太阳能建筑利用（推荐）_建筑的太阳能利用

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太阳能利用与技术

论 文

班级：化学工程与工艺1班 姓名：杨皓辰 学号：3013207024

关于家乡太阳能建筑规划与构想

我的家乡是河南省安阳市内黄县，爷爷奶奶家都来自农村。河南省位于中原地带，安阳地区位于黄河北部，大部属于平原地带，接受太阳辐射条件良好，但相比于西部地区，太阳辐射量却略显不足。河南省是全国农业大省，农村土地面积广大，农村人口众多，但人均GDP在全国排名较为靠后，尤其是农村地区。

河南是全国人口第一大省，同时也是能源大省，河南人口约占全国的6.88%，生产总值占5.65%，能源消耗占6.31%，原煤消耗占7.54%，单位GDP耗煤量高于全国平均水平。河南省在能源结构上以煤炭为主，同时也是煤炭生产大省，原煤产量位居全国第四位，其他资源以石油、天然气等一次能源尤其是化石能源为主，水能、风能资源不足，核电处于空白，因此能源结构明显不合理。

煤炭属于化石能源，属于不可再生资源，河南省煤炭资源的加速开采带来的社会问题环境问题日益突出，大力发展可再生资源是解决能源问题的必然选择。太阳能技术是如今新兴能源产业中最具有发展潜力的分支。下面，我将针对家乡的房屋建筑与太阳能技术的结合，谈一些我的设想和理念。

在中部平原地区，太阳辐射量不是十分充足，为了取得更好的集热效果，我们主要采取主动式太阳能建筑设计的方略。主动式太阳能建筑利用集热器、蓄热器、管道、风机及泵等设备来蓄存、收集、输配太阳能，系统中各部分均可通过自动化控制达到所需的温度。

在设计农村房屋的太阳能建筑一体化过程中，首先讨论房屋表皮问题，包括屋顶、墙体和地面,这些方面关系到建筑物整体的集热蓄热、储能和保温。

屋顶是离太阳最近且有效接受面积最大的部分，是集热元件最重要的部分。屋顶应有一面朝向南面，设计角度应为当地纬度加十五度，安阳市内黄县大约为北纬36°，故屋顶设计倾角应为51°。另外，屋顶还应具备保温和蓄热的性能，我们在屋顶设计一定的绿化。绿化带中，土壤在冬天变得干燥，具有保温功能;而在夏天，土壤中的水分蒸发，带走一定的热量，能使室温下降。绿化的屋顶和水池还能起到美观作用，让住户的心情愉悦。

太阳能主要是用于集热系统，如太阳能热水器，太阳灶等，利用聚集的太阳能产热代替原先使用的煤炭或是火力发电的电能。

太阳能集热器的安装需要一定的坡度，恰好可以安装在有一定坡度的屋顶，同时利用坡屋顶楼面下的吊顶空间，横向安装管路，因此可以比较灵活地布置太阳能集热器的平面位置。在屋顶安装太阳能集热器一般遵循以下几点规则：

1、若选用太阳能集热器与储水箱分离热水系统，可以将系统储水箱至于吊顶内以减少屋面的负载；

2、太阳能集热器应安装在向阳的坡屋顶；

3、坡屋顶的坡度设计应当结合太阳能集热器的集热需求，使其尽量多的接收太阳辐射；

4、坡屋顶下的空间可以与系统的其他辅助设备结合统一，比如屋顶的绿化带可以与水池结合；

5、设置太阳能集热器的坡屋面应当考虑到太阳能集热器的载荷。

墙体主要起到集热和保温的功能。向南的墙体主要起到集热作用，东西向的墙体起到保温作用。首先，颜色应选用集热效果较好的深暗色。材料选用双层玻璃，透光材料既可以允许短波辐射照射在集热面上，还能够减少向外辐射以减小热损失。墙体蓄热利用的是墙体热容量和传热时间的滞后性，使得室内的温度不受外界太阳辐射的影响。

南侧的墙面设计成太阳能墙面。墙板是在钢板和铝板的表面镀上一层具有高换热效率的涂层，并且在板上穿一些微小孔隙，然后经特殊处理加工制得。室外空气，经过太阳能墙加热后，在置换室内污浊空气的同时，并且起到对室内空间供暖的效果，这样达到了供暖和换气的双重功效。太阳能墙维持了室内良好的通风，利用太阳能加热空气，降低了建筑墙体的热损失，消除了暖空气在天花板上聚集的现象，减少了冷空气侵入墙体，既降低了房屋的能耗又提升了室内空气的质量。在冬季白天阳光充足，太阳能墙系统可以使流入其间的空气温度提高15~39℃。在多云天中，系统可以提供热量预热空气，提供部分建筑物能耗。除了直接吸收太阳辐射外，系统还能吸收反射和散射的太阳辐射能。太阳能墙系统安装较为方便，材料和设备使用较少，而且成本回收快。

地面，设计成地暖型的。河南省广大农村地区仍然处于较为落后的取暖局面，五年前的冬天，只有在堂屋火炕用于取暖，在一般屋子里没有任何取暖设施。火炕烧的是湿煤，利用率不高。后来开始烧花生皮，燃烧特别不充分，对室内空气造成了严重污染，特别容易造成一氧化碳中毒。近几年逐渐开始使用电热扇和电暖气。地暖是近年来新兴的取暖方式，普遍应用于城市的小区之内。将太阳能技术与地暖结合，利用于农村家庭的取暖，既节约了能源又可以取得良好的取暖效果。将地面安装内外两个循环系统，连接到屋顶和墙体的集热系统。太阳能热水运行到有效供暖最低温度时，由外循环运行自动切换内循环运行，与此同时启动辅助加热直接进入终端散热。太阳能热水有效利用而提高辅助加热的热利用率，达到“双循环节能”。我们根据需要，切换高低两种室内温度，家里无人时，切换到低温档。高低温度的使用可以通过智能手机进行远程控制,称为“人为因素控制节能”。控制供暖方式有温度、时间、手机三种。温控是利用室内温度控制供热24小时保持人体所需要温度为舒适型采暖。时控，是利用时间来控制供热24小时可任意设置供热次数和供热时间长短，适于上班家庭以及晚间低谷用电的使用为经济型采暖。手机远程遥控室内高低温度的运行等被称为“智能控制运行节能”。

管路与设备的安排与布局也应讲究一定的规则。管线布置合理有序的安排走向，安全第一，并且便于维修，还不能影响建筑功能及外观形貌。竖向的管线布置在竖向管道中，在穿越维护结构时，要预埋套管，明穿暗敷。农村地区以平房为主，所以可以采用分户式系统，储水箱等系统设备的空间有条件单独设计，但也可以利用屋顶下的空间。充分考虑到防水措施以及结构的载荷力，辅助设备（如水温调节控制器、水温显示表、泵和闸门）与水箱位置应靠近以保证提供热源，并且为将来维修留出一定的空间。

除了集热外，太阳能利用的另外一大领域便是发电。太阳能发电是指无需通过热过程，直接将光能转化为电能的发电方式。包括光伏发电、光化学发电、光感发电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能及半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转化成电能的直接发电方式，为太阳能发电的主流。

太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池中半导体材料的光伏效应，将太阳辐射直接转化为电能的发电系统。一套基本的太阳能发电系统包括：太阳光伏电池板、防反充二极管、充电控制器、逆变器、测量设备和蓄电池。

太阳能发电系统与建筑一体化的设计不仅是将光伏组件融入到建筑材料中来，而在结构和外观上达到统一，而且包括如蓄电池组、逆向换流器等相关电流设备，需要综合考虑组织和安排。例如：蓄电池在使用过程中会产生微量的氢气，所以蓄电池组应被放置在较为干燥且通风的地方，以防对造成爆炸等危险意外事故。系统光电板应安装在采光较好的南面，在广大平原农村地区无大型建筑物干扰遮挡，有利于光电板采光。由于单晶硅和多晶硅等半导体材料在20℃左右效率最高，所以光电板的背面应保持良好通风。由于农村大多数为土路，对太阳能电池板应采取一定的防尘措施，院子里的地面可以铺成石砖面，除此之外光电板设计一定的角度，不仅有利于光线照射，而且利于雨水冲刷保持洁净。最后，太阳能电池板应安装在较为宽敞的地方，一面有人碰损，而且易对人员造成意外伤害。

建筑中的太阳能发电装置主要是屋顶和院落中的太阳能电池板，少量以太阳能墙，窗户存在。主要提供室内的正常用用电器用电，另外还有一部分储备，当天气不好时，太阳能集热系统无法正常运行，可以利用电能维持房屋各部分的正常运行，进行电加热。

我有一个想法，利用仿生技术实现太阳能的利用。希望能够找到一种转化太阳能的生物，提取其中能够利用太阳能的酶或其他活性物质，进行人工化批量生产。将这些物质运用于屋顶和墙体上吸收太阳辐射能，直接转化成所需要的各种形式的能量。这样既节约了成本，又避免了一些因设备仪器所带来的污染，更加的绿色环保。

太阳能建筑是未来发展的一个趋势，如果能在广大农村地区推行，改变现在以煤炭为主的能源结构，会是中国的能源利用方面一次革命性的进展。望国家能够加大投入，进行相关的科学研究，使一些高端的科技前沿性理念，能够尽早走入寻常百姓家。

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