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太阳能的应用

能源危机成为地区政治动荡和战争根源之一,化石能源的有效性、性及对环境的危害性越来越突出,人类面临着巨大的挑战和威胁,而建筑业是诸行业中的能源大户。为使人类社会得以可持续发展,必须需求新的能源。因此,太阳能应用于建筑中的采暖及生活热水是人类赖以生存和保证社会可持续发展的能源。太阳能热水系统技术成熟、应用广泛、积极推广和使用新能源和可再生能源,对减少化石能源大气带来的污染,保护生态环境有着重大意义。
1.太阳能的简述
太阳能一般是指太阳光的辐射能量,在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存,而自古人类也懂得以阳光晒干物件,并作为保存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下,才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能等等。
1.1太阳能的优点
(1)普遍:太阳光普照大地,没有地域的限制无论陆地或海洋,无论高山或岛屿,都处处皆有,可直接开发和利用,且无须开采和运输。
(2)无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是zui清洁能源之一,在环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的。
(3)巨大:每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤,其总量属现今世界上可以开发的zui大能源。
(4)长久:根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年,而地球的寿命也约为几十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。
2.太阳能在建筑上的应用2.1建筑的利用
太阳能产品通过近几年的发展,其应用领域在不断扩大.建筑的使用功能与太阳能产品的利用有机的结合在一起,形成了一批有特色的太阳能功能性建筑。
(1)太阳能热水
太阳能热水主要是通过太阳能热水器将太阳的辐射能转化为可直接利用的热能,对建筑进行生活热水的供给。太阳能产品具有运行费用低、环保节能、提升建筑品位等突出优点,除了在建筑屋顶安装太阳能外,还可以利用建筑物的南立面,作为安装集热器的有利位置,从而充分利用建筑外表面,安装更多的太阳能热水器,以提供不同使用群体对热水的需求。
(2)太阳能光伏发电
太阳能光伏发电是根据光生伏打效应原理,利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电一般应用在三个方面:一是太阳能日用电子产品;二是为无电场合提供电源;三是并网发电。并网光伏发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。
(3)太阳能制冷
用太阳能进行制冷有两种方法,一是先实现光一电转换,再以电力推动常规的压缩式制冷机制冷;二是进行光一热转换,以太阳能产生的热能为空调机组进行制冷。前者系统比较简单,但以目前的价格计算,其造价约为后者的3~4倍。
而后者与光一热转换直接利用不同,太阳能制冷空调是一个光一热一冷的转换过程,实际上是太阳能的间接利用。它不象太阳能热水、干燥等低温直接利用那样容易实现,在技术上比较复杂,一般为采用溴化锂制冷机组,利用太阳能提供的热能驱动机组进行制冷,太阳能制冷机组cop为0.7~1.3。
(4)太阳能采暖
太阳能采暖技术即利用太阳能产生的热能提供建筑所需的热负荷,该技术一般采用太阳能与地板辐射或吊顶辐射采暖结合的方式进行供暖。太阳能采暖与常规能源采暖相比,前者初投资较高,但日常运行费用低,一般3~5年可收回成本。
(5)太阳能遮阳在夏热冬冷地区,遮阳对降低建筑能耗,提高室内居住舒适性有显著的效果。而太阳能产品作为洁能源应用的*,在建筑节能、建筑外遮阳等领域中的应用,无疑有着举足轻重的作用。太阳能产品作为一种有效的绿色节能产品,主要功能是为建筑提供能源,以能源产品和遮阳产品结合,成为建筑的构件,应该是建筑节能的一个重要的发展方向。
而后者与光一热转换直接利用不同,太阳能制冷空调是一个光一热一冷的转换过程,实际上是太阳能的间接利用。它不象太阳能热水、干燥等低温直接利用那样容易实现,在技术上比较复杂,一般为采用溴化锂制冷机组,利用太阳能提供的热能驱动机组进行制冷,太阳能制冷机组cop为0.7~1.3。
(4)太阳能采暖
太阳能采暖技术即利用太阳能产生的热能提供建筑所需的热负荷,该技术一般采用太阳能与地板辐射或吊顶辐射采暖结合的方式进行供暖。太阳能采暖与常规能源采暖相比,前者初投资较高,但日常运行费用低,一般3~5年可收回成本。
(5)太阳能遮阳在夏热冬冷地区,遮阳对降低建筑能耗,提高室内居住舒适性有显著的效果。而太阳能产品作为洁能源应用的*,在建筑节能、建筑外遮阳等领域中的应用,无疑有着举足轻重的作用。太阳能产品作为一种有效的绿色节能产品,主要功能是为建筑提供能源,以能源产品和遮阳产品结合,成为建筑的构件,应该是建筑节能的一个重要的发展方向。
(6)太阳能通风
在太阳能建筑中,春秋季为了平衡太阳能的利用,采用太阳能烟囱拔风,加强室内通风。太阳能烟囱即利用太阳能产品提供的热量加热安装在烟囱内盘管中的水,通过热传递,使烟囱内温度升高。利用热空气上升的原理,使烟囱内空气向上流动,达到室内强制通风,来调节室内气候。2.2太阳能的意义
(1)太阳能作为清洁环保的可再生能源,已经被广泛应用于民用建筑当中,研究表明,在太阳能利用方面具有经济价值的地区是年辐射总量高于2200h的地区。因此,我国在大部分地区的建筑物中推广应用太阳能热利用技术已具备了良好的条件,特别是对电力紧缺地区具有一定的经济效益和社会效益,太阳能广泛应用于建筑物采暖不但节省大量的石化能源,而且减少了对能源的消耗。
(2)经济上,民用建筑采暖的迅速发展,导致了居民生活用电量迅速增加,由于我国电力系统本身特点(火力发电占绝大部分),调解性能较差,且已经存在着很大的高峰低谷负荷差异,随着我国居民住宅采暖的发展,虽然其耗电量不大,但却进一步加大了这种峰谷差异,使得电力系统的发展越来越不平衡,高峰负荷日益增加。因此这样会造成巨大的能源消耗和严重污染,太阳能采暖将会给个人,国家都带来巨大的经济效益。
(3)提高人民生活质量:随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的逐步提高,人们对生活舒适度的追求越来越强烈,尤其是偏远的农村地区,能源短缺,太阳能在民用建筑采暖和热水供应,有效地减少了能源短缺的现状,提高人们的生活舒适度,改善居住条件及周边环境。3.总结
太阳能作为一种新型能源已经进入到了我们的生活的各个方面,以其环保、节能、高利用率为大众所广泛使用。太阳能与建筑结合问题是多科学,多层面参与和合作的综合性事业,应根据不同的类型,技术要求,使用目的以及不同地理纬度和气候特点,建筑类型等,对建筑的造型,平面布局和功能等进行综合考虑。只有这样才能使太阳能设备的设计和利用与建筑的使用达到的统一,推动太阳能在建筑上的运用。
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