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建筑一体化太阳能集热器技术

发布时间: 2014-07-01     来源:

 

第一部分:概述
第二部分:技术原理
第三部分:国内发展和应用现状
第四部分;国外发展和应用现状
第五部分:供应商信息
第六部分:经典案例
第七部分:参考文献
 
概述
太阳能建筑一体化,现阶段主要有两种体现形式。
一是光热建筑一体化,现阶段大量服务于群众日常生活的太阳能热水器、采暖器等,便是将太阳能转化为热能再加以利用。统计数据显示,2009年全国太阳能热水器和热水系统总保有量达到1.45亿平方米。按普通煤的市场价格来计算,相当于节省了225亿元;按商业用电的市场平均价格来计算,相当于节省了560亿元。同时1.45亿平方米的集热面积,一年可减排二氧化碳4451万吨。
 
二是光伏建筑一体化,即将太阳能光伏产品集成到建筑上,充分利用建筑外表面,安装多种光伏发电产品,所产生的电能或供自身使用或并网输送。2009年,我国新增了160兆瓦以上的光伏系统安装容量,累计安装超过300兆瓦。与2008年40兆瓦光伏系统安装量相比,2009年新增安装量增长了4倍。随着我国对可再生能源的重视,“太阳能屋顶计划”和“金太阳”工程的实施,2010年光伏安装量将延续快速增长势头。
 
技术原理
太阳能集热器与住宅屋顶的一体化设计
太阳能集热装置与坡屋顶的结合
天窗式:将集热器镶嵌在建筑坡屋面上紧贴固定,覆盖部分屋面,形态类似坡屋面的天窗,与建筑浑然一体(见图!)。此种方式与建筑的整合具有极高的灵活性。对于在旧房改造中使用提供了可能。由于平板式集热器的罩面玻璃比较特别,是透光率#(/以上的透明漫反射玻璃,太阳高度较低时也不易产生镜面反射,仍能透过大部分的太阳光。
阶梯嵌入式:将集热器呈阶梯状阵列镶嵌在建筑坡屋顶上,覆盖整个屋面,形成具有层次感的屋面形态。
整体式:将集热板覆盖整个坡屋面,其材质和色彩构成了屋面形态。
太阳能装置与平屋顶的结合
飘板式:将集热器用钢结构支撑在平屋顶上,形成造型独特的飘板,加强了标识性,避免了里面的单调。适用于平屋顶多层住宅及大跨度建筑
太阳能凉棚
单独设置,与飘板式类似,集热器面积较小,造型更精致,可以与屋顶构架相结合,形成人们纳凉的场所。
太阳能集热器与建筑墙面的一体化设计
0.1系统由集热和气流输送两部分系统组成。冬季,白天室外空气通过小孔进入空气腔,在流动过程中获得板材吸收的太阳辐射,受热压作用上升,进入建筑物的通风系统,然后由管道分配输送到各层空间。夜晚,墙体向外散失的热量被空腔内的空气吸收,在风扇运转的情况下被重新带回室内。这样既保持了新风量,又补充了热量。夏季,风扇停止运转,室外热空气可以从太阳墙底部及孔洞进入,从上面和周围的孔洞流出,热量不会进入室内因为太阳墙设计方便,作为外墙,美观耐用,所以应用范围广泛,可用于任何需要辅助采暖、通风或补充新鲜空气的建筑,建筑类型包括工业、商业、居住、办公、学校、军用建筑及仓库等。另外,该系统安装简便,能安在任何不燃墙体的外侧及墙体现有开口的周围,便于旧建筑的改造。
太阳能集热器与建筑阳台及遮阳系统相结合
将集合住宅中大量重复的建筑构件如遮阳板、阳台等与太阳能装置有机整合,在供给能源的同时可以为建筑增加迷人的细部。集热器可以与楼房阳台封装结合为一体,还可以将集热器安装在窗口上方的遮阳托架上,在起到遮阳作用的同时为用户提供热水,有效的利用了空间。
太阳能光电板在建筑物中的一体化应用
由于与光电产品相结合的建筑物显示出的优越性,越来越多的国家正在计划把光电作为一种有潜力的电源,并开始较大规模地建设和经营与光电产品相结合的建筑。在这些建筑中,光电产品与建筑师的立面设计结合在一起,成为建筑物外围护结构的组成部分,如光电屋面板、光电外墙板、光电遮阳板、光电窗间墙、光电天窗等等。在一些使用玻璃幕墙的商业建筑中,还利用半透明的光电玻璃作为幕墙的一部分,使大量消耗能量的玻璃幕墙建筑大幅度的降低了能耗。这种光电转换装置在欧美一些发达国家已有了较大的发展。但目前太阳能电池价格较高,效率较低,因此我国的太阳能光电建筑还处于研究试点阶段。
 
国内发展和应用现状
从目前国内使用太阳能的情况来看,在建筑中有效地利用太阳能还处于探索阶段。设计人员对太阳能的理解局限在被动式太阳能技术的应用上。一方面太阳能的产品与建筑物缺少有机的结合,另一方面由于建筑师缺乏对太阳能技术及太阳能产品(构件)的了解,也影响了太阳能产品的利用与建筑设计一体化的进程。过去一段时间内,由于安装太阳能热水器没有同建筑设计有机地结合,或从建筑的整体造型考虑还不够,特别在住宅建筑的屋顶上,太阳能热水器的安装形成了规格各异、形式多变的屋顶,造成杂乱无章的无序状态,破坏了建筑的外观形象。如果不改变这种设计思想,观念不更新,不强调技术,最终将会影响到一个建筑群体的形象,甚至使整个城市的建筑风貌都会不同程度地受到破坏。
 
国外发展和应用现状
1997年12月11日在日本京都召开了气候变化框架公约第3次缔约方大会(简称COP-3),通过了“京都议定书”,列出了各缔约方削减温室气体的目标值。美国和欧盟都曾提出了要在2010年实现总功率为300万kW的屋顶太阳能发电计划;德国发布了一项10万屋顶计划(1999~2004年),即到2004年太阳能屋顶发电普及10万家,总发电功率为30万kW;意大利发布了一项1万屋顶计划(1999~2003年),到2003年普及太阳能总发电功率为5万kW。瑞士、荷兰也发布了利用屋顶进行太阳能发电的大型计划;日本政府也制定了新能源法,到2010年要普及总功率为500万kW的屋顶发电系统。这些国家还采取了相应的财政补贴和优惠政策,鼓励人们购买太阳光发电系统和使用太阳能电力。从上述计划可以看出,各国政府都把太阳能应用同建筑的一部分——屋顶联系了起来,至于如何把太阳能应用设备同屋顶结合起来的问题显然要求助于太阳能工程师们了。
国外推广家用太阳能发电技术都考虑了使环境优美、居住舒适的太阳能建筑一体化技术,并大力研究既不消耗矿物燃料、不污染环境又能使生态良性循环的独立能源建筑。
在推行建筑一体化太阳能发电技术时一般采用两种太阳电池组件。一种是普通太阳电池组件,施工时通过装配件把太阳电池组件同周围建筑材料结合起来,组件之间和组件与建材之间的间隙需要另行处理,其特点是这种太阳电池组件可以在普通流水线上大批量生产,成本低,价格便宜,既可以同建筑结合起来使用,又可以安装在大型支架上形成大规模太阳能发电站。其缺点是无法直接代替建筑材料使用,太阳电池组件与建材重叠使用造成浪费,施工成本高。另一种是建材型太阳电池组件,这是一种在生产厂把太阳电池芯片直接封装在特殊建材上的组件,设计有防雨结构,施工时按模块方式拼装,集发电功能与建材功能集于一体,施工成本低。但是由于必须适应不同的建筑尺寸,很难在同一条流水线上大规模生产,有时甚至需要投入大量的人力进行手工操作生产,以至于生产成本高。当然生产成本高是相对于劳动力昂贵的国家而言,对于劳动力价格较低的我国而言,这种太阳电池组件更有利于国际竞争。
 
供应商信息
山东力诺瑞特新能源公司
北京昌日新能源科技有限公司
尚阳科技有限公司
上喜科技公司
陕西日晟新能源科技有限公司
北京北方赛尔太阳能工程技术有限公司
 
经典案例
见 太阳能集热器在嘉普通工业园中的综合应用.pdf
 
参考文献
[1]黄斌,黄富贵. 太阳能集热器在嘉普通工业园中的综合应用[J].太阳能,2009,(11):37—43.
[2]郄昭昭太阳能集热器与建筑的一体化设计方法初探[J]. 山西建筑,2007, 33(9):起止页码.