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時(shí)間：2024-03-19 10:44:36
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關(guān)鍵詞： 建筑物節(jié)能 太陽(yáng)能建筑 能源建筑物 綜合應(yīng)用
建筑節(jié)能成為日益關(guān)切的大問(wèn)題,當(dāng)今社會(huì)十分關(guān)注建筑工程的能耗及建筑物使用過(guò)程中長(zhǎng)期的能耗,因此要根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能要求,尤其是利用太陽(yáng)能建筑技術(shù)的推廣應(yīng)用。
1建筑物的節(jié)能技術(shù)
建筑節(jié)能是技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志,新能源利用是實(shí)現(xiàn)建筑可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。在目前條件下,建筑節(jié)能主要采取以下五項(xiàng)技術(shù)措施:
1.1減少建筑物的外表面積。建筑物的外表面積的衡量值是體形系數(shù)?？刂平ㄖ矬w形系數(shù)的重點(diǎn)是平面設(shè)計(jì),當(dāng)平面凸凹過(guò)多,建筑物外表面積就會(huì)增加。如住宅建筑設(shè)計(jì)中,經(jīng)常會(huì)遇到臥室及衛(wèi)生間開(kāi)窗問(wèn)題,由于衛(wèi)生間靠?jī)?nèi)開(kāi)窗要凹進(jìn)平面很多,無(wú)形中增加了建筑物外表面積,另外還有飄窗,曬臺(tái)等構(gòu)造對(duì)節(jié)省能源很不利。所以對(duì)平面設(shè)計(jì)時(shí),要綜合考慮多種因素,在滿足使用功能的同時(shí),使建筑物體形系數(shù)控制在有合理效范圍內(nèi)。另外在立面造型,層高控制方面也會(huì)影響到建筑物體形系數(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)許多高層建筑采取矩形平面及矩形組合,使建筑物外表面積相應(yīng)減小,整體尺寸較和諧,也保持了建筑物的外觀,對(duì)建筑節(jié)能是有益的。體現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)理念的新思維。
1.2重視圍護(hù)結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)。建筑物的能源和熱工消耗,主要反映在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上。圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括:選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)造,確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù),外墻受周邊冷熱橋影響下其平均傳熱系數(shù)的計(jì)算,圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能指標(biāo)及保溫層厚度的計(jì)算等。在外墻外側(cè)或者內(nèi)側(cè)增設(shè)一定厚度的保溫材料,以提高墻體的保溫性能,是現(xiàn)階段墻體節(jié)能的重要措施。目前外墻保溫多數(shù)采用聚苯乙烯泡沫塑料板類材料。在施工過(guò)程中按照保溫材料的施工程序,加強(qiáng)保溫板的粘結(jié)及固定牢固,保證邊緣及底部的質(zhì)量,才能達(dá)到保溫效果。同時(shí)屋面是熱量波動(dòng)最大的部位,需要采取有效措施增加保溫隔熱效果和耐久性。
1.3合理控制窗墻面積比例。同自然環(huán)境接觸面大的還有外門(mén)窗。許多分析和試驗(yàn)表明,門(mén)窗占全部熱能耗的50%左右。對(duì)門(mén)窗進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)就會(huì)明顯提高節(jié)能效果。必須選擇熱阻值高的門(mén)窗框體材料?，F(xiàn)在許多門(mén)窗框體材料常用塑料內(nèi)襯托鋼架,斷熱鋁合金框,低輻射鍍膜中空玻璃。窗戶的氣密性要好,認(rèn)真控制窗墻面積比例,北向不留大窗和飄窗,其它朝向也不宜使用飄窗。在工程實(shí)踐中,建筑物為了立面效果,許多住宅建筑采取大面積窗戶。在無(wú)法減小窗戶大面積的情況下,也要采取措施:如盡量把窗戶安排南側(cè),增加窗戶的固定扇,加強(qiáng)框及扇邊緣的密封,根據(jù)規(guī)定進(jìn)行權(quán)衡判斷計(jì)算,以達(dá)到建筑物的整體節(jié)能效率。
1.4加強(qiáng)其它部位的保溫隔熱措施。其它一些部位的保溫隔熱措施如地板,樓板,欄板及冷熱橋部位進(jìn)行保溫隔熱處理。寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)建筑物四周內(nèi)外地面處理,不采暖樓梯間墻面及透光窗,單元門(mén)入口處理,陽(yáng)臺(tái)樓地面及門(mén)窗口處理。需要引起注意的是:遇外界接觸的門(mén)要選擇保溫門(mén),外飄窗要采用上下挑板及側(cè)板的,凡是遇外界接觸的板都必須進(jìn)行保溫節(jié)能處理?，F(xiàn)在建筑采用專門(mén)用的節(jié)能設(shè)計(jì)軟件,通過(guò)綜合計(jì)算滿足各項(xiàng)熱工指標(biāo)。要根據(jù)熱工指標(biāo)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施,使建筑物整體達(dá)到節(jié)能要求。
1.5采取其它節(jié)能措施,綜合實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。另外采取其它一些節(jié)能控制措施如安裝熱量表,熱量控制開(kāi)關(guān)等,使溫度保持均衡,也是減少能耗的必要手段。事實(shí)上建筑節(jié)能的主要內(nèi)容除采暖空調(diào)外,應(yīng)該包含通風(fēng),家用電氣,熱水及照明等。假如家庭所有電氣都是節(jié)能產(chǎn)品,那節(jié)能的潛力更大效果更明顯。
關(guān)鍵詞： 建筑物節(jié)能 太陽(yáng)能建筑 能源建筑物 綜合應(yīng)用
建筑節(jié)能成為日益關(guān)切的大問(wèn)題,當(dāng)今社會(huì)十分關(guān)注建筑工程的能耗及建筑物使用過(guò)程中長(zhǎng)期的能耗,因此要根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能要求,尤其是利用太陽(yáng)能建筑技術(shù)的推廣應(yīng)用。
1建筑物的節(jié)能技術(shù)
建筑節(jié)能是技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志,新能源利用是實(shí)現(xiàn)建筑可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。在目前條件下,建筑節(jié)能主要采取以下五項(xiàng)技術(shù)措施:
1.1減少建筑物的外表面積。建筑物的外表面積的衡量值是體形系數(shù)?？刂平ㄖ矬w形系數(shù)的重點(diǎn)是平面設(shè)計(jì),當(dāng)平面凸凹過(guò)多,建筑物外表面積就會(huì)增加。如住宅建筑設(shè)計(jì)中,經(jīng)常會(huì)遇到臥室及衛(wèi)生間開(kāi)窗問(wèn)題,由于衛(wèi)生間靠?jī)?nèi)開(kāi)窗要凹進(jìn)平面很多,無(wú)形中增加了建筑物外表面積,另外還有飄窗,曬臺(tái)等構(gòu)造對(duì)節(jié)省能源很不利。所以對(duì)平面設(shè)計(jì)時(shí),要綜合考慮多種因素,在滿足使用功能的同時(shí),使建筑物體形系數(shù)控制在有合理效范圍內(nèi)。另外在立面造型,層高控制方面也會(huì)影響到建筑物體形系數(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)許多高層建筑采取矩形平面及矩形組合,使建筑物外表面積相應(yīng)減小,整體尺寸較和諧,也保持了建筑物的外觀,對(duì)建筑節(jié)能是有益的。體現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)理念的新思維。
1.2重視圍護(hù)結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)。建筑物的能源和熱工消耗,主要反映在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上。圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括:選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)造,確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù),外墻受周邊冷熱橋影響下其平均傳熱系數(shù)的計(jì)算,圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能指標(biāo)及保溫層厚度的計(jì)算等。在外墻外側(cè)或者內(nèi)側(cè)增設(shè)一定厚度的保溫材料,以提高墻體的保溫性能,是現(xiàn)階段墻體節(jié)能的重要措施。目前外墻保溫多數(shù)采用聚苯乙烯泡沫塑料板類材料。在施工過(guò)程中按照保溫材料的施工程序,加強(qiáng)保溫板的粘結(jié)及固定牢固,保證邊緣及底部的質(zhì)量,才能達(dá)到保溫效果。同時(shí)屋面是熱量波動(dòng)最大的部位,需要采取有效措施增加保溫隔熱效果和耐久性。
1.3合理控制窗墻面積比例。同自然環(huán)境接觸面大的還有外門(mén)窗。許多分析和試驗(yàn)表明,門(mén)窗占全部熱能耗的50%左右。對(duì)門(mén)窗進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)就會(huì)明顯提高節(jié)能效果。必須選擇熱阻值高的門(mén)窗框體材料?，F(xiàn)在許多門(mén)窗框體材料常用塑料內(nèi)襯托鋼架,斷熱鋁合金框,低輻射鍍膜中空玻璃。窗戶的氣密性要好,認(rèn)真控制窗墻面積比例,北向不留大窗和飄窗,其它朝向也不宜使用飄窗。在工程實(shí)踐中,建筑物為了立面效果,許多住宅建筑采取大面積窗戶。在無(wú)法減小窗戶大面積的情況下,也要采取措施:如盡量把窗戶安排南側(cè),增加窗戶的固定扇,加強(qiáng)框及扇邊緣的密封,根據(jù)規(guī)定進(jìn)行權(quán)衡判斷計(jì)算,以達(dá)到建筑物的整體節(jié)能效率。
1.4加強(qiáng)其它部位的保溫隔熱措施。其它一些部位的保溫隔熱措施如地板,樓板,欄板及冷熱橋部位進(jìn)行保溫隔熱處理。寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)建筑物四周內(nèi)外地面處理,不采暖樓梯間墻面及透光窗,單元門(mén)入口處理,陽(yáng)臺(tái)樓地面及門(mén)窗口處理。需要引起注意的是:遇外界接觸的門(mén)要選擇保溫門(mén),外飄窗要采用上下挑板及側(cè)板的,凡是遇外界接觸的板都必須進(jìn)行保溫節(jié)能處理?，F(xiàn)在建筑采用專門(mén)用的節(jié)能設(shè)計(jì)軟件,通過(guò)綜合計(jì)算滿足各項(xiàng)熱工指標(biāo)。要根據(jù)熱工指標(biāo)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施,使建筑物整體達(dá)到節(jié)能要求。
1.5采取其它節(jié)能措施,綜合實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。另外采取其它一些節(jié)能控制措施如安裝熱量表,熱量控制開(kāi)關(guān)等,使溫度保持均衡,也是減少能耗的必要手段。事實(shí)上建筑節(jié)能的主要內(nèi)容除采暖空調(diào)外,應(yīng)該包含通風(fēng),家用電氣,熱水及照明等。假如家庭所有電氣都是節(jié)能產(chǎn)品,那節(jié)能的潛力更大效果更明顯。
太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：
1．經(jīng)濟(jì)效益高
近年來(lái)，隨著煤、石油、天然氣等不可再生資源的減少，價(jià)格也會(huì)隨之逐步升高，企業(yè)生產(chǎn)成本也同樣不斷攀升。然而，采用太陽(yáng)能，以用蒸汽生產(chǎn)60℃熱水為例，水溫從20℃升至60℃，每噸熱水耗用的蒸汽可節(jié)約13元。由此可見(jiàn)，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用能為企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。
2．環(huán)保效果好
太陽(yáng)能作為清潔型能源，使得采用該系統(tǒng)生產(chǎn)熱水沒(méi)有任何污染，如果印染企業(yè)都能采用太陽(yáng)能生產(chǎn)熱水，將大大改善空氣質(zhì)量。以2006年我國(guó)印染行業(yè)生產(chǎn)熱水的規(guī)模推測(cè)，全年可以實(shí)現(xiàn)減排1 690億m3廢氣和33.8億噸煙塵。與此同時(shí)，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、隔熱、安全等作用。
1.太陽(yáng)能技術(shù)特點(diǎn)及在建筑節(jié)能工程中的重要地位
1.1太陽(yáng)能技術(shù)特點(diǎn)
太陽(yáng)能作為一種取之不盡，用之不竭的清潔能源，具有一些其他能源不可比擬之處：（1）普遍性。我國(guó)是太陽(yáng)能十分豐富的國(guó)家，2/3以上國(guó)土面積年日照量為2200h以上，如河北省年日照時(shí)間在2100h～2200h之間，非常適宜太陽(yáng)能熱利用；（2）無(wú)污染性。煤炭、石油等生物化石能源燃燒時(shí)要產(chǎn)生有害氣體和廢渣，但太陽(yáng)能的利用不會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢渣，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；（3）安全性。太陽(yáng)能利用不同于核能發(fā)電，一旦發(fā)生事故就會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，造成生態(tài)危機(jī)，太陽(yáng)能利用安全可靠，不會(huì)因發(fā)生事故而污染環(huán)境；（4）用之不竭。太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行裂變釋放的能量，據(jù)估計(jì)在過(guò)去漫長(zhǎng)幾億年中，太陽(yáng)只消耗它本身能量的2%，對(duì)于人類短暫存活期限來(lái)言是用之不竭的。
太陽(yáng)能作為一種新興能源，其利用也存在一些缺點(diǎn)：（1）受氣候時(shí)間影響大，地球的自轉(zhuǎn)造成太陽(yáng)能晝夜差異大，陰、雨天和晴天太陽(yáng)能差異大，夏天和冬天差異大。這不僅增加技術(shù)上的困難，也增加太陽(yáng)能利用的不穩(wěn)定性；（2）利用效率的技術(shù)不成熟，在我國(guó)利用較多較成熟的是太陽(yáng)能熱水器，太陽(yáng)能熱水器基本是靠天吃飯，太陽(yáng)能利用率低，諸如太陽(yáng)能光伏發(fā)電，太陽(yáng)能供暖在我國(guó)起步晚，技術(shù)上不成熟，設(shè)備造價(jià)高。
1.2太陽(yáng)能技術(shù)在建筑節(jié)能工程中的重要地位
建設(shè)部制定的《建筑節(jié)能技術(shù)政策1996-2010》，其目標(biāo)為在2000年前，新建、擴(kuò)建住宅和公建項(xiàng)Et的能耗要在1980年當(dāng)熱通用設(shè)計(jì)能耗的基礎(chǔ)上節(jié)約50%；從2005年起新建、擴(kuò)建住宅等項(xiàng)目能耗要在2000年基礎(chǔ)上再節(jié)約30%。隨著改革開(kāi)放，人民生活水平的提高，熱水淋浴設(shè)備已進(jìn)人千家萬(wàn)戶，生活熱水能耗是建筑能耗中不可忽視的組成部分，電熱水器、煤氣熱水器由于其要消耗大量石油、煤炭資源而面臨發(fā)展瓶頸，太陽(yáng)能熱水器作為我國(guó)目前在建筑領(lǐng)域利用最多最成熟的技術(shù)，將是解決住宅等項(xiàng)目部分生活熱水的首選技術(shù)。
2.太陽(yáng)能技術(shù)在建筑節(jié)能工程中的被動(dòng)式應(yīng)用
所謂被動(dòng)式應(yīng)用是指利用房屋結(jié)構(gòu)本身來(lái)完成太陽(yáng)能的集熱、蓄熱和放熱功能。主要是利用南向或者屋頂?shù)拇皯羰龟?yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，靠室內(nèi)的蓄熱結(jié)構(gòu)來(lái)蓄積太陽(yáng)能，或者直接利用蓄熱外墻來(lái)完成對(duì)太陽(yáng)能的蓄積。目前，常用的被動(dòng)式用法主要有以下三種：
2.1直接收益式系統(tǒng)
直接收益式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只是將陽(yáng)光可照射到的地面和墻體做成蓄熱結(jié)構(gòu)（一般利用混凝土等重質(zhì)材料做），白天利用其蓄積太陽(yáng)能，晚間這些表面則又成為散熱表面。
2.2集熱蓄熱墻式系統(tǒng)
這種系統(tǒng)是利用南向的墻體直接來(lái)集熱和蓄熱。最常用的就是帶玻璃蓋層的重質(zhì)集熱墻。在玻璃和墻體之間留有空氣夾層，這樣不但可以利用墻體來(lái)集熱和蓄熱，而且可以利用空氣的自然對(duì)流來(lái)使室內(nèi)升溫。如果有玻璃幕墻，再加上內(nèi)部的保溫處理，這樣的蓄熱式墻體，其內(nèi)表面溫度一般均高于室溫，同時(shí)配合空氣的對(duì)流傳熱，其效果是可以接受的。同時(shí)，夏季打開(kāi)通風(fēng)口，使北窗進(jìn)來(lái)的溫度較低的空氣通過(guò)房間后由通風(fēng)口排出，也可以起到夏季通風(fēng)、降溫的效果。
2.3附屬溫室式系統(tǒng)
附屬溫室式系統(tǒng)和集熱一蓄熱墻式系統(tǒng)接近，只不過(guò)將玻璃幕墻改做成一個(gè)陽(yáng)光間，利用陽(yáng)光間的熱空氣及蓄熱的南墻來(lái)蓄積太陽(yáng)能。陽(yáng)光間內(nèi)的南墻可以開(kāi)窗，將陽(yáng)光問(wèn)內(nèi)的熱空氣導(dǎo)入室內(nèi)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)建筑外立面影響小。
3.太陽(yáng)能技術(shù)在建筑節(jié)能工程中的主動(dòng)式應(yīng)用
所謂主動(dòng)式系統(tǒng)，是指利用太陽(yáng)能集熱器收集太陽(yáng)能，然后加以利用的系統(tǒng)。目前，主動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)在建筑中的熱利用，主要有采暖、制冷和熱水供應(yīng)三方面用途。
3.1系統(tǒng)形式
太陽(yáng)能采暖主動(dòng)式系統(tǒng)可以分為熱水集熱和熱風(fēng)集熱兩種形式。由于熱風(fēng)式集熱系統(tǒng)效率較低，運(yùn)行控制復(fù)雜，占用的空間很大，和建筑的匹配較困難等原因，所以采用的場(chǎng)合較少。目前，將采暖和熱水供應(yīng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，共用集熱器的系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能非常有效的一種形式。這樣的系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)形式多樣，但是從集熱器介質(zhì)和熱利用部分介質(zhì)之間的關(guān)系上看，可以分為直接和間接式兩種。
直接利用是指進(jìn)入集熱器的熱媒和末端使用的二次熱煤相同，不經(jīng)過(guò)換熱器的交換。間接利用則正好相反，一、二次熱媒以換熱器為界，兩邊的介質(zhì)相互獨(dú)立。
直接式系統(tǒng)集熱和負(fù)荷部分是一個(gè)整體，集熱器加熱的熱水直接被用戶使用，沒(méi)有中間環(huán)節(jié)。間接式系統(tǒng)則通過(guò)換熱的形式，將熱量傳給末端用戶，集熱和負(fù)荷側(cè)是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)形式各有優(yōu)點(diǎn)。直接式系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單，熱效率高；間接式系統(tǒng)穩(wěn)定性好，系統(tǒng)使用范圍大。
3.2采暖形式對(duì)系統(tǒng)的影響
由于太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)受太陽(yáng)日射強(qiáng)度的限制，其集熱溫度不是很高。如果盲目提高集熱溫度，就要增加集熱面積，不但系統(tǒng)的效率受到很大影響，而且從經(jīng)濟(jì)性上也將得不償失。目前，配合太陽(yáng)能采暖主要還是熱風(fēng)采暖、散熱器和地板輻射采暖幾種形式。由于熱風(fēng)和散熱器采暖都需要較高的供水溫度，而太陽(yáng)能集熱器的集熱溫度又不可能太高，所以系統(tǒng)的采暖效果不是很好。
地板輻射采暖是配合太陽(yáng)能采暖的最好的一種形式。地板輻射采暖是把金屬或者化學(xué)管道埋于地下，靠整個(gè)地面和室內(nèi)的熱交換來(lái)使采暖房間達(dá)到設(shè)計(jì)溫度。由于地板輻射采暖其散熱面積大，而且主要的熱交換方式為輻射換熱，增加了人員的舒適性。所以，地板輻射采暖要求的供水溫度比較低，一般低于65℃。而且目前地板輻射采暖，其做法通常是利用3-5cm的豆石沙漿做填充層，使地面本身就是一種蓄熱結(jié)構(gòu)，增加了系統(tǒng)的熱惰性。所以，不論從地板輻射采暖的使用條件，還是其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，都特別適合與太陽(yáng)能結(jié)合使用，而且完全可以結(jié)合被動(dòng)式太陽(yáng)能利用，提高整個(gè)建筑的太陽(yáng)能利用水平。
3.3采暖、制冷、熱水供應(yīng)一體式系統(tǒng)
為了提高太陽(yáng)能系統(tǒng)的利用率，將采暖、制冷、熱水供應(yīng)組成一套統(tǒng)一的系統(tǒng)，可以達(dá)到對(duì)太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的全年使用。因?yàn)槿绻豢紤]采暖，夏天過(guò)多的熱水量無(wú)法處理，夏季空曬會(huì)對(duì)太陽(yáng)能集熱器造成不小的損害，所以如果做成一體式的結(jié)構(gòu)，合理考慮集熱面積和各項(xiàng)負(fù)荷的關(guān)系，就可以使一套系統(tǒng)四季使用，從而提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。并且通過(guò)自控措施及閥門(mén)的切換，可以使系統(tǒng)在采暖和制冷工況下分別運(yùn)行。不過(guò)由于使用溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組，需要夏季較高的集熱溫度，否則整個(gè)系統(tǒng)的效率將很低，溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組可以使用單效雙級(jí)式，以適應(yīng)較低的供水溫度。
4.結(jié)束語(yǔ)
太陽(yáng)能在建筑中的應(yīng)用是建筑節(jié)能工作的重要部分。盡管我國(guó)太陽(yáng)能建筑應(yīng)用目前存在著一些不足，但隨著太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的科技進(jìn)步和相關(guān)政府主管部門(mén)、科研機(jī)構(gòu)和太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)相關(guān)廠家的共同努力，我國(guó)的太陽(yáng)能建筑應(yīng)用將在未來(lái)得到快速發(fā)展。
【參考文獻(xiàn)】
太陽(yáng)能是一種可再生的、清潔的、分布廣泛的、免費(fèi)的能源。人類對(duì)太陽(yáng)能的利用有悠久的歷史。太陽(yáng)能利用主要包括太陽(yáng)能熱利用和太陽(yáng)能光利用。太陽(yáng)能熱利用應(yīng)用很廣，如太陽(yáng)能熱水、供暖和制冷、太陽(yáng)能淡化海水、太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電等。太陽(yáng)能光利用主要是太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)能制氫。由于常規(guī)能源短缺，在世界各國(guó)政府的大力支持下，作為可再生能源主力的太陽(yáng)能將在全球能源供應(yīng)中扮演越來(lái)越重要的角色。
一、太陽(yáng)能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用類型
（一）太陽(yáng)能熱利用技術(shù)
1、采暖系統(tǒng)
現(xiàn)階段主要采用的太陽(yáng)能采暖中，被動(dòng)式采暖應(yīng)用的范圍相對(duì)于主動(dòng)式采暖更大。采用太陽(yáng)能采暖方式可以有效地降低采暖過(guò)程中的環(huán)境污染問(wèn)題，并且采暖的成本較低，噪音影響小。但是受天氣的限制較大，整體熱能轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低。在陰雨天氣或者夜間，整體采暖效果欠佳。解決方案是配合其他類型的采暖來(lái)滿足室內(nèi)采暖需求。在采暖中應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)，其技術(shù)的研究重點(diǎn)就是利用率的提高和回收期的減少。
2、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)
目前，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在綠色建筑中得到了廣泛應(yīng)用，國(guó)家已在某些省市強(qiáng)制要求12層以下的建筑必須使用該系統(tǒng)。建筑行業(yè)的大趨勢(shì)就是以低能耗、低污染為基點(diǎn)的綠色經(jīng)濟(jì)模式，太陽(yáng)能資源正具備很大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ趪?guó)家政策的大力扶持下，預(yù)計(jì)到2020年，全國(guó)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)總集熱面積將達(dá)到3億平方米。我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，年平均總?cè)照招r(shí)數(shù)比較充裕，足以說(shuō)明太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在未來(lái)有著美好的發(fā)展前景和利用空間，希望該系統(tǒng)能與綠色建筑緊密結(jié)合，能夠使建筑節(jié)省更多的能源，促進(jìn)綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展。從整體而言，中國(guó)太陽(yáng)能光熱利用在全世界所占的比例都比較大。
3、太陽(yáng)能冷氣空調(diào)系統(tǒng)
太陽(yáng)能輻射量變化幾乎與冷氣空調(diào)負(fù)載或電力尖峰負(fù)載同步，因此太陽(yáng)能制冷空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展一直被重視，也能將目前國(guó)內(nèi)太陽(yáng)熱能系統(tǒng)偏重于盥洗應(yīng)用的市場(chǎng)，拓增至冷卻空調(diào)應(yīng)用市場(chǎng)領(lǐng)域。現(xiàn)階段使用熱能驅(qū)動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)其熱源主要來(lái)自鍋爐、氣電共生、引擎廢棄以及太陽(yáng)熱能等。其系統(tǒng)運(yùn)行由于無(wú)機(jī)械式耗能的壓縮機(jī)，只有冰水泵、冷卻水泵以及熱水泵，其特性是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)安靜、維護(hù)簡(jiǎn)單、制冷成本低廉以及節(jié)約能源等。熱能驅(qū)動(dòng)的空調(diào)系統(tǒng)并無(wú)使用CFCs（氟氯碳）化合物作為冷媒，無(wú)污染環(huán)境的問(wèn)題，是具環(huán)保概念的空調(diào)系統(tǒng)。
（二）太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)
利用太陽(yáng)能電池，光伏發(fā)電可以借助半體界面具備的光生伏特特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)光能向電能的直接轉(zhuǎn)變。在串聯(lián)太陽(yáng)能電池之后，展開(kāi)封裝保護(hù)工作，可以組成大面積的太陽(yáng)能電池構(gòu)件，并結(jié)合功率控制設(shè)備構(gòu)成光伏發(fā)電裝置。光伏行業(yè)方面要結(jié)合自身豐富的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)擴(kuò)大生產(chǎn)量與生產(chǎn)規(guī)模，并降低成本。其中，發(fā)電成本需要具體參考經(jīng)濟(jì)使用年限、整體系統(tǒng)價(jià)格、利率、運(yùn)行費(fèi)用與維護(hù)、保險(xiǎn)費(fèi)用等因素，對(duì)成本造價(jià)進(jìn)行合理預(yù)算。
現(xiàn)階段，我國(guó)現(xiàn)代居民住宅區(qū)內(nèi)部的工程照明系統(tǒng)，選用太陽(yáng)能發(fā)電為輔電源。通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源消耗量的降低，同時(shí)降低了太陽(yáng)輻射能帶來(lái)的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化與保護(hù)。此外，太陽(yáng)能熱發(fā)電內(nèi)容主要是將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，然后利用熱能進(jìn)行發(fā)電，在建筑節(jié)能技術(shù)方面同樣得到廣泛應(yīng)用。
二、提高節(jié)能建筑中太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用有效性對(duì)策
首先，政府應(yīng)當(dāng)及時(shí)出臺(tái)支持發(fā)展太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展，和鼓勵(lì)太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用于建筑中的政策，并給予資金和技術(shù)支持，還要推動(dòng)提高民眾的節(jié)能環(huán)保意識(shí)，使其更樂(lè)意接受和使用太陽(yáng)能產(chǎn)品。其次，提高民眾對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)的支持度，不僅需要政府的努力，社會(huì)組織通過(guò)動(dòng)員活動(dòng)，提高民眾對(duì)能源的保護(hù)意識(shí)，對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)的了解，以及對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用于建筑的支持。最后，建筑行業(yè)及太陽(yáng)能行業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)聯(lián)系和交流，共同探討出合適的建筑項(xiàng)目，以推動(dòng)太陽(yáng)能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用；建筑人員應(yīng)該主動(dòng)了解更多太陽(yáng)能技術(shù)，太陽(yáng)能技術(shù)研究人員應(yīng)該對(duì)我國(guó)不同地區(qū)、不同類型的建筑都有充分的了解，結(jié)合不同建筑的功能需求和設(shè)計(jì)生產(chǎn)出合適的太陽(yáng)能產(chǎn)品，推動(dòng)其應(yīng)用在建筑中。
三、結(jié)語(yǔ)
總而言之，我國(guó)的許多行業(yè)都會(huì)消耗大量的能源與資源，這導(dǎo)致我國(guó)能源儲(chǔ)備受到威脅，必須要尋找新能源來(lái)緩解能源消耗的壓力。從可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看，太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，具有不容低估的生命力和廣闊市場(chǎng)，在建筑節(jié)能中充分利用好太陽(yáng)能有著重要而現(xiàn)實(shí)的意義。隨著太陽(yáng)能建筑一體化技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能在現(xiàn)代城市建筑中的利用將朝著功能化、美觀化和生態(tài)化的方向發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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2被動(dòng)式能源建筑的形式
按照太陽(yáng)能建筑的利用方式可以把能源建筑分為直接受益型、集熱蓄熱墻型、附加型等幾種形式，具體內(nèi)容如下幾個(gè)方面。
2.1直接受益型
直接受益型的擦暖形式是以太陽(yáng)通過(guò)一定的透光材料直接進(jìn)入室內(nèi)，以太陽(yáng)透過(guò)較大的南窗玻璃，通過(guò)存儲(chǔ)熱能到維護(hù)結(jié)構(gòu)表面的墻和地上，再通過(guò)夜間對(duì)流輻射的方式和室內(nèi)空間熱傳導(dǎo)進(jìn)行釋放。建筑要求：建筑正陽(yáng)的南方要安裝大面積的直接受陽(yáng)的玻璃窗、圍護(hù)結(jié)構(gòu)需要有較大的熱阻、室內(nèi)需有蓄能較好的材料保證能量的積聚。
2.2集熱蓄熱墻型
集熱蓄熱墻型是利用建筑南向的集熱墻（垂直），通過(guò)傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流吸收太陽(yáng)光而傳送熱能。建筑要求：建筑墻體覆蓋玻璃，在墻體上下設(shè)通風(fēng)口，一方面，太陽(yáng)能通過(guò)墻體熱傳導(dǎo)通過(guò)對(duì)流輻射吸收熱能到室內(nèi)，另一方面，集熱墻以對(duì)流方式傳遞熱能給玻璃和墻體間的夾層，再由室內(nèi)空氣對(duì)流傳遞熱能。
2.3附加型
附加型是指在建筑的南面附加一個(gè)玻璃罩室，是使太陽(yáng)光是集受益窗和蓄熱墻的綜合熱能的一種方式。建筑要求：以陽(yáng)光直射建筑南向，在建筑室內(nèi)用門(mén)或者窗把房子和陽(yáng)光隔開(kāi)，給房間一個(gè)緩沖的減少熱能消耗，以此給房間熱能供給。
3節(jié)能建筑設(shè)計(jì)策略
3.1位置及朝向設(shè)計(jì)
被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑在建造上必須保持足夠的陽(yáng)光直射，按照太陽(yáng)偏離的角度和時(shí)間以個(gè)固定的北緯35°的建筑為例，方向正南向垂直，冬季較夏季受到的輻射要大，當(dāng)太陽(yáng)直射垂直角度超過(guò)30°時(shí)接受的能量集聚下降。
3.2建筑平面
被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑以太陽(yáng)能利用年規(guī)律的合理為設(shè)計(jì)目的，按照使用功能和人們對(duì)溫度的舒適度來(lái)把控，太陽(yáng)能的建筑要以溫度舒適性為主，盡可能把臥室和客廳設(shè)計(jì)到正南向或者東西向的15°來(lái)吸取太陽(yáng)能，把一些要求溫度不高的比如廁所、廚房、衣帽間可以設(shè)計(jì)到北向，在中間設(shè)計(jì)一道緩沖區(qū)減少熱能流失。
3.3形體設(shè)計(jì)
建筑形體是指建筑單位體積的建筑外表面積，建筑形體系數(shù)的越小度對(duì)建筑耗能損失就越小，外維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失就小，因此，在設(shè)計(jì)上盡可能減小建筑的體形系數(shù)，體形系數(shù)以f0\V0進(jìn)行表示，除此外，影響到建筑體形的還有建筑的造型、布局和暖通的因素。因此在對(duì)建筑節(jié)能的系數(shù)間采取f0\V0<0.3時(shí)為最佳控制。
但是，長(zhǎng)期以來(lái)，老化、失配及陰影等問(wèn)題便一直困擾生產(chǎn)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的公司，并嚴(yán)重阻礙了太陽(yáng)能應(yīng)用的普及。例如，當(dāng)云朵、樹(shù)蔭等障礙物在電池板上帶來(lái)陰影遮擋時(shí)，將造成嚴(yán)重的電壓和電流適配，大大降低太陽(yáng)能電池板的發(fā)電效率。利用先進(jìn)的電源管理技術(shù)可以解決這種電壓和電流的適配，盡量減少發(fā)電量的損失。Gartner公司的報(bào)告也指出，“光伏產(chǎn)業(yè)下一步的技術(shù)發(fā)展自然是：在太陽(yáng)能電池板中集成電源管理芯片，從而提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本，并符合更嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>
一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)概述
太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N轉(zhuǎn)化技術(shù)，該技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是太陽(yáng)能電池板。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝，形成大面積太陽(yáng)電池組件，即光伏發(fā)電裝置。目前，太陽(yáng)能電池板主要有有單晶硅、多晶硅、非晶硅及薄膜電池等。
目前，太陽(yáng)能光伏技術(shù)主要為太陽(yáng)能光熱利用與光電利用。太陽(yáng)能光熱利用通常指采暖與制冷。其中，大型供熱工程屬于太陽(yáng)能高溫利用，而居民生活熱水供應(yīng)屬于低溫利用；太陽(yáng)能制冷技術(shù)，主要應(yīng)用于太陽(yáng)能制冷空調(diào)與太陽(yáng)能通風(fēng)降溫系統(tǒng)中。
二、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用
根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的緊密程度，通常將光伏建筑分為光伏建筑一體化（簡(jiǎn)稱 BIPV）和光伏系統(tǒng)附著在建筑上（簡(jiǎn)稱 BAPV）兩種形式。
1、BAPV 應(yīng)用形式
BAPV 是直接把封裝好的光伏方陣安裝在建筑物上，組成光伏發(fā)電系統(tǒng)。它的主要功能是發(fā)電，作為附著在建筑物上吸收太陽(yáng)光的發(fā)電構(gòu)件，與建筑物的功能不發(fā)生沖突，不會(huì)破壞或削弱原有建筑物的功能。
圖 1 是 BAPV 應(yīng)用的一種形式，利用建筑物屋面安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)縱向主支撐型鋼采用 H 型鋼，構(gòu)造簡(jiǎn)單又具有一定的高度，使光伏電池板與建筑有一定的通風(fēng)間距，可保證電池板背面溫度不致過(guò)高，以免降低光電轉(zhuǎn)換效率；橫向承接型鋼采用 C 型鋼，既簡(jiǎn)化了施工工序，又解決了構(gòu)件與線路間的連接問(wèn)題，方便拆卸，有利于線路的檢修。
圖 2 是 BAPV 應(yīng)用的另一種形式，利用建筑金屬屋面安裝太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)支架與太陽(yáng)能光伏組件，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)雖不具有建筑屋頂護(hù)結(jié)構(gòu)的功能，但增加了建筑物的美感，且具有發(fā)電功能。
（二）BIPV 應(yīng)用形式
BIPV 是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)與建筑物同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工和安裝，與建筑物形成完美結(jié)合。光伏方陣代替建筑物傳統(tǒng)的建筑材料成為建筑物的構(gòu)件，作為建筑物采光頂、外幕墻、外遮陽(yáng)等結(jié)構(gòu)的一部分，既具有發(fā)電功能，又兼顧節(jié)能降耗，同時(shí)光伏方陣的顏色與建筑物搭配協(xié)調(diào)，與建筑物完美統(tǒng)一。BIPV是完整意義上的光伏建筑一體化概念。
光伏建筑一體化建筑集發(fā)電、隔音、隔熱、安全和裝飾功能于一身，應(yīng)用形式主要有光伏幕墻、光伏采光頂、光伏遮陽(yáng)、光伏雨蓬、光伏欄板等。
1、光伏幕墻
光伏幕墻是最能體現(xiàn)光伏建筑一體化在建筑中應(yīng)用的一種形式。它通過(guò)在玻璃夾層中壓入光伏方陣，組成雙玻璃光伏組件融合到玻璃幕墻中，替代普通玻璃幕墻的玻璃材料，使玻璃幕墻集發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一體，為建筑帶來(lái)額外的綠色概念，體現(xiàn)建筑的智能化與人性化的特點(diǎn)，代表著建筑光伏一體化技術(shù)在建筑中應(yīng)用的最新發(fā)展方向。光伏玻璃幕墻作為建筑物的護(hù)結(jié)
構(gòu)，直接吸收太陽(yáng)能的輻射，可以避免幕墻表面溫度過(guò)高，減小室內(nèi)外溫差，有效地降低空調(diào)能耗。但光伏幕墻由于其光伏方陣安裝在垂直幕墻面上，偏離了吸收太陽(yáng)能的最佳角度，光伏方陣的輸出功率偏低。
2、光伏采光頂
光伏采光頂是光伏建筑一體化在建筑中應(yīng)用的最佳形式，它克服了光伏幕墻偏離吸收太陽(yáng)能的最佳角度的不足，將光伏方陣安裝在光照好、周圍無(wú)高大建筑物遮擋的地方，并將光伏發(fā)電系統(tǒng)作為建筑物屋頂結(jié)構(gòu)的一部分，能更有效地收集太陽(yáng)能，光伏方陣的輸出功率較高。目前，市場(chǎng)上已開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)出透光率更高的光伏玻璃，進(jìn)一步滿足了采光頂?shù)牟晒庖?。光伏采光頂與光伏幕墻相比，能更有效地降低太陽(yáng)光對(duì)建筑物的輻射，實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)、節(jié)能。
3、光伏遮陽(yáng)
光伏遮陽(yáng)是在建筑的遮陽(yáng)板上安裝高轉(zhuǎn)換率的光伏方陣，遮陽(yáng)板不但遮擋陽(yáng)光，而且具有發(fā)電功能。光伏遮陽(yáng)有自動(dòng)跟蹤和固定兩種類型，固定光伏遮陽(yáng)是根據(jù)建筑物的地理位置設(shè)計(jì)最佳的朝陽(yáng)角度，有效地收集太陽(yáng)能；自動(dòng)跟蹤光伏遮陽(yáng)是根據(jù)太陽(yáng)高度角、方位角的變化，自動(dòng)跟蹤最佳的朝陽(yáng)角度，從而最有效地收集太陽(yáng)能。
三、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑節(jié)能中的推廣與應(yīng)用
目前，太陽(yáng)能科技發(fā)展趨勢(shì)包括以下兩種，即太陽(yáng)能光電技術(shù)與太陽(yáng)能光熱技術(shù)相結(jié)合，太陽(yáng)能綜合技術(shù)與建筑相結(jié)合。太陽(yáng)能建筑一體化是未來(lái)建筑發(fā)展
的主要形式，它將為人類帶來(lái)嶄新的生活方式。當(dāng)前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，例如，北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)、大型加油站、公園等。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用使人類的生活方式更綠色、環(huán)保、低碳，以更好的實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生態(tài)環(huán)境。
1、2008 年，北京奧運(yùn)會(huì)鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)設(shè)有太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量約為 130 kW，該系統(tǒng)產(chǎn)生的電力資源直接并入國(guó)家體育場(chǎng)的電力供應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)緩解奧運(yùn)場(chǎng)館的電力供應(yīng)起到舉足輕重的作用。與此同時(shí)，對(duì)提倡綠色奧運(yùn)，使用綠色能源、大力控制和節(jié)能減排、倡導(dǎo)綠色環(huán)保的生活方式起到積極的示范作用。
2、2010 年上海世博會(huì)，中國(guó)館、主題館、世博中心、演藝中心等安裝的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量超過(guò) 4.68 兆瓦，一天的發(fā)電量相當(dāng)于 150 戶居民一個(gè)月的生活用電量。太陽(yáng)能光伏發(fā)電帶來(lái)的“陽(yáng)光世博”也充分展示了我國(guó)太陽(yáng)能利用的技術(shù)水平，極大地推動(dòng)了我國(guó)太陽(yáng)能相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
結(jié) 語(yǔ)
綜上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用前景廣闊。由于太陽(yáng)能自身的優(yōu)勢(shì)，以及國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保的提倡，相信在不久的將來(lái)，建筑業(yè)會(huì)充分利用太陽(yáng)能光伏技術(shù)，使太陽(yáng)能與建筑成為有機(jī)的整體，面向一體化建筑，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。
參考文獻(xiàn)
德國(guó)亥姆霍茲柏林材料與能源中心（HZB）和荷蘭代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft）的研究人員聯(lián)合組成的科研小組，成功研發(fā)出一種價(jià)格低廉的利用太陽(yáng)能進(jìn)行電解水制氫的方法，相關(guān)成果發(fā)表在近日出版的《自然·通訊》雜志上。
科學(xué)家們開(kāi)發(fā)的這套系統(tǒng)可以通過(guò)太陽(yáng)光將水分解成氫氣和氧氣，這使得太陽(yáng)能可以被轉(zhuǎn)換成氫能并存儲(chǔ)起來(lái)。亥姆霍茲柏林材料與能源中心太陽(yáng)能燃料研究所主任羅爾·范·德克羅爾教授說(shuō)：“我們結(jié)合了兩方面的最佳之處。我們利用了化學(xué)的穩(wěn)定性和金屬氧化物的低廉價(jià)格，將其與一個(gè)很好但相當(dāng)簡(jiǎn)單的薄膜硅太陽(yáng)能電池結(jié)合，從而得到一個(gè)便宜、非常穩(wěn)定和高效的（水解氫氣的）單元?！?/p>
當(dāng)光線射入這個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的具有金屬氧化物層的硅薄膜電池時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓。金屬氧化物層起光陽(yáng)極的作用，成為氧形成的地方。它通過(guò)一個(gè)石墨導(dǎo)電橋連接到太陽(yáng)能電池單元。由于只有金屬氧化物層接觸到電解液，所以太陽(yáng)能電池單元的其他部分不會(huì)受到腐蝕。鉑金線圈則被用作陰極，這是氫氣形成的地方。粗略計(jì)算可以表明這種技術(shù)具有的潛力：以德國(guó)每平方米大約600瓦的太陽(yáng)光能來(lái)算，100平方米這樣系統(tǒng)可以在一個(gè)小時(shí)的日照下分離生成3千瓦時(shí)以氫氣形式存儲(chǔ)的能量。
科學(xué)家們系統(tǒng)研究了不同的金屬氧化物在從光入射到電荷分離，直至水分解的過(guò)程中的作用，以便進(jìn)一步優(yōu)化這一過(guò)程。德克羅爾說(shuō)，理論上釩酸鉍光陽(yáng)極效率最高可達(dá)9%。通過(guò)用一種廉價(jià)的磷酸鈷催化劑，科學(xué)家們顯著地加快了光陽(yáng)極上氧的生成。研究中最大的挑戰(zhàn)是釩酸鉍層電荷高效的分離。盡管金屬氧化物穩(wěn)定并且便宜，但帶電粒子會(huì)趨于迅速重組，使得分解水的過(guò)程失效。德克洛爾和他的同事通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在釩酸鉍層里加入額外的鎢原子是有幫助的。這些鎢原子產(chǎn)生的內(nèi)部電場(chǎng)可以很好地防止重組的發(fā)生。
系統(tǒng)中最重要的光陽(yáng)極是用添加了鎢原子的金屬氧化物釩酸鉍（BiVQ4）制成，并用廉價(jià)的鈷磷酸鹽催化劑噴涂和包覆。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，科學(xué)家將含鉍、釩、鎢的溶液噴射到熱玻璃基板上，然后將溶劑蒸發(fā)。通過(guò)多次噴涂不同濃度的溶液，得到了一個(gè)厚度約300納米的高效光活性金屬氧化物層。德克羅爾說(shuō)：“我們?nèi)匀徊皇呛芰私鉃槭裁粹C酸鉍工作得非常好。但我們發(fā)現(xiàn)，超過(guò)80%的被吸收的光子得到了利用，這實(shí)在是一個(gè)創(chuàng)紀(jì)錄的金屬氧化物，也是物理學(xué)的奇跡。下一個(gè)挑戰(zhàn)是按比例將這樣的系統(tǒng)擴(kuò)展到平方米大小，從而使它們可以生成更多的氫氣?！?/p>
1 太陽(yáng)能采暖簡(jiǎn)介
采暖是我國(guó)的能耗大戶。自1991年起平均每年新建建筑10億m2，至1996年底，共有各類建筑約310億m2。每年城鎮(zhèn)建筑僅采暖一項(xiàng)需要的耗能占全國(guó)能耗總量的11.5％[1]?；茉吹拇罅肯?，使我國(guó)的能源供應(yīng)面臨巨大的挑戰(zhàn)，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此研究使用清潔的可再生能源－太陽(yáng)能進(jìn)行采暖具有重要意義。
太陽(yáng)能采暖可分為兩大類，一為主動(dòng)式，另一為被動(dòng)式。被動(dòng)式就是根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件，依靠建筑物本身構(gòu)造和材料的熱工性能，使房屋盡可能多地吸收和貯存熱量，以達(dá)到采暖的目的。主動(dòng)式用集熱器、蓄熱器、管道、風(fēng)機(jī)及泵等設(shè)備來(lái)收集、蓄存及輸配太陽(yáng)能的系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各部分均可控制而達(dá)到需要的室溫。
主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖又可分為直接式和間接式。所謂直接式就是由太陽(yáng)能集熱器加熱的熱水或空氣直接被用來(lái)供暖。所謂間接式就是集熱器加熱的熱水溫度通過(guò)熱泵提高后再供暖。采用由于集熱溫度高時(shí)，集熱器的效率很低，因此一般采用地板采暖或風(fēng)機(jī)盤(pán)管。這兩種方式要求熱源的溫度比較低，50℃左右，集熱器具有較高的效率。
本文的研究對(duì)象為一個(gè)100平米的房間，假定其耗熱量指標(biāo)為50W/m2，采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為20℃，溫度低于8℃即進(jìn)行采暖，設(shè)置備用鍋爐。太陽(yáng)能負(fù)責(zé)8小時(shí)的熱負(fù)荷。集熱器正南向放置，傾斜角等于當(dāng)?shù)鼐暥?。該系統(tǒng)同時(shí)負(fù)責(zé)生活熱水供應(yīng)，每日240L。
2 逐日模擬與綜合熱價(jià)法
2.1 逐日模擬方法
目前的太陽(yáng)能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析一般以月平均值進(jìn)行分析，由于需求與供給之間的不匹配，太陽(yáng)能未必轉(zhuǎn)化為有用收益。比如，太陽(yáng)能熱水供應(yīng)中，夏天收集的熱量往往用不完，只能放掉。目前還缺乏令人信服的用于全年模擬的氣象數(shù)據(jù)模型，因此本文以1991-2000年的逐日氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)太陽(yáng)能利用系統(tǒng)進(jìn)行工況模擬，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析[2]。中國(guó)幅員遼闊，地區(qū)差異很大，本文只選擇幾個(gè)典型城市進(jìn)行分析。
2.2 綜合能源價(jià)格方法
目前，評(píng)價(jià)太陽(yáng)能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大多采用凈收益現(xiàn)值和投資回收年限兩種方法，這兩種方法均側(cè)重于對(duì)太陽(yáng)能利用系統(tǒng)本身投資、收益狀況進(jìn)行分析。而對(duì)太陽(yáng)能利用系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的目的是，確定針對(duì)使用者而言最為經(jīng)濟(jì)合理的方案，即相對(duì)于獲得所需能量、資金投入量少的方案。為此，本文采用綜合能源價(jià)格法[3]。
能源價(jià)格指的是購(gòu)買(mǎi)一定種類能源的費(fèi)用。它在一定意義上代表了或開(kāi)采或生產(chǎn)這種能源并傳送至使用終端的資金消耗。對(duì)于供熱供冷的系統(tǒng)，在其有效使用期限內(nèi)的資金投入主要用于：1）初投資：安裝供熱供冷系統(tǒng)；2）運(yùn)行費(fèi)用：在使用期間系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。綜合能源價(jià)格的含義是在有效使用年限內(nèi)初投資和使用費(fèi)用的累計(jì)綜合值與在此期間所提供能量總和的比值。它是一個(gè)將初投資考慮在內(nèi)的全面反映經(jīng)濟(jì)分析對(duì)象相對(duì)于提供單位能量所需費(fèi)用的參數(shù)。
考慮到資金的動(dòng)態(tài)特性，即不同時(shí)期支出貨幣的價(jià)值是不相等的，本文在經(jīng)濟(jì)分析過(guò)程中，將綜合能源價(jià)格進(jìn)行現(xiàn)值處理。即通過(guò)將不同時(shí)期投人的資金統(tǒng)一折現(xiàn)為初投資年現(xiàn)值的方法，使資金投入時(shí)間和數(shù)量各不相同的不同類型供熱（冷）的綜合能源價(jià)格，在同等價(jià)值條件下進(jìn)行比較。
綜合能源價(jià)格現(xiàn)值的表達(dá)式為：
式中：M——綜合能源價(jià)格現(xiàn)值，RMB／MJ；
V——初投資，RMB；
t——計(jì)算年數(shù)；
n——系統(tǒng)有效使用年限；
Z——第t年使用費(fèi)用，RMB；
i——銀行存款年利率；本文忽略通貨膨脹對(duì)銀行年利率的影響，i取常數(shù)。
Et——第t年提供能量總計(jì)，MJ；
3 主動(dòng)式太陽(yáng)能直接采暖經(jīng)濟(jì)性分析
模擬年限為10年。模擬時(shí)采用逐日的溫度和太陽(yáng)輻射。
在染料敏華太陽(yáng)能電池制作過(guò)程中，兩個(gè)電極[1]的制作是最重要的制作環(huán)節(jié)，其制作程序直接影響電池的光電性能（光電轉(zhuǎn)換效率等）。
常用來(lái)制作染料敏化太陽(yáng)電池光陽(yáng)極的半導(dǎo)體材料主要有納米TiO2、ZnO、SnO2、和Nb2O5等氧化物[2]。在納米TiO2薄膜制備領(lǐng)域，目前有兩大研究熱點(diǎn)：在柔性襯底上制備TiO2薄膜和制備規(guī)整有序的納米TiO2薄膜。為了改善電池的光電性能，人們采用了TiCl4表面處理、表面包覆和摻雜等物理化學(xué)修飾技術(shù)來(lái)改善納米TiO2電極的特性。TiCl4表面處理可改變TiO2導(dǎo)帶位置，增大光電子注入效率[3]。在納米TiO2表面包覆具有較高導(dǎo)帶位置的半導(dǎo)體或絕緣層以形成類似核-殼結(jié)構(gòu)的阻擋層來(lái)減少TiO2導(dǎo)帶電子和氧化態(tài)染料或電解質(zhì)中的電子受體的復(fù)合概率[4]。實(shí)驗(yàn)表明，在納米多孔薄膜中適當(dāng)?shù)膿诫s他類金屬離子可以增強(qiáng)電池的光電性能。劉秋萍等以Mg摻雜TiO2薄膜取得了7.12%的轉(zhuǎn)化效率，較未摻雜的電池短路電流提高了26.7%[5]。張盼盼等的研究也表明，在TiO2薄膜中摻雜Zn能提高TiO2導(dǎo)帶能級(jí)，同時(shí)可延長(zhǎng)俘獲態(tài)電子的復(fù)合時(shí)間常數(shù)，提高電池的開(kāi)路電壓[6]。經(jīng)過(guò)二十多年的研究，在對(duì)燃料敏化電池的光陽(yáng)極、染料、電解質(zhì)、對(duì)電極等關(guān)鍵材料的研究取得一些列可喜成果之后，其光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到了15%的商業(yè)化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)[7]。
現(xiàn)有文獻(xiàn)一般敘述大體制作工序，在實(shí)際操作過(guò)程中需要有更具體的技術(shù)細(xì)節(jié)才能制作出高質(zhì)量的電極。因此我們對(duì)光陽(yáng)極的制作過(guò)程做了細(xì)致研究，以保證實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性與可重復(fù)性。
1 燃料敏化電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理（如圖1）
“染料敏化太陽(yáng)能電池”全稱“染料敏化納米多孔TiO2薄膜太陽(yáng)能電池”，是模擬自然界中的光合作用原理，采用吸附染料的納米多孔TiO2半導(dǎo)體膜作為光陽(yáng)極，并選用適當(dāng)?shù)难趸?還原電解質(zhì)，用鍍鉑的導(dǎo)電玻璃作光陰極。其主要由納米多孔半導(dǎo)體TiO2薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、對(duì)電極和導(dǎo)電基底結(jié)構(gòu)組成。
當(dāng)太陽(yáng)光照射到電池表面時(shí)，鑲嵌在納米TiO2薄膜表面的光敏染料吸收光子，染料分子受到激發(fā)由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，后TiO2的導(dǎo)帶注入電子，此時(shí)染料自身轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸伒恼x子。注入到二氧化鈦層的電子富集到導(dǎo)電基底，并通過(guò)外電路流向?qū)﹄姌O，形成電流。染料正離子接受電解質(zhì)溶液中的電子給體得到電子，自身恢復(fù)為還原態(tài)，使染料分子再生。電解質(zhì)中的被氧化的電子給體擴(kuò)散至對(duì)電極，在對(duì)電極表面得到電子，被還原，從而完成循環(huán)，在整個(gè)過(guò)程中，表觀上化學(xué)物質(zhì)沒(méi)有發(fā)生變化，而光能轉(zhuǎn)化成了電能。
2 染料敏化太陽(yáng)電池電極的制作細(xì)節(jié)
燃料敏化電池的光陽(yáng)極是由導(dǎo)電玻璃基底、在基底導(dǎo)電面結(jié)晶而成的半導(dǎo)體氧化物薄膜和吸附于氧化物晶體顆粒上的光敏劑三部分組成，是實(shí)現(xiàn)光能向電能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在光陽(yáng)極的制作過(guò)程中，對(duì)導(dǎo)電玻璃前期處理不規(guī)范，會(huì)使電池性能起伏嚴(yán)重，降低實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。故而，我們將對(duì)導(dǎo)電玻璃的前期處理做了規(guī)范，起到了良好的效果。
2.1 對(duì)導(dǎo)電玻璃的前期處理（如圖2）
切割導(dǎo)電玻璃：按絲網(wǎng)印刷機(jī)的網(wǎng)格大小制圖，按圖在玻璃無(wú)導(dǎo)電膜的一面上切割，玻璃刀的斜度為45°為宜，在剖開(kāi)玻璃時(shí)兩手平行用力。
打孔：在制作光陰極時(shí)需要打孔，打孔位置應(yīng)預(yù)先標(biāo)記，根據(jù)工作面積大小選擇打孔數(shù)目，在對(duì)電極的工作面外側(cè)進(jìn)行打孔。常用的打孔設(shè)備有超聲波打孔機(jī)，激光打孔機(jī)等。
清洗玻璃：用棉球蘸洗衣液清洗導(dǎo)電玻璃，在帶有導(dǎo)電材料一面，棉球應(yīng)沿一個(gè)方向擦動(dòng)；然后，依次使用無(wú)水乙醇、丙酮、無(wú)水乙醇浸泡，并進(jìn)行超聲處理，每一過(guò)程持續(xù)30min左右。
燒玻璃：為了去除玻璃上的有機(jī)物質(zhì)制造電池的玻璃以450°的溫度燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為3小時(shí)，取出玻璃時(shí)溫度降到120°。
2.2 制作光陽(yáng)極（如圖3）
（1）制備TiO2薄膜。目前制備TiO2薄膜的方法很多：浸漬法、旋轉(zhuǎn)法、高溫溶膠噴射沉積法、絲網(wǎng)印刷法、濺射法等多種技術(shù)，本文著重運(yùn)用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備TiO2多孔薄膜電極，使TiO2膠體能夠更好的吸附在導(dǎo)電玻璃上，以達(dá)到電子外電路輸送效率更高的目的，過(guò)程如下：
①根據(jù)絲網(wǎng)版的印刷位置調(diào)整絲網(wǎng)印刷機(jī)的印刷范圍，利用網(wǎng)格圖，將定位玻璃板與TiO2薄膜電極一塊放到印刷臺(tái)上，手調(diào)定位板的位置，觀察玻璃基底處于絲印圖案正下方的位置。②確定位置后，抬起絲網(wǎng)版，用膠帶固定住定位玻璃板，并用鉛筆輕輕勾勒出玻璃基底的具置。③放下絲網(wǎng)版后，在絲印圖案邊沿一端滴加少量的TiO2膠體，將軟質(zhì)刮刀調(diào)整到一定的高度，使刮刀的壓力傾斜度約為45°，啟動(dòng)機(jī)器，讓軟質(zhì)刮刀在絲網(wǎng)版上刮動(dòng)一次，使膠體在刮刀的作用下通過(guò)網(wǎng)孔，均勻的沉積到導(dǎo)電玻璃上，盡量一次完成，多余的膠體回收利用。④抬起絲網(wǎng)版，輕輕移出夾在中間的薄膜電極，置于干凈處備用，及時(shí)用酒精溶液清洗絲網(wǎng)版及軟質(zhì)刮刀。若要制備多層不同粒徑的TiO2薄膜，可采用逐層印刷法，每印刷一層薄膜都必須燒結(jié)一次。
將印刷有多孔薄膜的基底放入馬弗爐內(nèi)，膜面朝上，以每分鐘15℃的速度升溫，于450℃時(shí)溫恒煅燒15min，當(dāng)爐溫自然冷卻至350℃時(shí)恒溫10min，接而繼續(xù)以每分鐘15℃的速度升溫至450℃時(shí)恒溫15min，最后將電極在馬弗爐里面自然冷卻，120℃時(shí)用鑷子取出制備的多孔膜電極。燒結(jié)溫度不宜過(guò)高，主要除去膠體中的水分及有機(jī)物，使TiO2形成多孔的高比表面積形狀，以吸收更多的染料分子，增大光的捕捉效率，過(guò)高的燒結(jié)溫度反而會(huì)導(dǎo)致膠體薄膜的碳化，因此控制溫度是極其重要的。
（2）染料色素液的配制。敏化染料作為燃料敏化電池的光捕獲天線，它的性能是決定電池光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素，它不僅需要很寬的可見(jiàn)光譜吸收，以盡可能多的利用太陽(yáng)光，而且要緊密地吸附在薄膜電極表面和較好的穩(wěn)定性，以便于長(zhǎng)期循環(huán)使用。本文使用了N719商品染料。
稱取36mg染料樣品放入50mL小燒杯中，用無(wú)水乙醇做溶劑，少量多次轉(zhuǎn)移到100ml容量瓶?jī)?nèi)，快到刻線時(shí)用滴管定容，搖勻。最后放入小磁子，用黑色保鮮膜包裹容量瓶外側(cè)，放在磁力攪拌器上攪拌24h充分溶解。
（3）電極的染料敏化。將燒結(jié)好的TiO2薄膜電極浸泡到已配好的染料溶液中，密封保存12小時(shí)，使染料分子充分吸附在TiO2薄膜上，用鑷子取出電極，無(wú)水乙醇沖洗電極染料層表面，洗去吸附在表面的染料分子，防止吸附松脫的染料對(duì)電子輸送的干擾，用吹風(fēng)機(jī)吹干，剩余的染料溶液及無(wú)水乙醇回收保存以備下次使用。
2.3 制作對(duì)電極
取少量氯鉑酸用移液管均勻地涂在處理好的導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上，待其晾干后，放入爐子中，使其在溫度300°的放置10分鐘，420°的放置20分鐘，然后降溫降到120°時(shí)可出爐。
3 結(jié)語(yǔ)
本文敘述和總結(jié)了制作染料敏華太陽(yáng)能電池電極的技術(shù)細(xì)節(jié)。對(duì)光陽(yáng)極納米多孔半導(dǎo)體薄膜和電解質(zhì)研究的深入，燃料敏化電池的光吸收效率和光電轉(zhuǎn)化效率不斷提升。隨著燃料敏化電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到15%商業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減低成本、提高效率和穩(wěn)定性，其在社會(huì)生活中的應(yīng)用將會(huì)逐步推廣開(kāi)來(lái)，成為硅電池的有力競(jìng)爭(zhēng)者。
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