太陽能技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用

王淑華 劉杰

（1.泰安市聯(lián)強(qiáng)遠(yuǎn)大住宅工業(yè)有限公司，山東 泰安 271000；2.青島騰遠(yuǎn)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

引言

智能建筑與太陽能的結(jié)合強(qiáng)調(diào)建筑的環(huán)保性，太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)是目前我國應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一旦太陽能與建筑智能相結(jié)合，就要考慮智能系統(tǒng)中智能化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)太陽能的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，將其納入建筑組成中的一部分。并將建筑智能化技術(shù)、太陽能、科技系統(tǒng)監(jiān)控有機(jī)結(jié)合起來，發(fā)揮太陽能的綠色環(huán)保節(jié)能效益。

一、太陽能在智能建筑中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

全球氣候變暖使得世界各國開始日益關(guān)注建筑物的節(jié)能環(huán)保問題。綠色新能源在建筑物中的應(yīng)用成為建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)，智能建筑、綠色建筑、節(jié)能建筑等新型建筑形式應(yīng)運(yùn)而生。太陽能作為綠色新能源的一種典型形式，能夠在智能建筑應(yīng)用中表現(xiàn)出諸多優(yōu)點(diǎn)。（1）煤、石油、天然氣等已瀕臨枯竭，與此類化石能源相比，太陽能可稱之為一種取之不盡、用之不竭的可再生新能源。（2）太陽能在使用過程中能夠通過純物理的技術(shù)路線將光能轉(zhuǎn)換為電能、熱能，不存在化學(xué)過程，不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)。（3）可利用城市的屋頂鋪設(shè)太陽能電池板、制熱裝備等組成分布式供能方式，能最大限度保障整個(gè)系統(tǒng)的可靠性；避免傳統(tǒng)能源集中型供能方式的缺點(diǎn)。（4）可在建筑物當(dāng)?shù)匕l(fā)電、并原地使用，減少遠(yuǎn)距離輸電過程中的耗能和費(fèi)用，降低經(jīng)濟(jì)成本。另外，部分發(fā)電系統(tǒng)還可向電網(wǎng)供電，起到削峰填谷的作用，帶來一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。（5）將太陽能與建筑物相結(jié)合形成的光伏建筑一體化形式不需要另占土地，可節(jié)約建筑物空間。（6）光伏建筑一體化形式使用的新型建筑材料，可替代昂貴的外裝飾材料，減少建筑物的整體造價(jià)。

二、太陽能技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用

（一）太陽能生活熱水系統(tǒng)

太陽能熱水系統(tǒng)是太陽能利用最成熟的技術(shù)。其結(jié)構(gòu)包括：太陽能集熱器、蓄熱水箱、補(bǔ)水箱等。集熱器收集太陽能輻射熱后，將熱能儲(chǔ)存在集熱器內(nèi)的傳熱工質(zhì)中，通過自然循環(huán)（密度差作用）或機(jī)械循環(huán)（水泵）將水箱中的水送到集熱器吸熱，從而獲得生活熱水。該系統(tǒng)的控制過程為：利用傳感器感知儲(chǔ)熱水箱的水溫高低，從而控制太陽能集熱器的角度和曝光面積，或控制輔助加熱設(shè)備的啟、停。這些控制器的控制指令來自集中的中央管理系統(tǒng)。智能建筑太陽能熱水系統(tǒng)常采用建筑設(shè)備一體化的小體積平板集熱板，不僅可在平屋頂上使用，而且可用于坡面屋頂，甚至可在陽臺(tái)上代替陽臺(tái)欄板來使用；大體積的蓄熱水箱則可放在室內(nèi)大空間角落，如陽臺(tái)頂、坡屋頂?shù)娜强臻g等。

（二）太陽能通風(fēng)系統(tǒng)

太陽能通風(fēng)系統(tǒng)的工作原理是熱壓煙囪效應(yīng).太陽能加熱空氣使得室內(nèi)外或者室內(nèi)不同高度處的空氣溫度不同而產(chǎn)生壓力差，溫差越大熱壓作用越明顯，建筑上部設(shè)高溫空氣的出風(fēng)口；建筑底部設(shè)低溫空氣的進(jìn)風(fēng)口；為了加速空氣的流動(dòng)，常常加上風(fēng)機(jī)，太陽能通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，要求建筑在建設(shè)的時(shí)候就考慮到通風(fēng)要求，如將豎直樓梯間作為由上到下的貫穿煙囪、設(shè)地道通風(fēng)等。這里以智能建筑中的特隆布?jí)槔龑?duì)太陽能通風(fēng)系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行說明，在夏季或室溫較高時(shí)，室內(nèi)溫度傳感器感知溫度的變化，控制建筑頂部的高溫空氣的出風(fēng)口風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速，加速將高溫空氣通過玻璃側(cè)高溫排風(fēng)口抽向室外；而在冬季或室內(nèi)溫度低時(shí)，傳感器感知溫度變化，控制風(fēng)機(jī)加速將經(jīng)太陽能加熱的高溫空氣通過集熱蓄熱墻的冬季排風(fēng)口排向室內(nèi)供暖風(fēng)。同樣，這里的傳感器和控制器都可連接到中央管理系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。

（三）太陽能光熱轉(zhuǎn)換制冷系統(tǒng)

太陽能光熱轉(zhuǎn)換制冷,首先是將太陽能轉(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。主要為太陽能吸收式制冷系統(tǒng)(消耗熱能)。太陽能吸收式制冷就是利用太陽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。太陽能吸收式制冷系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、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)通過汽化—冷凝—蒸發(fā)—吸收四個(gè)過程完成制冷目的。太陽能吸收式制冷包括兩大循環(huán),即太陽能熱利用循環(huán)及吸收式制冷循環(huán)。太陽能熱利用循環(huán)由太陽能集熱器、儲(chǔ)熱水箱、輔助加熱裝置等幾部分組成。太陽能集熱器吸收太陽能熱輻射,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,通過輔助加熱裝置輔助進(jìn)行加熱。

（四）太陽能照明系統(tǒng)

相比其他能源，太陽光線擁有高效、清潔、安全等特點(diǎn)。根據(jù)其利用方式的不同，太陽能照明系統(tǒng)有4 種形式：（1）利用采光板將太陽光反射引入室內(nèi)，直接利用；（2）利用導(dǎo)光管或光纖，將太陽光引到室內(nèi)實(shí)現(xiàn)照明；（3）利用光熱轉(zhuǎn)換的方法，將熱能發(fā)電用于照明；（4）利用光電轉(zhuǎn)換的方法，將太陽光直接轉(zhuǎn)變成電能用于照明。

結(jié)語

智能建筑因其突出的節(jié)能效果已成為目前建筑行業(yè)的主要發(fā)展方向，同時(shí)太陽能技術(shù)的應(yīng)用可明顯減少污染物排放、降低建筑能耗。利用先進(jìn)的智能化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)太陽能應(yīng)用系統(tǒng)的監(jiān)控、管理和優(yōu)化，并充分發(fā)揮其應(yīng)用功效。因此，將太陽能技術(shù)與建筑智能化技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于智能建筑中可以起到更加顯著的節(jié)能環(huán)保效益。