太陽能技術在智能建筑中的應用

王淑華 劉杰

（1.泰安市聯(lián)強遠大住宅工業(yè)有限公司，山東 泰安 271000；2.青島騰遠設計事務所有限公司，山東 濟南 250000）

引言

智能建筑與太陽能的結合強調(diào)建筑的環(huán)保性，太陽能熱水系統(tǒng)技術是目前我國應用最廣泛的技術，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一旦太陽能與建筑智能相結合，就要考慮智能系統(tǒng)中智能化技術的應用，對太陽能的應用系統(tǒng)進行統(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、太陽能、科技系統(tǒng)監(jiān)控有機結合起來，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用優(yōu)勢

全球氣候變暖使得世界各國開始日益關注建筑物的節(jié)能環(huán)保問題。綠色新能源在建筑物中的應用成為建筑發(fā)展的必然趨勢，智能建筑、綠色建筑、節(jié)能建筑等新型建筑形式應運而生。太陽能作為綠色新能源的一種典型形式，能夠在智能建筑應用中表現(xiàn)出諸多優(yōu)點。（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路線將光能轉(zhuǎn)換為電能、熱能，不存在化學過程，不會產(chǎn)生有害物質(zhì)。（3）可利用城市的屋頂鋪設太陽能電池板、制熱裝備等組成分布式供能方式，能最大限度保障整個系統(tǒng)的可靠性；避免傳統(tǒng)能源集中型供能方式的缺點。（4）可在建筑物當?shù)匕l(fā)電、并原地使用，減少遠距離輸電過程中的耗能和費用，降低經(jīng)濟成本。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，帶來一定的社會經(jīng)濟效益。（5）將太陽能與建筑物相結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。

二、太陽能技術在智能建筑中的應用

（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。其結構包括：太陽能集熱器、蓄熱水箱、補水箱等。集熱器收集太陽能輻射熱后，將熱能儲存在集熱器內(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，甚至可在陽臺上代替陽臺欄板來使用；大體積的蓄熱水箱則可放在室內(nèi)大空間角落，如陽臺頂、坡屋頂?shù)娜强臻g等。

（二）太陽能通風系統(tǒng)

太陽能通風系統(tǒng)的工作原理是熱壓煙囪效應.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，建筑上部設高溫空氣的出風口；建筑底部設低溫空氣的進風口；為了加速空氣的流動，常常加上風機，太陽能通風系統(tǒng)結構很簡單，要求建筑在建設的時候就考慮到通風要求，如將豎直樓梯間作為由上到下的貫穿煙囪、設地道通風等。這里以智能建筑中的特隆布墻為例對太陽能通風系統(tǒng)的工作過程進行說明，在夏季或室溫較高時，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口風機自動調(diào)整轉(zhuǎn)速，加速將高溫空氣通過玻璃側高溫排風口抽向室外；而在冬季或室內(nèi)溫度低時，傳感器感知溫度變化，控制風機加速將經(jīng)太陽能加熱的高溫空氣通過集熱蓄熱墻的冬季排風口排向室內(nèi)供暖風。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(或機械能),再利用熱能(或機械能)作為外界的補償,使系統(tǒng)達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循環(huán)所需要的熱源,保證吸收式制冷機正常運行達到制冷的目的。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、冷卻塔、冷凍水箱等組成,其中吸收式制冷機包含發(fā)生器、吸收器、冷凝器和蒸發(fā)器,制冷劑/吸收劑在制冷機內(nèi)通過汽化—冷凝—蒸發(fā)—吸收四個過程完成制冷目的。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發(fā)生器的熱源,如果集熱器加熱后的水達不到水溫要求,通過輔助加熱裝置輔助進行加熱。

（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。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）利用導光管或光纖，將太陽光引到室內(nèi)實現(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，同時太陽能技術的應用可明顯減少污染物排放、降低建筑能耗。利用先進的智能化技術可實現(xiàn)太陽能應用系統(tǒng)的監(jiān)控、管理和優(yōu)化，并充分發(fā)揮其應用功效。因此，將太陽能技術與建筑智能化技術相結合，應用于智能建筑中可以起到更加顯著的節(jié)能環(huán)保效益。