太陽(yáng)能利用及構(gòu)造

第十七章：

太陽(yáng)能利用

王川20112024

歷史與現(xiàn)狀典型實(shí)例被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)利用主動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)利用太陽(yáng)能光電技術(shù)人類(lèi)利用太陽(yáng)能已有3000多年的歷史。傳說(shuō)阿基米德曾經(jīng)利用聚光鏡反射陽(yáng)光，燒毀了來(lái)犯的敵艦。將太陽(yáng)能作為一種能源和動(dòng)力加以利用，只有300多年的歷史。真正將太陽(yáng)能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”，“未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近來(lái)的事。歷史

近代太陽(yáng)能利用歷史可以從1615年法國(guó)工程師所羅門(mén)·德·考克斯在世界上發(fā)明第一臺(tái)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)算起。該發(fā)明是一臺(tái)利用太陽(yáng)能加熱空氣使其膨脹作功而抽水的機(jī)器。

在1615年～1900年之間，世界上又研制成多臺(tái)太陽(yáng)能動(dòng)力裝置和一些其它太陽(yáng)能裝置。這些動(dòng)力裝置幾乎全部采用聚光方式采集陽(yáng)光，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不大，工質(zhì)主要是水蒸汽，價(jià)格昂貴，實(shí)用價(jià)值不大，大部分為太陽(yáng)能愛(ài)好者個(gè)人研究制造。第一階段（1900-1920）起步第二階段（1920-1945）低潮第三階段（1945-1965）發(fā)展第四階段（1965-1973）停滯不前第五階段（1973-1980）大發(fā)展第六階段（1980-1992）再次停滯第七階段（1992-至今）走出低谷20世紀(jì)的100年間，太陽(yáng)能科技發(fā)展歷史大體可分為七個(gè)階段，下面分別予以介紹。第一階段(1900-1920)

在這一階段，世界上太陽(yáng)能研究的重點(diǎn)仍是太陽(yáng)能動(dòng)力裝置，但采用的聚光方式多樣化，且開(kāi)始采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì)，裝置逐漸擴(kuò)大，最大輸出功率達(dá)73.64kW，實(shí)用目的比較明確，造價(jià)仍然很高。

1901年，在美國(guó)加州建成一臺(tái)太陽(yáng)能抽水裝置，采用截頭圓錐聚光器，功率7.36kW。1902-1908年，在美國(guó)建造了五套雙循環(huán)太陽(yáng)能發(fā)動(dòng)機(jī)，采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì)。1913年，在埃及開(kāi)羅以南建成一臺(tái)由5個(gè)拋物槽鏡組成的太陽(yáng)能水泵，每個(gè)長(zhǎng)62.5m，寬4m，總采光面積達(dá)1250m2

第二階段（1920-1945）

在這20多年中，太陽(yáng)能研究工作處于低潮，參加研究工作的人數(shù)和研究項(xiàng)目大為減少，其原因與礦物燃料的大量開(kāi)發(fā)利用和發(fā)生第二次世界大戰(zhàn)（1935-1945）有關(guān)，而太陽(yáng)能又不能解決當(dāng)時(shí)對(duì)能源的急需，因此使太陽(yáng)能研究工作逐漸受到冷落。第三階段（1945-1965）

在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的20年中，一些有遠(yuǎn)見(jiàn)的人士已經(jīng)注意到石油和天然氣資源正在迅速減少，呼吁人們重視這一問(wèn)題，從而逐漸推動(dòng)了太陽(yáng)能研究工作的恢復(fù)和開(kāi)展，并且成立太陽(yáng)能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會(huì)，再次興起太陽(yáng)能研究熱潮。

在這一階段，太陽(yáng)能研究工作取得一些重大進(jìn)展，比較突出的有：

1955年，以色列泰伯等在第一次國(guó)際太陽(yáng)熱科學(xué)會(huì)議上提出選擇性涂層的基礎(chǔ)理論，并研制成實(shí)用的黑鎳等選擇性涂層，為高效集熱器的發(fā)展創(chuàng)造了條件

1952年，法國(guó)國(guó)家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽(yáng)爐。

1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成實(shí)用型硅太陽(yáng)電池，為光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1960年，在美國(guó)佛羅里達(dá)建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨-水吸收式空調(diào)系統(tǒng)，制冷能力為5冷噸。1961年，一臺(tái)帶有石英窗的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世。

在這一階段里，加強(qiáng)了太陽(yáng)能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，取得了如太陽(yáng)選擇性涂層和硅太陽(yáng)電池等技術(shù)上的重大突破。平板集熱器有了很大的發(fā)展，技術(shù)上逐漸成熟。太陽(yáng)能吸收式空調(diào)的研究取得進(jìn)展，建成一批實(shí)驗(yàn)性太陽(yáng)房。對(duì)難度較大的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了初步研究。第四階段(1965-1973）

這一階段，太陽(yáng)能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽(yáng)能利用技術(shù)處于成長(zhǎng)階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支持。

第五階段（1973-1980）自從石油在世界能源結(jié)構(gòu)中擔(dān)當(dāng)主角之后，石油就成了左右經(jīng)濟(jì)和決定一個(gè)國(guó)家生死存亡、發(fā)展和衰退的關(guān)鍵因素。1973年10月爆發(fā)中東戰(zhàn)爭(zhēng)引起“石油危機(jī)”.

這次“危機(jī)”在客觀(guān)上使人們認(rèn)識(shí)到：現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)必須徹底改變，應(yīng)加速向未來(lái)能源結(jié)構(gòu)過(guò)渡。從而使許多國(guó)家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，重新加強(qiáng)了對(duì)太陽(yáng)能及其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持，在世界上再次興起了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能熱.這一時(shí)期，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用工作處于前所未有的大發(fā)展時(shí)期，具有以下特點(diǎn)：

、各國(guó)加強(qiáng)了太陽(yáng)能研究工作的計(jì)劃性，不少?lài)?guó)家制定了近期和遠(yuǎn)期陽(yáng)光計(jì)劃。開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能成為政府行為，支持力度大大加強(qiáng)。國(guó)際間的合作十分活躍，一些第三世界國(guó)家開(kāi)始積極參與太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用工作。、研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，研究工作日益深入，取得一批較大成果，如CPC、真空集熱管、非晶硅太陽(yáng)電池、光解水制氫、太陽(yáng)能熱發(fā)電等。、各國(guó)制定的太陽(yáng)能發(fā)展計(jì)劃，普遍存在要求過(guò)高、過(guò)急問(wèn)題，對(duì)實(shí)施過(guò)程中的困難估計(jì)不足，希望在較短的時(shí)間內(nèi)取代礦物能源，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用太陽(yáng)能。、太陽(yáng)熱水器、太陽(yáng)電他等產(chǎn)品開(kāi)始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)初步建立，但規(guī)模較小，經(jīng)濟(jì)效益尚不理想第六階段（1980-1992）

格居高不下，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力；太陽(yáng)能技術(shù)沒(méi)有重大突破，提高效率和降低成本的目標(biāo)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，以致動(dòng)搖了一些人開(kāi)發(fā)

70年代興起的開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能熱潮，進(jìn)入80年代后不久開(kāi)始落潮，逐漸進(jìn)入低谷。原因：世界石油價(jià)格大幅度回落，而太陽(yáng)能產(chǎn)品價(jià)利用太陽(yáng)能的信心；核電發(fā)展較快，對(duì)太陽(yáng)能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。第七階段（1992-至今）

由于大量燃燒礦物能源，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對(duì)人類(lèi)的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅。1992年聯(lián)合國(guó)在巴西召開(kāi)“世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”這次會(huì)議之后，世界各國(guó)加強(qiáng)了清潔能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)，將利用太陽(yáng)能與環(huán)境保護(hù)結(jié)合在一起，使太陽(yáng)能利用工作走出低谷，逐漸得到加強(qiáng)。1992年以后，世界太陽(yáng)能利用又進(jìn)入一個(gè)發(fā)展期，其特點(diǎn)是：太陽(yáng)能利用與世界可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)緊密結(jié)合，全球共同行動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)世界太陽(yáng)能發(fā)展戰(zhàn)略而努力；太陽(yáng)能發(fā)展目標(biāo)明確，重點(diǎn)突出，措施得力，保證太陽(yáng)能事業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展；在加大太陽(yáng)能研究開(kāi)發(fā)力度的同時(shí)，注意科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，發(fā)展太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)，加速商業(yè)化進(jìn)程，擴(kuò)大太陽(yáng)能利用領(lǐng)域和規(guī)模，經(jīng)濟(jì)效益逐漸提高；國(guó)際太陽(yáng)能領(lǐng)域的合作空前活躍，規(guī)模擴(kuò)大，效果明顯。現(xiàn)狀

七十年代以來(lái)，特別是進(jìn)入九十年代，迫于能源與環(huán)保的雙重壓力，世界上許多國(guó)家掀起了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的熱潮，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能成為各國(guó)制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。太陽(yáng)能利用技術(shù)在研究開(kāi)發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場(chǎng)開(kāi)拓方面都獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。包括太陽(yáng)能在內(nèi)的可再生能源在下世紀(jì)將會(huì)發(fā)前所未有的速度發(fā)展，逐步成為人類(lèi)的基礎(chǔ)能源之一。據(jù)預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)中葉可再生能源在世界能源結(jié)構(gòu)中將占到50%以上。未來(lái)世界能源結(jié)構(gòu)變化與預(yù)測(cè)

光伏產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)將逐步由邊遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村的補(bǔ)充能源向全社會(huì)的替代能源過(guò)渡。預(yù)測(cè)到下世紀(jì)中葉，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將達(dá)到世界發(fā)電量的15%-20%。光伏工業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)是：產(chǎn)量增加，轉(zhuǎn)換效率提高，成本降低，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。目前，世界太陽(yáng)能電池年產(chǎn)量已超過(guò)150MW，太陽(yáng)能電池的平均效率為15%，最高已接近30%。光伏系統(tǒng)電價(jià)成本已接近11美分/千瓦時(shí)。

太陽(yáng)能光伏技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀：生產(chǎn)量MW安裝量/KW太陽(yáng)能光熱技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀：太陽(yáng)能熱利用是可再生能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度最高、推廣應(yīng)用最普遍的技術(shù)之一。1998年世界太陽(yáng)能熱水器的總保有量約5400萬(wàn)平方米。按照人均使用太陽(yáng)能熱水器面積，塞浦路斯和以色列居世界一、二位，分別為1平方米／人和O．7平方米／人。日本有2O％的家庭使用太陽(yáng)能熱水器，以色列有80％的家庭使用太陽(yáng)能熱水器。20多年來(lái)，太陽(yáng)能熱水器在我國(guó)得到了快速發(fā)展和推廣應(yīng)用。7O年代后期開(kāi)始開(kāi)發(fā)家用熱水器。目前全國(guó)有5OO多個(gè)熱水器生產(chǎn)廠(chǎng)家，1998年的產(chǎn)量約400萬(wàn)平方米，總安裝量約1400萬(wàn)平方米，產(chǎn)量及銷(xiāo)量均占世界第一位。

德國(guó)的太陽(yáng)能建筑(鄉(xiāng)村或別墅利用）32戶(hù),3826m2,連接到區(qū)域熱網(wǎng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu):0.11KW/(m2);

三層玻璃

0.83KW/(m2)機(jī)械通風(fēng)熱回收>80%區(qū)域供熱

15kWh/(m2a)國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例太陽(yáng)能建筑在瑞典20戶(hù)2400m2，緯度57.4oN維護(hù)結(jié)構(gòu):48cm(0.1KW/m2)，地板25cm.三層玻璃

0.85KW/m25m2

太陽(yáng)能集熱通風(fēng)熱回收80%區(qū)域供熱

900Welec.與風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)相連

國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例太陽(yáng)能建筑-西班牙巴塞羅那3000m2，自然采光，圍護(hù)結(jié)構(gòu)

0.45KW/m2

10kWp

光電利用,24m2

光熱利用自然通風(fēng)溴化鋰除濕天花板/內(nèi)墻輻射制冷雨水收集國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例中德合作太陽(yáng)能建筑——建筑技術(shù)與建筑藝術(shù)的結(jié)合集熱管鑲嵌在波浪型的屋頂飄板上遮陽(yáng)功能的太陽(yáng)能電池板可旋轉(zhuǎn)的太陽(yáng)能電池板中-荷合作太陽(yáng)能建筑—綜合解決方案TheSolarInternationalCommunicationCenter太陽(yáng)能?chē)?guó)際交流中心國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例上海世博會(huì)中華館國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例中國(guó)館的60.6米觀(guān)景平臺(tái)四周挑檐的中央部位采用雙面透光中空雙玻單晶硅組件，每邊88塊，共352塊，鋪設(shè)面積約1000平方米，使太陽(yáng)電池組件成為整體建筑中不可分割的建筑構(gòu)件和建筑材料。上海世博會(huì)光伏發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)中國(guó)館312KWP主題館2825KWP城市未來(lái)館520KWP世博中心1004KWP合計(jì)4661KWP離網(wǎng)：日本、比利時(shí)、瑞士、倫敦零碳館、馬德里館、阿爾薩斯館、漢堡館、通信館、滬上生態(tài)家等。國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例上海世博會(huì)主題館國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例主題館將主要反映當(dāng)今世界快速城市化和城市人口加速增長(zhǎng)背景下的地球、城市、人三者之間的關(guān)聯(lián)和互動(dòng)。該建筑291米×220米的巨大屋面為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模化應(yīng)用提供了天然的場(chǎng)址條件。工程采用光伏建筑一體化設(shè)計(jì)，結(jié)合菱形屋面造型結(jié)構(gòu)，建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，將重點(diǎn)展示太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?yīng)用和建筑一體化的設(shè)計(jì)理念。上海世博會(huì)城市未來(lái)館國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例上海世博會(huì)國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例上海世博會(huì)太陽(yáng)能利用樣板房國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例上海世博會(huì)光熱利用世博中心：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)世博村：分體式間接換熱熱水器上海企業(yè)聯(lián)合館：低溫?zé)崴l(fā)電系統(tǒng)中國(guó)過(guò)館：中高溫聚光型集熱器馬德里館：太陽(yáng)能吸收式空調(diào)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)利用的典型案例被動(dòng)式太陽(yáng)能是指不借助風(fēng)扇、泵和復(fù)雜的控制系統(tǒng)而對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行收集、儲(chǔ)藏和再分配的系統(tǒng)。這種功能建立在對(duì)建筑設(shè)計(jì)的綜合研究之上，那些建筑的基本要素，如窗、墻、樓板等都盡可能地負(fù)擔(dān)著各種不同的功能。例如，墻不僅起支撐屋頂和圍護(hù)的作用，還負(fù)擔(dān)著熱能的儲(chǔ)存和釋放作用。每一個(gè)被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)至少要有兩個(gè)構(gòu)成要素：朝南的玻璃采集器和通常由砌塊、巖石或水等保溫材料組成的能量?jī)?chǔ)存構(gòu)件。根據(jù)這兩個(gè)要素之間的關(guān)系，被動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)主要的幾種形式有：直接獲取系統(tǒng)、圖洛姆(Trombe)保溫墻、太陽(yáng)室、屋頂水池、現(xiàn)代園藝溫室等。

被動(dòng)式太陽(yáng)能水墻

水的比熱是4.18X103J/(kg·K)，其他一般建筑材料如磚，混凝土，土坯，木材等比熱都在水的比熱的1/5左右，故用同質(zhì)量的水貯熱比其他材料貯存的熱量多，反過(guò)來(lái)要貯存一定的熱量，所用水比其他材料重量輕，這就是引起人們研究，發(fā)展水墻的主要原因。發(fā)展水墻的原因何在？水墻太陽(yáng)能房示意圖如圖是早在20世紀(jì)70年代美國(guó)stevebear住房試驗(yàn)的水墻太陽(yáng)能房。水盛于鋼桶內(nèi)，外表有黑色吸熱層，放在向陽(yáng)單層玻璃窗后。玻璃窗外設(shè)有隔熱蓋板，冬季白天放平可作為反射板，將太陽(yáng)輻射能反射到鋼桶水墻上去，增加吸收熱，冬夜則關(guān)上，減少熱損失。夏季則相反，白天關(guān)上以減少進(jìn)熱，晚上打開(kāi)，以便向外輻射降溫。關(guān)于水墻的尺寸，顏色及材料的選擇：

1.尺寸：一般水墻的容積可按太陽(yáng)房的窗的玻璃面積乘以30cm左右來(lái)進(jìn)行估算。

2.顏色：水墻容器表面的顏色以黑色最好，藍(lán)色和紅色容器的吸熱能力比黑色容器分別少5%---9%。

3.材料一般可用金屬和玻璃鋼制成。容器表面常做成螺紋的圓柱體，以增加剛度。水幕太陽(yáng)能墻:擺脫對(duì)空調(diào)的依賴(lài)

畫(huà)面左側(cè)為設(shè)置了循環(huán)流水系統(tǒng)的玻璃外墻，右側(cè)為太陽(yáng)能外墻，墻上鋪滿(mǎn)鮮花和綠植

世博園阿爾薩斯案例館的水幕玻璃

位于浦西世博園“城市最佳實(shí)踐區(qū)”一角的阿爾薩斯案例館，被青枝綠葉覆蓋著，但這棟建筑最新奇的不是綠墻，而是“水幕太陽(yáng)能墻”。“墻體”包括三個(gè)層面，外層為太陽(yáng)能電板和第一層玻璃，中間層為密閉艙，第三層為水幕玻璃。水幕太陽(yáng)能墻向世人展示了一種建筑本身具有的氣候調(diào)節(jié)機(jī)制，尤其適用于冬冷夏熱的地區(qū)。阿爾薩斯案例的原型是法國(guó)阿爾薩斯布克斯韋爾中學(xué)的太陽(yáng)墻，在當(dāng)?shù)刂饕獞?yīng)用于冬季供暖。但考慮到上海夏季高溫潮濕的氣候特點(diǎn)，這一走進(jìn)“城市最佳實(shí)踐區(qū)”的案例又增添了夏季功能。太陽(yáng)能水幕墻夏天運(yùn)行時(shí)，密閉艙會(huì)打開(kāi)。密閉艙中的空氣和沿著立面往下流的水幕相連，加上太陽(yáng)能墻產(chǎn)生的陰影，起到給建筑降溫的效果。利用太陽(yáng)能水幕墻的原理，可以在夏季有效降低室內(nèi)溫度，在冬季補(bǔ)充室內(nèi)溫度，極大地降低對(duì)空調(diào)的依賴(lài)。常規(guī)空調(diào)是不是不夠綠色環(huán)保？能否讓建筑具有自動(dòng)調(diào)溫功能？在2010年上海世博會(huì)上，來(lái)自法國(guó)阿爾薩斯的案例給出了一個(gè)肯定的答案。充水墻前面講的水墻是用鋼桶或鋼管或塑料管盛水作為儲(chǔ)熱物質(zhì)，與現(xiàn)砌特朗伯墻比，其優(yōu)點(diǎn)是，第一次投資減少，體積一定時(shí)儲(chǔ)熱容量較多，同時(shí)，采用較大的體積可能提高太陽(yáng)能對(duì)年需熱量供應(yīng)的百分比。缺點(diǎn)是維修費(fèi)較高，向墻內(nèi)側(cè)傳熱的延遲性較小，這是由于水有對(duì)流的緣故，致使室內(nèi)溫度較實(shí)心墻體時(shí)波動(dòng)更大。為了獲取實(shí)心墻與沖水墻兩者的優(yōu)點(diǎn)，研究人員進(jìn)行了大量試驗(yàn)。最終確定采用總尺寸為1200mm×2400mm×250mm的混凝土水箱，箱壁厚為50mm，水盛在箱內(nèi)密封塑料袋內(nèi)，這種水墻稱(chēng)為特朗伯墻。有的設(shè)計(jì)者認(rèn)為，將來(lái)這種墻應(yīng)再厚些增大儲(chǔ)熱量，以便在長(zhǎng)時(shí)陰云天氣時(shí)保持墻體溫度。能適合這種設(shè)想的一種做法是，采用預(yù)制混凝土空心板作為載水墻，水就盛在裝于板空腔內(nèi)的薄塑料管里。有一種空腔直徑250mm，厚300mm的板，差不多占?jí)w積的一般都是水，與實(shí)心混凝土墻比，儲(chǔ)熱容量增加了約50%，比用混凝土墻空腔造價(jià)要少，又由于斷面50%是混凝土，故比金屬管沖水墻傳熱過(guò)墻的時(shí)間延遲較長(zhǎng)，墻內(nèi)側(cè)溫度波動(dòng)較小。由于儲(chǔ)熱容量增大，就能從太陽(yáng)能獲取更多需要的熱量。這種設(shè)想還需從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)一步研究，混凝土技術(shù)方面可能存在的問(wèn)題是，外側(cè)表面與其相鄰的混凝土——水內(nèi)表面之間會(huì)產(chǎn)生較陡的溫度梯度，最大溫度可能達(dá)到33度。總之這種設(shè)想很值得進(jìn)一步研究。附加陽(yáng)光間

附加陽(yáng)光間屬一種多功能的房間，除了可作為一種集熱設(shè)施外，還可以用來(lái)作為休息、娛樂(lè)、養(yǎng)花、養(yǎng)魚(yú)等的空間，是寒冬季節(jié)讓人們有如置身于大自然中的一種室內(nèi)環(huán)境，也是為其毗連的房間供熱的一種有效設(shè)施。利用附加陽(yáng)光間獲得太陽(yáng)能附加陽(yáng)光間除最好能在墻面全部設(shè)置玻璃外，還應(yīng)在毗連主房坡頂部分加設(shè)傾斜的玻璃。這樣做可以大大增加集熱量，但傾斜部分的玻璃擦洗比較困難。另外，當(dāng)夏季時(shí)，如無(wú)適當(dāng)?shù)母魺岽胧?，?yáng)光間內(nèi)的氣溫往往將變得過(guò)高。當(dāng)冬季時(shí)，由于玻璃墻的保溫能力非常差，如無(wú)適當(dāng)?shù)母郊颖卦O(shè)施，則日落后的室內(nèi)氣溫將會(huì)大幅度地下降。以上這些問(wèn)題，必須在設(shè)計(jì)之前充分考慮，并應(yīng)提出解決這些問(wèn)題的具體措施。附加陽(yáng)光間有以下優(yōu)點(diǎn)：①有附加陽(yáng)光間的年度熱損失只相當(dāng)于無(wú)該陽(yáng)光間的年度熱損失的一半；②附加陽(yáng)光間的管理比特朗伯墻簡(jiǎn)單；③可以種花卉、果樹(shù)，成為毗連種植溫室，同時(shí)還可曬衣物；④開(kāi)闊視野，舒暢心情；⑤夏季可開(kāi)創(chuàng)通風(fēng)，并設(shè)窗簾等遮陽(yáng)物，防止直射熱。我們針對(duì)北方農(nóng)村民居使用火炕采暖的傳統(tǒng)生活習(xí)慣，設(shè)計(jì)了一種新型太陽(yáng)炕系統(tǒng)。利用太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖技術(shù)改造傳統(tǒng)火炕。在保持傳統(tǒng)火炕風(fēng)貌的同時(shí)，進(jìn)一步提高了采暖舒適度，消除了傳統(tǒng)火炕固有的一些缺陷，賦予了其新的內(nèi)涵，形成了一套太陽(yáng)能采暖、熱水雙聯(lián)供系統(tǒng)。是一次利用新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)做法進(jìn)行承揚(yáng)的新探索。太陽(yáng)炕系統(tǒng)《人居，生態(tài)，旅游》獲得技術(shù)專(zhuān)項(xiàng)獎(jiǎng)。對(duì)傳統(tǒng)火坑進(jìn)行了創(chuàng)新的改造，創(chuàng)造了太陽(yáng)坑這種農(nóng)村新型采暖方式，受到了專(zhuān)家的一致好評(píng)。人居，生態(tài)，旅游傳統(tǒng)火炕一般將火炕與灶臺(tái)相連，以植物秸稈，茅草及少量的煤為燃料，通過(guò)與炕相連的灶炊事產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖龑?dǎo)到煙道中來(lái)加熱炕體，使炕表面溫度升高，以整個(gè)炕面作為散熱面均勻地向室內(nèi)輻射熱量而達(dá)到取暖效果。隨后，煙氣從設(shè)于炕體另一端的煙囪口排出。傳統(tǒng)火炕構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，采暖效果好，深受人們的歡迎，是一種非常符合養(yǎng)生學(xué)的生態(tài)建筑做法。太陽(yáng)炕透視圖結(jié)合現(xiàn)代的地板輻射采暖技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)火炕形式進(jìn)行再創(chuàng)新。太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖是一種以可再生能源---------太陽(yáng)能作為熱源，通過(guò)敷設(shè)于地板中的盤(pán)管加熱地板，利用輻射和對(duì)流對(duì)房間進(jìn)行供暖的新型太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)。因此，傳統(tǒng)的火炕建造理念與太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖技術(shù)結(jié)合，由太陽(yáng)能作為主要能源，輔以沼氣等其他輔助能源，在保留傳統(tǒng)火炕采暖舒適性好等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)徹底克服了其存在的缺點(diǎn)，并增加了生活熱水供應(yīng)等新的功能，形成了一種新型的采暖系統(tǒng)-----太陽(yáng)炕系統(tǒng)。太陽(yáng)炕構(gòu)造示意圖太陽(yáng)炕是太陽(yáng)炕系統(tǒng)的核心部件，由于太陽(yáng)炕與低溫地板輻射采暖的設(shè)計(jì)原理相似，因此我們?cè)诘蜏氐匕遢椛洳膳瘶?gòu)造的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)火炕的特點(diǎn)，進(jìn)行太陽(yáng)炕的構(gòu)造設(shè)計(jì)。太陽(yáng)炕下部架空，可避免傳統(tǒng)火炕因下部落地引起大量熱量向地面的散失以及地面寒氣的上升，同時(shí)可以作為儲(chǔ)藏空間使用。結(jié)構(gòu)層由傳統(tǒng)火炕的土坯改成混凝土預(yù)制板，一方面增加了結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度及耐久性，另一方面也大大減少了施工量節(jié)約了時(shí)間。在混凝土預(yù)制板上部，設(shè)有聚苯乙烯保溫層和錫箔反射層，主要作用是加強(qiáng)太陽(yáng)炕的保溫性能，使熱量盡量向炕面方向輻射。太陽(yáng)炕的發(fā)熱構(gòu)件熱水盤(pán)管敷設(shè)在結(jié)構(gòu)層中。結(jié)構(gòu)層采用泡沫水泥植物纖維復(fù)合板，該板是一種新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫材料，在農(nóng)村就地取材即可預(yù)制，也可現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡。因此，安裝時(shí)可采用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡的方式將太陽(yáng)能熱水管固定結(jié)構(gòu)層中，施工速度快，保溫蓄熱效果好。主動(dòng)式太陽(yáng)能利用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)早期最廣泛的太陽(yáng)能應(yīng)用即用于將水加熱，現(xiàn)今全世界已有數(shù)百萬(wàn)太陽(yáng)能熱水裝置。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)主要元件包括收集器、儲(chǔ)存裝置及循環(huán)管路三部分。此外，可能還有輔助的能源裝置（如電熱器等）以供應(yīng)無(wú)日照時(shí)使用，另外尚可能有強(qiáng)制循環(huán)用的水，以控制水位或控制電動(dòng)部份或溫度的裝置以及接到負(fù)載的管路等。太陽(yáng)熱水器太陽(yáng)熱水器于1920年代即流行于美國(guó)的西南部地區(qū)。隨著石油和電力價(jià)格的上升，更有效率的“太陽(yáng)能熱水器”和“太陽(yáng)能熱暖器”亦隨之產(chǎn)生。在澳洲、日本、以色列、和前蘇聯(lián)于1970年代就已是普遍的使用。于美國(guó)北部，每平方公尺的太陽(yáng)能熱接收器，每六個(gè)月可節(jié)省30.5公升的熱氣用的汽油，或是215千瓦小時(shí)的電力。太陽(yáng)能熱水器太陽(yáng)能熱水器通常由平板集熱器、蓄熱水箱和連接管道組成。按照流體流動(dòng)的方式分類(lèi)，可將太陽(yáng)能熱水器分成三大類(lèi)：悶曬式。其特點(diǎn)是水在集熱器中不流動(dòng)，悶在其中受熱升溫，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)水升溫到一定值時(shí)即可放水使用。直流式。由集熱器、蓄熱水箱和相應(yīng)的管道組成。水在其中不循環(huán)，一般水的流量比較小。循環(huán)式。這是應(yīng)用最廣泛的熱水器。又分為自然循環(huán)和強(qiáng)迫循環(huán)。

太陽(yáng)能采暖太陽(yáng)能采暖可以分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩大類(lèi)。主動(dòng)式是利用太陽(yáng)能集熱器和相應(yīng)的蓄熱裝置作為熱源來(lái)代替常規(guī)熱水（或熱風(fēng)）采暖系統(tǒng)中的鍋爐。被動(dòng)式則是依靠建筑物結(jié)構(gòu)本身充分利用太陽(yáng)能來(lái)達(dá)到采暖的目的，因此它又稱(chēng)為被動(dòng)式太陽(yáng)房。

太陽(yáng)能熱水器安裝位置最佳朝向是正南，偏差允許在±10度以?xún)?nèi)，有利于集熱器表面上的太陽(yáng)輻射度。熱水設(shè)備多安裝在屋頂上，不受建筑物和樹(shù)木遮擋，并盡可能選擇避風(fēng)處或采取防風(fēng)措施。集熱器和建筑物要連接牢固。多排集熱器前后布置時(shí)，前后間距可按照集熱器安裝高度0.85倍考慮。安裝位置也可在南向陽(yáng)臺(tái)或南墻面。這樣安裝，優(yōu)點(diǎn)是：維修方便。缺點(diǎn)是：管道遠(yuǎn)離廚房、衛(wèi)生間，必須穿越整個(gè)居室；集熱器大小受限制；集熱器易受上層跌落物影響；低層住