太陽能的綜合利用(一)

1、太陽能的綜合利用(一)    摘要：目前太陽能的利用技術(shù)已是當(dāng)今世界各國索取新能源和利用新能源，進(jìn)行節(jié)能、環(huán)保的重要研究項目之一。本文介紹了國內(nèi)外的節(jié)能政策和法規(guī)，總結(jié)了太陽能在建筑內(nèi)的利用和在其他方面的嘗試，對今后太陽能的利用和發(fā)展提出了一些建議。 關(guān)鍵詞：太陽能 節(jié)能政策 太陽能熱水器 太陽能熱泵 建筑一體化 1 引言自1973年世界性的石油危機(jī)爆發(fā)以來，能源危機(jī)給人們敲響了警鐘，大家開始關(guān)注占國家全部能源消耗的30-40%的建筑能耗的問題。1996年，聯(lián)合國在津巴布韋召開了“世界太陽能高峰會議”，會后發(fā)表了哈拉雷太陽能與持續(xù)發(fā)展宣言，國際太陽能公約

2、，世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃等重要文件，進(jìn)一步表明了聯(lián)合國和世界各國對開發(fā)太陽能的堅定決心，要求全球共同行動，廣泛利用太陽能。2 國內(nèi)外的節(jié)能政策與法規(guī)12.1 我國的節(jié)能政策與法規(guī)從我國的國情來看，建筑節(jié)能是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，是減輕大氣污染的需要，是改善建筑熱環(huán)境的需要，還是發(fā)展建筑業(yè)的需要。我國從80年代中期開始推行建筑節(jié)能，當(dāng)時確定的第一個建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，即民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)(JGJ26-86)，用于采暖居住建筑，節(jié)能率為在19801981年當(dāng)?shù)赝ㄓ迷O(shè)計能耗標(biāo)準(zhǔn)水平的基礎(chǔ)上節(jié)能30%。1995年12月建設(shè)部發(fā)布了第二個標(biāo)準(zhǔn)JGJ26-95，以取代第一個標(biāo)準(zhǔn)。1996年9

3、月，建設(shè)部在北京發(fā)布了建設(shè)部建筑節(jié)能“九五”計劃和2010年規(guī)劃以及建筑節(jié)能技術(shù)政策文件。1997年2月18日建設(shè)部、國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委、國家稅務(wù)局發(fā)文推行節(jié)能50%的JGJ26-95，由建設(shè)部批準(zhǔn)的采暖居住建筑節(jié)能檢驗標(biāo)準(zhǔn)(JGJ132-2001)于2001年6月1日起實(shí)施。1998年1月1日施行的中華人民共和國節(jié)約能源法是指導(dǎo)全國節(jié)能的大法，也是中國建筑節(jié)能工作的立法依據(jù)。2.2 國外的節(jié)能政策與法規(guī)各發(fā)達(dá)國家都把對建筑節(jié)能的要求體現(xiàn)在建筑規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中，他們每過幾年就修訂一次建筑標(biāo)準(zhǔn)。近20多年來，每次修訂標(biāo)準(zhǔn)都將節(jié)能要求提高一步，從而推動節(jié)能工作逐步發(fā)展。例如美國，據(jù)有關(guān)資料顯示，美國

4、在70年代就制定了一系列的建筑節(jié)能法規(guī)，如新建建筑節(jié)能暫行標(biāo)準(zhǔn)、新建筑節(jié)能設(shè)計及評價標(biāo)準(zhǔn)。1978年制定了五項法律：公益事業(yè)管理政策法(PURPA)、電力工業(yè)燃料使用法(PIFUA)、能源稅法(ETA)、天然氣政策法(NGPA)、國家節(jié)能政策法(NECPA)，統(tǒng)稱國家能源法。1986年美國制定的節(jié)能新標(biāo)準(zhǔn)中的主要措施是普遍降低室內(nèi)溫濕度的標(biāo)準(zhǔn)，改善維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱、保溫性能。1989年ASHRAE制定的除低層住宅以外的新建建筑物的節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(ASHRAE/IESNA 90.1-1989)以及新建低層住宅建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(ASHRAE 90.2-1993)，全國性的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)還有由美國建筑官員理事

5、會制訂的簡明能源規(guī)范(Model Energy Code 1993)。3 太陽能在建筑內(nèi)的利用 一般說來，太陽能在建筑中的利用主要是在建筑中采取一定措施利用太陽能進(jìn)行冬季采暖或夏季制冷。趙敬源，邱永亮等人2、高芳葳3、陸維德4等分別研究了太陽能在建筑中的應(yīng)用。3.1 主動式太陽能建筑主動式太陽能建筑是通過高效集熱裝置來收集獲取太陽能，然后由熱媒將熱量送入建筑物內(nèi)的建筑形式。它對太陽能的利用效率高，不僅可以供暖、供熱水，還可以供冷，而且室內(nèi)溫度穩(wěn)定舒適，日波動小，在發(fā)達(dá)國家應(yīng)用非常廣泛。但因為它存在著設(shè)備復(fù)雜、先期投資偏高，陰天有云期間集熱效率嚴(yán)重下降等缺點(diǎn)，在我國長期未能得到推廣。由于將太陽能

6、轉(zhuǎn)化為溫度不太高的熱水，只要用簡單的裝置即可實(shí)現(xiàn)，因而被廣泛采用。供應(yīng)熱水可以采取集中的方式，也可以用于單獨(dú)的住宅中。集中供應(yīng)熱水，需要有一定的場地和基建投資，經(jīng)濟(jì)效益較高，適用于人口較集中的城鎮(zhèn)。單獨(dú)供應(yīng)熱水，設(shè)備簡單，不需要專門的管理人員，在城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村均可采用。目前在我國市場上常見的太陽熱水器有以下幾類：(1)平板太陽熱水器。它由平板集熱器與熱水箱組成，一般采用自然循環(huán)運(yùn)行方式。(2)真空管熱水器。它由多支玻璃真空集熱管直接插入水箱構(gòu)成，一般采用自然對流換熱；每支真空集熱管與水箱插孔間放置硅橡膠制成的密封圈。真空集熱管的熱損系數(shù)小，故用它做成的太陽熱水器在冬季有較好的熱性能，適合在北方地區(qū)

7、使用。(3)悶曬式熱水器。它是集熱與貯熱合二為一的整體式熱水器，一般由二至三個涂黑的圓筒組成，以結(jié)構(gòu)簡單、造價較低為特色，缺點(diǎn)是夜間散熱大，熱水不能過夜使用，在冬季也不能用。它在農(nóng)村有較大的推廣面。平板集熱器、玻璃真空管和家用太陽熱水器的技術(shù)條件均有國家標(biāo)準(zhǔn)。平板太陽集熱器熱性能試驗方法GB/T4271-2000(為原標(biāo)準(zhǔn)GB/T4271-84的修訂版)平板太陽集熱器產(chǎn)品技術(shù)條件GB/T6424-1997(為原標(biāo)準(zhǔn)GB/T6424-86的修訂版)全玻璃真空集熱管GB/17049-1997全玻璃真空管太陽集熱器GB/T17683-1999家用太陽熱水器的熱性能試驗方法GB12915-1991太陽

8、能熱泵采暖系統(tǒng)是利用集熱器進(jìn)行太陽能低溫集熱，然后通過熱泵，將熱量傳遞到溫度為35-50的采暖熱媒中去。冬季太陽輻射量較小，環(huán)境溫度很低，使用熱泵則可以直接收集太陽能進(jìn)行采暖。將太陽能集熱器作為熱泵系統(tǒng)中的蒸發(fā)器，換熱器作為冷凝器，這樣就可以得到較高溫度的采暖熱媒。太陽能熱泵采暖系統(tǒng)主要特點(diǎn)是花費(fèi)少量電能就可以得到幾倍于電能的熱量，同時可以有效地利用低溫?zé)嵩?，減少集熱面積，這是太陽能采暖的一種有效手段。若與夏季制冷相結(jié)合，應(yīng)用于空調(diào)，它的優(yōu)點(diǎn)更為突出。3.2 被動式太陽能建筑 被動式太陽能建筑是指太陽能向室內(nèi)的傳遞不借助于機(jī)械動力，完全由自然的方式，即蓄熱體進(jìn)行的建筑形式。所謂蓄熱體一般指可以

9、儲存熱量的集熱體，蓄熱體相對于建筑物構(gòu)造體有附屬于或不附屬于兩種存在方式。若屬于構(gòu)造一部分，則一方面支撐建筑物，另一方面具有儲熱體的功能。不為構(gòu)造體的蓄熱體能很簡單地設(shè)置于建筑物中，可靈活增減，配合季節(jié)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。用于蓄熱體的材料很簡單，可以是液態(tài)的水、鹽水、油等液體，也可以是固體的磚瓦、預(yù)制混凝土、沙、粘土、石塊等。蓄熱體設(shè)置在太陽能接收式冷暖系統(tǒng)的建筑物的任何位置都會發(fā)揮功用，但為能發(fā)揮最大限度的功能，必須選擇理想的位置。3.3 太陽能在制冷方面的開發(fā)和設(shè)計目前，太陽能制冷技術(shù)在研究和開發(fā)方面已做了大量的工作，日趨完善。一般來說，太陽能制冷有兩種方式：一是通過太陽能集熱器將太陽能轉(zhuǎn)換成熱

10、能，驅(qū)動吸附式或吸收式制冷機(jī)；二是將太陽能由光電池轉(zhuǎn)換成電能，驅(qū)動常規(guī)電冰箱制冷。比較以上兩種方式，利用熱能制冷具有造價低、系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低和結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，特別適合發(fā)展中國家和偏遠(yuǎn)農(nóng)村采用。該類系統(tǒng)的研究和利用得到了國際上極大的關(guān)注。太陽能吸附式系統(tǒng)通常包括太陽能集熱器、吸附床、冷凝器和蒸發(fā)器，整個系統(tǒng)一般工作在負(fù)壓狀態(tài)下。通常將太陽能集熱器和吸附床合二為一。從前期的研究和使用情況來看，這樣的系統(tǒng)在使用一段時間后，制冷性能會變壞，最終會停止工作。據(jù)推測，這可能是由于活性炭、甲醇與銅在一定條件下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，或者是系統(tǒng)中有二甲基、甲醇的存在，使系統(tǒng)在工作中產(chǎn)生了一些雜質(zhì)氣體，導(dǎo)致系統(tǒng)真空度下降

11、，致使系統(tǒng)性能下降。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，李云蒼等人5提出用化學(xué)性能穩(wěn)定的玻璃做吸附床和太陽能集熱器(真空管集熱器)。為了驗證該種系統(tǒng)的可行性，他們建立了一個試驗系統(tǒng)。試驗的結(jié)果及討論是：整個系統(tǒng)在模擬自然環(huán)境中工作正常，證明該系統(tǒng)的構(gòu)想是可行的。同時發(fā)現(xiàn)，隨著試驗次數(shù)的增加，解附出來的甲醇溶液的數(shù)量有所減少，系統(tǒng)的工作壓力(無光照時)變化不大，但系統(tǒng)的性能下降。系統(tǒng)重新抽真空后，整個性能得到恢復(fù)和改善，但沒有完全恢復(fù)到以前的水平。估計是重新抽真空時，在抽出雜質(zhì)氣體的同時也將一些甲醇?xì)怏w抽走，使系統(tǒng)的性能下降。因此，對系統(tǒng)補(bǔ)充了300mL甲醇，試驗看出，整個系統(tǒng)的性能幾乎得到了恢復(fù)。當(dāng)系統(tǒng)處

12、于制冷狀態(tài)時，吸附床的散熱狀態(tài)直接影響其制冷速率的大小，散熱狀態(tài)越好，制冷速率越快。張學(xué)軍等人6研究了太陽能吸附制冷系統(tǒng)的COP和制冷量的問題，他們提出應(yīng)該構(gòu)建更合理的吸附循環(huán)和吸附床結(jié)構(gòu)?；趯腆w吸附制冷系統(tǒng)的大量實(shí)驗和理論研究，提出了一種新型的太陽能驅(qū)動連續(xù)型固體吸附制冷及供熱復(fù)合機(jī)的設(shè)計方案。該復(fù)合機(jī)與間歇式的太陽能固體吸附制冷系統(tǒng)相比，有以下一些優(yōu)點(diǎn)：日照時能實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷；既制冷又供熱；系統(tǒng)中能量利用率較高。陳光明等人7也研究了如何提高系統(tǒng)的COP問題，他們提出了一個新的循環(huán)。與傳統(tǒng)吸收循環(huán)比較，新循環(huán)較傳統(tǒng)循環(huán)多了一個壓縮機(jī)。通過用熱力學(xué)第一、二定律對循環(huán)進(jìn)行分析，COP比傳統(tǒng)循環(huán)

13、明顯提高。3.4 家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng)8家庭太陽能發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)的不同之處是引進(jìn)了一個與傳統(tǒng)太陽能系統(tǒng)相連接的測量系統(tǒng)，我們稱之為計量箱。計量箱包括一個將太陽能模塊發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電再與電網(wǎng)聯(lián)接的逆變器。測量裝置測出太陽能系統(tǒng)的發(fā)電量，電力部門從用戶消耗的總電量中扣除太陽能系統(tǒng)的發(fā)電量，電力部門也可以買進(jìn)用戶未用完的多余電量。4 太陽能在通訊中的利用岳靜等人9提出了將太陽能用于黃河通訊網(wǎng)中，并且取得了預(yù)期的效果。1993年，鄭州濟(jì)南數(shù)字微波通信工程中，個別中繼站供電采用農(nóng)用電供電，供電極不正常，經(jīng)常停電，造成微波干線中斷。為了解決個別站點(diǎn)的供電問題，他們在河南境內(nèi)的渠村站實(shí)驗安裝了太陽能供電系統(tǒng)。根據(jù)該站的環(huán)境條件和微波設(shè)備耗電情況，考慮到渠村也不是完全沒有市電供電，因此在設(shè)計時供電以太陽能電池為主，市電為輔