摘要：本文介紹了我國目前太陽能建筑的現實狀況，分析了其中的節能潛力，并介紹了太陽能建筑節能的相關內容和實現技術，探討太陽能建筑節能的可持續發展道路。

關鍵詞：太陽能建筑熱量

隨著改革開放和經濟發展，我國太陽能建筑的面積日趨增大，建筑節能是近年來世界建筑發展的一個基本趨向，也是當代建筑科學技術的一個新的生長點。抓住機遇，不失時機地推進建筑節能，有利于國民經濟持續、快速、健康發展，保護生態環境，實現國家發展的第二步和第三步戰略目標，并引導我國建筑業與建筑技術隨同世界大潮流迅速前進，太陽能建筑的節能具有很好的前景，大有可為。

我國地域寬廣，房屋建筑規模巨大，約有一半建筑位于北方“三北”地區，由于氣候原因，每年約有4—6個月的采暖期，該地區規定設置集中采暖系統，以往習慣稱之為集中采暖地區。中部地區（冬冷夏熱地區），即長江流域地區，雖然冬季平均氣溫高于0℃，但相對濕度較高，冬季濕冷，而夏季又酷熱。該地區屬于中國經濟發達地區，包括長江上游在內，涉及18個省、自治區、直轄市，總面積180萬k平方米，人口近4億。年工農業總產值占全國40％，人均產值及人均收入均高于全國平均水平。以往由于經濟上的原因，該地區一般城鎮住宅圍護結構無保溫措施，也不設置采暖設施，因此冬夏季室內熱環境條件相當差。南方屬于亞熱帶氣候，夏季氣候炎熱，降溫則是主要解決的問題。

與發達國家相比，集中采暖地區城鎮住宅圍護結構保溫、氣密性較差，供熱系統效率較低，單位面積的采暖能耗要高得多。我國已成為世界上建房最多的國家，近年來每年全國建成城鎮住宅2億平方米以上，隨著人民生活的不斷改善，人們對于建筑熱環境的舒適性要求愈趨迫切，中部地區冬季采暖勢在必行，各地“空調熱”也日漸高漲。所以，如何盡量利用太陽能、合理建筑設計，對北方集中采暖地區可以減少采暖、空調能耗；而對于中部及南部地區，改善室內熱環境條件，達到低水平的室內舒適參數，已成為一個重要的課題。

我國從80年代起，對城鎮多層住宅應用被動太陽能進行采暖及降溫技術已有研究，先后在石家莊、灘紡及杭州等處建成了試點建筑，較好的改善了室內熱環境條件。當時的技術路線是由熱工外算開始，進而建造示范建筑以驗證效果。國外從70年代初期起，投入了相當的力量進行計算機軟件的開發工作，應用動態模擬計算，進行建筑熱工參數計算分析，進而可以預測室內環境參數，獲得應用被動太陽能的最佳建筑設計方案，同時也建設示范建筑以驗證軟件的可信性。這類從合理建筑及熱工設計著手，在增加有限的建設投資下，盡量利用被動太陽能來達到低水平的室內冬夏熱環境條件的住宅，這里稱為“節能住宅”。

1太陽能建筑及相關概念界定

太陽能建筑是指利用太陽光的輻射能量代替一部分可消耗的常規能源，以達到可以被動或者主動式的能源建筑。被動式太陽能建筑是指被動的采暖設計，是利用圍護結構的熱阻，用以保持建筑的儲熱的性能。主動式太陽能技術是指利用太陽能轉為熱能或者電能進行利用，主要是取暖、燒水，供電的使用。

2被動式能源建筑的形式

按照太陽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，具體內容如下幾個方面。

2.1直接受益型

直接受益型的擦暖形式是以太陽通過一定的透光材料直接進入室內，以太陽透過較大的南窗玻璃，通過存儲熱能到維護結構表面的墻和地上，再通過夜間對流輻射的方式和室內空間熱傳導進行釋放。建筑要求：建筑正陽的南方要安裝大面積的直接受陽的玻璃窗、圍護結構需要有較大的熱阻、室內需有蓄能較好的材料保證能量的積聚。

1概況及技術應用實施

1.1露天礦概況小龍潭露天礦地處于云南省紅河州，礦區地理坐標東經103°11′52″,北緯23°48′45″，大氣層密度低，陽光透過強，年太陽輻射量在5800MJ（/m2•a），海拔1086.32m，屬太陽能資源豐富地區。氣候是亞熱帶季風氣候，全年雨、旱季十分明顯，5月至10月為雨季，11月至次年4月為旱季，年日照時間長，礦坑面積3km2。為我露天礦推廣和利用太陽能光伏發電技術解決生產組織管理中存在問題，具備了優越的氣候條件。

1.2應用實施一利用太陽能光伏發電技術解決采場與排土場照明設施，實現安全供用電，露天礦工作面夜間生產、設備停放夜間看守和夜間排土場的生產均需要照明設施輔助生產。目前夜間生產面臨的主要問題是：

1）液壓挖掘機1日3班，東幫、西幫是主采區，目前工作面長700m，寬70m，高10m，夜間工作面生產點多，且分散，需要用電纜由供電變壓器引至照明設施，電纜供電線路長，電纜道路口埋設地面60cm至80cm以下，長時間使用后容易被運輸車輛碾壓引發短路、漏電等的安全事故。

2）采用架空線路供電又存在線路長影響工作面的快速推進，改移線路費用高。線路長電力損耗大、壓降大照明設施易損壞等情況的發生。

3）排土場遠離采場，需架設供用電線路，且隨著排土場不斷增高，供電線路、供電點不斷延深，勢必增加架設費用。露天礦因地制宜結合實際采用了多晶硅薄膜太陽能光伏發電板、蓄電池組、LED燈、電子控制器等組建太陽能照明設施，通過計算選擇太陽能板和蓄電池配置，以下是計算方式：1）計算出用電負載的電流。如12V蓄電池系統；30W的燈1盞，電流=30÷12=2.5A。2）計算出蓄電池容量的需求。若燈具每夜累計照明時間需要為滿負載12h，（如晚7:00開啟至次日早7:00關閉），連續陰雨天7d的照明需求。蓄電池=2.5×12×7=210Ah。另外為了防止蓄電池過充和過放，蓄電池一般充電到90%左右，放電余留20%左右。3）計算太陽能板功率的需求。每天的用電量=30×12=360Wh；安裝點的平均峰值日照時數為4.5h；太陽能板功率=360/4.5=80W。再計算充放電損耗,以及每天需要給太陽能電池板的補充,補充系數取0.6。80/0.6=133.3W。目前國內市場中沒有133.3W的太陽能板，考慮太陽能板采用數值大一些就夠滿足使用。主要部件選型為：①LED燈選用30W，色溫6000K左右；②太陽能板選用平板150W；③蓄電池選12V200Ah膠體儲能蓄電池組；④控制器選用SR-SDI10A；⑤燈桿底座采用雪橇式金屬焊接連接，便于坑內移動和固定。

1太陽能光電技術

太陽能光伏發電系統主要由光伏電池板、控制器和逆變器三大部分組成。在太陽能的有效利用中，大陽能光伏是近些年來發展最快、最具活力的研究領域。硅是最理想的太陽能光伏板材料，單晶硅大陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。“綠色凹宅”選用的太陽能光伏板是單晶硅光伏板。“綠色凹宅”采用52塊260W(峰值功率)單晶硅光伏板滿鋪屋頂的策略，裝機容量為13．52kW。“綠色凹宅”的光伏板以接面的3°鋪設。在天氣晴好的情況下，每天可以產生電能近62kWh，基本滿足郊區家庭的日常生活需要。通過計算機模擬評估和現場比賽實測，“綠色凹宅”的整個太陽能系統可以產生比其耗電量還多1．5倍的電能回饋電網，可以說“綠色凹宅”是一個負能耗建筑。“綠色凹宅”采用的是并網型太陽能光伏發電系統，安裝雙向電表，余電由園區設置的蓄電池組統一儲存;若自身發電不足以滿足其用電需求，則可從園區蓄電池組或外電網取電。

2太陽能光伏光熱一體化

技術光伏光熱一體化太陽能系統在電力輸出的同時提供生活熱水。光電光熱一體化板在光伏模塊背面設置吸熱表面和流體通道，構成光伏光熱模塊，這樣既有效地降低了光伏電池的溫度，提高了光電效率，又有效地利用了余熱，獲得了熱水。光伏光熱一體化系統由光伏光熱模塊、直流循環水泵、水箱、連接管道及支撐框架組成。該一體化系統與傳統的太陽能熱水器相比，效率(約為50%)相差不大。由于水流吸收了使硅電池轉換效率下降的余熱，光伏陣列的工作溫度有所降低，從而使系統的發電效率比傳統的光伏系統有很大提高。可采用熱效率與電效率之和來綜合評價系統的能量利用特性。如果系統有較高的熱效率和電效率，則其年綜合性能效率大于60%，比單一熱水系統或光伏系統效率顯著提高。“綠色凹宅”在屋頂中央鋪設了3塊光伏光熱一體化太陽能板。“綠色凹宅”在晴天產生的熱水量可充分滿足日常生活的要求;在陰雨天氣，系統與空調的熱回收相結合，使熱水系統即使在相對惡劣的情況下也可以達到180L45℃熱水的標準，可滿足日程起居生活的需求。

3其他太陽能技術

“綠色凹宅”的中庭是一個陽光房，面向戶外4m高的玻璃折疊門，三面分割中庭和室內的推拉門占滿庭院屋頂的采光窗，其中兩扇在智能控制系統下可以自動開啟，引導風向。冬季時可以合上門窗，形成陽光房，熱量被暖房儲存，進而輻射入室內，有效降低了房屋的能耗。

1農業機械空調技術現狀與趨勢

目前，極少量農業機械操作室安裝了空調，它們均是由發動機驅動工作的．需要機器工作時才能制冷，當機器停止工作了，空調也就停了，因此，當機器停放在太陽下時間長后。操作室內溫度就會上升，特別是夏季，最高溫度達60℃．操作人員根本無法進人工作，不得不先發動機器，啟動空調降溫后，方可進人。基于發動機動力的農機駕駛室空調，不具備節能和環保的特點．而如果利用太陽能來為空調提供能量．則不僅符合國家的能源政策，而且能做到節能和環保，降低了農機的使用成本。盡管太陽能在汽車領域已有一定的研究r5]。但是，在農業機械中尚未得到足夠的關注，因此，農業機械太陽能空調技術的研究和開發具有明顯的應用價值。縱觀當今世界的農業機械總體水平和我國農業機械的具體現狀，結合不斷進步的高新性科學技術，農業機械太陽能空調的出現了多個研究方向。如研究人員開展了太陽能半導體制冷器在卡車駕駛室內的應用研究[。利用太陽能電池板產生的蒸汽被助推器轉換成為機械能，機械能再用來驅動冷卻機，冷卻機吸收操作室中的潮濕的熱空氣。熱空氣經過壓縮和擴展．被冷卻到25℃左右，為操作室降溫。利用太陽能集熱器和太陽能真空平板等，把太陽能轉化為蒸汽的機械能．從而帶動冷卻機工作[s-。當然。隨著今后技術的發展．直接利用太陽能提供空調工作也是有可能的。但是，考慮目前現有的技術以及農業機械的自身特點，對現有農業機械上面的空調系統進行太陽能化的改進．是比較貼近實際的。也是比較經濟的。一般來說，是利用太陽能電池板把太陽能轉化為電能，再由電能提供空調工作。

2農業機械駕駛室太陽能空調系統結構

結合現有實際，本文提出一種適用于農業機械駕駛室的太陽能空調技術方案(如圖1所示)。該太陽能空調包括裝設于農業機械駕駛室外部的太陽能電池板、蓄電池、小型直流電動機、空調室內機、裝設于機器外部的空調壓縮機。該太陽能電池板、蓄電池、小直流電動機均與一電路控制裝置相連，并由該電路控制裝置控制。此外，還包括一個裝設于駕駛室內部并由電路控制裝置控制的負離子發生器。該電路控制裝置的控制面板上設有室內溫度顯示儀、制冷制熱控制開關、太陽能電池對蓄電池進行充電的充電控制開關、有室內溫度進行適時調控的控制旋鈕以及控制排風扇的轉速及換氣量的調節旋鈕。

3農業機械駕駛室太陽能空調的實施辦法

太陽能電池可以裝設于操作室的頂部適當位置，以最大程度地接受太陽光線，且可使用薄膜狀太陽能電池直接貼在頂部。空調室內掛機裝設于駕駛室適當位置。負離子發生器、小直流電動機電路控制裝置相連，并由其控制。與電路控制裝置相連的蓄電池由太陽能電池充電。此外，該電路控制裝置還與農業機械發動機自身的發電機相連，天氣不好的情況下，可控制由發電機為空調系統中的蓄電池充電。在機器停止工作時，可以由太陽能電池為蓄電池充電．并由電路控制裝置來啟動直流電動機工作．帶動空調壓縮機為室內降溫。以及啟動負離子發生器來改善室內的空氣質量，使得室內空氣保持新鮮，有利于健康。該空調可以保證空調的電力供應．它能在機器工作和停放時均能提供制冷，無需使用車載能源。