建筑節(jié)能技術江蘇建筑職業(yè)技術學院

學習情境5太陽能及熱泵技術

主講教師張洪波項目1太陽能在建筑中的應用

主要內(nèi)容1太陽能基本知識2中國的太陽能資源3太陽能技術4被動式太陽能建筑設計5主動式太陽能建筑設計1）太陽能基本知識（1）太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質能、風能、海洋能、水能等都來自太陽能，廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。（2）太陽常數(shù)——在地球大氣層外面正對著太陽的1m2的面積上，每分鐘接受的太陽能量大約為1367W。

太陽能與建筑節(jié)能（3）太陽主要以光輻射的形式到達地球，太陽發(fā)射出來的總輻射能量大約為3.75X1026W，但只有22億分之一到達地球范圍內(nèi)，大約為173X104億千瓦，其中穿過大氣層到達地球表面的太陽輻射能大約為8.1X105億千瓦，而達到地球陸地表面的大約為1.7X105億千瓦，這部分能量相當于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的3.5萬多倍。（4）太陽能利用的優(yōu)點普遍、無害、長久、巨大（5）太陽能利用的缺點

分散、隨機、間歇2）中國的太陽能資源中國的太陽能資源與同緯度的其他國家相比，除四川盆地和與其毗鄰的地區(qū)外，絕大多數(shù)地區(qū)的太陽能資源相當豐富，和美國類似，比日本、歐洲條件優(yōu)越得多，特別是青藏高原的西部和東南部的太陽能資源尤為豐富。3）太陽能技術（1）光熱技術——通過轉換裝置把太陽輻射能轉換成熱能利用的屬于太陽能熱利用技術，簡稱光熱技術（2）光伏技術——通過轉換裝置把太陽輻射能轉換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術。光電轉換裝置通常是利用半導體器件的光伏效應原理進行光電轉換的，因此又稱太陽能光伏技術。（3）太陽光導光照明技術由集光機+石英光纖傳輸導線+尾端投射燈具組成的太陽光導光照明系統(tǒng)又稱“向日葵采光系統(tǒng)”

“向日葵采光系統(tǒng)”集光機是利用其內(nèi)置的太陽光感應器及微電腦精確控制的驅動電機，時刻準確地追蹤太陽。有直射陽光時以光感應器準確地跟蹤太陽位置，無直射陽光時則利用其時鐘裝置沿著時刻的軌道跟蹤移動。從而使集光器能夠準確跟蹤和及時應變（晴天—陰天）地搜集日光。集光機外用有機玻璃罩保護，其底部內(nèi)裝控制器4）被動式太陽能建筑設計（1）被動式太陽能建筑通過建筑朝向和周圍環(huán)境的合理布置，內(nèi)部空間和外部形體的巧妙處理，以及建筑材料和結構、構造的恰當選擇，使其在冬季能采集、保持、貯存和分配太陽能，從而解決建筑物的4）被動式太陽能建筑設計采暖問題。同時，在夏季又能遮蔽太陽能輻射，散逸室內(nèi)熱量，從而使建筑物降溫，達到冬暖夏涼的目的。（2）被動式太陽能利用的主要類型①直接式②蓄熱墻式③陽光間式④蓄熱屋頂式⑤熱虹吸式①直接得熱式房間本身就是集熱儲熱體，在日照階段，太陽光透過南向玻璃進入室內(nèi)，地面和墻體吸收儲蓄熱量，表面溫度升高。所吸熱量的一部分以對流的方式供給室內(nèi)空氣，另一部分以輻射的方式與其他圍護結構內(nèi)表面進行熱交換，第三部分則由地板和墻體的導熱作用把熱量傳入內(nèi)部蓄存起來①直接得熱式白天溫室有效的采集和捕獲太陽輻射保溫材料儲存熱量以備夜晚使用采用高側窗和屋頂天窗獲取太陽輻射是應用最廣的一種方式。其特點是：構造簡單，易于制作、安裝和日常的管理與維修；與建筑功能配合緊密，便于建筑立面處理，有利于設備與建筑的一體化設計。①直接得熱式①直接得熱式②蓄熱墻式（特朗姆墻）

將集熱墻向陽外表面涂以深色的選擇性涂層加強吸熱并減少輻射散熱，使該墻體成為集熱器和儲熱器。特朗勃保溫墻白天采集熱量，沒有光線進入房間墻體由于熱惰性，大部分熱量將時滯6-12小時與夜間釋放出來特朗姆集熱墻夏季工作原理②蓄熱墻式（水墻）表面覆蓋反射面的隔熱百葉窗可以提高水墻的效率②蓄熱墻式（充水墻）為獲取實心墻與充水墻兩者的優(yōu)點，研究人員進行了大量試驗。最終確定采用總尺寸為1200mm×2400mm×250mm的混凝土水箱，箱壁厚為50mm，水盛在箱內(nèi)密封塑料袋內(nèi)，這種墻稱為載水特朗伯墻（簡稱載水墻或充水墻）。③陽光間（陽光房）

屬一種多功能的房間，除可以作為一種集熱設施外，還可以用來作為休息、娛樂，是寒冬季節(jié)讓人們置身于大自然中的一種室內(nèi)環(huán)境，也是為其毗連的房間供熱的一種有效措施③陽光間（陽光房）太陽室與主體建筑之間的幾種關系④蓄熱屋頂式冬季白天，屋頂水池系統(tǒng)中黑色塑料水袋暴露在陽光下冬季夜晚，一塊堅硬的隔熱材料蓋在水池上④蓄熱屋頂式屋頂輻射捕捉系統(tǒng)⑤熱虹吸式這種太陽能采暖方式是由采集器和蓄熱物質（通常是卵石地床）構成。安裝時采集器位置一般要低于蓄熱物質的位置，形成高差，利用流體的熱對流循環(huán)，白天，太陽采集器采集熱量加熱空氣，借助溫差產(chǎn)生的熱虹吸作用，通過風道，上升到它的上部礫石蓄熱層，熱空氣被礫石堆吸收熱量而變冷，再流回集熱器的底部，進行下一次循環(huán)。晚間，礫石蓄熱器通過送風口向采暖房間以對流方式采暖。5）主動式太陽能建筑（1）采用高效太陽能集熱器以及機械動力系統(tǒng)來完成采暖降溫過程，系統(tǒng)運轉中需要消耗一定電能，這樣的系統(tǒng)稱為主動式太陽能系統(tǒng)。采用此系統(tǒng)設計的建筑稱為主動式太陽能建筑。（2）原理：

靠常能(泵、鼓風機)運行的系統(tǒng)，由集熱器、蓄熱器、收集回路、分配回路組成，通過平板集熱器，以水為介質收集太陽熱。吸熱升溫的水，貯存於地下水柜內(nèi)，柜外圍以石塊，通過石塊將空氣加熱後送至室內(nèi)，用以供暖。如將蓄熱器埋於地層深處，把夏季過剩的熱能貯存起來，可供其他季節(jié)使用。主動式太陽能系統(tǒng)按傳熱介質又可分為空氣循環(huán)系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和水、氣混合系統(tǒng)。（3）主動式太陽能系統(tǒng)主要類型

①液體平板型集熱系統(tǒng)②空氣平板型集熱系統(tǒng)③真空管型集熱系統(tǒng)④聚集型集熱系統(tǒng)和熱泵式集熱系統(tǒng)。

①液體