摘要：本文介紹了我國目前太陽能建筑的現(xiàn)實狀況，分析了其中的節(jié)能潛力，并介紹了太陽能建筑節(jié)能的相關(guān)內(nèi)容和實現(xiàn)技術(shù)，探討太陽能建筑節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展道路。

關(guān)鍵詞：太陽能建筑熱量

隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國太陽能建筑的面積日趨增大，建筑節(jié)能是近年來世界建筑發(fā)展的一個基本趨向，也是當(dāng)代建筑科學(xué)技術(shù)的一個新的生長點。抓住機遇，不失時機地推進(jìn)建筑節(jié)能，有利于國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康發(fā)展，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)國家發(fā)展的第二步和第三步戰(zhàn)略目標(biāo)，并引導(dǎo)我國建筑業(yè)與建筑技術(shù)隨同世界大潮流迅速前進(jìn)，太陽能建筑的節(jié)能具有很好的前景，大有可為。

我國地域?qū)拸V，房屋建筑規(guī)模巨大，約有一半建筑位于北方“三北”地區(qū)，由于氣候原因，每年約有4—6個月的采暖期，該地區(qū)規(guī)定設(shè)置集中采暖系統(tǒng)，以往習(xí)慣稱之為集中采暖地區(qū)。中部地區(qū)（冬冷夏熱地區(qū)），即長江流域地區(qū)，雖然冬季平均氣溫高于0℃，但相對濕度較高，冬季濕冷，而夏季又酷熱。該地區(qū)屬于中國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，包括長江上游在內(nèi)，涉及18個省、自治區(qū)、直轄市，總面積180萬k平方米，人口近4億。年工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占全國40％，人均產(chǎn)值及人均收入均高于全國平均水平。以往由于經(jīng)濟(jì)上的原因，該地區(qū)一般城鎮(zhèn)住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)無保溫措施，也不設(shè)置采暖設(shè)施，因此冬夏季室內(nèi)熱環(huán)境條件相當(dāng)差。南方屬于亞熱帶氣候，夏季氣候炎熱，降溫則是主要解決的問題。

與發(fā)達(dá)國家相比，集中采暖地區(qū)城鎮(zhèn)住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、氣密性較差，供熱系統(tǒng)效率較低，單位面積的采暖能耗要高得多。我國已成為世界上建房最多的國家，近年來每年全國建成城鎮(zhèn)住宅2億平方米以上，隨著人民生活的不斷改善，人們對于建筑熱環(huán)境的舒適性要求愈趨迫切，中部地區(qū)冬季采暖勢在必行，各地“空調(diào)熱”也日漸高漲。所以，如何盡量利用太陽能、合理建筑設(shè)計，對北方集中采暖地區(qū)可以減少采暖、空調(diào)能耗；而對于中部及南部地區(qū)，改善室內(nèi)熱環(huán)境條件，達(dá)到低水平的室內(nèi)舒適參數(shù)，已成為一個重要的課題。

我國從80年代起，對城鎮(zhèn)多層住宅應(yīng)用被動太陽能進(jìn)行采暖及降溫技術(shù)已有研究，先后在石家莊、灘紡及杭州等處建成了試點建筑，較好的改善了室內(nèi)熱環(huán)境條件。當(dāng)時的技術(shù)路線是由熱工外算開始，進(jìn)而建造示范建筑以驗證效果。國外從70年代初期起，投入了相當(dāng)?shù)牧α窟M(jìn)行計算機軟件的開發(fā)工作，應(yīng)用動態(tài)模擬計算，進(jìn)行建筑熱工參數(shù)計算分析，進(jìn)而可以預(yù)測室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，獲得應(yīng)用被動太陽能的最佳建筑設(shè)計方案，同時也建設(shè)示范建筑以驗證軟件的可信性。這類從合理建筑及熱工設(shè)計著手，在增加有限的建設(shè)投資下，盡量利用被動太陽能來達(dá)到低水平的室內(nèi)冬夏熱環(huán)境條件的住宅，這里稱為“節(jié)能住宅”。

1太陽能建筑及相關(guān)概念界定

太陽能建筑是指利用太陽光的輻射能量代替一部分可消耗的常規(guī)能源，以達(dá)到可以被動或者主動式的能源建筑。被動式太陽能建筑是指被動的采暖設(shè)計，是利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻，用以保持建筑的儲熱的性能。主動式太陽能技術(shù)是指利用太陽能轉(zhuǎn)為熱能或者電能進(jìn)行利用，主要是取暖、燒水，供電的使用。

2被動式能源建筑的形式

按照太陽能建筑的利用方式可以把能源建筑分為直接受益型、集熱蓄熱墻型、附加型等幾種形式，具體內(nèi)容如下幾個方面。

2.1直接受益型

直接受益型的擦暖形式是以太陽通過一定的透光材料直接進(jìn)入室內(nèi)，以太陽透過較大的南窗玻璃，通過存儲熱能到維護(hù)結(jié)構(gòu)表面的墻和地上，再通過夜間對流輻射的方式和室內(nèi)空間熱傳導(dǎo)進(jìn)行釋放。建筑要求：建筑正陽的南方要安裝大面積的直接受陽的玻璃窗、圍護(hù)結(jié)構(gòu)需要有較大的熱阻、室內(nèi)需有蓄能較好的材料保證能量的積聚。

1概況及技術(shù)應(yīng)用實施

1.1露天礦概況小龍?zhí)堵短斓V地處于云南省紅河州，礦區(qū)地理坐標(biāo)東經(jīng)103°11′52″,北緯23°48′45″，大氣層密度低，陽光透過強，年太陽輻射量在5800MJ（/m2•a），海拔1086.32m，屬太陽能資源豐富地區(qū)。氣候是亞熱帶季風(fēng)氣候，全年雨、旱季十分明顯，5月至10月為雨季，11月至次年4月為旱季，年日照時間長，礦坑面積3km2。為我露天礦推廣和利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)解決生產(chǎn)組織管理中存在問題，具備了優(yōu)越的氣候條件。

1.2應(yīng)用實施一利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)解決采場與排土場照明設(shè)施，實現(xiàn)安全供用電，露天礦工作面夜間生產(chǎn)、設(shè)備停放夜間看守和夜間排土場的生產(chǎn)均需要照明設(shè)施輔助生產(chǎn)。目前夜間生產(chǎn)面臨的主要問題是：

1）液壓挖掘機1日3班，東幫、西幫是主采區(qū)，目前工作面長700m，寬70m，高10m，夜間工作面生產(chǎn)點多，且分散，需要用電纜由供電變壓器引至照明設(shè)施，電纜供電線路長，電纜道路口埋設(shè)地面60cm至80cm以下，長時間使用后容易被運輸車輛碾壓引發(fā)短路、漏電等的安全事故。

2）采用架空線路供電又存在線路長影響工作面的快速推進(jìn)，改移線路費用高。線路長電力損耗大、壓降大照明設(shè)施易損壞等情況的發(fā)生。

3）排土場遠(yuǎn)離采場，需架設(shè)供用電線路，且隨著排土場不斷增高，供電線路、供電點不斷延深，勢必增加架設(shè)費用。露天礦因地制宜結(jié)合實際采用了多晶硅薄膜太陽能光伏發(fā)電板、蓄電池組、LED燈、電子控制器等組建太陽能照明設(shè)施，通過計算選擇太陽能板和蓄電池配置，以下是計算方式：1）計算出用電負(fù)載的電流。如12V蓄電池系統(tǒng)；30W的燈1盞，電流=30÷12=2.5A。2）計算出蓄電池容量的需求。若燈具每夜累計照明時間需要為滿負(fù)載12h，（如晚7:00開啟至次日早7:00關(guān)閉），連續(xù)陰雨天7d的照明需求。蓄電池=2.5×12×7=210Ah。另外為了防止蓄電池過充和過放，蓄電池一般充電到90%左右，放電余留20%左右。3）計算太陽能板功率的需求。每天的用電量=30×12=360Wh；安裝點的平均峰值日照時數(shù)為4.5h；太陽能板功率=360/4.5=80W。再計算充放電損耗,以及每天需要給太陽能電池板的補充,補充系數(shù)取0.6。80/0.6=133.3W。目前國內(nèi)市場中沒有133.3W的太陽能板，考慮太陽能板采用數(shù)值大一些就夠滿足使用。主要部件選型為：①LED燈選用30W，色溫6000K左右；②太陽能板選用平板150W；③蓄電池選12V200Ah膠體儲能蓄電池組；④控制器選用SR-SDI10A；⑤燈桿底座采用雪橇式金屬焊接連接，便于坑內(nèi)移動和固定。

1太陽能光電技術(shù)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏電池板、控制器和逆變器三大部分組成。在太陽能的有效利用中，大陽能光伏是近些年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域。硅是最理想的太陽能光伏板材料，單晶硅大陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟?！熬G色凹宅”選用的太陽能光伏板是單晶硅光伏板。“綠色凹宅”采用52塊260W(峰值功率)單晶硅光伏板滿鋪屋頂?shù)牟呗?，裝機容量為13．52kW?！熬G色凹宅”的光伏板以接面的3°鋪設(shè)。在天氣晴好的情況下，每天可以產(chǎn)生電能近62kWh，基本滿足郊區(qū)家庭的日常生活需要。通過計算機模擬評估和現(xiàn)場比賽實測，“綠色凹宅”的整個太陽能系統(tǒng)可以產(chǎn)生比其耗電量還多1．5倍的電能回饋電網(wǎng)，可以說“綠色凹宅”是一個負(fù)能耗建筑?！熬G色凹宅”采用的是并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，安裝雙向電表，余電由園區(qū)設(shè)置的蓄電池組統(tǒng)一儲存;若自身發(fā)電不足以滿足其用電需求，則可從園區(qū)蓄電池組或外電網(wǎng)取電。

2太陽能光伏光熱一體化

技術(shù)光伏光熱一體化太陽能系統(tǒng)在電力輸出的同時提供生活熱水。光電光熱一體化板在光伏模塊背面設(shè)置吸熱表面和流體通道，構(gòu)成光伏光熱模塊，這樣既有效地降低了光伏電池的溫度，提高了光電效率，又有效地利用了余熱，獲得了熱水。光伏光熱一體化系統(tǒng)由光伏光熱模塊、直流循環(huán)水泵、水箱、連接管道及支撐框架組成。該一體化系統(tǒng)與傳統(tǒng)的太陽能熱水器相比，效率(約為50%)相差不大。由于水流吸收了使硅電池轉(zhuǎn)換效率下降的余熱，光伏陣列的工作溫度有所降低，從而使系統(tǒng)的發(fā)電效率比傳統(tǒng)的光伏系統(tǒng)有很大提高?？刹捎脽嵝逝c電效率之和來綜合評價系統(tǒng)的能量利用特性。如果系統(tǒng)有較高的熱效率和電效率，則其年綜合性能效率大于60%，比單一熱水系統(tǒng)或光伏系統(tǒng)效率顯著提高?！熬G色凹宅”在屋頂中央鋪設(shè)了3塊光伏光熱一體化太陽能板?！熬G色凹宅”在晴天產(chǎn)生的熱水量可充分滿足日常生活的要求;在陰雨天氣，系統(tǒng)與空調(diào)的熱回收相結(jié)合，使熱水系統(tǒng)即使在相對惡劣的情況下也可以達(dá)到180L45℃熱水的標(biāo)準(zhǔn)，可滿足日程起居生活的需求。

3其他太陽能技術(shù)

“綠色凹宅”的中庭是一個陽光房，面向戶外4m高的玻璃折疊門，三面分割中庭和室內(nèi)的推拉門占滿庭院屋頂?shù)牟晒獯埃渲袃缮仍谥悄芸刂葡到y(tǒng)下可以自動開啟，引導(dǎo)風(fēng)向。冬季時可以合上門窗，形成陽光房，熱量被暖房儲存，進(jìn)而輻射入室內(nèi)，有效降低了房屋的能耗。

1農(nóng)業(yè)機械空調(diào)技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢

目前，極少量農(nóng)業(yè)機械操作室安裝了空調(diào)，它們均是由發(fā)動機驅(qū)動工作的．需要機器工作時才能制冷，當(dāng)機器停止工作了，空調(diào)也就停了，因此，當(dāng)機器停放在太陽下時間長后。操作室內(nèi)溫度就會上升，特別是夏季，最高溫度達(dá)60℃．操作人員根本無法進(jìn)人工作，不得不先發(fā)動機器，啟動空調(diào)降溫后，方可進(jìn)人?；诎l(fā)動機動力的農(nóng)機駕駛室空調(diào)，不具備節(jié)能和環(huán)保的特點．而如果利用太陽能來為空調(diào)提供能量．則不僅符合國家的能源政策，而且能做到節(jié)能和環(huán)保，降低了農(nóng)機的使用成本。盡管太陽能在汽車領(lǐng)域已有一定的研究r5]。但是，在農(nóng)業(yè)機械中尚未得到足夠的關(guān)注，因此，農(nóng)業(yè)機械太陽能空調(diào)技術(shù)的研究和開發(fā)具有明顯的應(yīng)用價值。縱觀當(dāng)今世界的農(nóng)業(yè)機械總體水平和我國農(nóng)業(yè)機械的具體現(xiàn)狀，結(jié)合不斷進(jìn)步的高新性科學(xué)技術(shù)，農(nóng)業(yè)機械太陽能空調(diào)的出現(xiàn)了多個研究方向。如研究人員開展了太陽能半導(dǎo)體制冷器在卡車駕駛室內(nèi)的應(yīng)用研究[。利用太陽能電池板產(chǎn)生的蒸汽被助推器轉(zhuǎn)換成為機械能，機械能再用來驅(qū)動冷卻機，冷卻機吸收操作室中的潮濕的熱空氣。熱空氣經(jīng)過壓縮和擴展．被冷卻到25℃左右，為操作室降溫。利用太陽能集熱器和太陽能真空平板等，把太陽能轉(zhuǎn)化為蒸汽的機械能．從而帶動冷卻機工作[s-。當(dāng)然。隨著今后技術(shù)的發(fā)展．直接利用太陽能提供空調(diào)工作也是有可能的。但是，考慮目前現(xiàn)有的技術(shù)以及農(nóng)業(yè)機械的自身特點，對現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械上面的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行太陽能化的改進(jìn)．是比較貼近實際的。也是比較經(jīng)濟(jì)的。一般來說，是利用太陽能電池板把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再由電能提供空調(diào)工作。

2農(nóng)業(yè)機械駕駛室太陽能空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

結(jié)合現(xiàn)有實際，本文提出一種適用于農(nóng)業(yè)機械駕駛室的太陽能空調(diào)技術(shù)方案(如圖1所示)。該太陽能空調(diào)包括裝設(shè)于農(nóng)業(yè)機械駕駛室外部的太陽能電池板、蓄電池、小型直流電動機、空調(diào)室內(nèi)機、裝設(shè)于機器外部的空調(diào)壓縮機。該太陽能電池板、蓄電池、小直流電動機均與一電路控制裝置相連，并由該電路控制裝置控制。此外，還包括一個裝設(shè)于駕駛室內(nèi)部并由電路控制裝置控制的負(fù)離子發(fā)生器。該電路控制裝置的控制面板上設(shè)有室內(nèi)溫度顯示儀、制冷制熱控制開關(guān)、太陽能電池對蓄電池進(jìn)行充電的充電控制開關(guān)、有室內(nèi)溫度進(jìn)行適時調(diào)控的控制旋鈕以及控制排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速及換氣量的調(diào)節(jié)旋鈕。

3農(nóng)業(yè)機械駕駛室太陽能空調(diào)的實施辦法

太陽能電池可以裝設(shè)于操作室的頂部適當(dāng)位置，以最大程度地接受太陽光線，且可使用薄膜狀太陽能電池直接貼在頂部。空調(diào)室內(nèi)掛機裝設(shè)于駕駛室適當(dāng)位置。負(fù)離子發(fā)生器、小直流電動機電路控制裝置相連，并由其控制。與電路控制裝置相連的蓄電池由太陽能電池充電。此外，該電路控制裝置還與農(nóng)業(yè)機械發(fā)動機自身的發(fā)電機相連，天氣不好的情況下，可控制由發(fā)電機為空調(diào)系統(tǒng)中的蓄電池充電。在機器停止工作時，可以由太陽能電池為蓄電池充電．并由電路控制裝置來啟動直流電動機工作．帶動空調(diào)壓縮機為室內(nèi)降溫。以及啟動負(fù)離子發(fā)生器來改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量，使得室內(nèi)空氣保持新鮮，有利于健康。該空調(diào)可以保證空調(diào)的電力供應(yīng)．它能在機器工作和停放時均能提供制冷，無需使用車載能源。