浅谈太阳能的利用技术

　　摘要：本文介绍了我国目前太阳能的现实状况，分析了其中的节能潜力，并介绍了太阳能建筑节能的相关内容和实现技术，探讨太阳能建筑节能的可持续发展道路。
　　关键词：太阳能建筑热量
　　随着改革开放和发展，我国太阳能建筑的面积日趋增大，建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋向，也是当代建筑科学技术的一个新的生长点。抓住机遇，不失时机地推进建筑节能，有利于国民经济持续、快速、健康发展，保护生态，实现国家发展的第二步和第三步战略目标，并引导我国建筑业与建筑技术随同世界大潮流迅速前进，太阳能建筑的节能具有很好的前景，大有可为。
　　我国地域宽广，房屋建筑规模巨大，约有一半建筑位于北方三北地区，由于气候原因，每年约有46个月的采暖期，该地区规定设置集中采暖系统，以往习惯称之为集中采暖地区。中部地区（冬冷夏热地区），即长江流域地区，虽然冬季平均气温高于0，但相对湿度较高，冬季湿冷，而夏季又酷热。该地区属于发达地区，包括长江上游在内，涉及18个省、自治区、直辖市，总面积180万k平方米，近4亿。年工总产值占全国40，人均产值及人均收入均高于全国平均水平。以往由于经济上的原因，该地区一般城镇住宅围护结构无保温措施，也不设置采暖设施，因此冬夏季室内热环境条件相当差。南方属于亚热带气候，夏季气候炎热，降温则是主要解决的问题。
　　与发达国家相比，集中采暖地区城镇住宅围护结构保温、气密性较差，供热系统效率较低，单位面积的采暖能耗要高得多。我国已成为世界上建房最多的国家，近年来每年全国建成城镇住宅2亿平方米以上，随着人民生活的不断改善，人们对于建筑热环境的舒适性要求愈趋迫切，中部地区冬季采暖势在必行，各地空调热也日渐高涨。所以，如何尽量利用太阳能、合理建筑设计，对北方集中采暖地区可以减少采暖、空调能耗；而对于中部及南部地区，改善室内热环境条件，达到低水平的室内舒适参数，已成为一个重要的课题。
　　我国从80年代起，对城镇多层住宅应用被动太阳能进行采暖及降温技术已有研究，先后在石家庄、滩纺及杭州等处建成了试点建筑，较好的改善了室内热环境条件。当时的技术路线是由热工外算开始，进而建造示范建筑以验证效果。国外从70年代初期起，投入了相当的力量进行软件的开发工作，应用动态模拟计算，进行建筑热工参数计算分析，进而可以预测室内环境参数，获得应用被动太阳能的最佳建筑设计方案，同时也建设示范建筑以验证软件的可信性。这类从合理建筑及热工设计着手，在增加有限的建设下，尽量利用被动太阳能来达到低水平的室内冬夏热环境条件的住宅，这里称为节能住宅。
　　一、各种参数对空温的影响
　　为了进行参数研究，首先确定了一个基础方案，即对条状住宅建筑模型，取其南向主立面外窗的窗墙比为30。3，单层窗，外墙与屋面传热系数均为0。83w（？？平方米），换气次数为1。1次h，不考虑内部蓄热量。在进行参数分析时，固定其他参数，仅变化一个参数来分析对室温的影响。
　　内部蓄热量
　　换气次数
　　增强夜间通风
　　南窗面积
　　由此可见，南向窗墙比大且具有较大内部蓄热量时，可以改善冬季室内热环境条件；至于夏季，南向窗户面积增大会提高一点室温，使室内热环境条件略为变差点。
　　主立面朝向
　　主立面朝向不仅对冬季有影响，而且对夏季也有影响。主立面朝东及朝西时室温相同，与主立面朝南及朝北相比，室内热环境条件都要来得差。对于冬季来说，主立面朝南为最佳。
　　水平遮阳板伸出长度
　　窗户的层数
　　增加窗户层数将减少热损失，但也在一定程度上减少了太阳得热量。采用单层宙及双层宙作计算比较，发现双层窗对冬季室温略有改善（一月份平均室温增加0。9），但同样使夏季室温略有变差（八月份平均室温升高0。7）。
　　外墙、屋面外表面颜色
　　外墙、屋面外表面涂成白色会有助于降低夏季室温。进行二种方案比较计算，一种采用吸收率为o。8的深色外表面，另一种吸收率为浅色外表面。计算结果表明，浅色表面可使夏季室内热环境得到明显改善，但同时也使冬季情况变差。在二方案中外墙及屋面传热系数均采取0。83w平方米，八月份平均室温可降低2，但一月份平均室温也降低了1。3。外墙与屋面保温越好，这种影响将越小。
　　外墙与屋面热工设计
　　采用三种方案进行比较计算，
　　第一方案为外墙与屋面的传热系数及均为0。83w（。m），
　　第二方案外墙K0。83w（。m），屋面K0。28w（。m），
　　第三方案外墙与屋面K值均为0。28w（。平方米）。
　　二、节能住宅设计原则
　　根据以上参数研究，提出如下设计原则：
　　1。冬季换气次数应该尽可能低，而夏季则尽可能高。
　　2。如果具有较大的内部蓄热量，对夏季来说，较好的方案是白天（早6时至晚2l时）维持较低的换气次数，面夜间（晚2l时至晨6时）宜加强通风增加换气次数。
　　3。内部蓄热量对冬、夏季来说均能减少室温的波动幅度，即降低最高温度，升高最低温度，但对平均温度影响甚小，总的来说，内部首热量能改善室内热环境。
　　4。采用水平遮阳板来降低夏季室温并不是好的措施，因为它同时较冬季室内效环境变差，除非遮阳板在冬季时可以移开。
　　5。尽管外墙、屋面外表面涂以浅色可以降低夏季室温，但同时也降低了冬季室温，因面不推荐这种做法。
　　6。采取南立面大比例的窗墙比，并设计成具有较大内部蓄热量境，对夏季稍为不利。
　　7。主立面窗户朝南为最佳，朝东及朝西效果最差。
　　8。窗户、外墙及屋面保温能改善冬季室内热环境，特别是屋面保温可以明显地改善夏季室内热环境。
　　三、几个推荐的节能住宅方案
　　被动太阳能（房）节能住宅方案
　　参数研究优化计算了北京地区应用被动太阳能采暖的可能性，即研究了是否可能在不设置采暖设备时月平均室温达到16。计算结果表明是可能的，其设计参数如下：
　　1。南立面宙墙比60。5。
　　3。双层窗。
　　4。外墙与屋面的传热系数K0。28w（。平方米）。
　　四、节能住宅方案设计原则
　　由参数研究的结果提出如下设计原则：
　　2。从防止出现结露危险性观点来看，冬季换气次数至少保持0。8次h。
　　3。增加内部蓄热量可使室内温度被动减弱，使夏季及冬季的最高温度下降，使最低温度升高，不过，内部蓄热量对平均温度的影响甚微。总之，内部蓄热量可以使室内热环境条件得到改善。
　　4。与较小的南向窗户相比，加大南向窗户面积，并配以相对较高的内部蓄热量，可以较好的改善冬季室内热环境条件。这种做法只是稍微使夏季室内热环境条件变差。
　　5。选择建筑南向主立面为最佳，而主立面东向或西向为最差。
　　6。南向窗户上部的水平遮阳板对改善夏季室内环境的作用不明显，除非在冬季时可以移开。
　　7。为了避免冬季卧室及起居室出现结露，在安排厨房、浴室、厕所位置时要注意与主要使用房间的隔断，并合理利用穿堂风，最好设置排风装置。
　　太阳能建筑的节能具有很好的前景，大有可为。但是在其发展阶段，资金投入是一个主要的障碍。太阳能建筑的长远发展必须符合的规律。简单来说就是要作到分担投入、共享收益。
　　所谓分担投入就是要从多个渠道解决太阳能建筑节能所需要的前期投入。比如建筑业主承担主要部分，专业化的节能改造公司承担一部分，政府支持的低息贷款一部分，这样可以促进太阳能建筑节能工作的全面开展。