太陽(yáng)能在智能建筑中的應(yīng)用

　　摘 要： 可再生能源中太陽(yáng)能的建筑節(jié)能潛力最高，利用太陽(yáng)能可以為建筑提供采暖供熱、制冷、發(fā)電、采光、調(diào)濕和通風(fēng)等，大大降低建筑物內(nèi)的能源消耗，減少環(huán)境污染，是建筑可持續(xù)發(fā)展的方向。
　　關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能 智能建筑 應(yīng)用研究
　　
　　1.引言
　　太陽(yáng)能是指直接投射到地球表面的太陽(yáng)輻射能。在可再生的新能源中，太陽(yáng)能是重要的部分。太陽(yáng)能資源由于取之不盡、用之不竭，而且清潔無(wú)污染而最為引人注目，開(kāi)發(fā)研究最多，應(yīng)用也最廣，應(yīng)當(dāng)在智能建筑中將太陽(yáng)能進(jìn)行推廣和應(yīng)用。
　　2.太陽(yáng)能利用技術(shù)在建筑中的應(yīng)用研究
　　2.1太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)
　　太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)技術(shù)是目前主動(dòng)式太陽(yáng)能利用中應(yīng)用最廣泛的、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最迅速的領(lǐng)域，它可以為用戶提供熱水或采暖。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)通常由太陽(yáng)能集熱器、傳熱工質(zhì)、貯熱水箱、補(bǔ)給水箱和連接管路等組成，如圖1。其工作過(guò)程是：在太陽(yáng)輻照下，集熱器吸收太陽(yáng)能并轉(zhuǎn)換成熱能傳遞給集熱器內(nèi)的傳熱工質(zhì)，傳熱工質(zhì)受熱后通過(guò)自然循環(huán)方式將貯水箱中的水加熱，或者通過(guò)強(qiáng)迫循環(huán)（如泵循環(huán)）方式將集熱器中的熱能傳遞給貯水箱中的水。有些太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)還有輔助加熱裝置（如電熱器），保證整個(gè)系統(tǒng)在陰雨天或冬季光照強(qiáng)度弱時(shí)仍能正常使用，保證用戶使用熱水或采暖的要求。
　　2.2太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)
　　太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，目前常見(jiàn)的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)通常分為以下兩種。
　　2.2.1太陽(yáng)墻采暖系統(tǒng)
　　太陽(yáng)墻采暖系統(tǒng)核心組件是太陽(yáng)墻板。太陽(yáng)墻板是在鋼板或鋁板表面鍍上一層熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)80%的高科技涂層，并經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)和加工處理制成的，能最大限度地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能。太陽(yáng)墻板的表面有許多直徑大約1mm的小孔，允許外面空氣通過(guò)。其工作原理為室外新鮮空氣經(jīng)太陽(yáng)墻系統(tǒng)加熱后由送風(fēng)機(jī)送入室內(nèi)，置換室內(nèi)污濁空氣，起到供暖和換氣的雙重功效。送風(fēng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓使室外空氣被壓入，室外空氣在流經(jīng)過(guò)太陽(yáng)墻板面小孔時(shí)被加熱，然后被加熱的熱空氣由供風(fēng)管道傳入室內(nèi)，墻內(nèi)壁向外產(chǎn)生的熱散失可由介于太陽(yáng)墻板和建筑物外墻之間的供風(fēng)氣流回收，充分利用太陽(yáng)墻板被陽(yáng)光加熱的熱量。
　　2.2.2太陽(yáng)能熱水輻射采暖系統(tǒng)
　　太陽(yáng)能地板輻射采暖是一種將太陽(yáng)能集熱器吸收的太陽(yáng)能作為熱源，通過(guò)敷設(shè)于地板中的盤(pán)管加熱地面進(jìn)行采暖的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以整個(gè)地面作為散熱面，傳熱方式以輻射散熱為主。當(dāng)太陽(yáng)能集熱器出口處水溫達(dá)到要求值時(shí)，啟動(dòng)太陽(yáng)能上水泵，熱水箱底部的水進(jìn)入集熱器進(jìn)行加熱，并將集熱器的熱水壓入水箱，水箱上部溫度高，下部溫度低，下部冷水再進(jìn)入集熱器加熱，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)；當(dāng)太陽(yáng)能集熱器出口處水溫降到某一溫度值時(shí)，水泵停止工作，為防止反向循環(huán)及由此產(chǎn)生的集熱器的夜間熱損失，則需要一個(gè)止回閥；當(dāng)蓄熱水箱的供水水溫達(dá)到供暖值時(shí)，可開(kāi)啟供暖循環(huán)泵進(jìn)行采暖循環(huán)。為了保證熱水箱供應(yīng)熱水的不間斷性，在熱水箱內(nèi)設(shè)有輔助加熱裝置。
　　2.3太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)
　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板、蓄電池組、充放電控制器、逆變器、防反充二極管及負(fù)載等部件構(gòu)成，如圖2。
　　系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池方陣、聯(lián)網(wǎng)逆變器和控制器等三大部分構(gòu)成。太陽(yáng)能電池方陣在太陽(yáng)光輻射下產(chǎn)生直流電，經(jīng)聯(lián)網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，經(jīng)由配電箱將電能一部分供家用電器使用，另一部分多余的電能饋入公共市電網(wǎng)；在晚上或陰雨天發(fā)電量不足時(shí)，由公共市電網(wǎng)向家庭用電設(shè)備供電。無(wú)論是由公共市電網(wǎng)向家庭用電設(shè)備供電還是將多余的電能饋入公共市電網(wǎng)，都要經(jīng)過(guò)電表，計(jì)量向公共市電網(wǎng)“賣(mài)出”的電量和由公共市電網(wǎng)“買(mǎi)入”的電量，計(jì)算家庭每個(gè)月的電費(fèi)。
　　2.4太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換制冷系統(tǒng)
　　太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換制冷，首先是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能（或機(jī)械能），再利用熱能（或機(jī)械能）作為外界的補(bǔ)償，使系統(tǒng)達(dá)到并維持所需的低溫。主要為太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)（消耗熱能）。
　　太陽(yáng)能吸收式制冷就是利用太陽(yáng)能集熱器提供吸收式制冷機(jī)循環(huán)所需要的熱源，保證吸收式制冷機(jī)正常運(yùn)行，達(dá)到制冷的目的。太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱器、熱水箱、輔助加熱器、吸收式制冷機(jī)、冷卻塔、冷凍水箱等組成，其中吸收式制冷機(jī)包含發(fā)生器、吸收器、冷凝器和蒸發(fā)器，制冷劑/吸收劑在制冷機(jī)內(nèi)通過(guò)汽化—冷凝—蒸發(fā)—吸收四個(gè)過(guò)程完成制冷目的。太陽(yáng)能吸收式制冷包括兩大循環(huán)，即太陽(yáng)能熱利用循環(huán)及吸收式制冷循環(huán)。
　　太陽(yáng)能熱利用循環(huán)由太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)熱水箱、輔助加熱裝置等幾部分組成。太陽(yáng)能集熱器吸收太陽(yáng)能熱輻射，將熱水箱內(nèi)的水加熱作為吸收式制冷機(jī)發(fā)生器的熱源，如果集熱器加熱后的水達(dá)不到水溫要求，通過(guò)輔助加熱裝置輔助進(jìn)行加熱。
　　2.5太陽(yáng)能固體吸附式除濕空調(diào)系統(tǒng)
　　太陽(yáng)能除濕空調(diào)以具有吸濕性能的除濕劑為工作介質(zhì)，通過(guò)除濕劑與空氣的直接接觸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的除濕處理過(guò)程，除濕器和再生器是除濕空調(diào)系統(tǒng)最重要的組成部件。
　　固體吸附式除濕裝置主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是固定床式除濕器；另一類(lèi)是轉(zhuǎn)輪除濕器。轉(zhuǎn)輪除濕器由于其運(yùn)行、維護(hù)方便，與太陽(yáng)能系統(tǒng)結(jié)合簡(jiǎn)單，且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)除濕等優(yōu)點(diǎn)而被作為除濕領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。
　　基于太陽(yáng)能再生的轉(zhuǎn)輪除濕獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)將獨(dú)立新風(fēng)與除濕轉(zhuǎn)輪結(jié)合起來(lái)，直接利用太陽(yáng)能作為除濕轉(zhuǎn)輪的再生能源。新風(fēng)進(jìn)入除濕轉(zhuǎn)輪進(jìn)行除濕，同時(shí)升溫，將去濕升溫后的新風(fēng)與排風(fēng)進(jìn)行進(jìn)一步的濕熱交換，再經(jīng)表冷器進(jìn)行等濕降溫后送入空調(diào)房間，通過(guò)對(duì)表冷器進(jìn)行控制可以調(diào)節(jié)送入房間新風(fēng)的狀態(tài)，除濕轉(zhuǎn)輪由太陽(yáng)能集熱器提供再生熱量。
　　熱回收轉(zhuǎn)輪都是用在末端組合式空調(diào)機(jī)組上的，以夏季制冷工況為例：轉(zhuǎn)輪回收回風(fēng)的冷量給新風(fēng)，使新風(fēng)的溫度下降，達(dá)到初次處理的效果，從而減少了對(duì)新風(fēng)處理的要求，達(dá)到了節(jié)能和節(jié)約運(yùn)行成本的效果。
　　2.6太陽(yáng)能照明系統(tǒng)
　　太陽(yáng)光線相比其他能源具有清潔、安全、高效的特點(diǎn)，相同照度的條件下，太陽(yáng)光帶入室內(nèi)的熱量比絕大多數(shù)人工光源的發(fā)熱量都少。根據(jù)太陽(yáng)光的利用方式，太陽(yáng)光照明技術(shù)可以分為三種，第一種是直接利用方式，目前應(yīng)用較多的是利用采光板反射太陽(yáng)光將太陽(yáng)光線引入室內(nèi)；第二種是利用太陽(yáng)光的光電轉(zhuǎn)換，將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)變成電能用于照明；第四種是利用光纖或?qū)Ч夤埽瑢⑻?yáng)光直接引到室內(nèi)實(shí)現(xiàn)照明。
　　2.6.1太陽(yáng)能采光板采光
　　采光板的內(nèi)外表面比較光滑，易于陽(yáng)光的反射；表面涂反射率較高的涂料，可以讓更多的光線進(jìn)入室內(nèi)。采光板的作用是利用較小的窗戶開(kāi)口將室外及窗口附近的太陽(yáng)光通過(guò)反射引入室內(nèi)較深的區(qū)域。在通常條件下，直射輻射強(qiáng)度是散射輻射強(qiáng)度的4—7倍，采光板主要利用直射光線。室外直射輻射通過(guò)較小的上部窗戶開(kāi)口被采光板反射到室內(nèi)頂棚，經(jīng)過(guò)頂棚的散射反射，均勻地照亮離窗口較遠(yuǎn)處。在窗口面積不變的情況下，離窗口較遠(yuǎn)的位置得到充分的照明，提高了室內(nèi)采光的均勻度和視覺(jué)舒適度；上部開(kāi)口的面積較小，雖然有反射輻射進(jìn)入，但不會(huì)嚴(yán)重地增大室內(nèi)的空調(diào)負(fù)荷；而且室外的采光板在一定程度上起到了外遮陽(yáng)的作用，有利于提高窗戶附近的熱舒適性，減小空調(diào)負(fù)荷和直射眩光。
　　2.6.2太陽(yáng)能導(dǎo)光管采光
　　導(dǎo)光管，顧名思義就是通過(guò)特殊的管道將太陽(yáng)光線傳導(dǎo)至室內(nèi)，它是一種健康、環(huán)保、無(wú)能耗的綠色照明，系統(tǒng)的使用壽命可達(dá)30年，且無(wú)需維護(hù)。與采光天窗和側(cè)窗相比，導(dǎo)光管照明效果不會(huì)因光線入射角的變化而改變，且照射面積大，出射光線均勻、無(wú)眩光、不會(huì)產(chǎn)生局部聚光現(xiàn)象，是太陽(yáng)能光利用的一種有效方式。
　　
　　導(dǎo)光管系統(tǒng)主要由采光罩、導(dǎo)光管及漫射器三部分組件構(gòu)成。通過(guò)室外的采光罩將天然光采集到系統(tǒng)內(nèi)，光線穿過(guò)表面鍍有純銀材料的高反射導(dǎo)光管，使光線得到傳輸和強(qiáng)化，再經(jīng)過(guò)室內(nèi)的漫射裝置，將光線在室內(nèi)均勻分布。
　　導(dǎo)光管可以安裝在建筑物屋頂或地表上，通過(guò)頂部采光的方式將太陽(yáng)光線送到室內(nèi)或者地下室中，代替或補(bǔ)充電能照明；導(dǎo)光管還可以安裝在建筑物外墻，通過(guò)側(cè)面采光的方式將太陽(yáng)光線導(dǎo)入室內(nèi)。
　　2.6.3太陽(yáng)能光纖采光系統(tǒng)
　　太陽(yáng)能光纖照明系統(tǒng)是通過(guò)聚光組件收集和匯聚太陽(yáng)光，然后利用導(dǎo)光光纖將太陽(yáng)光直接引入有照明需求的地方。太陽(yáng)能光纖照明系統(tǒng)主要由自動(dòng)跟蹤采光裝置、傳光纖和室內(nèi)照明裝置三部分構(gòu)成。
　　太陽(yáng)能光纖照明系統(tǒng)的工作原理為：由光檢測(cè)器對(duì)陽(yáng)光照射情況進(jìn)行檢測(cè)及判斷，并將信號(hào)送至驅(qū)動(dòng)電路，由驅(qū)動(dòng)電路提供正、反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電流給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，再通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)太陽(yáng)光采光裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)跟蹤并使透鏡對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。在對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)的情況下，由光耦合器在透鏡焦距附近獲取高密度光通量，然后經(jīng)光纖傳輸供給特制照明裝置。
　　太陽(yáng)能光纖照明技術(shù)最初僅用于產(chǎn)生特殊的照明效果（模擬閃爍的星光），如今不但廣泛應(yīng)用于裝飾照明，而且被廣泛應(yīng)用于局部效果照明、廣告牌照明、建筑物室外公共區(qū)域的引導(dǎo)性照明、室內(nèi)外水下照明和建筑物輪廓及立面照明之中，并已經(jīng)取得良好的照明效果。
　　3.結(jié)語(yǔ)
　　智能建筑作為目前建筑行業(yè)的發(fā)展方向，其節(jié)能效果非常突出，同時(shí)太陽(yáng)能的節(jié)能效果優(yōu)異，可明顯降低建筑能耗、減少污染物排放，因此將太陽(yáng)能與智能建筑結(jié)合，建筑的節(jié)能減排效益將會(huì)更加顯著，應(yīng)該大力進(jìn)行推廣。太陽(yáng)能與智能建筑結(jié)合后，太陽(yáng)能可直接為智能建筑提供熱水、供暖、供電照明、空氣調(diào)節(jié)、制冷等功能，一旦太陽(yáng)能與智能建筑相結(jié)合，就要考慮使用建筑智能化系統(tǒng)中的智能化技術(shù)對(duì)太陽(yáng)能應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的綜合管理，將其納入到智能建筑的組成中，用建筑智能化技術(shù)將太陽(yáng)能應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)視和控制起來(lái)，發(fā)揮出最大的節(jié)能環(huán)保效益。
　　
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　　該文章為南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)CX1021。