西北地区太阳能利用初探

西安地区住宅楼太阳能技术利用初探

【论文摘要】本文以西安紫薇风尚小区住宅楼为主要研究对象，对太阳能技术在建筑方面的应用进行调查研究，了解西安现有节能住宅的发展状况，并根据其建筑设计特点与太阳能技术的结合情况作出总结，找出该小区在太阳能利用上的优点和不足之处。用系统的研究手段，得出西安部分住宅设计中太阳能技术利用方法和途径，为太阳能技术与建筑一体化的发展提出一种新的尝试。

【关键词】紫薇风尚小区 太阳能 住宅 一体化

0前言

随着城市建设的高速发展，建筑能耗逐年大幅度上升，已成为中国能源消费的主体之一，目前我国的建筑总能耗已达全国能源总量的45%。我国现有建筑面积为400亿平方米，绝大部分为高能耗建筑，庞大的建筑能耗，已经成为我国国民经济的巨大负担。在欧洲一些国家及美国，太阳能建筑被大范围的推广应用。从20世纪80年代初我国开始太阳能住宅设计，90年代开展生态农宅设计，在随后又相继制定了奥运绿色建筑标准，降低建筑能耗的综合关键技术研究，推广天然气生产应用，优化城市燃气系统，推进绿色照明技术的开发，减少待机能耗等一系列节能措施。

由于人们环保意识的增强和世界能源的逐渐枯竭，使“节能”逐渐成为我们关注的焦点，并且在以后的发展中，节能型建筑必将成为建筑市场的主流。

而太阳能以其可持续性、清洁性的优势成为节能建筑设计中必不可少的环节。同时，太阳能在我国资源十分丰富，发展空间较大，因此我聚焦这一社会热点，以西安紫薇风尚小区住宅楼太阳能利用系统为例，从太阳能与建筑一体化设计的方向研究，采集有关数据，整理出相应的改进措施，以科技、能源、创意、绿色的理念，找出一个适合西安地区太阳能住宅建设的新方法，即既能消除太阳能对建筑物形象的影响，又避免重复投资，在降低建筑成本同时也降低业主的日

- 2 - 常生活成本。

1节能、低碳的定义和分类

1.1节能和低碳建筑的定义

广义的讲，节能是指除狭义节能内容之外的节能方法，如节约原材料消耗，提高产品质量、劳动生产率、减少人力消耗、提高能源利用效率等。狭义的讲，节能是指节约煤炭、石油、电力、天然气等能源。在狭义节能内容中包括从能源资源的开发，输送与配转换或加工。

低碳建筑是指在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内,减少化石能源的使用,提高能效,降低二氧化碳排放量。

1.2建筑节能技术

1.2.1新型墙材

我国墙体材料仍以粘土实心砖为主，生产和建筑能耗都较高，并毁坏大量的土地。为此，墙体材料必须向节能、利废、隔热、高强、空心、大块方向发展。除发展空心烧结粘土砖外，应大力提倡发展节能墙体材料。

节能墙体按其材料及组成方式可分为二大类,即单一材料节能墙体和复合节能墙体。

单一材料节能墙体,是由某种具有一定保温隔热性能的新型墙体材料砌筑而成。目前，该类新型墙体材料主要有，空心粘土砖、加气砼砌块、普通砼空心小砌块、粉煤灰砼空心小砌块、煤矸石砼空心小砌块、浮石混凝土空心小砌块等。

复合节能墙体,是由绝热材料与传统墙体材料或某些新型墙体材料复合构成的。绝热材料系指对热流具有显著阻抗作用的材料，主要包括岩棉、矿渣棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯酯泡沫塑料、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、加气混凝土等材料；可与之复台使用的新型墙体材料，主要指粘土空心砖、各种空心砌块、粉煤灰砖、蒸压灰砂砖等。与前述的单一材料节能墙体相比，复合节能墙体由于采用了高效绝热材料而能获得更好的热工性能，但由于绝热材料价格较高，故复台墙体造价一般高于单一材料墙体。

1.2.2保温隔热

外墙外保温如图1-1所示，是一种最科学、最高效的保温节能技术，即将保温材料置于主体围护结构的外侧，这样不仅可以达到保温隔热的目的，而且还

- 3 - 能保护建筑物的主体结构，延长建筑物的使用寿命。该技术有效解决了冬夏两季室内外温差大而造成的能源损失问题，代表了节能保温技术的发展方向。外墙外保温系统不会产生热桥，因此具有良好的建筑节能效果。冬季，当室内的热量试图通过墙体保温材料时会被有效阻隔，从而减少室内热量的消耗；夏季，墙体保温材料同样会阻止太阳辐射和外部热量传入室内，既而在建筑物内营造冬暖夏凉的舒适环境。

屋顶保温是为了降低寒冷地区和夏热冬冷地区住宅顶层房屋的采暖耗热量和改善顶层房屋冬季的热环境质量；屋顶隔热是为了降低夏热冬暖和夏热冬冷地区住宅顶层房屋的自然室温从而减少其空调能耗。通过采用外保温屋顶、倒置式屋面、通风屋面、阁楼屋面、种植屋面以达到保温、隔热、通风等目的。

图1-1 外保温墙体系统基本构造示意图

1.2.3玻璃与门窗

建筑门窗和建筑幕墙是建筑围护结构的组成部分，是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，其热损失是墙体热损失的5～6倍。所以，门窗节能是建筑节能的关键，门窗既是能源得失的敏感部位，又关系到采光、通风、隔声、立面造型。这就对门窗的节能提出了更高的要求，其节能处理主要是改善材料的保温隔热性能和提高门窗的密闭性能。

从门窗材料来看，目前有铝合金断热型材、铝木复合型材、钢塑整体挤出型材以及UPVC 塑料型材等一些技术含量较高的节能产品，其中使用较广的是UPVC塑料型材，它所使用的原料是高分子材料--硬质聚氯乙烯。

- 4 - 同时为了解决大面积玻璃造成能量损失过大的问题，将普通玻璃加工成中空玻璃、镀膜玻璃、高强度LOW-E防火玻璃、采用磁控真空溅射放射方法镀制含金属层的玻璃以及最特别的智能玻璃，或使用新型玻璃隔热涂料，其特点是寿命长、适用性广、性价比高。

1.2.4外遮阳设计

外遮阳有水平遮阳、垂直遮阳、挡板遮阳、外置卷帘、遮阳蓬、综合式遮阳六种基本形式。

1）水平遮阳

住宅建筑中最常见的遮阳形式是固定水平遮阳。能够遮挡从窗口上方射来的阳光，因此在地位地区或夏季，由于太阳高度角很大，建筑的阴影很短，水平遮阳就足以达到很好的遮阳效果。适用于南向或东南、西南外窗。

2）垂直遮阳

垂直遮阳在商业建筑中应用较多，居住建筑较少。能够遮挡从窗口两侧射来的阳光，能够有效地遮挡高度角很低的光线，因此适合用于东西方向和北向外窗。

3）挡板遮阳

挡板遮阳为窗口前方设置和窗面平行的挡板，或挡板与水平遮阳或垂直遮阳或综合遮阳组合而成的遮阳形式。能够遮挡平射到窗口的阳光，适用于接近于东西向外窗。

4）外置卷帘

窗外遮阳卷帘是一种有效的遮阳措施，适用于各个朝向的窗户。当卷帘完全放下的时候，能够遮挡住几乎所有的太阳辐射，这时候进入外窗的热量只有卷帘吸收的太阳辐射能量向内传递的部分。

5）遮阳蓬

在建筑外部设置这样帐篷，不仅可以大面积遮阳，还可以利用帐篷丰富立面。遮阳蓬还为阳台、露台等提供了极好的遮阳方式，特别是当用户想要扩展户外活动空间却不愿暴露在紫外线照射下的时候。

6）综合式遮阳

兼有水平遮阳和垂直遮阳的优点，对于各种朝向和高度角的阳光都比较有效。适合东南、西南、正南向窗口。

- 5 - 1.2.5绿色照明

绿色照明是指通过提高照明电器和系统的效率，节约能源；减少发电排放的大气污染物和温室气体，保护环境；改善生活质量，提高工作效率，营造体现现代文明的光文化。

完整的绿色照明内涵包含高效节能、环保、安全、舒适等4项指标，不可或缺。高效节能意味着以消耗较少的电能获得足够的照明，从而明显减少电厂大气污染物的排放，达到环保的目的。安全、舒适指的是光照清晰、柔和及不产生紫外线、眩光等有害光照，不产生光污染。

绿色照明包含电光源、电器附件、灯具、配线器材，以及调光和控光器件等的合理采用。例如采用高效节能的电光源、照明灯具、灯用电器附件、控制设备或器件等。

1.2.6太阳能

当前全球的非可再生能源匮乏，其中太阳能是一个取之不尽用之不竭的洁净能源，而我国太阳能资源十分丰富，具有良好的开发条件和应用价值。

太阳光特有的波普特性使得人们可以从光和热两方面对太阳能进行利用，其中太阳光可以直接用于采光或由太阳能电池转换为电加以利用，太阳热则可以直接采暖或经过转换后提供热量或冷量所需。

此外，按照利用方式如表4-3所示，又可以分为太阳能被动式利用和主动式利用。其中被动式利用指不依靠任何机械手段利用太阳能直接满足人们的需求，如自然采光、被动式太阳房等；主动式利用则需要额外的机械功消耗，如太阳能发电、太阳能供暖、太阳能冷以及生活热水的供给等。

近20年来，工业发达国家和一些发展中国家都非常重视太阳能建筑技术的发展。其发展的共同特点都是以太阳能的热技术开发和应用起步的。我国太阳能建筑技术经进20年的努力，获得了可喜的发展。2004年底，太阳能热水器年生产能力达到1350万平方米，利用量达6500万平方米，占全球安装量的60%居世界首位，并出口30多个国家和地区。

- 6 - 图1-2 太阳能利用方式

2国际节能、低碳的提出与发展

1992年在巴西里约热内卢召开了联合国环境与发展大会，会议通过了《21世纪议程》和《里约热内卢宣言》两个纲领性文件，里面有三分之二的内容是关于可持续发展的建议，要在城市及地区中心实施，其目的是创造可持续发展的社会，对建筑来讲，要创造可持续的建筑，就是现在所说的节能建筑。

国外经济发达国家如德国、美国、日本等都是很早就开始了低碳节能建筑的研究和设计。

德国于20世纪六、七十年代就进行低碳建筑的研究，在建筑节能、屋顶绿化、太阳能利用等方面的研究和实践已使德国成为低碳建筑和建筑新技术的展示地，开发的各种节能设备、技术已在建筑设计中广泛应用，如20世纪90年代初期，德国政府启动了“千屋顶计划”，这一计划着重利用坡屋面的有利朝向，尝试建立太阳能并网发电系统，并于2003年6月成功地完成了十万组太阳能光电设备在建筑商的安装，该计划的圆满结束，将总共达300MW的太阳能发电能力并入了德国的供电系统。

- 7 - 从20世纪30年代起，美国建筑师就试图吸收、贮存和分配太阳能，把太阳能作为提供建筑舒适的主要热源，成为节能建筑，如1939-1956年美国麻省理工学院设计建造第一批有完整图纸的太阳能节能住宅，通过一系列正规的太阳能收集器和贮存装置获得所需的大部分热量。

亚洲方面，日本从房子建造开始就充分考虑到墙壁、地板的隔热性能，怎样设计窗户的数量、大小和位置才能最大限度地利用自然光、使房屋通风良好等。日本家庭在有效利用排放的热量方面也各有绝招。比如，一些家庭把洗澡的热水过滤后用水泵抽入洗衣机再利用等。

3我国发展节能、低碳的情况与水平

3.1我国节能低碳概念的提出

1997年通过的《中华人民共和国节约能源法》提出国家鼓励在新建建筑和既有建筑节能改造中使用新型墙体材料等节能建筑材料和节能设备，安装和使用太阳能等可再生能源系统。

从20世纪80年代初我国开始太阳能住宅设计，90年代开展生态农宅设计，在随后又相继制定了奥运绿色建筑标准，降低建筑能耗的综合关键技术研究，推广天然气生产应用，优化城市燃气系统，推进绿色照明技术的开发，减少待机能耗等一系列节能措施。我国对节能建筑的认识起步较晚，虽然我们在建筑节能方面做出了巨大的努力，我国建筑总能耗仍然会继续增长，但随着社会大众对低碳建筑的了解和重视度的提高，我国将在不久的将来逐步发展为低能耗强国。