太阳能利用与建筑节能

内容大纲，太阳能利用在建筑节能中具有重要作用，通过合理的利用太阳能可以降低建筑的能源消耗，提高能源利用效率，从而推动绿色建筑和可持续发展的实现。

太阳能利用与建筑节能

• 概论
  • 太阳能与常规能源相比优点： 1）太阳能是最丰富的能源 2）太阳能是最普遍的能源，几乎任何地方都有太阳能 3）太阳能是洁净能源，开发利用时不会产生废气、废水、废渣，也没有噪声，不影响生态平衡
  • 缺点： 1）太阳能非常分散，能流密度低 2）太阳能受季节、昼夜、气候等影响，具有不稳定性
  • 太阳辐射常数：1353W/m2
  • 太阳能的利用：
    • 光热利用
      • 太阳能热水，太阳能供暖，太阳能干燥， 太阳能温室，太阳能空调制冷，太阳能蒸馏， 太阳灶，太阳池以及太阳炉等
    • 光电利用
      • 太阳能光热发电，光伏发电
    • 光化利用
      • 光化学制氢
    • 光生物利用
      • 速生植物，油料作物，巨型海藻
• 太阳辐射的基本知识
  • 地球相对太阳的运动
    • 地球绕日运动规律
      • 地球公转与赤纬角
      • 地球自转与太阳时
    • 太阳位置
      • 太阳高度角
      • 太阳方位角
  • 地球大气对太阳辐射的作用
    • 电磁辐射
    • 太阳常数
    • 大气质量
    • 大气对太阳辐射的吸收
  • 到达地面的太阳辐射
    • 水平面上的太阳辐射
    • 任意平面上的太阳辐射强度
    • 月平均日太阳辐射总量
  • 我国的太阳能资源分布（主要特点）
• 太阳能利用原理
  • 建筑透明围护结构的太阳能热过程
    • 太阳辐射的透过、吸收与反射
    • 太阳能温室
      • 温室效应
      • 太阳能温室的基本原理
      • 太阳能温室的设计要求
    • 建筑透明围护结构得失热过程
  • 建筑非透明围护结构的太阳能热过程
    • 围护结构表面得热
    • 室外空气综合温度
    • 围护结构传热朝向修正
  • 太阳能集热器的集热原理
    • 太阳能集热器是吸收太阳辐射并将产生的热量传递到传热工质的装置
    • 平板集热器
      • 组成：P33 吸收板 透明玻璃盖板 隔热层 外壳
      • 集热器效率
    • 真空管集热器
      • 全玻璃真空管集热器
        • 结构要点： 玻璃 真空度 选择性吸收涂层
        • 热性能
      • 热管式真空管集热器
        • 工作原理
          • 热管
          • 玻璃-金属封接
            • 热压封技术优点
          • 真空度与消气剂
        • 基本结构
        • 特点
      • U形管式真空集热器
        • 组成： U型管 吸热板 玻璃管
        • 特点
      • 集热效率
  • 太阳能热蓄调过程
    • 原理
    • 分类
      • 蓄热时间
        • 短期蓄热
        • 长期蓄热
      • 蓄热温度
        • 低温蓄热
        • 高温蓄热
      • 蓄热方式
        • 显热蓄热
        • 潜热蓄热
    • 围护结构热蓄调作用
    • 太阳能短期蓄热
      • 水作为储存介质的优点：P50，注意问题：P52
      • 太阳能热利用系统蓄热水箱工作示意图
      • 有效太阳能集热量＋辅助加热量＝建筑热负荷＋蓄热量＋系统损失
    • 太阳能跨季节蓄热
      • 土壤蓄热，热水蓄热，储水层蓄热，埋管蓄热，砾石-水蓄热，水池蓄热，相变蓄热
    • 太阳能光电利用原理
      • 太阳能光电转换过程
        • 光伏发电原理P54
          • P-N结
        • 太阳能电池
        • 太阳能光伏系统特点
      • 太阳能智慧电网
• 被动式太阳能利用技术
  • 概念P59
  • 分类
    • 按传热过程不同
      • 直接收益式（太阳透过窗户）
      • 间接受益式（阳光→集热部件→室内）
    • 按集热形式分类
      • 直接受益式
      • 集热蓄热墙式
      • 蓄热屋顶池式
      • 附加阳光间式
      • 对流环路式
  • 被动式太阳房的适宜性
  • 被动式太阳房设计原则与要点P65
  • 被动式太阳房集热蓄热优化设计P68
  • 被动式太阳房的保温设计P70
  • 被动式太阳能建筑案例分析
• 主动式太阳能利用技术
  • 概述
    • 借助机械动力将加热介质送到室内
    • 优点：能有效利用太阳能，缺点：形式复杂，造价更高
    • 重要集热形式： 空气集热：系统操作灵活，不易出现漏水、冻结、过热等现象 热水集热：工质容易获得、性能参数确定、蓄热量大
  • 太阳能集热系统P85
    • 热水集热系统
      • 组成：太阳能集热器，蓄热水箱，连接管路，辅助加热设备，控制系统，热用户
      • 太阳能热水系统工作原理图5-1
      • 特点：P86 1）多采用间接形式，利用液态水作为太阳能集热器吸热传热工质，可以同时为热用户 供应生活热水和供暖热水，其末端散热器装置可为水-空气处理设备供暖系统、供暖 散热器或低温地板辐射盘管供暖系统。 2）采用水或其他液体作为传热介质可能系统会因管理不善或冻结等原因发生漏水现象 3）系统在非供暖季节往往会出现过热现象，需要采取措施防止过热。 4）采用短期蓄热装置蓄热能力有限，为保证热量的可靠供应，系统需配备可靠的常规 能源作为辅助热源。
    • 空气集热系统
      • 原理P86
      • 特点
      • 分类
  • 太阳能卫生热水利用
    • 分类
      • 按太阳能集热系统和热水供应系统的连接方式：直接式/间接式
      • 按热水供应方式可分为：集中供热水方式/分散供热水方式/集中与分散结合供热水方式
      • 按集热工质循环方式可分为：自然循环系统/直流式系统/强制循环系统
    • 热水负荷计算P91
      • 太阳能集热系统
        • 根据月平均日用水量来选取太阳能集热器的面积
      • 热水供应系统
        • 根据最高日用水定额来确定系统设备和管路
      • 集热器面积确定
        • 直接式系统太阳能集热器总面积的确定： →系统日平均用水量和用水温度
        • 间接式系统太阳能集热器面积的确定
        • 主要参数：太阳能保证率f的确定
      • 蓄热水箱设计
        • 设计原则： 1）应根据集热系统形式及规模、太阳能保证率、辅助热源特点、用水量和用水习惯来确定。 2）太阳能热水系统的蓄热水箱必须保温，其容积既与太阳能集热器总面积有关，也与热水系统 所服务的建筑物的要求有关。
        • 蓄热水箱容积的确定 蓄热水箱管路设计 单水箱和双水箱的确定P97
  • 主动式太阳能供暖
    • 特点P100 系统运行温度低 必要的蓄热设备 配备辅助加热装置 对建筑节能的要求较高
    • 集热系统设计：
      • 集热器的倾角、朝向
      • 集热器流量设计
      • 太阳能供暖保证率（太阳能提供的有效热量占系统总负荷的比例）
      • 集热器面积计算
    • 蓄热系统设计
    • 辅助加热器系统设计
      • 1.辅助加热系统设计容量与设计台数
      • 2.辅助集热量的计算
      • 3.辅助加热类型
        • 热泵系统、生物质锅炉、沼气技术、燃煤，燃气，电锅炉
  • 主动式太阳能控制系统设计
• 太阳能制冷与空调技术
  • 利用太阳能为制冷系统提供能源补偿途径：
    • 光-热转换
    • 光-电转换（光伏效应）
  • 太阳能吸收式制冷
    • 太阳能热利用
    • 吸收式制冷
      • 包括：发生器，冷凝器，蒸发器，冷剂泵，溶液泵，吸收器，溶液换热器
      • 制冷机循环/吸收剂循环
      • 使用工质：两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液，利用驱动热源实现循环制冷
      • 低沸点物质为：制冷剂，高沸点物质为：吸收剂
    • 特点P120
    • 制冷系统类型
      • 溴化锂吸收式制冷
      • 氨-水吸收式制冷系统
  • 太阳能吸附式制冷P123
    • 原理：利用太阳辐射热能为吸附器直接或间接提供热源
  • 太阳能蒸汽喷射式制冷
    • 原理：水蒸气的喷射制冷效应
  • 太阳能驱动压缩式制冷
    • 利用热能的热机驱动式制冷系统
    • 利用电能的热机驱动式制冷系统
• 太阳能光电利用
  • 光伏发电的不足P136
  • 太阳能光伏发电过程
    • 原理：光生伏特效应
    • 组成：太阳能电池组件、蓄电池、光伏控制器、逆变器、用电负载、附属设备
  • 太阳能光电系统的分类及应用
    • 分类：
      • 独立光伏发电系统
        • 无蓄电池的直流光伏发电系统
        • 有蓄电池的直流光伏发电系统
        • 交流及交、直流混合光伏发电系统
        • 市网互补光伏发电系统
      • 并网光伏发电系统
        • 直、交流型并网光伏发电系统
        • 逆流型并网光伏发电系统
        • 无逆流型并网光伏发电系统
        • 切换型并网光伏发电系统
        • 有储能装置的并网光伏发电系统
      • 混合光伏发电系统
        • 柴油机/光伏混合发电系统
        • 风力/光伏混合发电系统
  • 太阳能光伏发电技术的应用
  • 太阳能光电系统的设计计算
• 太阳能建筑一体化
  • 特点P156
  • 设计原则
  • 太阳能建筑一体化规划
    • 气象条件
    • 规划布局
  • 太阳能建筑一体化设计
  • 太阳能建筑一体化施工与维护