摘要：隨著社會的發展與進步，重視太陽能技術在建筑設計中的應用具有重要的意義。本文主要探討太陽能技術在建筑設計中的應用的有關內容。

　　關鍵詞    太陽能   技術   建筑   設計   應用

　　Abstract: Along with the development of social development and progress, and pay attention to the solar energy technology in architectural design of the application is of great significance. This paper mainly discusses the solar energy technology in architectural design, the application of related content.

　　Key words solar technology application architecture design

　　中圖分類號：TK51       文獻標識碼：A          文章編號：

　　引言

　　太陽能是一種清潔、環保能源，是一種可再生資源，同樣也是一種可持續發展的能源和綠色的能源。太陽能是節能和環保的資源，取之不盡用之不竭。如能很好地加以利用可以在很大程度上減少現階段正大量消耗且面臨枯竭威脅的有限能源的使用量。

　　1、太陽能在綠色建筑設計中的阻礙因素

　　在目前的太陽能資源和太陽能產品的利用范圍來看，太陽能在綠色建筑中的利用是很有限的，以下幾方面的原因阻礙了太陽能在建筑設計中的利用。

　　1．1在目前的技術條件下太陽能發電在建筑中造價太高，不適合推廣使用目前綠色建筑中有太陽能發電、太陽能空調、太陽能熱水和太陽能暖氣等利用太陽能的方式，太陽能發電是其中能有效減少煤炭等化石燃料的使用量的方式，對于推廣使用新能源具有很好的效果。太陽能發電一般是將發電裝置安裝在向陽屋頂或陽臺，所安裝的太陽能電池能將太陽光轉化為電量直接供住戶使用，能節省相當大的電量。但太陽能光電板發電技術在目前的技術條件下造價較高，這是許多業主們難以接受的狀況，造價較高則不利于太陽能發電的推廣使用，即使能提高居住的舒適度和環境的保護程度，高額的價格也讓許多有意向的人士望而卻步。且不談發電的效果如何，在使用過程中其維護的費用也不是一筆小數目，以消耗更多的資源而達到保護環境的目的并不是開發新能源所追求的效果，可以說違背了和諧持續發展的要求。

　　1．2太陽能熱水器安裝不規范不合理，同樣也無法深入推廣使用太陽能在可再生能源中使用范圍最廣、最具發展潛力的綠色能源，也是產業化程度最高的清潔資源。目前太陽能熱水器在太陽能產品中是投入使用最廣的產品，按照其模式發展在技術進步的前提下很可能得到產業化的生產使用，達到規模化的經營，特別是其適宜的價格和安全免費的能量收集方式給人們帶來了舒適的生活享受，因此太陽能熱水器的市場很廣闊。在越來越多居民在屋頂上設置太陽能熱水器的同時帶來了相應的問題，太陽能熱水器的市場規劃才剛岡0起步。作為新型的能源產品，傳統的建筑條件并未考慮到為新出現的太陽能熱水器預留通道，居民個人設置的熱水器凌亂地鋪設在屋頂，不僅破壞了建筑的整體承重和防水設計，影響建筑功能甚至危及建筑的使用壽命。在沒有規范的安裝程序下居民的個人安裝行為很可能會帶來個人的安全隱患甚至整棟居民樓的安全隱患。在另一個層面上說，太陽能熱水器的安裝可能導致居民問的不和諧，影響整個城市的規劃和景觀，太陽能熱水器的規范統一成為了其推廣的阻礙因素。

　　1．3太陽能產品未實現規模化經營和生產，質量參差不齊，不利于太陽能產品的推廣使用從我國的實際情況出發研究我國的太陽能產品和產業的市場發展潛力，我國大部分地區位于亞熱帶和溫帶地區，居民的生產生活離不開水、電、氣的使用，而依據我國現有的資源來看，僅依靠現有的煤炭等有限的資源供應居民的生產生活在達到可持續發展的要求的前提和基礎下是遠遠不夠的。要想在促進經濟發展和人民生活水平提高的基礎上實現經濟社會的可持續發展必須大力開發新能源并盡快投入使用。相對于廣闊的新能源市場，我國的太陽能開發使用遠遠不能滿足市場的需求，太陽能產品并沒有實現規模化的經營和工廠化的生產，太陽能產品的使用在一定程度上還要依賴于安裝的質量。由于太陽能產品并未實現統一的生產和控制，其產品的開發和投入市場又與開發商的技術和投入聯系緊密，因此太陽能產品的質量參差不齊，產品的質量和性能無法保證，安全性能也有待考究，消費者的選擇較少并且沒有一個統一的標；隹規范實施，為太陽能產品的推廣和產業的發展造成了阻礙。

　　1．4太陽能產品的安裝和使用給傳統的建筑帶來了挑戰太陽能產品在一定程度的研究和開發上形成了成熟的理論體系和實施結構，但是始終無法深入地推廣使用，很大一部分的原因是傳統的建筑未給新發展的太陽能產品預留發展空間。國外很多適用于實際并且充分利用太陽能的綜合房屋都是建立在新建立起來的節能房屋的基礎之上。傳統的房屋若要經過改造和推翻以適應太陽能產品的推廣和發展是一個艱巨的任務，在這過程中也要消耗太多的人力財力，若是把握不好則很容易得不償失，失去了原本推廣新能源發展的基本目標，而重新建立起新的建筑也需要耗費較多的資源和時間，太陽能的推廣和使用面臨著兩難的境地，所發展的空間較小因此難以深入發展。

　　2.太陽能技術--太陽墻

　　太陽墻系統能夠把被太陽加熱的空氣有組織地輸送到室內，起到采暖和輸送新風雙重作用。該技術經美國能源部國家可再生能源實驗室(U．S．Department ofEnergy's National Renewable EnergyLaboratory)檢測證明，太陽墻加熱系統比傳統的玻璃太陽能集熱器有更高的效率。

　　2.1工作原理

　　太陽墻系統原則上屬于被動式太陽能采暖系統，由集熱和氣流輸送兩部分系統組成。集熱系統包括垂直墻板、遮雨板和支撐框架。氣流輸送系統包括風機和管道。太陽墻板材覆于建筑外墻的外側，上面開有小孔，與墻體的間距由計算決定，一般在200mm左右，形成的空腔與建筑內部通風系統的管道相連，管道中設置風機，用于抽取空腔內的空氣。冬季，白天室外空氣通過小孔進入空腔，在流動過程中獲得板材吸收的太陽輻射熱，受熱壓作用上升，進入建筑物的通風系統，然后由管道分配輸送到各層空間。板材底部不密封，保持了太陽墻內腔的干燥，同時起到排水作用。夜晚，墻體向外散失的熱量被空腔內的空氣吸收，在風扇運轉的情況下被重新帶回室內。這樣既保持了新風量，又補充了熱量，使墻體起到了熱交換器的作用。夏季，風扇停止運轉，室外熱空氣可從太陽墻板底部及孔洞進入，從上部和周圍的孔洞流出，熱量不會進入室內，因此不需特別設置排氣裝置。

　　2.2材料、構造和設計

　　太陽墻板材是由1～2mm厚的鍍鋅鋼板或鋁板構成，外側涂層具有強烈吸收太陽熱、阻擋紫外線的良好功能，一般是黑色或深棕色，為了建筑美觀或色彩協調，其他顏色也可以使用，主要的集熱板用深色，裝飾遮板或頂部的飾帶用補充色。為空氣流動及加熱需要，板材上打有孔洞，孔洞的大小、間距和數量應根據建筑物的使用功能與特點、所在地區緯度、太陽能資源、輻射熱量進行計算和試驗確定，能平衡通過孔洞流入的空氣量和被送入距離最近的風扇的空氣量，以保證氣流持續穩定均勻，以及空氣通過孔洞獲得最多的熱量。不希望有空氣滲透的地方，例如接近頂部處，可使用無孔的同種板材及密封條。板材由鋼框架支撐，用自攻螺栓固定在建筑外墻上。應根據建筑設計要求來確定所需的新風量，盡量使新風全部經過太陽墻板；如果不確定新風量的大小，則按最大尺寸設計南向可利用墻面及墻窗比例，達到預熱空氣的良好效果。一般情況下，每平方米的太陽墻空氣流量可達到22～44m3／h。風扇的個數需要根據建筑面積計算決定。風扇由建筑內供電系統或屋面安裝的太陽能光電板提供電能，根據氣溫，智能或人工控制運轉。屋面的通風管道要做好保溫和防水。

　　2.3安裝位置

　　太陽墻理想的安裝方位是南向及南偏東西20。以內，也可以考慮在東西墻面上安裝。坡屋頂也是設置太陽墻的理想位置，它可以方便地與屋頂的送風系統聯系起來。

　　3.太陽墻技術的推廣--太陽能屋

　　通常太陽能光電板安裝在屋面上，把光能直接轉變為電能。為了更好的利用屋面層集聚太陽光輻射產生的熱量，將太陽墻技術與光電板結合，形成了另一個光熱轉換系統。太陽能光電板單元直接安裝在多孔的波狀金屬板上，空氣在空腔內流動受熱，通過風道進入室內。集熱板利用了被光電板浪費的熱量供建筑采暖和通風系統使用，熱效率為50％～60％，每平方米能產生多于500W的熱量；同時由于空氣流通，屋面溫度降低，光電板在較低溫度下運行效率提高了。實驗證明，光電板安裝在集熱板上，電力輸出效率可提高大約lO％。另外，太陽能屋面板遮蔽了傳統屋面，防止太陽光直接照射在上面，降低了頂層天花板的溫度。以上因素使整個屋面初投資的回收速度與單純使用光電板相比增加了3～4倍，回收時間大大縮短。

　　4.太陽墻的應用實例

　　位于美國科羅拉多州丹佛市的聯邦特快專遞配送中心(FedEx)，因工作需要有大量卡車穿梭其中，所以建筑對通風要求很高。在選擇太陽能集熱系統時，中心在南墻上安裝了465m2鋁質太陽墻板，太陽墻所提供的預熱空氣流量達到76500m3／h。這些熱空氣通過3個5馬力的風機進入200m長的管道，然后分配到建筑的各個房間。該系統每年可節省大約7萬m3天然氣，節約資金12000美元。另外，紅色的太陽墻與建筑其他立面上的紅色色帶相呼應，整體外觀和諧美觀。

　　在生產過程中補充被消耗的氣體是工業設備的一個重要需求。加拿大多倫多市ECG汽車修理廠的設備需要大量新鮮空氣來驅散修理汽車時產生的煙氣。該廠使用了太陽能加熱空氣系統，在獲得所需新鮮空氣的同時也節省了費用。ECG的太陽墻通風加熱系統從1999年1月開始運行。公司的評估報告表明該系統使公司每年天然氣的使用量減少ll000m3，相當于至少減少20噸二氧化碳的排放量，運行第一年就為公司節省了5000～6000美元。

　　紐約中心公園動物醫院舊建筑改造，在南墻面上安裝了95 m2的太陽墻板，可預熱空氣達到17～30℃，并通過3套風機系統使診室的換氣量達到每小時4次，手術室每小時8次，滿足了使用要求。每年能節省費用2000美元。

　　結束語

　　總而言之，在巨大的能源消耗情況下，開發和利用太陽能的太陽能應用帶來了更健康，更環保的生活方式，但也提供了線索探索可持續的人類發展和基礎設施的道路。

　　參考文獻

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