浅谈太阳能在公共建筑中的应用

　　摘要：太阳能建筑是指利用建筑物本身与太阳能通过相应的设备一体化设计，使其可以收集、蓄存和使用太阳能的建筑。介绍了太阳能建筑的相关概念及设计要点，通过实例阐述了太阳能建筑在公共建筑中的具体实施。供参考。
　　关键词：太阳能建筑公共建筑应用
　　1前言
　　我国是一个人口大国，又是一个建筑大国，每年新建建筑面积高达几十亿平方米。随着经济的发展，全面建设小康社会的逐步推进，建设事业发展迅猛，同时建筑能耗也高速增长。建筑能耗是建筑、制造、交通三大能耗之首，约占全社会总能耗的近一半，实行建筑节能，降低建筑能耗，减少环境污染，已刻不容缓。开展建筑节能是国家实施节能战略的重要方面，我国于2008年10月1日颁布施行了《民用建筑节能条例》，条例明显指出“国家推广使用民用建筑节能的新技术、新工艺、新材料和新设备，限制使用或者禁止使用能源消耗高的技术、工艺、材料和设备。”
　　众所周知，太阳能是一种储量极为丰富而且清洁无污染的可再生能源，一旦太阳能成为被广泛利用的能源，它将极大缓解人类的能源危机，改善人居环境，推动人类社会的进步。发展节能省地型住宅和公共建筑，重要的策略之一是应用太阳能资源，发展太阳能建筑技术。开源节流是我国推进节能建筑的发展之路，太阳能建筑将在建筑资源节约型社会中发挥重要作用，太阳能建筑将成为节能省地的重要途径。
　　2我国在太阳能建筑上的应用情况
　　我国具有丰富的太阳能资源，全国每年获得的太阳能大约相当于1万亿吨以上标准煤的发热量，其中一半以上国土面积太阳能年平均辐射总量在5900MJ/㎡以上，而且大部分采暖地区均分布在长日照区域内。我国在太阳能利用上主要有太阳能光伏发电、太阳能热发电，以及太阳能热水器和太阳房等热利用方式。其中太阳能热利用的发展的一个重要方向是太阳能一体化建筑，并以常规能源为补充手段，实现全天候供热，提高太阳能供热的可靠性，在此基础上进一步向太阳能供暖和制冷的方向发展。
　　在太阳能运用技术上，我国的太阳能应用设备生产经过多年发展，具有相当的规模，呈现出良好的发展势。我国于上世纪七十年代建成的第一栋被动式太阳能供暖房在甘肃省民勤县建成，近些年来通过国家科技攻关，在引进、消化、吸收世界太阳能供暖建筑技术的基础上，我国己形成了具有中国特色的包括理论、设计、施工、试验及评价方法在内的一整套被动式太阳能供暖系统技术，建成了几百万平方米（建筑面积）的被动式采暖太阳房。
　　3太阳能建筑设计
　　传统太阳能建筑关键是把建筑物本身作为系统的组成部件，不但反映了当地的气候特点，而且在适应自然环境的同时充分利用了自然环境的潜能。目前在这方面应用较多的主要是被动式太阳能建筑。所谓被动式太阳能建筑是指在设计中，对造型、朝向、形状、平面布局，乃至材料的选择等，都与太阳能的利用结合在一起使太阳能的利用与建筑功能紧密结合的建筑。但随着经济及建筑技术的发展，现代建筑慢慢趋向于主动式太阳能建筑，主动式太阳能建筑主要体现于两个方面：一是利用“光电效应”原理开发在规模太阳能发电，包括太阳能发电机组和太阳能电池等：二是太阳能的热利用，包括太阳能热水器、太阳灶等。实际太阳能建筑工程中往往是二者的综合。
　　一、平面设计
　　在平面设计时要注意建筑的采暖、降温、采光。既要满足主要房间能在冬季直接获取太阳热量，又要保证夏季良好的自然通风，最大限度地利用自然采光。在平面的内部组合上，根据自然形成的北冷南暖的温度分区来布置各种房间。这种布局应利于缩小采暖温差，节省采暖蓄热量。主要使用房间(长时间停留，温度要求较高)尽量布置在太阳能较直接的南侧暖区，避开边跨；一些次要房间(停留时
　　间短、温度要求较低)、过道、楼梯间等可以布置在北面或边跨，形成温度阻尼区。北侧诸房间的围合对南侧主要房间起到良好的保温作用。
　　二、立面设计
　　○1建筑的主立面以朝南最佳，若条件允许，南向窗墙比尽可能大，而使冬季内热环境有所改善；同时加强外门窗密封防护措施，外门采用密封性能好、中间有隔气层的二合一门，窗采用中空玻璃窗，改善室内冬季热环境；○2南向阳台封闭作为日光间，利用日光间采暖，提高居室热环境○3加强墙体围护结构的保温隔热；○4屋面尽可能采用坡屋面形式，并带通气窗，采用保温热高的保温隔热材料；○5南向和西向外墙脚下适当栽种藤蔓植物，有效降低夏季外墙表面温度，改善室内热环境，以控制室内日照时间。
　　三、太阳能一体化设计
　　考虑到太阳能系统的特点，除了改善建筑能源结构之外，在热工性能和景观方面还有可能进一步
　　改善建筑功能。如何扩大这类外部效果，是太阳能建筑集成设计的较高要求。主要设计要点是：
　　○1太阳能系统的选型；○2集光器的形态、在建筑上的安装部位以及连接构造；○3平衡设施(控制器、逆变器)和蓄能设施(蓄电池、水箱)的布置场所及管井布置、孔洞预留以及维护与检修平台布置。
　　4太阳能公共建筑中的应用
　　太阳能热水器要真正得到推广，应先从两方面入手，一是楼房在设计建造之初就要融入节能的理念，从设计、研发到生产、施工都要将太阳能作为建筑能耗的一部分来考虑。二是积极地对现有楼房进行建筑安全论证以及相应的改造。
　　蔡路派出所办公大楼位于蔡路塘东街，框架结构3层，总建筑面积2069m2，建筑耐火等级为二级，屋面防水等级为二级。在该项目在设计阶段，节能方面主要从外墙保温、门窗设计、屋顶保温这三方面着手，努力达到节能建筑的设计标准。我们知道在建筑物的热损失之中，围护结构传热的热损失达70％～80％，而门窗缝隙空气渗透的热损失则占20％一30％。因此，在本项目的设计与施工过程中，着重从以下几点考虑：(1)减少渗透量，采用密封性较好的材料，增加窗户的气密性。项目中门窗材料采用断热铝合金，气密性等级为4级。(2)减少传热量要大力推广和应用节能型窗框(如塑性窗框、隔热铝型框等)和节能玻璃(如中空玻璃、热反射玻璃、低辐射镀膜玻璃等)，减小窗户的整体传热系数，降低传热量。还要根据建筑使用要求选择热工性能好的玻璃，减少由玻璃的热量散失。故本项目采用断热铝合金安全中空玻璃门窗。(3)立面色彩则以白色为主，便于反射阳光。
　　结合当地的具体情况（日照、朝向、气温等）在工程实际中利用建筑本身坡屋顶（26.6度），建筑的主立面南偏西17度。经过计算，设计6片4X2米的太阳能集热片可以解决民警平时用热水，同时不破坏坡屋顶的造型。在坡屋顶内设置一个4吨水箱作为太阳能储水及交换使用。外墙均采用30cm膨胀聚苯板（EPS）外墙外保温系统，斜屋面采用45cm厚挤塑聚苯板（XPS）外保温系统，露台采用40cm厚挤塑聚苯板（XPS）外保温系统。在窗的处理上，使用断热铝合金安全中空玻璃<5mm+6Amm+5mm>平开窗，建筑南向窗墙比0.214，建筑屋顶山墙两侧均设置通气窗。供暖系统在3栋楼分别采用垂直双管系统、垂直双管水平成环系统、垂直单管加跨越管系统；楼梯间粉刷、安装太阳能楼道灯。整个工程仅需要129m2集热板每年可节约标煤19t，30a的使用寿命期内可以节约采暖成本78万元。大楼兼具太阳能供暖和热水供应功能，如果碰上阴天，通过启动辅助取暖设备2h就能保持大楼全天保温。
　　参考文献：
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　　［2］张虎．太阳能热利用技术在我国建筑节能中的应用探讨［J］．住宅科技．2004(10)．
　　［3］李道明．太阳能技术在住宅中应用具有广阔的前案［J］．住宅产业．2004(5．6)．