浅谈建筑节能设计中太阳能的应用

摘 要：随着我国国民经济的迅速发展，能源短缺和环境污染成为了我国发展进步中最不和谐的音符，为了有效解决这一问题，保持我国经济的持续健康发展，我国的建筑行业积极相应国家节能减排的号召，极力探索风能、太阳能等新型绿色能源在我国建筑中的利用，本文从建筑设计角度谈讨如何在建筑设计过程中更好地应用太阳能资源，降低建筑耗能，实现资源可持续发展。

关键词：建筑节能设计；太阳能；建筑节能；应用

目前， 随着我国建筑业的快速发展，建筑建设耗能在经济发展过程中占有极大比重，要想实现建筑节能，就要合理利用太阳能资源，构建太阳能建筑，这是节能建筑的一种重要形式。所谓的太阳能建筑就是在建筑中利用丰富的太阳能资源，实现建筑供暖、照明等要求，满足使用者需要。这种建筑可以尽可能减少矿物燃料的使用量。在建筑设计过程中设计师需要注意两个问题，一是如何在建筑上更好地应用太阳能；二是选择太阳能利用的系统。针对这一问题进行详细介绍。

1 太阳能建筑技术的具体设计方式

太阳能在建筑中的应用不仅需要实现使用者的需要，实现建筑节能，还要尽可能实现太阳能建筑的一体化发展。在设计过程中需要全面考虑太阳能对建筑物的影响，比如建筑的立面结构、使用功能、特征以及体型等。另外，在建设过程中还要考虑如何选择适当的太阳能利用系统，使得太阳能相关产品可以更好地与建筑形态相结合。目前在实际建筑建设过程中太阳能采暖设备主要有两大类，即主动式和被动式。每一类太阳能设备都有多种方式。所以，在设计时必须要结合建筑本身特点选择最优的组合。

1.1 被动式太阳能建筑特征。针对被动式太阳能建筑行业内部对其定义为通过合理布局建筑的朝向以及周围的环境，巧妙的处理建筑内部的空间以及建筑外部结构，利用建筑所选择的的材料、结构等，使建筑构件形成良好的配合，通过自然的方式调节室内温度，使室内达到冬暖夏凉的效果。在设计被动式太阳能建筑时要坚持回归建筑设计的基本原则，也就是在建筑设计时要尽可能在冬季合理应用太阳辐射来实现建筑取暖，采取适当的措施降低建筑结构和通风渗透导致的热量流失。而在夏季要尽量降低由于太阳辐射导致的室内热量，降低室内温度。一般可以将被动式太阳能建筑分为以下几个类型，即附加阳光间式、集热蓄热式、直接受益式等。在构建被动式太阳能建筑时其基本的机理就是“温室效应”。

1.2 主动式太阳能建筑特征。与被动式太阳能建筑不同，主动式太阳能建筑就是在建筑中主动安置相关设备，用以收集、储存以及配输太阳能，比如蓄热器、集热器、管道以及泵等。这些系统都可以被控制，从而达到适当的温度要求。在太阳能建筑中应用太阳能的方式主要有两种：一是构建太阳能应用系统，也就是通过利用太阳能来加热水，为建筑生活提供热水，满足使用者需要；二是太阳能光电系统，也就是将太阳能转化为光能和电能，实现供电需要。

2 太阳能设计技术在建筑建设中的应用

2.1 太阳能热水系统的设计方式。太阳能热水系统主要应用了太阳能节能设计技术，在系统中主要由太阳能集热器、储水箱、循环泵、水管以及电控柜等构成。通过合理的设计，太阳能热水系统可以满足建筑使用者的需要实现热水循环，主要有四种方式，即强制循环式、自然循环式、直流式以及自然循环定温放水式。通常在规模比较小的太阳能热水系统中会选择应用自然循环式运行方式，而在大中型的太阳能热水系统中则会选择强制循环式或者是定温放水式。要想更好地应用太阳能热水系统，在设计时就要考虑以下几个方面，包括集热器的集热面积、构成水管的材料、贮热水箱的形态、水管保温所选择的的材料以及水箱材料等。要想实际测量出太阳能热水系统的全年集热量是十分困难的，所以通常会选择依据典型的气象参数来计算出全年的集热量，从而更好地应用太阳能热水系统。

2.2 太阳能通风结构的设计方式。在设计太阳能通风结构时要全面考虑太阳能集热器与建筑的围护结构之间的关系，使两者有机结合。在设计时要应用建筑美学，尽可能改善建筑内部的热环境。在设计太阳能通风结构时，其要依据的原理就是利用太阳能辐射所产生的热压，引起室内空气进行流动，然后将这些热能转化成动能，实现通风目标。在太阳能通风结构中最主要的结构就是集热墙体以及集热屋面。在建筑建设过程中合理利用太阳能资源可以加大室内通风，从而实现室内采暖和降温调节作用。

2.3 太阳能制冷的设计方式。理论上太阳能制冷可以分为太阳能光电转换制冷与太阳能光热转换制冷两种制冷方式。太阳能光电转换制冷是通过将太阳能转换成电能，然后用电能驱动压缩式制冷机制冷。太阳能电池成本较高，在相同制冷功率下，太阳能光电转换制冷系统的成本比光热转换制冷系统的成本高很多，导致难于推广使用。太阳能光热转换制冷是将太阳能转换成热能，然后将热能用于实现制冷。太阳能吸收式制冷是光热转换制冷，其通过溶液的浓度不断变化来得到冷量的一种系统，就是利用太阳能集热器收集的能量将水加热，向制冷机发生器提供热水，使吸收式制冷机正常运行，实现制冷效果，除此之外还有太阳能吸附式、除湿式、蒸汽压缩式等太阳能光热转换制冷系统。太阳能制冷设计要以当地气候与地理环境为依据，因为气候与地理环境直接影响到太阳能制冷机的制冷量，辐射越强烈，环境温度越高，集热器收集的能量就越大，相应制冷机的制冷量也就越大。

3 重视节能效率

太阳能节能系统随着人们需要需求与环保意识的提高，获得迅速的发展。在公众的意识里，太阳能节能系统本身就是节能产品，不必考虑过多的，具体的节能问题。然而在太阳能节能设计时，设计的合理性对整个节能系统的节能效率影响很大，需要考虑许多的设计细节才能让整个太阳能节能系统达到最佳的节能效果。设计与生产方都需要较高的节能意识，选用合理的生产原材料与生产工艺使太阳能节能系统的各个部件的使用寿命延长，有效利用资源。如何设计太阳能节能系统的集热性能是一个关键问题，如太阳能热水器的集热性能由选取真空管质量决定，真空管质量的优劣直接影响太阳能热水器集热性能的好坏；科学合理匹配真空管数量与水箱容积，太阳能热水器能在同等的太阳辐射能量下产生更多的热水，从而节约了辅助加热装置所需要的能源。大多数人片面认为太阳能热水器的性能主要由水箱的保温材料的种类，密度与厚度所影响，而忽略了真空管的重要影响，因此，设计者要重视太阳能节能效率，在设计太阳能节能系统时考虑许多细节问题。

4 太阳能在节能建筑设计中前景的展望

太阳能作为一种高效清洁的能源，在面临资源日益枯竭的今天无疑是当代社会发展的最理想的可再生资源，大力发展太阳能技术在建筑设计中应用一方面是适应当下科技发展，另一方面也为未来建筑行业在可持续发展的开创了道路。但是，因为太阳能的采集受到天气的影响较大，只有在有太阳时方可采集，而当阴天或者夜晚时采集不到热量，所以可以采集到的热量也是有限的，但是阴雨天或者夜间往往是最需要热量时间，因此这将会影响到太阳能建筑的长远发展。

结束语

太阳能资源在建筑建设过程中发挥重要作用，不仅可以实现供热需要还可以实现通风、照明等需要。所以，在设计太阳能应用结构时要全面考虑建筑建设需要，将建筑设计与太阳能结构设计更好地结合起来，提高建筑使用性。

参考文献

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[2] 赵利勇，胡明辅，杨贞妮.太阳能利用技术与发展[J].能源与环境，2007（4）：101.