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1、可可 在在 生生 能能 源源 利利 用用 与与 建建 筑筑 节节 能能专业太阳能（光伏方向）第 1 章 可再生能源与建筑节能的范畴-3第 2 章 太阳能与建筑节能-32.1、 太阳能热水器的原理-52.2、 阳台壁挂式太阳能热水器-52.3、 太阳能光伏发电-62.4、 太阳能光伏发电系统原理-62.5、 太阳能光伏发电系统的组成-72.6、 太阳能采暖与制冷-81 1、可再生能源与建筑节能的范畴可再生能源与建筑节能的范畴【摘要摘要】我国建设领域的节能减耗和污染减排工作越来越受到国内外、业内外以及人民群众的普遍关注,已经成为国家战略的重要组成部分,提高建筑能源利用效率是一个非常综合性的问题,也
2、是一个十分复杂的系统工程,主要是提高能源转化效率和实现能源的综合利用。建筑节能是指在满足居住舒适性要求的前提下,在房屋的建造和使用过程中,通过提高能源利用效率、少不必要的资源减和能源消耗,从而达到节约能源 的目的。它包括屋面、楼地面墙、和门窗的保温隔热、控制房屋窗墙比以及通风、空调、照明等设备节能并应用新材料、技术、新工艺,禁止使用实心黏土砖、限制使用黏土制品、合理有效利用能源。新能源与可再生能源的含义在我国是指除常规能源和大型水力发电之外的生物质能、风能、太阳能、小水电、洋能、热海地能、能等能源资源。我国可再生能源的资源非常丰富,开发利氢用潜力很大,大力发展可再生能源在建筑领域中的应用,是人
3、环境与建筑共生共容、永续发展的新建筑模式,也是节约能源、有效利用资源的重要手段。可再生能源在建筑中的应用主要包括地下水源热泵、土壤源热泵、污水源热泵、地表水源热泵、太阳能生活热水供应、太阳能采暖、太阳能空调、太阳能光电照明等。 2 2、太阳能与建筑节能太阳能与建筑节能（1 1）太阳能在建筑节能中的利用方式）太阳能在建筑节能中的利用方式： 太阳能的热利用是目前建筑中利用太阳能的主要利用形式。它包括被动和主被动和主动式动式两种形式。被动式太阳能房的结构相对简单、造价低、不需要任何辅助能源,通过建筑方位合理布置和建筑构件的恰当处理,以自然热交换方式来利用太阳能。在目前及今后的长时间内,它是太阳能建筑
4、发展的主流。主动式太阳房结构较为复杂,造价较高,需要用电作为辅助能源。采暖降温系统由太阳集热器、风机、泵、散热器及储热器等组成。主动式太阳能系统：主动式太阳能系统：原理：靠常能(泵、鼓风机)运行的系统，由集热器、蓄热器、收集回路、分配回路组成，通过平板集热器，以水为介质收集太阳热。吸热升温的水，贮存於地下水柜内，柜外围以石块，通过石块将空气加热後送至室内，用以供暖。如将蓄热器埋於地层深处，把夏季过剩的热能贮存起来，可供其他季节使用。主动式太阳能系统按传热介质又可分为空气循环系统、水循环系统和水、气混合系统。主动式太阳能系统主要有：液体平板型集热系统，空气平板型集热系统，真空管型集热系统，聚集型
5、集热系统，热泵式集热系统。被动式太阳能系统被动式太阳能系统 原理：用建筑物的一部分实体作为集热器和贮热器，利用传热介质对流分配热能的系统。被动式太阳能系统利用建筑材料的吸热性、蓄热性和传热介质的对流收集热能，贮存热能，分配热能。被动式太阳能系统在冬季吸收热能作为供暖的热源，在夏季把建筑物内的热量散发出去，作为调节室内温度的冷源。被动式太阳能系统的能量利用比较充分，效率较高，经济实惠，且简而易行，发展前途比较广阔。在中国新疆、内蒙、天津、肃等地区已有多处采用。目前被动式系统有以下五种直接收益式：在房屋的朝阳面设置大面积双层玻璃窗，利用室内的地面和墙体，作为蓄热体吸收太阳能。蓄热体可用混凝土、砖、
6、石等材料，表面最好用深色。白天蓄热，夜间利用所蓄热能供暖。水墙式：将朝阳墙面做成装水的墙体，墙外设玻璃幕墙，两者之间留出空气隔层。在冬季的白天，阳光把水墙加热後向室内散热夜晚关闭活动的隔热保温板，使已蓄热的水墙能保证室内热量不致散失。夏季还可利用水墙作为隔热墙之用，防止辐射热入室。蓄热墙式：将朝阳墙面做成厚重实墙，外涂黑色，外层设玻璃幕墙，两者之间留出空气隔层。实墙上留出适当的采光面积，上、下留洞口。白天室内的冷空气通过下部洞口，进入空气隔层受热上升，经由上部洞口进入室内，如此形成对流循环，室内温度即可不断提高。夜间将洞口关闭，并下帘幕，使室内热量不致散失。夏季开启厚墙和玻璃幕墙上的小窗，可通
7、风降温。太阳温室式：在房屋外部建一玻璃温室，与室内有洞口相通。白天太阳将温室加热後，实墙已蓄热，热量即散入室内。实墙也可设计成隔热用的水墙。温室也可以作为一个附加的、阳光充足的空间，作为生活起居之用，可以种菜、栽花或作室内绿化，但在夏季要有遮阳措施。屋顶水池式：在屋顶上用透明材料做成水袋或水池，上盖活动式隔热保温板。在冬季的白天，将保温板拉开，太阳将水加热，夜间关闭保温板。水有较大的热容，可持续向室内散热。夏季的白天大部分阳光被保温板所反射，其馀被水吸收，水袋或水池起隔热作用夜间打开保温板，使之散热、降温。2.12.1 太阳能热水太阳能热水太阳能热水器的原理太阳能热水器的原理1循环原理：利用冷
8、水比热水密度大，冷水下沉，热水上升，形成自然对流循环、使水箱中的水逐渐变热，达到顾客满意的水温为止。当太阳强度不足以满足循环需要的时候，可以在水循环闭路加一水泵，实现强制循环。 2集热器吸热原理：太阳能热水器的集热器表面，有一特殊的涂层，此涂层对太阳能可见光范围具有很大的吸收率，吸收为热以后，集热器的散热热辐射波长在长波范围，该涂层对长波的发射率很低，这样就有效的“滞留”了太阳能的热量。 水循环的具体过程是：水在集热器表面受热膨胀，密度变小，而循环回路中的“冷水”密度较大，热水上升至保温水箱，冷水下降进入集热器受热，如此循环。水流方向如下图箭头所指，图中红框为集热器。2.22.2、阳台壁挂式太
9、阳能热水器、阳台壁挂式太阳能热水器阳台壁挂式太阳能热水器的安装使用不受楼层限制，可实现高层建筑利用太阳能生产热水的目的，符合国家及广大消费者越来越注重建筑和产品环保节能的趋势。阳台壁挂式太阳能热水器的组成一般包括：保温水箱、功能箱、循环管路、联箱、尾托、集热器、安装支架、控制面板等（如图（1）所示）。保温水箱有两根加热棒，自带电加热功能。阳台壁挂式太阳能热水器的集热器同保温水箱分开布置。其中，集热器安装在室外吸收太阳光，保温水箱布置在室内储存加热后的热水。保温水箱同集热器分离，保温水箱内的水不同集热器内的介质接触，而是通过水箱内的换热器进行换热。阳台壁挂式太阳能热水器示意图：2.32.3、太阳
10、能光伏发电、太阳能光伏发电太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。光伏发电系统主要由太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器构成。光伏发电系统可分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统：独立太阳能光伏发电是指太阳能光伏发电不与电网连接的发电方式，典型特征为需要蓄电池来存储能量，在民用范围内主要用于边远的乡村，如家庭系统、村级太阳能光伏电站；在工业范围内主要用于电讯、卫星广播电视、太阳能水泵，在具备风力发电和小水电的地区还可以组成混合发电系统等。并网太阳能
11、光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式，成为电网的补充。我国太阳能资源非常丰富，开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔，可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持，先后出台了一系列法律、政策，有力的支持了产业的发展。2.42.4、太阳能光伏发电系统原理、太阳能光伏发电系统原理光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置。2.52.
12、5、太阳能光伏发电系统的组成、太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流 220V 或 110V，还需要配置逆变器(图 5,6 所示)。各部分的作用为： （一）太阳能电池板 太阳能电池板(图 4 所示)是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。图 4 太阳能电池板（二）太阳能控制器太阳能控制器 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温
13、差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。 （三）蓄蓄电电池池 一般为铅酸电池，一般有 12V 和 24V 这两种，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。 （四）逆逆变变器器 在很多场合，都需要提供 AC220V、AC110V 的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是 DC12V、DC24V、DC48V。为能向 AC220V 的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用 DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用
14、多种电压的负载时，也要用到 DC-DC 逆变器，如将 24VDC 的电能转换成 5VDC 的电能（注意，不是简单的降压）。太阳能电池发电系统的组成原理太阳能电池发电系统的组成原理2.62.6、 太阳能采暖与制冷太阳能采暖与制冷利用太阳能进行空气调节有两种方法：一是先实现光-电转换，再以电力推 动常规的空调机组；二是进行光-热转换，以太阳产生的热能为空调机组进行制 冷。前者系统比较简单，但以目前成本计算，其造价约为后者的 3-4 倍；后者 与光-热转换直接利用不同，是一个“光-热-冷”的转换过程，为太阳能的间接 利用。系统组成及工作原理系统组成及工作原理太阳能采暖-制冷-热水三联供系统（如下图所
15、示）由以下六个子系统组成：太阳能集热系统、低温热水辐射地板采暖系统、热水供应系统、辅助能源系统、风冷系统、自动控制系统。本系统是对太阳能、热泵、低温热水辐射地板采暖地综合利用。春、夏、秋可完全依靠太阳能提供足够的日常生活用热水；夏季用热泵和风机盘管制冷，冬季以太阳能为热源，热泵为辅助能源完成采暖和热水供应的任务。在本系统中太阳能采用地暖专用集热器，集热效率高，系统能稳定性强。辅助能源为低温热泵机组，它弥补了太阳能的间歇性和随季节变化带来的不稳定性，对新一代低温热泵的应用进一步提高了系统工作效率；而低温热水辐射地板采暖环保节能，不占用居室空间，热稳定性好，使用低温热水不结垢，可以连续使用 50年以上。夏季制冷系统使低温热泵机组得到有效利用，不仅降低初投资费用，还实现了系统整体化的布置，有利于装饰和维护管理。太阳能、低温热泵机组的有效结合，优势互补，再加上全智能化控制系统，实现了零能耗+低能耗无污染的运行方式，符合节能减排的大政策，为用户创造了舒适的生活环境，是值得进一步研究和推广的系统。
