太阳能的利用范文

导语：如何才能写好一篇太阳能的利用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

太阳能，是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。其主要应用领域包括光热利用、发电利用、光化利用、燃油利用。

光热利用：它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。发电利用：利用太阳能发电的方式有多种。已实用的主要有光—热—电转换、光—电转换两种。光化利用：这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。燃油利用：欧盟从2011年6月开始，利用太阳光线提供的高温能量，以水和二氧化碳作为原材料，致力于“太阳能”燃油的研制生产。

（来源：文章屋网 ）

篇2

1、太阳的短波辐射被地面反射，产生的大气逆辐射是长波辐射。这种长波辐射能被大气很好的利用，所以大棚的作用就是把大气逆辐射的热量包住，起到保温作用。

2、太阳能温室就是利用太阳的能量，来提高塑料大棚内或玻璃房内的室内温度，以满足植物生长对温度的要求，所以人们往往把它称之为人工暖房。太阳能温室是根据温室效应的原理加以建造的。

（来源：文章屋网 ）

篇3

关键词：太阳能建筑热量

随着改革开放和经济发展，我国太阳能建筑的面积日趋增大，建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋向，也是当代建筑科学技术的一个新的生长点。抓住机遇，不失时机地推进建筑节能，有利于国民经济持续、快速、健康发展，保护生态环境，实现国家发展的第二步和第三步战略目标，并引导我国建筑业与建筑技术随同世界大潮流迅速前进，太阳能建筑的节能具有很好的前景，大有可为。

我国地域宽广，房屋建筑规模巨大，约有一半建筑位于北方“三北”地区，由于气候原因，每年约有4—6个月的采暖期，该地区规定设置集中采暖系统，以往习惯称之为集中采暖地区。中部地区（冬冷夏热地区），即长江流域地区，虽然冬季平均气温高于0℃，但相对湿度较高，冬季湿冷，而夏季又酷热。该地区属于中国经济发达地区，包括长江上游在内，涉及18个省、自治区、直辖市，总面积180万k平方米，人口近4亿。年工农业总产值占全国40％，人均产值及人均收入均高于全国平均水平。以往由于经济上的原因，该地区一般城镇住宅围护结构无保温措施，也不设置采暖设施，因此冬夏季室内热环境条件相当差。南方属于亚热带气候，夏季气候炎热，降温则是主要解决的问题。

与发达国家相比，集中采暖地区城镇住宅围护结构保温、气密性较差，供热系统效率较低，单位面积的采暖能耗要高得多。我国已成为世界上建房最多的国家，近年来每年全国建成城镇住宅2亿平方米以上，随着人民生活的不断改善，人们对于建筑热环境的舒适性要求愈趋迫切，中部地区冬季采暖势在必行，各地“空调热”也日渐高涨。所以，如何尽量利用太阳能、合理建筑设计，对北方集中采暖地区可以减少采暖、空调能耗；而对于中部及南部地区，改善室内热环境条件，达到低水平的室内舒适参数，已成为一个重要的课题。

我国从80年代起，对城镇多层住宅应用被动太阳能进行采暖及降温技术已有研究，先后在石家庄、滩纺及杭州等处建成了试点建筑，较好的改善了室内热环境条件。当时的技术路线是由热工外算开始，进而建造示范建筑以验证效果。国外从70年代初期起，投入了相当的力量进行计算机软件的开发工作，应用动态模拟计算，进行建筑热工参数计算分析，进而可以预测室内环境参数，获得应用被动太阳能的最佳建筑设计方案，同时也建设示范建筑以验证软件的可信性。这类从合理建筑及热工设计着手，在增加有限的建设投资下，尽量利用被动太阳能来达到低水平的室内冬夏热环境条件的住宅，这里称为“节能住宅”。

一、各种参数对空温的影响

为了进行参数研究，首先确定了一个基础方案，即对条状住宅建筑模型，取其南向主立面外窗的窗墙比为30.3％，单层窗，外墙与屋面传热系数均为0.83w／（℃??*平方米），换气次数为1.1次h，不考虑内部蓄热量。在进行参数分析时，固定其他参数，仅变化一个参数来分析对室温的影响。

内部蓄热量

蓄热量会影响室温，特别是对最高室温有影响。冬季，内部蓄热量会使月最高温度降低，而使月最低温度升高，至于月平均温度，则略有升高。显然，内部蓄热量可以改善冬季室内热环境条件。对夏季来说，蓄热量同样也降低了月最高温度及升高了月最低温度，而月平均温度则无多大影响。当建筑模型中一个住户内蓄热量相当于100平方米、200mm厚混凝土墙时，可使八月份住宅最高温度下降3c左右，可使一月份住宅最低温度升高2.8℃，这将对室内热环境有较大的改善。

换气次数

可以预见，增加换气次数会使冬季室内热环境变差，但能改善夏季室内热环境。对夏季来说，换气次数由1.1次h增加到10次h，可使八月份月最高温度降低4.4℃、月平均温度下降4.8℃，月最低温度下降7.8C.显然，冬季换气次数越低越好，如果园护结构、门窗密闭性好，换气次数可以降低到1.5次／h，此时与1.1次h相比，室温可提高2—3C.

增强夜间通风

降低夏季室温的一个措施是增强夜间通风，计算了三种方案，一是全天以1.1次／h换气，第二种方案全天以10次／hh换气，第三种方案则采取白天（早6一晚2l时）1.1次h换气，夜间（晚21一晨6时）加强通风至10次h.计算结果表明，对于内部蓄热量较大时，第三方案与第一方案相比，月最高温度下降3.7C，月平均温度下降5.2℃，而月最低温度下降达7.7℃。可见增强夜间通风对改善夏季室内热环境是十分奏效的。

南窗面积

窗户开启面积既与热损失量有关，也与通过窗户玻璃进入室内的太阳得热量有关。太阳辐射得热量与窗户朝向有密切的关系，相比之下热损失与朝向的关系就不那么密切了。这里分析南向窗户面积对室温的影响。计算三种不同的窗墙比，它们分别是9.3％、30.3％及60.5％。冬季工况计算表明，窗墙比由19.3％增大至60.5％后，一月份最高温度升高3.6℃，平均温度升高2.7℃，而最低温度提高2.5℃的夏季来说，月最高温度、月平均温度及月最低温度分别要提高1.6℃、0.9℃及0.4℃。

由此可见，南向窗墙比大且具有较大内部蓄热量时，可以改善冬季室内热环境条件；至于夏季，南向窗户面积增大会提高一点室温，使室内热环境条件略为变差—点。

主立面朝向

主立面朝向不仅对冬季有影响，而且对夏季也有影响。主立面朝东及朝西时室温相同，与主立面朝南及朝北相比，室内热环境条件都要来得差。对于冬季来说，主立面朝南为最佳。

水平遮阳板伸出长度

夏季除了采用加大通风量来降低室温外，另一条途径是在窗户上方设置遮阳板，以减少太阳入射量。计算了不同伸出长度（水平方向）一月及八月份室温情况。由计算可以得出，水平遮阳板对夏季有明显改善室内热环境的作用，但遗憾的是，同时也使冬季室内热环境变差。夏季时，水平遮阳板的伸出长度由0，0.4，0.9及1.5m变化时月平均温度可分别降低1.0，2.0及2.2℃，但冬季却也相应降低了月平均温度0.2，0.7及2.2℃。

窗户的层数

增加窗户层数将减少热损失，但也在一定程度上减少了太阳得热量。采用单层宙及双层宙作计算比较，发现双层窗对冬季室温略有改善（一月份平均室温增加0.9℃），但同样使夏季室温略有变差（八月份平均室温升高0.7℃）。

外墙、屋面外表面颜色

外墙、屋面外表面涂成白色会有助于降低夏季室温。进行二种方案比较计算，一种采用吸收率为o.8的深色外表面，另一种吸收率为浅色外表面。计算结果表明，浅色表面可使夏季室内热环境得到明显改善，但同时也使冬季情况变差。在二方案中外墙及屋面传热系数均采取0.83w平方米，八月份平均室温可降低2℃，但一月份平均室温也降低了1.3℃。外墙与屋面保温越好，这种影响将越小。

外墙与屋面热工设计

采用三种方案进行比较计算，

第一方案为外墙与屋面的传热系数及均为0.83w／（℃。m），

第二方案外墙K＝0.83w／（℃。m），屋面K＝0.28w／（℃。m），

第三方案外墙与屋面K值均为0.28w／（℃。平方米）。

由计算可以看出，屋面保温对降低夏季顶层室温的影响尤其大，第二方案与第一方案相比，八月份月最高温度下降7℃，平均温度下降0.4℃，但月最低温度上升了6℃。从冬季情况看，保温改善有利于室温提高，第三方案与第一方案相比，一月份平均室温升高1.1℃，5最低温度升高了2.4℃，但月最高温度有所下降（5℃）。顶层天花板表面温度受屋面保温影响甚大，对于屋面有很好保温的场合K＝0.28w／（℃。m3），在年最热日下午14时，天花板内表面温度仅只比室温高0.5℃，但K＝0.83w／（℃。m）的屋面来说，要高出3.8℃。如果采用外墙及＝0.74w／（℃。m），屋面X＝0.63w／（℃。m），并具有较大的内部莆热量，应用双层窗，加强夜间通风（晚21时至凌晨6时，换气次数为10次／h），此时最热日下午14时室温为37.2℃，天花板内表面温度只有33.6℃，室内热环境可以得到明显的改善。

二、节能住宅设计原则

根据以上参数研究，提出如下设计原则：

1.冬季换气次数应该尽可能低，而夏季则尽可能高。

2.如果具有较大的内部蓄热量，对夏季来说，较好的方案是白天（早6时至晚2l时）维持较低的换气次数，面夜间（晚2l时至晨6时）宜加强通风增加换气次数。

3.内部蓄热量对冬、夏季来说均能减少室温的波动幅度，即降低最高温度，升高最低温度，但对平均温度影响甚小，总的来说，内部首热量能改善室内热环境。

4.采用水平遮阳板来降低夏季室温并不是好的措施，因为它同时较冬季室内效环境变差，除非遮阳板在冬季时可以移开。

5.尽管外墙、屋面外表面涂以浅色可以降低夏季室温，但同时也降低了冬季室温，因面不推荐这种做法。

6.采取南立面大比例的窗墙比，并设计成具有较大内部蓄热量境，对夏季稍为不利。

7.主立面窗户朝南为最佳，朝东及朝西效果最差。

8.窗户、外墙及屋面保温能改善冬季室内热环境，特别是屋面保温可以明显地改善夏季室内热环境。

三、几个推荐的节能住宅方案

被动太阳能（房）节能住宅方案

参数研究优化计算了北京地区应用被动太阳能采暖的可能性，即研究了是否可能在不设置采暖设备时月平均室温达到16℃。计算结果表明是可能的，其建筑设计参数如下：

1.南立面宙墙比60.5％。

2.具有较大内部蓄热量，相当于户（建筑面积73.1平方米）具有200mm厚混凝土墙体的苦热量

3.双层窗。

4.外墙与屋面的传热系数K＝0.28w／（℃。平方米）。

5.冬季换气次数0.5次/h，夏季早6一晚21时换气次数1.1次/h，晚21次/h.

四、节能住宅方案设计原则

由参数研究的结果提出如下设计原则：

1.冬季换气次数宜低（v＝0.8次／h），夏季换气次数宜高（v＝20次h）（借助于打开宙户利用自然穿堂风）。

2.从防止出现结露危险性观点来看，冬季换气次数至少保持0.8次h.

3.增加内部蓄热量可使室内温度被动减弱，使夏季及冬季的最高温度下降，使最低温度升高，不过，内部蓄热量对平均温度的影响甚微。总之，内部蓄热量可以使室内热环境条件得到改善。

4.与较小的南向窗户相比，加大南向窗户面积，并配以相对较高的内部蓄热量，可以较好的改善冬季室内热环境条件。这种做法只是稍微使夏季室内热环境条件变差。

5.选择建筑南向主立面为最佳，而主立面东向或西向为最差。

6.南向窗户上部的水平遮阳板对改善夏季室内环境的作用不明显，除非在冬季时可以移开。

7.为了避免冬季卧室及起居室出现结露，在安排厨房、浴室、厕所位置时要注意与主要使用房间的隔断，并合理利用穿堂风，最好设置机械排风装置。

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关键词：我国北方地区太阳能采暖技术要点

中图分类号：C35文献标识码： A

一，当前我国西北地区取暖现状及太阳能采暖的必要性

随着经济发展，人民生活水平的提高，居民对住宅舒适性的要求也在加强，住宅室内温热环境是影响住宅舒适性的关键因素。对于北方地区来说，决定室内热环境的最主要因素无疑是冬季的采暖问题。

目前我国西北地区多数城市仍以燃煤作为主要采暖用能源。当前我国面对日益严重的能源危机和越来越严重的雾霾天气，而雾霾的形成和煤炭的燃烧有直接关系。

我国目前仍处在城市建设的迅速发展阶段，随着我国城市住宅的增多，若依旧采用传统的采暖方式，势必会增大对能源的消耗，对环境带来更加严重的影响，加重我国目前已然面临的环境与资源的双重压力。中国是个农业大国，农村的节能降耗对我国的整体能源减负有着显著提高，在我国西北农村寒冷地区冬季采暖也通常以煤炭作为燃料，煤炭并不是可再生能源。随着价格的上涨，增加了农民采暖成本并且严重污染着环境。如何能在不牺牲室内舒适度的前提下，尽可能降低能源消耗，进而减少对环境的破坏，得以实现建筑与能源、环境的有机融合，是我们目前要解决的迫切问题。

西北地区受自然环境纬度影响，日照量偏低，采暖周期长，迫切需要新型节能环保资源替代传统燃料。在西北地区利用太阳能及其他可再生能源作为新的采暖能源，可以有效的解决目前我国西北地区冬季采暖中存在的问题。

二，太阳能能源及太阳能采暖系统简介

利用可再生能源替代常规能源是改变目前的能源结构最有效的途径。减少和替代采暖用煤最有效的途径是推广使用太阳能采暖等可再生能源技术。

太阳能是一种可再生能源，具有良好的节能减排优势。作为一种可持续发展的清洁能源，在我国大部分采暖区的太阳能资源相当丰富，为我国进行太阳能的利用提供了良好的前提条件与发展前景。

我国需要采暖的寒冷和严寒区域大部分基本太阳能资源和丰富和较丰富，只有东北等部分采暖区域太阳能资源略差，从资源条件来看在我国西北广大采暖地区利用太阳能作为采暖用能的替代能源具有得天独厚的优越条件。

太阳能采暖系统是一种满足住户采暖和热水供热需求的新型太阳能热水系统, 是太阳能热利用技术的延伸。

太阳能采暖系统由太阳能集热器（平板太阳能集热器、真空管太阳能集热器、U型管太阳能集热器、热管太阳能集热器）、水箱、连接管道、控制系统等辅材构成。是指将分散的太阳能通过集热器，把太阳能转换成热水，将热水储存在水箱内，然后通过热水输送到发热末端（例如：地板辐射采暖、散热器采暖），提供建筑供热的需求。

太阳能采暖系统主要由热能提供（即太阳能集热器和辅助能源）、储热和换热设备和热能利用（提供生活热水和采暖）三部分组成。

与太阳能热水器相比，太阳能采暖系统采暖负荷在不同月份变化很大，热水负荷四季差别较小；热水系统进水温度较低，供水温度较高，而采暖系统供回水温差较小；太阳能与采暖负荷存在明显矛盾：太阳能辐照强度高的月份( 3～10月) 不需要采暖，太阳辐照强度高的白天采暖负荷较夜低。

正是基于这样的差异，在采暖系统设计中不能简单把热水系统放大，而必须考虑辅助能源、太阳能保证率、系统的防冻问题、系统的过热问题以及换热系统的设计，其中尤其需注意系统的过热问题和换热水箱的设计。

三，太阳能采暖系统的利用要点

（一）根据实际情况合理采用太阳能。

由于我国西北地区地域面积广大，不同地区冬季的最低气温不同，不同地区每平方米获得太阳辐射的功率不同，所以不同地区需要取暖能量的多少差别很大。要想利用太阳能取暖或者要开发太阳能取暖应从以下几个方面去考虑：

1、 当地冬季的最低气温是多少？

2、 当地在1月1日---2月1日期间最多连续阴天几天？

3、 当地接收太阳辐射能量级别是几级？

4、 在寒冷的季节房屋的散热功率是多大？

5、 你所采用的太阳能接收器每平方米的接收功率是多大。

6、 你准备设计的最低室温是多少？

按照以上六个方面，在设计太阳能取暖房时，必须满足太阳能接收器每天接收的总能量大于房屋每天散出的总能量，才能达到较理想的取暖效果。

（二）太阳能采暖系统技术方案

1. 太阳能集热器选型

系统选型主要考虑以下因素：a.太阳能集热器类型；b.系统工作方式，自然循环或强制循环，闭式系统或开式系统；c.换热方式，直接系统或间接系统；d备份热源，电加热器、燃气锅炉、燃煤锅炉、生物质锅炉、热泵等；e.管材和水箱材质。

2. 太阳能采暖系统辅材的选择

（1）管路

太阳能采暖系统采用的管材和管件应符合现行产品要求，管道的工作压力和工作温度不得大于产品标准标定的允许工作压力和工作温度。太阳能集热系统管道可采用钢管、薄壁不锈钢、塑钢热水管、塑料与金属复合管等。以乙二醇为主要成分的防冻液系统不宜采用镀锌钢管。热水管道应选用耐腐蚀并符合卫生要求的管道，一般可采用薄壁铜管、薄壁不锈钢、塑料热水管、塑料与金属复合管等。设计时，应在系统管路必要位置设置排气装置、泄水装置、温度计、压力表、安全阀、膨胀水箱等辅助设备。闭式系统应设置膨胀罐或泄压阀。

（2）管路保温

太阳能热水系统的集热系统连接管道、水箱、供水管道均应保温。常用的保温材料有岩棉、玻璃棉、聚氨酯发泡、橡塑泡棉等材料。 管道保温材料选用是有以下要求：保温材料制品的允许使用温度应高于太阳能系统工作的介质最高温度。保温材料不宜采用有机物，以免生虫。腐烂、生菌、引鼠。宜采用吸湿性小、存水性弱、对管壁无腐蚀作用的材料；室外管道保温层外应加保护层防水。保温材料应采用非燃和难燃材料。应符合GB50016《建筑设计防火规范》的要求；电加热器的保温必须采用非燃材料。

（3）辅助采暖系统的选用

太阳能应用在西北地区有一定的季节性限制，只能在春、夏、秋三个季节上使用，并只是提供生活热水，在冬季做采暖使用，太阳能辐照强度随着时间、季节和天气是显著变化的，大部分的太阳能采暖系统需配备辅助采暖系统，当阴天、夜晚等太阳能满足不了采暖需求时，由辅助能源系统提供全部或部分热能。

第一辅助热源部分可取自农村的烟囱与火炕的结合部位排放出的热量。根据实际条件辅助热源无成本运行提高利用率等因素，结合西北气候特点及民俗习惯，在寒冷的冬季，北方人喜欢睡火炕，四季依赖资源丰富的作物秸秆，作为无成本燃料，用来做饭，同时用来加热火炕。从其烟囱向户外排放大量的热能，合理开发再次利用，利用真空超导技术实现辅助加热实现无成本运行。

第二辅助热源可采取风光互补发电技术加以辅助采暖，其取暖采用散热器，可用节水节能的超导暖气等，并可利用剩余的电量用来做居室的照明及生活用电等，主热源采用平板型太阳能集热器，提供一次投入可实现寒冷冬季的热水采暖及春、夏、秋等季节的生活热水及洗浴用水的供给。

第三辅助采暖系统可采用能源系统如燃煤锅炉、燃油或气锅炉、电锅炉以及生物质锅炉等来辅助采暖。

3.太阳能采暖系统防冻问题的解决

太阳采暖系统是一个四季运行的系统, 系统须考虑冬季的防冻问题。太阳能集热系统防冻设计是严寒寒冷地区太阳能液态工质集热器系统应用的关键问题之一，主要包括系统工艺设计和控制策略设计。

太阳能集热系统常见的防冻设计主要有集热系统防冻液防冻、集热系统排空防冻、集热系统排回防冻、电伴热带防冻和蓄热水箱水反冲循环防冻等几种。这几种方法各有特点，各有优劣势。

集热系统防冻液防冻通过在集热系统中充注防冻液防冻，适用于金属流道集热器间接系统，尤其在平板太阳能集热系统中应用较多，国外较常见。该方法的主要优点为防冻可靠，防冻温度可调。

集热系统排空防冻方法在循环泵停止运行后，集热系统中的水通过重力作用落回贮热水箱，屋面集热系统不存水，从而防止冻结发生。该方法多用于平板集热器直接系统，国内应用较普遍。该方法的主要优点为简单，易操作，投资小。

集热系统排回防冻方法在循环泵停止运行后，通过重力差将储液罐中的空气顶入集热系统，使屋面上系统中充满空气以达到防冻效果。该方法主要用于金属流道集热器承压的闭式小型系统，尤其在平板太阳能集热系统中应用较多。

电伴热带防冻方法通过在集热系统管路上敷设电伴热带，当管路温度低于设定温度时，电伴热带启动利用电加热管路，防止管路冻结。该方法应用范围较广，国内应用较多。该方法的主要优点为简单易行。

蓄热水箱水反冲循环防冻方法通过在集热系统典型位置设置温度测点，当该温度低于设定值时开启循环泵，将贮热水箱中高温水引出冲刷系统以实现防冻。该方法适用性较好，可用于多种集热系统，国内应用较多。该方法的主要优点为简单易行，无需增加其他设备。

4.系统的过热问题。

采暖系统集热器面积较大, 非采暖季节会出现太阳能得热量远大于供应热水所需要热量, 因此会出现过热问题。如果设计不当, 会造成系统温度高于系统部件工作允许温度, 导致部 件寿命缩短和连接件漏水,甚至会产生安全问题。可以采用集热器排空、集热器闷晒运行、设计散热系统, 以保证系统在安全温度下运行等措施解决系统过热的问题。

四，太阳能采暖的注意事项

在被动太阳能建筑基础上发展起来的太阳能空气采暖系统以其简单、可靠、无冻结泄漏危险的特性得到了越来越多的关注；太阳能生活热水系统仍然是太阳能主动系统在寒冷严寒地区建筑应用中最常见的方式，但还需要在建设从业人员培训、产品可靠性耐久性提高以及产品性能提升方面等进一步努力，以迎接可能的建筑强制安装措施；太阳能供热采暖技术是寒冷严寒地区太阳能建筑应用的发展方向，技术上较成熟，造价较高，可与被动太阳能技术综合利用，力争在小范围试点的基础上稳步推进；太阳能空调技术随着中高温集热技术的发展，逐渐进入工程试点示范阶段，目前造价仍高，系统较复杂 ，在寒冷严寒地区需求不大，可进行探索性试点；建筑一体化太阳能光伏发电技术在政策扶持下通过在标志性公共建筑上应用积累经验，在国家相应政策的配合下，系统盈利模式确立后再规模化推广。

五，太阳能采暖系统的推广障碍

目前，我国的太阳能供热采暖系统尚处于示范阶段，该技术在西北广大地区的推广应用还主要一些障碍有待解决：

1.在中高温工作条件下仍有较高效率的集热器部件仍有待商品化;

2．太阳集热系统在非采暖季所收集热量需要有其他用途，以防止集热系统过热，在严寒地区可配合地埋管源热泵系统作为地埋管系统补热用；

3.与太阳能供热系统相配套的加热器、水箱、热交换器等附件仍有待开发和产业化；

4.目前每建筑平米增投资约150元，投资偏高，阻碍了技术推广，有待于进一步降低系统成本。

尽管如此，太阳能作为一种可再生能源受到越来越多的重视。据估算，我国西北村镇地区被动太阳房的建筑面积已超过2000万m2 ，取得了较好的应用效果。目前我国太阳能采暖在城市得到了良好的发展，但是对于农村尤其是西北农村来说，还没有深入到各家各户，郊区农村尚有很多村民仍在使用传统燃煤采暖，其烟尘排放流动传播无疑会对城区大气环境产生影响。因此，当下太阳能采暖推广正当时。

参考文献：

[1]张宁.北方地区集合住宅被动式太阳能采暖策略及应用分析报告.北京交通大学.2011年

[2]庾汉成.结合青海地区特点谈规划阶段太阳能的应用.工业建筑.2011.07期

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关键词：太阳能技术、光伏发电、供热、制冷

在石油、天然气、煤炭能源日益紧缺的背景下，各国均大力发展和利用太阳能。其中，日本、欧美等经济发达、能源消耗严重的国家对太阳能的利用起步较早，在技术和应用上已处于世界领先地位。由于增设太阳能系统会造成建筑一次性投资的增加，制约了太阳能的利用和太阳能技术的推广，为了充分利用这种洁净的可再生能源，政府应在政策上给予扶持和优惠。使太阳能技术在建筑中的应用更加具有广泛性和可实施性，从而减少常规能源对环境的破坏和污染。

1.太阳能技术在新疆建筑应用的可行性

太阳能是每年辐射到地球上的能量达1813亿吨标准煤，相当于全世界年需要能量总和的5000倍，是地球上最大的能源库。按照目前太阳质量消耗速率计，太阳内部的热核反应足以维持600亿年，相对于人类发展历史的有限年代而言，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。 地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰富度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。 我国属太阳能资源丰富的国家之一，辐射总量在3.3x103～8.4x106千焦/米2•年之间。全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。我国、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属世界太阳能资源丰富地区之一。

2.太阳能技术在新疆建筑中应用的主要形式

太阳能技术在新疆建筑中的主要包括在光热转换和光电转换两个方面的应用，从我区的经济发展现状和当今能源转换策略的支持情况来看，光电技术及太阳能在建筑中的热利用、采暖空调和供应热水等诸多方面都有广泛的应用。

2.1太阳能光伏发电技术

（一）太阳能光伏发电的现状

太阳能光伏发电技术是利用光电转换原理，将太阳能辐射光通过半导体物质转变为电能，制造太阳能电池的半导体应采用光电转换率较大且技术成熟的硅太阳能光伏电池，否则即浪费投资又不经济。随着市场上作为光伏发电蓄电池晶体硅的生产工艺的进步，商品化晶体硅光伏电池组件的光电转换效率的进一步提高，生产规模和市场占有率也有了大幅提升。

（二）太阳能光伏发电在新疆建筑中的利用

1）太阳能光电屋顶。是由太阳能瓦板、空气间隔层、屋顶保温层、结构层构成的复合屋顶。太阳能光电瓦板是太阳能光电池与屋顶瓦板相结合形成一体化的产品，它由安全玻璃或不锈钢薄板做基层，并用有机聚合物将太阳能电池包起来。

2）太阳能电力墙。电力墙是将太阳能光电池与建筑材料结合起来，构成一种可用来发电的外墙在建筑工程中贴用，既具有装饰作用，又可为建筑提供电力能源，其成本与花岗石一类的贴面材料相当。

3）太阳能光电玻璃。在建筑中，当今最先进的太阳能技术就是创造透明的太阳能光电池，用以取代窗户和天窗上的玻璃。随着科技的不断创新和发展，太阳能发电系统将在技术上取得突破，从而大大提高太阳能发电的效率，成为未来生态建筑不可或缺的组成部分。

2.2太阳能在建筑中的热利用

（一）太阳能在建筑中热利用的分类

1）太阳能通风结构的主要形式包括：太阳能集热墙体以及太阳能集热屋面。在太阳辐射的作用下，将会诱导热压作用下的自然通风，从而实现房间的被动式采暖与降温。太阳能通风的工作原理是利用太阳辐射能量产生热压，诱导空气流动，将热能转化为空气运动的动能。

2）太阳能热水在建筑中应用比较广泛，一般包括太阳能集热器、储水箱、循环泵、电控柜和管道等，是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。太阳能热水系统的分类以加热循环方式可分为：自然循环式太阳能热水器、强制循环式太阳能热水系统、储置式太阳能热水器等三种。

3）在建筑能耗中，生活热水、供暖能耗占了相当的比例，利用太阳能来满足生活热水、供暖这些低品位能耗的要求具有巨大的节能效益，因此，太阳能采暖技术越来越受到人们的重视。因为新疆在全国的气候分区属于严寒地区，冬季的采暖能耗占整个建筑能耗的比例相当大，利用太阳能采暖在新疆建筑行业的应用还处在研发阶段，并未大面积应用于工程实例当中。有些试点工程在冬季的运行工况不是很好，太阳能采暖在白天还可满足采暖要求，晚上随着气温降低，耗热量加大，就必须采用辅助电加热采暖，能耗相当严重，且成本并未减少，太阳能采暖在建筑密度较高的城市采用效果不好，有较多遮挡，运行效果不佳。

4）当前的太阳能空调技术多种多样，主要是吸收式制冷和光电转化电能驱动制冷。比较成熟的技术是是将太阳能集热装置与溴化锂吸收制冷系统的进行有机结合，同时将先进的超导传热技术应用于太阳能集热系统和制冷系统，实现夏季可控制冷，目前已经在一些示范工程中有所应用，但由于太阳能空调的技术种类繁多，成熟度也各有不同，因而在新疆的建筑中采用要更加慎重。

3.结语

太阳能技术在新疆的发展前景广阔，但是，由于新疆地处偏远，经济比沿海发达地区落后，在工程中缺乏对先进技术应用的经济支撑能力。所以，国家应出台相关的优惠政策，重点扶持新疆在太阳能技术应用方面的示范工程，并逐步总结经验，并在条件成熟后，出台推广太阳能技术应用的地方性政策法规。使太阳能技术在新疆得到更加广泛的应用。

参考文献：

【1】《绿色建筑》 中国计划出版社 2008

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【关键词】太阳能；能源；能效

1、 系统组成

无动力太阳能热水系统是一种高效太阳能热水系统，集热系统由开式储热水箱、闭式波纹管换热器、真空管等组成，主要流程见下图1-1。

图1-1 无动力太阳能系统原理图

真空集热管直接加热水箱内的水并储存，当用水端开启时，自来水通过太阳能水箱内的波纹盘管换热器快速换热（2℃-5℃的温差），进入到容积式换热水器中。当水温满足设置要求时（45℃-60℃），直接经容积式换热水器供到用水端； 当水温高于设置要求时，经恒温混水阀混至设置温度，供到用水端；当水温低于设置要求时，启动热媒循环泵加热容积式换热水器内的水到设置温度，供到用水端。

2、 系统分析

无动力系统将太阳能系统的集热、储热、换热集成为一体，不使用水泵等驱动换热，自身能耗低，取消储热水箱设计，不增加独立设备间，降低建筑成本，而且结构紧凑，运行简单，稳定安全，后期运营成本低。

热水循环系统采用自然循环加热，冷、热水压力一致，密闭运行，无二次污染。集热系统为开式系统，集热系统无需循环水泵。系统辅助能源可采用空气源热泵机组，加热区和高温区两部分，空气源只加热高温区水箱内的一次水，充分利用太阳能，降低辅助能源的使用量。

屋顶太阳能集热板分散式布置，承重要求降低，对屋面荷载要求约为140kg/O。对部分原有太阳能系统的建筑，本系统可利用原冷热水管道系统，节省造价。

3、 案例分析

3.1太阳能系统介绍

某工程1、2、3、4号楼，原太阳能系统采用集中集热―分散蓄/供热式生活热水系统，每栋楼1个生活热水系统采用以防冻液为热媒的系统。集热循环部分采用强制循环，设膨胀罐。该系统将太阳集热器收集太阳热量后，通过换热器换热后，输送至屋顶缓冲水箱中，再由供热循环水泵输送至用户蓄热水箱内的热交换器，对蓄热水箱内的冷水进行加热。户用蓄热水箱（内置热交换器及辅助电加热器）放置于各户卫生间。使用时，用户开启用水点即可使用。当太阳能不能保证室内使用要求时，启动户用蓄热水箱辅助电加热设备。

原太阳能热水系统，管路复杂，管路系统热损失明显，户内水箱两种热源互相干扰，若24小时设定50℃-60℃时，太阳能作用会很微小，电加热启动会很频繁；若设置手动启动电加热可更多使用太阳能，但是会造成用户操作麻烦。 每户管井内安装一块热水表计量，收取冷水费。物业取费麻烦，每户有2根水管接至屋顶太阳能，管井内管道较多，适用于多层住宅以及高层建筑的高区用水。 每户安装一台储水罐，占用户内空间，每户安装电磁阀及控制，增加维修故障点。

3.2运营费用

改造采用无动力太阳系能系统，两种系统能耗分别对比主要集中在电费、循环热损失、维护费用等三方面。

原太阳能系统集热循环介质为防冻液，成分为乙二醇，一般寿命为3年左右，且高温挥发会造成污染环境。乙二醇市场价格在25元/升左右，更换量按1000L/次计算。原太阳能系统，管路长度约为700米，管道散热量按12W/m计算，管道热损约为8.4KW/d左右。循环水泵电费：循环泵功率5.5kw，每天运行5h，5.5KW*5h*1元*300天=8250元/年；循环热损失：8.4KW*300天*1元=2520元/年；维护费用：一次侧循环介质为防冻液，寿命2年，按每2年更换一次，防冻液计算费用为：1000L/3*25元/L=8333.33元/年；合计：19103元/年；

无动力太阳能系统低区利用市政压力，无需外在动力；增加高区冷水压力，太阳能入口压力不小于0.2MPa，按增加能耗约为1KW/小时，每天按开启5h计算。循环水泵电费：1KW*5h*300*1元=1500元；无循环热损失；维护费用：2000元/年；合计：3500元/年。

3.3土建成本

原太阳能水箱需要增加建筑面积约为15O，以北京市土建价格4000元/O计算，增加的建筑成本约为6万元。 屋面水箱间对屋面承重要求高，会增加建筑结构成本增加。

3.4总费用

系统运行10年，全部4栋建筑，原太阳能系统与无动力太阳能系统年运行费用对比见表3-3。

4、 结论

本文通过对无动力太阳能系统工程应用的介绍，与原太阳能集中热水系统进行系统与能效对比，无动力太阳能系统集热效率的明显提高，运行费用显著降低，经济效益和环境效益良好且消除了传统系统的主要运行故障，不给用户带来额外负担，适应范围广，值得在以后的太阳能系统的应用中推广。

参考文献：

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关键词：太阳能；太阳能建筑；住宅建筑；新能源

随着社会和科技的持续发展，能源问题与环境问题一样，已经成为影响中国社会经济发展的关键因素，发展可再生能源对于我国保证能源供应和环境的改善都具有十分重要的战略意义。太阳能是优质的可再生能源，我国的太阳能资源非常丰富。近年来我国在太阳能利用方面有了一定的基础，特别是在太阳能建筑应用方面，太阳能建筑在调整住宅能耗结构、保障建筑能源安全，降低温室气体排放、保护大气环境，解决农村和偏远地区用能、提高国民生活质量，以及推进和实施我国住宅产业化政策等诸多方面产生积极的影响。

1、太阳能建筑的定义

传统意义上的太阳能建筑指经设计能直接利用太阳能进行采暖或空调的建筑。比较成熟的是通过太阳能的光热作用，在冬季，对室内空气进行加热。太阳能采暖建筑，一般分为主动式和被动式两大类。

随着太阳能利用科技水平的不断提高，太阳能建筑已经从太阳能采暖建筑发展到可以集成太阳能光电、太阳能热水、太阳能吸收式制冷、太阳能通风降温、可控自然采光等新技术的建筑，其技术含量更高，内涵更丰富，适用范围更广。

准确定义太阳能建筑很困难，但从国际和国内的研究和实践经验来看，太阳能建筑(Solar Buildings)至少应该包含以下几个层面的内涵：一、目标是尽可能的充分利用太阳能来满足建筑能耗和健康环境的需求，降低常规能源在建筑能耗中的比例；二、实施是有寿命周期的，应体现在建筑物策划、设计、建造、使用、维护以及改造等活动中；三、推广应因地制宜，针对区域气候特征、经济发达程度以及建筑使用特征等因素，采用适宜的建筑技术和太阳能技术；四、发展应基于综合的、多角度的比较，包括生态设计、建筑节能、投资平衡、复合其它可再生能源、选择配套的常规能源等；五、研究是不断发展的，不仅包括应用理论和计算方法，还应向能效评价、工程实测等多方面深入。

2、太阳能能源在住宅建筑中的利用

2.1主动式太阳能建筑

主动式太阳能建筑是通过高效集热装置来收集获取太阳能，然后由热媒将热量送入建筑物内的建筑形式。它对太阳能的利用效率高，不仅可以供暖、供热水，还可以供冷，而且室内温度稳定舒适，日波动小，在发达国家应用非常广泛。但因为它存在着设备复杂、先期投资偏高，阴天有云期间集热效率严重下降等缺点，在我国长期未能得到推广。

2.1.1太阳能热水器系统

由于将太阳能转化为温度不太高的热水，只要用简单的装置即可实现，因而被广泛采用。供应热水可以采取集中的方式，也可以用于单独的住宅中。集中供应热水，需要有一定的场地和基建投资，经济效益较高，适用于人口较集中的城镇。单独供应热水，设备简单，不需要专门的管理人员，在城镇和乡村均可采用。

目前在我国市场上常见的太阳热水器有以下几类：

(1)平板太阳热水器。它由平板集热器与热水箱组成，一般采用自然循环运行方式。

(2)真空管热水器。它由多支玻璃真空集热管直接插入水箱构成，一般采用自然对流换热；每支真空集热管与水箱插孔间放置硅橡胶制成的密封圈。真空集热管的热损系数小，故用它做成的太阳热水器在冬季有较好的热性能，适合在北方地区使用。

(3)闷晒式热水器。它是集热与贮热合二为一的整体式热水器，一般由二至三个涂黑的圆筒组成，以结构简单、造价较低为特色，缺点是夜间散热大，热水不能过夜使用，在冬季也不能用。它在农村有较大的推广面。

2.1.2太阳能热泵采暖系统

太阳能热泵采暖系统是利用集热器进行太阳能低温集热，然后通过热泵，将热量传递到温度为35??-50℃的采暖热媒中去。冬季太阳辐射量较小，环境温度很低，使用热泵则可以直接收集太阳能进行采暖。将太阳能集热器作为热泵系统中的蒸发器，换热器作为冷凝器，这样就可以得到较高温度的采暖热媒。

太阳能热泵采暖系统主要特点是花费少量电能就可以得到几倍于电能的热量，同时可以有效地利用低温热源，减少集热面积，这是太阳能采暖的一种有效手段。若与夏季制冷相结合，应用于空调，它的优点更为突出。

2.2被动式太阳能建筑

被动式太阳能建筑是指太阳能向室内的传递不借助于机械动力，完全由自然的方式，即蓄热体进行的建筑形式。所谓蓄热体一般指可以储存热量的集热体，蓄热体相对于建筑物构造体有附属于或不附属于两种存在方式。若属于构造一部分，则一方面支撑建筑物，另一方面具有储热体的功能。不为构造体的蓄热体能很简单地设置于建筑物中，可灵活增减，配合季节调节室内温度。

用于蓄热体的材料很简单，可以是液态的水、盐水、油等液体，也可以是固体的砖瓦、预制混凝土、沙、粘土、石块等。蓄热体设置在太阳能接收式冷暖系统的建筑物的任何位置都会发挥功用，但为能发挥最大限度的功能，必须选择理想的位置。

3、太阳能建筑在住宅建设中的重要作用

3.1是调整住宅建筑能耗结构、保障能源安全的现实需求

2009年的统计结果表明，尽管我国民用建筑的整体舒适度低于世界各发达国家，但我国的建筑能耗已经占到当年全社会终端能源消耗的27.8％，接近发达国家(1／3左右)的水平，采暖和空调为主的建筑能耗已占10％以上。因此，在我国《可再生能源法》的编制报告中指出，到2020年可再生能源利用量不低于全国能源消费总量10%。

我国具有丰富的太阳能资源，年日照时数在2200小时以上地区约占国土面积的2／3以上。对太阳能应用的预测结果为，在正常发展和生态驱动发展两种模式下，2050年我国太阳能利用在总能源供给中分别达到4.7%和10%

显然，太阳能建筑将在调整建筑能耗结构、保障能源安全的现实需求和心理需求等方面发挥积极作用。

3.2将大大降低温室气体排放和大气环境保护方面的压力

有关资料显示，世界各国建筑能耗中排放的C02约占全球排放总量的l／3。其中，住宅约占2／3。

事实上，我国目前约90％的二氧化硫和氮氧化物排放来自化石能源的生产和消费。大气污染物造成的酸雨、呼吸道疾病等已经严重威胁经济发展和人体健康。对我国未来C02减排的潜力估计是，到2010年以后，太阳能利用对减排开始有较明显作用，2020年以后开始有较显著作用。

3.3是农村和偏远地区全面建设小康社会的有效手段之一

目前，我国仍有4亿左右农村居民，依靠直接燃烧秸秆、薪柴等生物质提供生活用能。全国还有约2万个村，约800多万农户、3000万人口没有电力供应。同时，经济发展水平较高的地区，农村生产、生活用能中商品能源的比例不断上升，对化石能源需求加大。因此，将现代太阳能理念和技术与传统的建造技术相结合，解决偏远地区农房基本能源供应，对全面建设小康社会，保护生态环境具有重要的现实意义。

实际上，截至2002年底的统计数据，今国农村房屋建筑面积已达256.2亿平方米。其可以利用的屋顶面积是可观的。

4、今后太阳能建筑利用的发展前景

现在太阳能的利用到了一个新的发展阶段，称为建筑一体化设计，即不再采用屋顶上安装一个笨重的装置来收集太阳能，而是用那些能把阳光转换成电能的半导体太阳能电池板直接嵌入到墙壁和屋顶内。这种一体化的设计思想是由美国太阳能协会创始人施蒂文?斯特朗20年前所倡导的，由于当时太阳能电池过于昂贵，无法实施。如今太阳能电池的价格只有80年代的三分之一，所以现在推广的可能性大大增加。

我们在大力提倡使用太阳能的同时，也要强调在工程设计中建筑的整体美、造型新以及技术的先进性，注意设计中屋顶墙面所用的太阳能电池板的设置位置，面积大小与建筑立面的造型与环境是否协调等多方面的因素。

参考文献：

[1]高芳葳.太阳能在住宅中的应用.住宅科技，1989，2：33-35.

[2]陆维德.我国太阳能建筑发展对策.太阳能，1999，1：2-3.

[3]李云苍，Eric，J.Hu，等.新型太阳能吸附式制冷系统研究.新能源，2000，22(11)：1-5，15.

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关键词 太阳能；雨水处理；资源回收

中图分类号 TV21 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0171-01

在现代科学技术迅猛发展的今天，随着经济的发展和人民居住水平的提高，城市居住区所需的生活用水量大幅度增加，从而增加了城市供水的压力，尤其是在景观绿化方面和居民生活洗漱方面用水负荷大。雨水作为一种重要的水资源，未经任何利用即随地表径流大量流失，造成资源的浪费，雨水资源利用系统可将雨水收集并经过相应处理后作为景观和生活洗漱用水，且太阳能既是一次性能源又是可再生能源，且资源丰富，又对环境无任何污染，是再生资源中最容易取得的自然资源，在雨水的利用系统中引进太阳能技术，即太阳能发电系统可将太阳能转换为电能直接馈入电网或储存在蓄电池中，并应用于雨水处理装置系统中，处理后的雨水则可转化为景观用水和生活洗漱用水，这样既增加了雨水的循环利用，又缓解了水资源的负荷压力。

1 雨水处理系统中太阳能利用的可能性及应用

雨水利用特点主要是间歇性，我国多数城市雨季又是在阳光充足的夏秋季节，这都适合太阳能的利用，且从经济上太阳能电池的制造成本也逐年的在下降，从2000年至2004年下降了25%，且在日本和德国均有实例，日本的神奈川县利用太阳能电池喷水，收集的雨水经过沉砂槽、过滤槽，流进碎石调蓄槽，之后靠太阳能电池泵喷出，形成水景，再经过这些设备循环流动。德国柏林利用太阳能为景观池的水进行雨水循环，形成小溪流水。所以雨水的太阳能处理后用于景观和生活洗漱技术是可行的。

可利用有利条件设置太阳能发电设备，利用雨水处理场地的开阔地面、光照条件等有利条件设置太阳能发电等，多余的电力可输入至蓄电箱；滤池上方空间可进太阳能发电，其滤池大面积的暴露在阳光中，如在滤池上方加设防护罩，在活动罩上设置太阳能电池，以进行雨水处理系统的应用；取水口也可设置太阳能发电，贮水池水面可设置太阳能电池以加强水质管理，以进行水质的处理。

2 雨水转化为景观及洗漱用水的相关处理技术

1）雨水的收集与截污。雨水收集主要包括屋面雨水、广场雨水、绿地雨水和污染较轻的路面雨水等，雨水的收集应该根据地形的特点，考虑部分垂直面上的雨水采用直接泵送雨水利用系统进行泵送，计量采用外收集或内外两种收集方式进行收集，多采用檐沟、收集管、水落管和连接管进行收集，可设置一些拦截树叶等大的污染物的截污装置或初期雨水的弃流装置，截污装置可以安装在雨水斗、排水立管和排水横管上，定期进行处理。2）雨水调蓄。首先可以采用雨水调蓄池，设计地表调蓄池时应尽量利用天然洼地或池塘，减少土方，减少对原地貌的破坏，并应与景观设计相结合。多采用地上开敞式调蓄池，应结合景观设计和小区整体规划以及现场条件进行综合设计，设计要将园林、水景、雨水的调蓄利用等有机的结合。3）雨水处理。雨水处理可采用常规处理，①沉淀处理，在沉淀池中将雨水的固体颗粒在流动中从水中分离，待雨停止后再静沉一段时间，之后取出其上清液，有条件的可利用景观水池、湿地水塘进行沉淀，并可进行沉淀试验确定其沉淀效果；②过滤处理，可采用过滤池直接过滤掉悬浮固体等，主要应用表面过滤，采用粗滤、微滤和膜滤的顺序进行过滤；③消毒，通过消毒剂或其他消毒手段灭活水中的病原体，可采取液氯消毒、臭氧消毒、次氯酸钠消毒、紫外线和二氧化氯消毒，使其水质符合相关生活用水的指标要求。

3 处理雨水用于景观及洗漱水量计算

雨水回收系统中收集池有效容积确定与其计算是确定景观和洗漱用水的依据，首先是雨水量的计算，可以根据当地气象部门提供的该地区的年平均降雨量及逐月降雨量等水文资料，采用径流系数法确定，设计用水量则按照景观目标用量分类需求计算，还要考虑雨水流经系统中各装置的损失，一般按照设计水量的5%-10%确定。生活洗漱用水则较多，且不可循环，设计该住宅小区雨水用于生活用水可根据用水定额，大致制定如下：早晨用水2 L/（m2・d）；中午用水1 L/（m2・次），晚上用水2 L/（m2・d），依据以上数据计算该小区年生活洗漱杂用水量。

4 处理雨水应用景观用水要点

1）雨水处理。雨水污染对地表水影响很大，雨水所携带的污染物进入水体后容易造成水质恶化与富营养化。因此雨水作为景观用水前，要进行合理合格的处理。需要根据风景区河湖及雨水水质的分析结果，选取合理可行的雨水处理方法。从综合分析和归纳所知，一般小区区内雨水水质主要污染物为CODCr、SS、TN，雨水B/C约为1/6，可生化性较差，可用生态方法-人工湿地来处理雨水。通过利用基质―微生物―植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对水体的高效净化。有关研究结果表明，一般人工湿地对BOD5的去除率可达85%-95%，CODCr的去除率可达80%以上，出水中BOD5的浓度在10 mg/L左右，SS浓度小于20 mg/L。2）景观用水回流。景观用水回流可在景观场设置大型水面、戏水池和溪流三部分。配合建筑设计，在水面的长轴一端分多个入水口配水入池，在长轴的另一端分上、下两层多个回水口回流。在回水总管末端设两道不锈钢格栅及筛网， 以利于清理格栅时，互换截污。格栅后设置总阀门，用来控制和调节水位高度。除大型水面进、出水部分应注意尽可能地避免死水区，适当地设置冲洗喷头之外，溪水的回流也应考虑对小溪结构本身的利用。

5 处理雨水应用生活洗漱用水要点

1）明确年雨水收集影响因素，家庭式的雨水收集利用，可以解决广大人民的生活洗漱用水问题，一般小区年均可收集雨量受气候条件、降雨量在各季节的分配、雨水水质情况等自然因素以及特定地区建筑物的布局和结构等其他因素的制约。2）保证其水质，这也是最重要的措施。①加强地面环境卫生管理，最大限度地减少地面的垃圾等污染物；②屋面表层采用水泥砖等非污染性材料，避免用沥青油毡类污染性表面铺装防水材料；③设计中尽可能让屋面雨水和路面雨水先流入低势绿地或路边绿化浅沟，发挥绿地植被和土壤的截污和净化功能。第四雨水的主要通道和集中入湖口设置必要的格栅或滤网等截污装置。

6 结束语

目前太阳能处理雨水的应用技术还处于初级阶段，尤其是在大多数城市大量利用直接水源的情况下，因此应该扩展该技术，使得城市的建设与生态环境与此相结合，使雨水利用合理化、安全化和规范化。

基金项目：安徽建筑工业学院2011年度大学生科技创新基金项目。

参考文献

[1]车伍,等主编.城市雨水利用技术与管理[M].中国建筑工业出版社,2006.

[2]车武,等.生态住宅小区雨水利用与水景观系统案例分析[J].城市环境与城市生态2002,15(5):34-36.

[3]李梅,等.某住宅小区雨水资源利用分析[J].山东建筑大学学报,2010,25(2):184-187.

[4]中国建筑设计研究院.GB 50400―2006建筑与小区雨水利用工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.

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论文关键词：太阳能，方案优化，货币时间价值

 

一、引言

我国是世界第二能源消费国，同时也是世界生产大国，自然资源丰富，但人口众多，人均资源不到世界平均水平的一半。资源的紧缺使得我国的能源产品价格总体走势保持高位运行。由于科技水平和经济实力等原因，中国在能源方面过度依赖化石燃料，在资源的可持续供应上存在很大压力。能源储量与未来几十年的需求之间存在一个巨大的缺口。

随着社会的发展，人民生活水平的提高，人们对建筑功能以及舒适度方面的要求也越来越高。与建筑相关的如空调、热水供应、餐饮、照明、电器、电梯等方面的能耗也日益增加。目前我国的建筑能耗已占到全社会终端能耗的27.5％期刊网，按照这样的水平，到2020年，我国建筑能耗将达到1089亿吨标准煤。建筑用能将危及国家能源安全。因此，在我国开展建筑节能工作刻不容缓。

太阳能作为一种可持续利用的清洁能源，被认为是2l世纪以后人类可期待的、最有希望的能源，得到了国际社会的普遍重视。各类建筑是利用太阳能等可再生能源的良好载体，结合建筑充分利用太阳能等可再生能源是实现建筑能源结构可持续发展的重要内容。其中太阳能热水系统用于提供热水，可大大节省燃料费用。

由于工程对象的特殊性：初始投资成本大，项目寿命周期长，所耗能源的持久性等特点，更应该综合考虑后续能源消耗资金对现时初始投资项目选择的影响。这样更能客观公正地选择出最优解。

在价值工程中，认为资金进入社会再生产过程后会随着时间的推移，货币产生价值增值，即货币是具有时间价值的，运用模型，考虑货币时间价值因素对数据产生的影响：

其中：P—现值；A—年金； i—利率；n—期限

在方案的初始选择中，考虑项目周期内能源的耗费相当重要，在工程设计中，我们不能只顾初始投资成本的选择期刊网，而要兼顾后续费用是否与初始投资成本之间存在合理的性价比。

本文就货币时间价值在无锡某小区太阳能热水系统设备选型中所起作用与同行共同探讨。

二、工程概况

无锡某酒店地下一层，地上十层，建筑高度36.7m。地下一层为汽车库和酒店辅助用房，地上一层为酒店大堂和咖啡厅，二层为酒店人员办公层，三层以上为酒店客房。酒店建筑面积约为1万平方米。共有客房104间，均为双人房，共有床位208个。

三、太阳能热水系统原理

本工程热水系统原理图如下：

本工程太阳能热水系统的运行控制原则是：在确保24小时热水充足供应的前提下，尽可能利用太阳能加热。

太阳能热水系统的运行原理是：

1.设储热水箱内温度为T1，集热水箱内温度为T2，高区热水回水管网最低点温度为T3，太阳能集热板最高点温度为T4。

2.当T3<50℃时，启动热水循环泵，当T3>58℃时，关闭热水循环泵。

3.当储热水箱内水位低于三分之一时，启动供热泵，同时开启F4电控阀，关闭F3电控阀。此时，如果集热水箱内水温>55℃期刊网，则开启F1电控阀，关闭F2电控阀；否则关闭F1电控阀，开启F2电控阀，采用燃气热水器辅助加热。当储热水箱内水位满时，关闭供热泵，关闭F3电控阀。

4.当T1<50℃时，则开启供热泵，开启F2、F3电控阀，关闭F1、F4电控阀。

5.当T1达到60℃时，则关闭供热泵，关闭F3电控阀。本条优先级低于第3条，当第3条发生时，暂缓执行本条。

6.当T4-T2>10℃时，启动集热循环泵；当T4-T2<2℃时，关闭集热循环泵。

四、集热板的安装

由于本酒店外墙安装幕墙，并且幕墙高出屋面9米左右。如果将太阳能集热器直接安装在屋面上，太阳光将完全被幕墙挡住，无法起到集热效果。经与甲方协商后，决定在幕墙顶部高度的位置做构架。构架主体为混凝土井字梁期刊网，集热板安装在梁上，每排集热板前后的梁上搁置铸铁格栅，作为检修通道。见下图一和图二。

图一

图二

五、经济比较

现行设计思路均为常识性的做法或根据甲方要求进行设计，很少在设计当时就通过理论公式进行科学的设备选型，本文主要基于价值工程理论结合实际进行热源选择。

该项目集中供应热水系统比较适合选用的热源有：

（1）传统耗能热源：蒸汽、燃气、电能；

（2）新型节能环保热源：太阳能、空气源热能和水源热能。

（一）辅助热源经济性分析

设定系统每天将20吨15℃的水升温到60℃，总共耗费的能量为37.62×105kJ。

计算如下：

Q=CpmT＝4.18×20×103×（60－15）＝37.62×105kJ

式中：Q—该热水系统运行需要的能量（kJ）

Cp—水的定压热容（Cp=4.18KJ/kg?℃）

T—水的温升（即热水温度与基础水温之差）

m—水的质量（kg）。

1、各种燃料的当量热值分别为：

燃油：42500kJ/kg；电：3600kJ/Kwh；工业煤：29300kJ/kg；天然气：39757kJ/m3

2、锅炉效率及能源费用如下表：

 

类别

燃油锅炉

电锅炉

燃煤锅炉

燃气锅炉

空气源热泵

效率

80％

95％

50％

90%

380%

能源费用

柴油：5.0元/ kg

电：1.00元/KWh

煤：0.85元/ kg

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关键词：应用型；工程力学；思维能力；教学方式

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0133-02

一、引言

2014年6月，国务院提出要推动一批本科高校转型发展，建立中国高校的分类体系，更多地培养应用型人才和技术技能型人才，其根本目的是使高等教育培养的人更加符合经济社会对人才的需求。然而在实践过程中，高校除了面临着更新教学理念、提高教师能力、增加教育投入、加强学风考风建设等诸多课题之外，课程建设同样面临着配套改革的艰巨任务。工程力学课程作为给排水、工程管理、热能动力、建筑环境、机械等相关专业的重要专业基础课，其课程体系、教学内容与教学方法能否适应“应用型”人才培养要求，对于后续专业课的开展及学生科学思维能力的前期培养具有深远影响。目前工程力学课程仍沿用传统的教学模式，教学效果难以令人满意。本文以东北电力大学开设的工程力学课程为背景，以培养学生思维能力为主题进行了专题探讨，并在实践中进行了验证，取得了较好的应用效果，为探索工程力学课程在应用型人才培养过程中改革途径，提高教学质量提供了有益的经验。

二、高等学校转型发展，推动了工程力学课程改革

工程力学课程是一门与工程实际联系紧密且体系完整的经典课程，属于一门实践应用型的工科学科，具有较强的理论性、逻辑性和系统性。课程由理论力学和材料力学组成，理论力学以物体的受力分析、力系的简化和物体的平衡分析为主，要求学生掌握汇交力系、力偶系和任意力系的平衡分析及带有摩擦力的物体的平衡分析方法；材料力学以杆件的变形破坏分析为主，要求学生掌握杆件的内力、应力和变形的分析研究方法，能对杆件进行合理的强度、刚度和稳定性设计。从知识的角度看，该课程的理论性强、教学推导多，因而授课过程很容易陷入“填鸭”模式，学生只能疲于应付。在高等学校转型发展的要求下，为充分发挥工程力学的基础先导作用，必须首先培养好学生的科学思维能力，这也是培养学生学习能力、应用能力的先决条件。转型发展的核心就是要培养“应用型人才”，培养学生工程能力和工程创新能力，提高学生社会职业素养和就业竞争力。工程力学课程改革就是要构建“应用型人才”培养需要的新型体系，对教育理念、教学内容、教学方法等方面诸多方面进行系统优化。

三、课程改革的具体内容及措施

1.统筹设计，从教学内容及方法上注重培养学生科学思维能力。科学思维能力包括理性思维能力、辩证思维能力、系统思维能力、逻辑思维能力和创新思维能力。培养科学思维能力就是指通过训练，使学生掌握科学思维的灵活性、敏感性、逻辑性、周密性和条理性。为此，在教学中我们着重从课程内容和教学方法入手，有意识地引导学生在学习知识的同时注重思维能力的训练和提高。①利用力学问题的解题特点，培养学生思维的灵活性和敏感性。力学问题多数具有一题多解的特点，教学过程中在静力学中处理物体系的平衡问题中，通过先取整体然后取部分为研究对象进行求解，再变成分别以物体系的组成部分为研究对象进行求解；在材料力学中，已知力求位移先通过卡氏第二定理求解，再用单位荷载法求解，自然可以使解决问题过程妙趣横生，而相同题型采用不同的求解方法，不但能培养学生思维的灵活性，还能使学到的知识及方法融会贯通。久而久之，自然形成了遇到问题勤于思考、善于思考的良好思维习惯，思维灵活了，对问题实质的敏感性提高了，解决问题的方法也就更多了。由此可见，通过自己的探索，找出最佳方案，对于提高学生学习兴趣和自信心的培养都至关重要。②通过梳理概念与定理之间的关系，培养学生思维的逻辑性。教学过程中，始终贯穿对各概念与定理之间关系的内在逻辑描述，从力的概念推广到力系的平衡条件；从工作应力、极限应力、许用应力推广到强度条件；从变形推广到刚度条件。教学中每个概念的提出，每个定理的推导及应用，都通过教师的引导展现出环环紧扣、层层递进的严密逻辑。让学生通过学习和联系，建立起思维的严密逻辑。整个课程下来，学生既学到了知识，又对课程的体系有了深刻的了解。同时，学生通过对重要定理推导和相关联系题的训练，构成了逻辑严谨的认知体系，逻辑思维能力也会有较大的提高。③利用问题求解过程，培养学生思维的周密性和条理性。教学中注重总结工程力学的解题思路及过程，再把分析问题的过程加以强化，带领学生进行周密思考，并把结果让学生进行准确表达。锻炼学生表达能力的同时就客观锻炼了学生的思维条理性。比如在静力学中，为解决复杂力系的平衡问题，首先将复杂力系简化，然后得到平衡方程，再利用平衡方程求解；在材料力学中，为研究构件在组合变形中某一横截面处的最大应力，先将引起构件发生每一种单一变形时在该截面处的应力求出来，然后再将这些应力叠加即为所求的构件在组合变形中在该横截面处的应力，同时可以从中找到最大应力值。在这些内容教学时注意强调分析过程和解决办法。一旦学生理解了解决问题的思路，就能触类旁通，并灵活应用。通过对受力分析时受力图的绘制；各种变形中构件内力图和截面应力分布图的绘制；计算求解时，各种方程式的列写，都可以较好地培养学生的学术表达能力。④利用知识之间的内在联系，启发学生的创新思维。创新能力的培养是当代教育的核心内容，而创新思维的培养是创新能力培养的前提条件。利用工程力学课程培养创新思维，就要求在教学内容及教学方式上首先进行创新。提炼课程内容里的创新要素，以此启发学生的创新思维不失为最有效的方法。

2.优化教学内容，增强思维能力训练。工程力学课程是东北电力大学热能动力工程、建筑环境等多个专业开设的课程，学时安排略有差异。根据培养方案确定的学时安排，在教学大纲的制定上把增强学生科学思维能力的训练作为贯穿始终的一条主线。理论学时中，以知识带动思维训练；实践环节中，以工程问题为驱动进行科学思维能力的训练，通过开设讨论课和综合课，培养学生全局观念和解决问题能力。实践中，引入了楼宇、电厂厂房、桁架结构、支撑物体的三角支架设计等工程实例，引导学生的思维创新。突出应用型的人才特色，根据工程需求整合教学内容及结构。将原来课程中单一的知识体系分解成思维培训体系和知识结构体系两部分，教材顺序进行适当调整，如将轴向拉压变形、扭转变形及弯曲变形的超静定问题归纳到一起讲解，优化了课程结构。在缩减课时的同时突出了思维能力培养。结合本校实际，抓住应用型这个特点，进一步精选传统内容，强调技术应用性知识。根据最新科技发展对工程力学课程的要求及“应用型人才”培养需要，及时充实新的教学内容。

3.借助科技竞赛，拓展思维能力训练。学校围绕“思维能力”与“创新思维”，组织学生积极参加大学生创新活动计划项目及国家或省市技能竞赛，接受创新思维和工程能力的训练，使学生把课堂上学到的方法应用于实际竞赛之中，在紧张的竞赛中拓展思维训练的成果，锻炼分析问题和解决问题的能力。与工程力学课程直接相关的竞赛（如结构设计竞赛、机械设计竞赛、大学生力学竞赛等各种大学生科技竞赛）可以作为拓展思维能力训练的重要实践平台。以2013年吉林省高校联合举办的结构设计竞赛中，学生根据所学的力学知识，查阅桁架结构的设计资料，从结构构件的受力特点出发，对构件的结构形式、截面选择及节点的受力分析做了大量创造性工作，设计出了多种高跷方案，并取得了良好的竞赛成绩，让所学知识能够学以致用，通过实战培养了学生的工程创新思维。目前学生正在积极准备参加2014年东北电力大学即将举办的赛题为《三重檐攒尖顶仿古楼阁模型制作与测试》的结构设计竞赛（全国大学生结构设计竞赛），竞赛基于当前全球已进入巨震期这一工程背景，引入模拟地震作用作为模型的测试条件，需要学生考虑的受力因素较之以往的大学生结构设计竞赛更为复杂。借助科技竞赛来拓展学生科学思维的训练具有很好的效果。

工程力学课程改革方案，经过近两年的实践，在更新教育观念，优化教学内容，改进教学方法、探索新的教学手段方面进行了广泛探索，进行了大胆改革和实践。结果表明，通过科学规划及设计，工程力学课程通过课堂内以知识带动思维训练、实践环节中以问题为驱动思维训练、竞赛上以创新拓展思维训练，循序渐进，知识与能力并举，既锻炼了教师的整合课程资源能力，又使学生喜闻乐见，在学习中增长了才干，提高了能力，为提高应用型人才培养质量创造了良好的条件。

参考文献：