零能耗太陽能小型建筑設(shè)計構(gòu)想

1、零能耗太陽能小型建筑設(shè)計構(gòu)想摘要：太陽能作為一種綠色能源越來越得到重視，在煤、石油等礦物資源日益減少的情況下，太陽能作為人類社會發(fā)展的新型環(huán)保能源必將得到更多的重視。各級各類建筑中融入太陽能系統(tǒng)是今后建筑的趨勢。本文結(jié)合太陽能在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，提出了太陽能利用與小型建筑設(shè)計一體化的新構(gòu)想，并對幾種常用的太陽能利用與小型建筑設(shè)計結(jié)合的實(shí)施方式進(jìn)行了分析比較，希望對太陽能的利用和零能耗建筑的設(shè)計提供更多的參考價值。關(guān)鍵詞：零能耗; 太陽能; 小型建筑; 設(shè)計中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 隨著我國城鎮(zhèn)化的加快，建筑業(yè)迎來了更快的發(fā)展，從而使得建筑材料、建材的運(yùn)輸耗能迅速提升。調(diào)查

2、研究發(fā)現(xiàn)，我國建筑業(yè)的耗能量在逐年增加，而且所占總耗能比也達(dá)到了20%-30%。建筑業(yè)的發(fā)展使得能源消耗與日俱增，其引起的資源消耗已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)，建筑施工過程中，有60%-70%的材料消耗可以通過有效的設(shè)計和正確的施工節(jié)約，如果建筑師能認(rèn)真分析，從節(jié)約能源和資源的角度出發(fā)，充分利用當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件和氣候條件以及資源優(yōu)勢，就可以最大化的利用有效資源，和自然資源，創(chuàng)造出更環(huán)保、節(jié)能的建筑。實(shí)現(xiàn)環(huán)境和人的和諧共存。這也是建筑今后發(fā)展的方向。 1太陽能在建筑設(shè)計中的應(yīng)用 當(dāng)前，建筑業(yè)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是消耗能源較多的行業(yè)?，F(xiàn)代建筑和傳統(tǒng)的建筑有所區(qū)別，不僅

3、是為人提供工作和居住的居所，還要滿足不同的需求，建立和諧發(fā)展的宜居環(huán)境。也就是建筑要利用各種綠色能源，在盡量減少環(huán)境污染的情況下，利用各種環(huán)保材料，或者其他潔凈能源來滿足人們的日常生活需求。太陽能材料的發(fā)現(xiàn)和使用為建筑業(yè)提供了新的發(fā)展趨向，它作為一種綠色環(huán)保的能源必將在今后的建筑業(yè)中發(fā)揮巨大的作用。零能耗太陽能建筑設(shè)計中應(yīng)用的太陽能技術(shù)現(xiàn)狀主要有太陽能熱水器、太陽能空調(diào)、太陽能暖氣、太陽能發(fā)電等等。 下面就以太陽能熱水系統(tǒng)為例講述一下其工作原理，及在建筑設(shè)計中的應(yīng)用。太陽能熱水器是現(xiàn)在應(yīng)用較廣泛的技術(shù)，無論是單獨(dú)的太陽能熱水器，還是建筑施工中使用的太陽能熱水系統(tǒng)，都已經(jīng)成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)。其構(gòu)

4、造主要有太陽集熱器、貯水箱、循環(huán)管道、支架、控制系統(tǒng)、熱交換器、水泵設(shè)備和附件。其中集熱系統(tǒng)是其特有的一個部分，也是太陽能熱水器利用的關(guān)鍵。如何在建筑中利用好太陽能熱水器，使其發(fā)揮應(yīng)有的功能呢。 首先，要從心理上承認(rèn)太陽能是一種綠色能源，是環(huán)保節(jié)約的好手段，另外，在小型建筑中要在設(shè)計過程中，就把能源利用的設(shè)想加入到建筑設(shè)計中。 其次，太陽能建筑設(shè)計中太陽能集熱系統(tǒng)是設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在設(shè)計中要根據(jù)不同地區(qū)權(quán)威部門給出的檢測報告，結(jié)合檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y源合理的進(jìn)行太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計，以確保建成后的建筑物能安全穩(wěn)定的進(jìn)行工作。 再次，太陽能熱水系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)基本掌握，其理論也已經(jīng)付諸實(shí)踐，

5、但是在小型建筑中如何把太陽能系統(tǒng)加入到建筑當(dāng)中，還存在一些問題，這是設(shè)計者要解決的問題。 最后，為了保證太陽能系統(tǒng)能在小型建筑中設(shè)計合理，建設(shè)者要和太陽能單位共同進(jìn)行商議設(shè)計，以保證太陽能系統(tǒng)的正常使用，太陽能系統(tǒng)的加入不但要保證建筑物的基本功能不被破壞，還要有一定的防護(hù)功能，做到建筑物結(jié)合太陽能系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，協(xié)調(diào)適應(yīng)。 2太陽能利用所面臨的問題 2.1 體制方面的問題 現(xiàn)階段，我國居住性建筑物建設(shè)中，建設(shè)者、管理者、使用者這三方通常是分開的，他們在建筑物上沒有直接的關(guān)系。建設(shè)者的目的就是利用更少的資金建設(shè)更多的房子，他們不關(guān)心節(jié)能環(huán)保的問題，他們以為那是國家的事。而管理者，對于節(jié)能環(huán)保雖然

6、重視，但是節(jié)能環(huán)保要花費(fèi)更多的資金去進(jìn)行建設(shè)，管理者的目的是建設(shè)更多的房子滿足廣大群眾的住房需求，但是資金太高，建設(shè)的數(shù)量就少，所以他們也不愿按照節(jié)能環(huán)保進(jìn)行建設(shè)。而使用者也擔(dān)心資金的問題，擔(dān)心資金的投入是否最終能帶來一些受益。 2.2 技術(shù)方面的問題 在技術(shù)方面，目前，玻璃制真空管的太陽能集熱裝置應(yīng)用較多，成本也相對較低，而且技術(shù)也比較成熟。但是要實(shí)現(xiàn)其在小型建筑中的結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)一體化還存在一些技術(shù)上的問題，例如其在建筑中的安全問題，受壓問題，密封性問題等等，而采用金屬制流道集熱裝置可以很好的解決這些問題，但是這種材料的應(yīng)用有存在成本高的問題。 2.3 建筑行業(yè)和太陽能產(chǎn)業(yè)界之間的問題 建

7、筑和太陽能產(chǎn)業(yè)的人員在產(chǎn)能上缺乏必要的配合，建筑行業(yè)在過去根本沒有進(jìn)行利用太陽能進(jìn)行建設(shè)的一體化建設(shè)施工經(jīng)驗(yàn)，對太陽能的工作原理，設(shè)計方法，以及應(yīng)用都存在很大的不足，所以在一體化建筑設(shè)計和施工中很難完成，因?yàn)樗麄內(nèi)鄙賹μ柲芨黜?xiàng)參數(shù)的參考，缺乏設(shè)計必要的基礎(chǔ)參數(shù)，因此沒有在設(shè)計過程中預(yù)留按照太陽能的預(yù)留空間，給太陽能的安裝造成了困難。太陽能公司也只考慮了太陽能的利用，以及太陽能的性能，沒有考慮太陽能的器件如何應(yīng)用到建筑物當(dāng)中，不能使得太陽能的各種部件與建筑物有機(jī)結(jié)合，不是造成外觀不協(xié)調(diào)，就是造成太陽能的使用效率不高，很難達(dá)到和諧統(tǒng)一，只有太陽能企業(yè)和建筑業(yè)相互配合，才能創(chuàng)造出節(jié)能環(huán)保、安全可靠

8、的太陽能建筑。 3 零能耗太陽能太陽能小型建筑的重要性 我國很長一段時間為了滿足建筑不足的局面，進(jìn)行了大量的建設(shè)，而在建設(shè)過程中只注重建筑物的功能和需求，而對于建筑物的其他問題卻放到了一邊。尤其是對于能源利用上，存在浪費(fèi)，污染環(huán)境等問題的存在。在環(huán)保意識上存在很大的缺陷。而且在太陽能的應(yīng)用上，也沒有能把太陽能的應(yīng)用于建筑物的建設(shè)有機(jī)的結(jié)合起來，很多太陽能的應(yīng)用都是安裝在建筑物的外表面或者安裝在建筑物的房頂，形成了雜亂無章的格局，使得樓宇的美觀度受到很大的影響，也給人帶來了視覺上的污染。由此帶來的問題，建筑行業(yè)和太陽能行業(yè)要對其認(rèn)真討論，如何把太陽能設(shè)備和建筑物更好的結(jié)合起來已經(jīng)，實(shí)現(xiàn)零能耗建筑

9、的建設(shè)是擺在當(dāng)前的重要問題。 把太陽能技術(shù)充分利用到建筑業(yè)中，建設(shè)零能耗的太陽能小型建筑，是設(shè)計人員要解決的關(guān)鍵性問題。而太陽能行業(yè)也要開發(fā)一些適合在建筑行業(yè)使用的一體化的太陽能建材。建筑師也要根據(jù)太陽能材料，做好設(shè)計工作，力求設(shè)計方案從開始就把太陽能設(shè)備作為建筑物建設(shè)中不可少的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，使建筑物不但在外觀上美，還要使得其能充分利用太陽能進(jìn)行日常的照明，熱水等等。實(shí)現(xiàn)太陽能建筑的一體化。 4零能耗太陽能小型建筑設(shè)計新構(gòu)想的提出 較好的收集利用太陽能是建筑設(shè)計過程中要考慮的問題，同時還要兼顧到建筑物外形的美觀、實(shí)用和建造成本，針對這一問題，本文提出了一個新構(gòu)想，即在接受太陽光較好的墻體外表（

10、南面及東西兩面）的護(hù)圍結(jié)構(gòu)上修筑太陽墻和光伏組件，增大接受太陽能的面積；在接受太陽光較少的北面修筑保溫墻，減少已吸收的太陽能的損耗；建筑物的屋頂則采用太陽能熱泵低溫集熱技術(shù)，把太陽能熱管集熱器做成與建筑物屋頂相搭配的造型安放在屋頂?shù)念A(yù)留空位上；采用分體式太陽能熱泵吸收式中央空調(diào)系統(tǒng)將生活用熱水和空調(diào)的使用相分離，確保兩者互不影響；建筑的功能方式上要以太陽能為主，電力或燃?xì)鉃檩o。這樣將太陽能的接受利用方式的被動接受式變?yōu)橹鲃咏邮苁?，大大提高了太陽能的利用效率?5零能耗太陽能小型建筑的實(shí)施方式 5.1 太陽墻、光伏組件與建筑墻體的設(shè)計建設(shè) 零能耗太陽能小型建筑的光照較好的南墻，東墻或者西墻等可以

11、采用太陽墻的建設(shè)方式，并利用主動和被動相結(jié)合的方式，使其可以采暖、熱水、發(fā)電、建筑防護(hù)等等各種功能相結(jié)合。這種墻，墻體最外一層通常是太陽能光電屏幕墻，通常把其安放在一種特制的金屬板上，當(dāng)金屬板下空氣在空腔內(nèi)接受到太陽的熱量，并在風(fēng)機(jī)的帶動下，預(yù)熱的空氣從墻體頂部進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)或者排除到室外，形成空調(diào)的效果。和傳統(tǒng)的建筑不一樣的是，太陽能墻代替了傳統(tǒng)的墻體結(jié)構(gòu)，從而使得照在墻上的太陽能被吸收或者阻隔掉，形成隔熱保溫，降溫的作用。研究發(fā)現(xiàn)，光電墻的反射率在15%左右，而光轉(zhuǎn)化率能達(dá)到17%-35%；冬天，集熱板又可以把光電墻浪費(fèi)的部分太陽能聚集起來用于空調(diào)機(jī)組的空氣的預(yù)熱，從而使得空調(diào)的空氣預(yù)熱可以

12、達(dá)到30度，熱利用效率達(dá)到50%-60%，相當(dāng)于在建筑里每平方米加了一個五百瓦的燈，與此同時，室內(nèi)的熱量隨墻體向往擴(kuò)散，在擴(kuò)散到金屬板上，又可以通過管道內(nèi)的熱空氣進(jìn)行循環(huán)，從而進(jìn)一步減少了墻體與外界的能量交換；然而進(jìn)入夏季后，讓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，這時被太陽能加熱的空氣就會在墻體和金屬板之間的空隙向上排出，這樣一來，首先可以是得還環(huán)境的熱能不能直接通過墻體的傳導(dǎo)將熱量傳遞到室內(nèi)，進(jìn)而使得空調(diào)減輕了負(fù)荷。其次，光電墻和金屬之間的空隙中，空氣不停的流動，在一定程度上也降低了光電墻的溫度，從而使得光電墻提升光電率，從以上設(shè)計來看，這種方法如果運(yùn)用到小型建筑上肯定要比單純的采用光電墻或者其他材料要效果好的多

13、。 5.2零能耗太陽能熱泵集熱裝置與建筑屋頂相結(jié)合的設(shè)計 建筑物的屋頂在積熱和保溫方面起著重要的作用，太陽能熱泵低溫集熱技術(shù)與建筑物屋頂?shù)耐昝澜Y(jié)合不僅可以使建筑更好的吸收太陽輻射，而且這樣的設(shè)計還使建筑物的整體外觀更富藝術(shù)感，更具現(xiàn)代性。將金屬傳熱管中的太陽能熱管模塊化集熱器設(shè)計成與建筑物相搭配的造型并涂上與屋頂相協(xié)調(diào)的顏色，有利于裝置與建筑物的完美融合。不僅如此，太陽能熱管模塊化集熱器的應(yīng)用可以增強(qiáng)裝置的承受壓力，還可以使裝置的密封性提高，這樣既能對室外的太陽能輻射進(jìn)行直接的、充分的吸收，又能間接的吸收室外環(huán)境中的熱量，使太陽能裝置不再受有無太陽光直射的天氣狀況的影響，即使是在寒冷的冬季下雪

14、天也能進(jìn)行太陽能低溫積熱。除此之外，采用太陽能熱泵低溫集熱技術(shù)的太陽能裝置而做成的蒸發(fā)式太陽能熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器就相當(dāng)于一個熱源，它將直接作用于蒸發(fā)器中的熱媒，當(dāng)其加熱的熱媒的溫度達(dá)到10-30攝氏度時就可以迅速汽化，再通過壓縮制熱，可以使正常水溫升高到60攝氏度以上，這樣就可以作為熱水和取暖源供應(yīng)給用戶和給制冷系統(tǒng)提供發(fā)生器所需的熱媒水。太陽能熱泵吸收式中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，省去了傳統(tǒng)建筑群中的鍋爐房，從而減少了初期投資，也節(jié)約了建筑空間。太陽能熱泵吸收式中央空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的利用太陽能的驅(qū)動中央空調(diào)和熱水器的方式節(jié)能效果更好。 5.3零能耗太陽能小型建筑相配合的建筑保溫設(shè)計 在太陽能小型建筑

15、的背面或者受日光照射較少的地方，可以采用一些輕質(zhì)的建筑保溫材料當(dāng)做墻體，這樣就可以使得小型建筑的墻體可以阻止更多的熱能交換，并且在框架結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用較薄的、強(qiáng)度高的墻體可以達(dá)到隔熱保溫的作用，同時也使得建設(shè)成本降低，建筑物的壓力減輕，負(fù)荷較小。在門窗的采用上，建議設(shè)計安裝外表面經(jīng)過鍍膜的且與外墻顏色相同的中空玻璃，因?yàn)檫@種玻璃的性能較好，而且具有隔聲，隔熱，防凍，防霜，密封嚴(yán)實(shí)等特點(diǎn)，可以有效的擋住外界的有害輻射，同時，又不影響光線；在夜晚或者天氣不好的時候，室內(nèi)的熱輻射可以有效的被阻隔，從而使得熱量不至于擴(kuò)散出去。從而使得整個太陽能小型建筑就像一個保暖瓶，在一定程度上，只依靠太陽能就可以提供家

16、庭的日常生活實(shí)用能源，使得建筑物的熱能只能以單一的方向進(jìn)行熱傳導(dǎo)，減少了建筑物室內(nèi)熱能的流失，減少了廢棄物的排放，節(jié)省了能源。 6 遠(yuǎn)景與展望 太陽能是一種安全、衛(wèi)生、潔凈的、取之不竭的能源，太陽能的應(yīng)用已經(jīng)引起全球眾多國家的重視，很多國家都把太陽能的利用設(shè)為重要公關(guān)課題來進(jìn)行研究。今年來我國太陽能的利用也在逐年增加，相關(guān)的研究也日益增大，很多太陽能應(yīng)用的產(chǎn)品面世，但是太陽能與建筑結(jié)合的事例還不是很多，隨著其他礦石燃料的減少，太陽能在建筑行業(yè)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)在建筑行業(yè)已經(jīng)開法出了利用太陽能取暖、照明、制冷、發(fā)電等的設(shè)備，例如，太陽能熱水器、太陽能光伏電、太陽能熱泵空調(diào)等等，這些都為我國太陽能建筑一體