓、易結水垢、易爆裂。

  1.1.3 悶曬式熱水器

  是集集熱與貯熱為一體的整體式熱水器,一般由二至三個塗黑的圓筒組成,維護方便,結構簡單、造價低廉,缺點是夜間散熱大,熱水不能過夜使用且在冬季也不能使用。目前在中國的產量正在逐步的減少,但在農村有較大的應用面積。

  1.1.4 熱管式熱水器

  由熱管太陽能集熱裝置和儲熱水箱構成,一般採用自然對流換熱。具在-40℃的低溫狀態下也不會凍裂,熱管內介質工作壓力低,即使管壁溫度高達300℃,也不會「爆管」。對於東北、內蒙、新疆等冬季氣溫低於-20℃地區的選用熱管式熱水器就比較適合。但缺點是熱管的造價過高且熱效率較低。

  1.1.5 U型管熱水器

  U型管式太陽集熱器主要針對於溫度要求較高溫度工業熱水,一般溫度在70-90°C,它不但可承壓而且產水溫度高,價格又比熱管低。但在民用建築裡的應用比較少。

  1.1.6 其他類型熱水器

  熱管真空管熱水器、真空管悶曬式熱水器、U型管式真空管等,其原理不過是前面幾種集熱方式的綜合,這裡不再做專門的論述。

  1.2 太陽能熱泵採暖系統

  太陽能熱泵採暖系統一般是指利用以太陽能直接輻射能量和空氣中所儲存的太陽能為作為蒸發器熱源,輔以少量的電能驅動太陽能熱泵而將換熱器作為冷凝器的採暖系統。並可與製冷系統相結合用於夏季製冷。太陽能熱泵採暖系統主要由熱泵機組、輔助熱源系統和太陽能集熱系統三部分組成。太陽能集熱板放置於室外平地或屋頂,板內有製冷劑流動,通過吸收太陽輻射能和空氣中的熱能汽化,再經壓縮機壓縮制熱後,與管殼式熱交換器中的水換熱,將水加熱到60℃用於供暖或生活用水。冬季太陽輻射量較小,環境溫度很低,使用熱泵進行太陽能低溫集熱,直接收集太陽能進行採暖。太陽能熱泵採暖系統主要特點是花費少量電能就可以得到幾倍於電能的熱量,同時可以有效地利用低溫熱源,這是太陽能採暖的一種有效手段。例如利用雙向式熱泵技術,冬天向建築供暖,投入1KWH的電力,可得到約4KWH的熱能,夏天在向建築提供冷能的同時提供衛生熱水,投入1KWH的電力,可得到約7KWH的熱能和冷能。熱泵供熱系統節能高達70%,節能效果非常顯著。

  2、被動式太陽能採暖最簡單的被動式太陽能設計是那種之間獲得式設計,即讓陽光直接照射到建築上並加熱它。太陽光的熱量儲存在建築物固有的蓄熱體裡,如混凝土、大理石地面或是石牆,都能儲存並緩慢地釋放熱量。被動式太陽能採暖一個共同特徵就是,朝南開一扇大窗,並採用保溫性能好的建築材料做牆體,且蓄熱體一般置於這種好的保溫材料做成的隔熱牆之中。蓄熱體一般指可以儲存熱量的集熱體,多採用附屬於隔熱牆的形式存在於建築物的牆體之間。隔熱牆是由8到16英寸厚塗黑的石牆、熱吸收材料、覆蓋並距塗黑石牆3/4到6英寸距離的單層或雙層玻璃。太陽光的熱被儲存在玻璃和黑材料之間的空氣中,通過塗黑的石牆慢慢地傳導到建築物的內部。

  3、太陽能發電系統家庭太陽能發電系統主要由逆變器、控制器、蓄電池組成,其光電轉換率可達到19%-35%.逆變器是光伏發電系統的核心部件,負責把直流電轉換為交流電以供交流負荷使用。控制器對所發的電能進行調節和控制,一方面把調整後的能量送往直流負載或交流負載,另一方面把多餘的能量送往蓄電池組儲存,當所發的電不能滿足負載需要時,控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電後,控制器要控制蓄電池不被過充電。當蓄電池所儲存的電能放完時,控制器要控制蓄電池不被過放電,保護蓄電池,同時併網市政供電系統,保證用戶的正常用電。

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