太陽能作為一種熱輻射能源，是一種無污染的清潔能源，對(duì)于太陽能的開發(fā)利用已經(jīng)成為世界各國索取和利用新能源，進(jìn)行節(jié)能、環(huán)保的重要研究項(xiàng)目之一，取得了較大的進(jìn)展并已進(jìn)入實(shí)用階段。近幾年隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，特別是在今年提出的建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的方針后，太陽能作為一種取之不盡用之不竭的新型環(huán)保新能源，一種較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可靠的改善建筑環(huán)境的方法，一種很適合我國經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀的采暖及供熱方式，在我國得到了大力的推廣和廣泛的使用。
1 主動(dòng)式太陽能采暖
主動(dòng)式太陽能采暖主要是通過集熱裝置來吸收太陽能并由熱媒將所吸收的熱量送入儲(chǔ)熱裝置并加以利用。它對(duì)太陽能的利用效率較高，不僅可以供暖、供應(yīng)熱水，還能用于制冷等方面，但存在陰雨天氣集熱效率嚴(yán)重下降等缺點(diǎn)。近幾年已在我國的城鄉(xiāng)得到了廣泛的推廣與使用。
1.1 太陽能熱水器系統(tǒng)
在民用建筑中主要使用的是熱度不高的熱水，而將太陽能轉(zhuǎn)化為溫度不高的熱水只要用簡(jiǎn)單的裝置即可實(shí)現(xiàn)，因此被廣泛采用。供應(yīng)熱水可以采取集中的方式，也可以用于單獨(dú)的住宅中。集中供應(yīng)熱水，需要有一定物業(yè)投資，可以采取染油或燃?xì)忮仩t的作為輔助加熱系統(tǒng)，可以取得顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，適用于人口較集中的城鎮(zhèn)小區(qū)、賓館等民用建筑。單獨(dú)供應(yīng)熱水，設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要專門的管理人員，適用于城鄉(xiāng)各類民用建筑。目前在我國市場(chǎng)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(chǔ)熱水箱組成，一般采用自然循環(huán)運(yùn)行方式。熱效率高，金屬管板式結(jié)構(gòu)、免維護(hù)、長壽命、性價(jià)比高。對(duì)于珠江流域等冬天不結(jié)冰的南方地區(qū)，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(diǎn)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(chǔ)熱水箱構(gòu)成，一般采用自然對(duì)流換熱。真空集熱管不但熱損系數(shù)小，而且性價(jià)比也比熱管、U型管等要高。對(duì)于長江、黃河流域冬天會(huì)結(jié)冰但冬天氣溫高于-20°C的地區(qū)，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(diǎn)是：不承壓、易結(jié)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(gè)涂黑的圓筒組成，維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，缺點(diǎn)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(chǎn)量正在逐步的減少，但在農(nóng)村有較大的應(yīng)用面積。
1.1.4 熱管式熱水器
由熱管太陽能集熱裝置和儲(chǔ)熱水箱構(gòu)成，一般采用自然對(duì)流換熱。具在-40℃的低溫狀態(tài)下也不會(huì)凍裂，熱管內(nèi)介質(zhì)工作壓力低，即使管壁溫度高達(dá)300℃，也不會(huì)“爆管”。對(duì)于東北、內(nèi)蒙、新疆等冬季氣溫低于-20℃地區(qū)的選用熱管式熱水器就比較適合。但缺點(diǎn)是熱管的造價(jià)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(duì)于溫度要求較高溫度工業(yè)熱水，一般溫度在70-90°C，它不但可承壓而且產(chǎn)水溫度高，價(jià)格又比熱管低。但在民用建筑里的應(yīng)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，這里不再做專門的論述。
1.2 太陽能熱泵采暖系統(tǒng)
太陽能熱泵采暖系統(tǒng)一般是指利用以太陽能直接輻射能量和空氣中所儲(chǔ)存的太陽能為作為蒸發(fā)器熱源，輔以少量的電能驅(qū)動(dòng)太陽能熱泵而將換熱器作為冷凝器的采暖系統(tǒng)。并可與制冷系統(tǒng)相結(jié)合用于夏季制冷。太陽能熱泵采暖系統(tǒng)主要由熱泵機(jī)組、輔助熱源系統(tǒng)和太陽能集熱系統(tǒng)三部分組成。太陽能集熱板放置于室外平地或屋頂，板內(nèi)有制冷劑流動(dòng)，通過吸收太陽輻射能和空氣中的熱能汽化，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮制熱后，與管殼式熱交換器中的水換熱，將水加熱到60℃用于供暖或生活用水。冬季太陽輻射量較小，環(huán)境溫度很低，使用熱泵進(jìn)行太陽能低溫集熱，直接收集太陽能進(jìn)行采暖。太陽能熱泵采暖系統(tǒng)主要特點(diǎn)是花費(fèi)少量電能就可以得到幾倍于電能的熱量，同時(shí)可以有效地利用低溫?zé)嵩�，這是太陽能采暖的一種有效手段。例如利用雙向式熱泵技術(shù)，冬天向建筑供暖，投入1KWH的電力，可得到約4KWH的熱能，夏天在向建筑提供冷能的同時(shí)提供衛(wèi)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(tǒng)節(jié)能高達(dá)70%，節(jié)能效果非常顯著。
2 被動(dòng)式太陽能采暖
最簡(jiǎn)單的被動(dòng)式太陽能設(shè)計(jì)是那種之間獲得式設(shè)計(jì)，即讓陽光直接照射到建筑上并加熱它。太陽光的熱量?jī)?chǔ)存在建筑物固有的蓄熱體里，如混凝土、大理石地面或是石墻，都能儲(chǔ)存并緩慢地釋放熱量。被動(dòng)式太陽能采暖一個(gè)共同特征就是,朝南開一扇大窗,并采用保溫性能好的建筑材料做墻體，且蓄熱體一般置于這種好的保溫材料做成的隔熱墻之中。蓄熱體一般指可以儲(chǔ)存熱量的集熱體，多采用附屬于隔熱墻的形式存在于建筑物的墻體之間。隔熱墻是由8到16英寸厚涂黑的石墻、熱吸收材料、覆蓋并距涂黑石墻3/4到6英寸距離的單層或雙層玻璃。太陽光的熱被儲(chǔ)存在玻璃和黑材料之間的空氣中，通過涂黑的石墻慢慢地傳導(dǎo)到建筑物的內(nèi)部。
3 太陽能發(fā)電系統(tǒng)
家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要由逆變器、控制器、蓄電池組成，其光電轉(zhuǎn)換率可達(dá)到19%-35%。逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)把直流電轉(zhuǎn)換為交流電以供交流負(fù)荷使用�？刂破鲗�(duì)所發(fā)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲(chǔ)存，當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充電。當(dāng)蓄電池所儲(chǔ)存的電能放完時(shí)，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護(hù)蓄電池，同時(shí)并網(wǎng)市政供電系統(tǒng)，保證用戶的正常用電。
4 太陽能在制冷方面的開發(fā)和設(shè)計(jì)
目前，利用太陽能制冷空調(diào)不外有兩種方法，一是先實(shí)現(xiàn)光-電轉(zhuǎn)換，再以電力推動(dòng)常規(guī)的壓縮式制冷機(jī)制冷；二是進(jìn)行光一熱轉(zhuǎn)換，以熱能制冷。前者系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，但以目前的價(jià)格計(jì)算，其造價(jià)約為后者的3—4倍，因此國內(nèi)外的太陽能空調(diào)系統(tǒng)至今仍以第二種為主，而后者又多采用吸收式太陽能制冷系統(tǒng)，一般來說吸收式制冷是液體氣化制冷的一種，它和蒸汽壓縮式制冷一樣，是利用液態(tài)制冷劑在低壓低溫下氣化已達(dá)到制冷的目的，所不同的是：蒸汽壓縮式制冷是靠消耗機(jī)械功使熱量從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移；而吸收式制冷則靠消耗熱能來完成這種非自發(fā)過程。并且吸收式太陽能制冷系統(tǒng)具有對(duì)熱源溫度要求低，可以在比較大的熱源溫度波動(dòng)范圍內(nèi)工作的優(yōu)點(diǎn)。該類系統(tǒng)的研究和利用得到了國際上極大的關(guān)注。其他例如太陽能噴射式制冷系統(tǒng)近幾年也取得了廣泛的關(guān)注。
5 今后太陽能利用的發(fā)展前景
現(xiàn)在太陽能的利用已得到世界各國的普遍重視，太陽能的利用也到了一個(gè)新的發(fā)展階段，這一階段是加上太陽電池應(yīng)用，為建筑物提供采暖、空調(diào)、照明和用電，完全能滿足這些要求，稱為“零能房屋”，并采用新的建筑一體化和模塊化的設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)太陽能技術(shù)和建筑藝術(shù)完美結(jié)合。這種一體化的設(shè)計(jì)思想是由美國太陽能協(xié)會(huì)創(chuàng)始人施蒂文、斯特朗20年前所倡導(dǎo)的，由于當(dāng)時(shí)太陽能電池過于昂貴，無法實(shí)施。如今隨著太陽能技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，其一體化思想的實(shí)現(xiàn)已成為可能。目前已經(jīng)在我國建成經(jīng)過了特殊設(shè)計(jì)太陽能建筑，該建筑是完全依賴太陽能提供熱水、制冷、取暖、照明的“零能耗”的新型太陽能建筑示范樓。其建筑物耗熱量指標(biāo)小于10W/m2，建筑自身節(jié)能水平達(dá)到75%，考慮太陽能等可再生能源的利用，綜合節(jié)能率超過了90％。建筑熱工設(shè)計(jì)指標(biāo)遠(yuǎn)高于國家節(jié)能50%標(biāo)準(zhǔn)并且達(dá)到歐洲現(xiàn)行最高的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。從建筑使用中節(jié)約的能源費(fèi)用角度去計(jì)算是具有明顯效益的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的。由于采用了一體化和模塊化的設(shè)計(jì)思想，使太陽能技術(shù)和建筑藝術(shù)取得了完美的結(jié)合。
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