太阳能光热技术在建筑节能中的应用

杨燕 乌拉特中旗住房和城乡建设局

1 前言

太阳能是一种可再生的清洁能源，它可以为人们提供生活所需要的各种能量，比如热能、光能等。基于目前我国在建筑上扔使用传统化石燃料发电，已经造成了严重的环境危害。因此要大力发展新技术，减少对常规化石类能源的利用，提高新型建筑材料利用率；加强节能减排工作，并加大政策支持力度，以达到可持续发展战略目标，促进绿色低碳循环经济的建设与生活水平的提升。

在当今能源紧缺、环境污染严重和资源短缺等一系列背景下，大力推广利用新技术将成为未来可持续发展战略之一。目前国内使用量最大的是太阳光热技术，与其他传统模式相比具有明显优势：一是其成本较低；二是效率高；三是无废气排放，指标也符合国家环保要求标准，对促进节能减排有很大帮助。

2 太阳能光热技术在建筑行业的应用优势

我国太阳能光热技术的研究起步较晚，与国外相比还有很大差距。但是随着国家政策方针的调整和能源结构转型升级等因素影响下，国内太阳能光伏产业迅速发展。在中国经济快速增长时期可再生能源所占比重还不到20%；另一方面由于传统建筑材料使用量大、消耗大量化石资源也造成了环境污染严重超标，所以对新材料及新型施工技术的研究迫切需要。

随着全球环境污染问题日益严重，人们已经把注意力从如何发展可持续方面转移到节能环保上来。太阳能作为一种环保无污染能源受到越来越多国家和科研机构，以及专家学者们的关注与研究；在建筑领域中应用太阳能光热技术也成为必然趋势之一。随着社会经济和科学技术水平不断提高，以及能源结构优化调整与新技术的发展应用，人们对建筑节能提出了更高要求。一是充分利用太阳能资源；二是增加太阳能使用方式和转换效率；三是重视太阳能的利用与开发。太阳能是一种清洁、高效且环保无污染的可再生能源之一，其开发与利用可以有效解决能源短缺问题，并带来巨大经济收益及社会效益[1]。

3 太阳能光热技术在建筑节能中的应用效益

3.1 经济效益分析

某地区100m2的现有建筑，配备36m2集热器的太阳能供热采暖系统，整体造价在3.5万～5万元之间。一个采暖期内，若由太阳能集热系统供给的热量时间为100d，保证率为80%的话，则系统每天节电近44元，整个采暖季会节省4400元，8～10年收回投资。而太阳能供热采暖系统的使用寿命在15～20年，其余7～10年的使用，则等于节约了3万～4万元的能源费用。

3.2 社会效益分析

某地区100m2现有建筑，采用太阳能供热采暖后，平均每年可以节约标准煤约5.94t，减少二氧化碳排放10.8t，减少二氧化硫排放72kg，减少二氧化氮排放72kg，减少空气中的粉尘108kg，项目年环境效益2700元。目前国标太阳能集热器，若维护到位，实际的寿命可达至20～30年，按保守的20年计算，环境效益高至54000元。

4 太阳能光热技术与太阳热存储

太阳能是清洁无污染，来源无代价的可再生能源，在面临严重能源环境问题的当今世界普遍受到重视，是一种极其重要的节能环保技术措施。太阳能技术一般包括光热与光电应用两大类技术，太阳能光电技术利用太阳能电池光电效应，直接将太阳辐射转化为电能，以电能形式加以应用；而光热技术则是以各种形式的集热器技术，将太阳辐射收集并存储为热能形式加以应用。

太阳能光热技术直接应用来自太阳辐射的能量形式为热能，光热技术直接利用热能，这种热能可以用来采暖加热、制冷空调以及热力发电等。在太阳能光热技术的实施与工程应用里，热量存储技术既是光热利用的必经环节，又是一种独立存在与发展的专门技术，占有重要地位，应用在广泛的工程技术领域内。太阳热存储的节能应用被广泛采用与热点开发，是一种高效环保的节能技术措施。

太阳热存储技术极具潜力，许多工程技术逐渐开发利用太阳热存储技术，作为节能环保技术措施。所谓太阳热存储技术，是以特定技术装置存储已经转换并收集的太阳热，并能够以非即收即用的形式，在太阳辐射较弱的时间或无太阳辐射的夜间，或经较长时间，例如经季节转换后，能够重新取用的能量存储技术。热存储技术的存储热量，其使用时间相对于转换收集时间，可以延迟保存，长期备用。太阳热存储技术可以克服太阳能利用的太阳辐射间歇性以及区域差异性等应用局限，提高太阳能技术利用的可能性与应用效率，许多工程技术的实施可以更加节能环保。太阳热存储技术可应用在建筑节能与绿色建筑、热泵、制冷空调等广泛领域，极大提高了这些领域内的工程设备系统的节能环保效应[2]。

5 太阳能光热技术在建筑中的应用

太阳能光热技术利用了太阳的能量，将太阳能转化为热能，并对其进行储存和释放。在建筑中使用太阳能光热系统主要包括直接吸收式系统、间接接触型吸收法、电化学型接触式热源等。其中最常见的是直接温度传感系统与辐射采暖联产装置相结合形成的一种新能源技术——利用太阳能量转换成热量供应给空调或者照明，实现了对低温环境下室内制冷及供热要求。

5.1 直接利用

5.1.1 创造热压，实现建筑自然通风

英国国内税务中心建筑就利用了可升降的圆柱形玻璃通风塔，位于建筑的入口和楼梯之间。其针对太阳能的吸收效率较高，从而提高塔内温度，将烟囱效应进一步加强，促进建筑楼层之间的空气循环，实现了有效的自然通风。且在冬季可以降下玻璃通风塔，构建玻璃温室，保证室内温度的温暖，采暖损耗得到有效降低。

太阳能光热技术的节能效果主要体现在建筑能耗降低上。在传统采暖空调系统中，利用太阳辐射进行热量交换时，需要消耗大量能源和资源。因此，太阳能采暖空调是一种高效、经济环保且绿色无污染的新能源发电方式；其次是通过将自然吸收到阳光后产生热水供用户使用；还有就是通过制冷压缩机调节建筑物内温度及风速等参数，以达到节能目的或改善环境质量。太阳能光热技术是利用太阳辐射热能的方式，将光能转化为电能，其优点在于能够有效降低建筑室内环境污染。

5.1.2 借助太阳能机械辅助实现建筑的供热与制冷

利用相应的机械装置辅助，可以将屋顶的太阳能集热器当中的热空气导入地板，再通过地板气孔将热空气导入室内，实现太阳能取暖的目的，然后利用气压原理实现全屋循环，同理也可实现屋内冷风循环[3]。

目前，我国大部分城市都在使用以热水为主要供暖系统。但是，随着社会经济发展和人民生活水平的提高，人们对能源需求也越来越大，传统采暖形式已经不能满足当今时代下节能环保要求了；太阳能热利用技术作为一种新型可再生能源，具有巨大前景和市场空间，其应用范围之广与成熟度均有较高标准。

5.1.3 太阳能热水供应系统与建筑的有机结合

现阶段，太阳能热水器与建筑的有机结合取得了较大进展，利用太阳能与热能的转换，从而为建筑内提供热水，有效减少烧水的额外损耗，达到建筑节能的目的。太阳能热水器与建筑的有机结合分为两种模式：分离式与集成式。

将太阳能热水器放置于建筑顶端，整体热水供应系统与建筑物的相关结构互不干涉就是分离式。而集成式则是与建筑长期固定连接，易受到外界以及环境因素影响，经历过长期恒荷载以及活荷载的作用之后，其安全性存在一定隐患。基于这两种方式的特征，建筑设计中可以根据实践选择，为太阳能设备预留相应的支撑平台，有效保障安全问题[4]。

5.1.4 利用太阳能进行建筑蓄热

将建筑的围护结构利用蓄热材料进行搭建，可以延续日照对室温的影响，保持室内更均匀稳定的温度。保障白天温度不会过高，夜晚也不会过于寒冷。蓄热材料也被广泛用于生态建筑当中，具备完好的温度保障作用。太阳房也是基于此开展建设和运用的，采用集热储热墙间接加热，采用风机送风，取代传统的自然对流，辅助以吸热板，促进热量吸收效率和转化效率。在温度达到一定时，可以打开通风口进行降温或者换气，从而保障温度恒定。

5.2 间接利用

5.2.1 太阳能吸收空调在建筑中的应用

利用太阳能集热器的热水作为相应热源，驱动吸收式制冷剂的空调技术称为太阳能吸收空调，主要系统构成为氨水吸收式制冷系统和水溴化锂吸收式制冷系统。现如今，对于太阳能空调的研究在大多数国家和地区都在进行，例如美、日、法等国家。广东江门市建成并使用了我国第一座大型实用型太阳能空调热水系统，其可以完善供给整座大楼的热水需求以及空调需求，其对于电能的节省满4年便可达到整座太阳能空调的投入。

太阳能光热技术的出现，对我国能源行业产生了巨大影响，是人类科技进步和社会经济发展所必须经历的过程。随着科学技术水平不断提高以及人们生活质量逐渐改善等因素，促使建筑能耗越来越高。在建筑设计中使用新型材料、先进工艺降低建筑物建设成本，成为当前研究热点之一；其次就是对节能新技术进行大量研发应用，也使得太阳能光热应用于实际工程中变得愈加重要，其可以有效解决能源危机问题和环境问题，是实现可持续发展的必然选择[5]。

5.2.2 太阳能吸附式制冷和热泵方式应用于建筑

即便现阶段液体吸收式制冷技术相对成熟，但是固体吸附式具备抗腐蚀特性，并且可以依靠太阳能实现间歇式循环制冷，其相应设备造价成本也较液体吸收式系统装置低。基于制冷机制来看，两者大致相同。其区别在于吸收剂的使用，一个是液体，一个是固体。国内研制了一款板翅吸附器的吸附式空调/热泵，其制冷功率为150W，技术手段处于国际领先。

在日常生活中会用到各种热水器、空调等家用电器，这些产品产生热量通过集热器吸收后释放出来；而将能量转换成气体或蒸汽则需要借助外部设备来实现，如水塔及汽轮机系统、供暖通风机等；而从另一个角度讲其又属于太阳能光热发电类新能源，它是利用太阳辐射能进行热能转化为电能的一种技术形式。太阳能吸附式制冷和热泵方式也高效应用于建筑，满足人们的日常生活。

5.2.3 太阳能光伏电池空调制冷方式应用于建筑中

伴随着近年来太阳能光伏电池空调制冷技术的发展与革新，其应用也愈加广泛。其技术原理就是基于太阳能转换为电能，然后实现制冷，是太阳能的清洁制冷空调应用方式。但是，其缺陷也相对明显，其效率低且造价高，应用范围有限。

6 太阳能光热技术在建筑节能中的应用思考

太阳能光热技术的研究和应用还处于发展阶段，其主要原因是：首先，目前国内对太阳能利用方面的法律法规尚不完善；其次，国家出台了大量相关政策来鼓励开发、引导并规范市场；最后，因为政府在节能减排等领域有一定投入与约束力，且投资成本较低，所以我国大部分地区都采用的是将太阳能转换成电能或者热能进行发电的方式，满足日益增长的需求。但是由于技术不够成熟，导致太阳能光热系统在建筑中应用时存在着许多问题[6]。

太阳能光热技术的应用前景非常广阔，它将是未来发展建筑节能必不可少的一部分，在能源利用上有着巨大潜力。主要原因在于：太阳能是可再生能源。目前我国人口数量已经达到世界第一，而大量使用化石燃料会产生二氧化碳、温室效应等一系列问题；且随着人们生活水平提高和对健康环境要求越来越高，使得太阳能作为一种清洁型资源逐渐被社会认可与接受，这为太阳能光热技术发展提供了广阔的前景。

太阳能光热技术是利用太阳热能转换其他能量形式实现能量运用，具有节能、环保和经济等特点，可广泛应用于建筑能耗中。从节能角度来看，其优点在于可以为建筑减少能耗，但是它也有缺点：首先，太阳辐射量受季节变化影响较大；其次，由于技术欠缺导致了太阳能利用率不高，且不能够满足人们对舒适度要求，节约能源方面存在一定限制作用的因素。

7 结束语

太阳能是一种清洁能源，在减少大气污染、提高人们生活水平方面具有巨大潜力。本文通过对国内外已有技术进行分析，探讨其在建筑节能施工中存在问题及其解决方案。主要结论如下：目前我国建筑能耗已经超过国外平均水平60%以上，所以要提高太阳能利用率必须从源头抓起；应采取相应措施减少高能耗的项目规模和结构比例、加强对现有节能设备改造与更新以及建立完善系统、有效地降低能源损耗等方面着手；通过技术改进，使其建筑设计符合低碳经济要求。