主動(dòng)式太陽(yáng)能發(fā)展歷史

主動(dòng)式太陽(yáng)能在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用已有較長(zhǎng)的歷史。在國(guó)外，特別是美國(guó)、德國(guó)、希臘、以色列、日本、韓國(guó)等國(guó)家，建筑領(lǐng)域中太陽(yáng)能技術(shù)已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。太陽(yáng)能技術(shù)利用從低技術(shù)、輔助性逐漸向高技術(shù)、主導(dǎo)性的方向發(fā)展。由簡(jiǎn)單的供暖能源，向太陽(yáng)能熱水、太陽(yáng)能發(fā)電以及太陽(yáng)能制冷等方面多元化發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域太陽(yáng)房已從被動(dòng)太陽(yáng)房向主動(dòng)太陽(yáng)房發(fā)展，從僅用于偏遠(yuǎn)地區(qū)向城市地區(qū)發(fā)展，從僅用于單層小型建筑向多層大型建筑發(fā)展，從僅用于居住建筑向公共建筑發(fā)展。

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在被動(dòng)式太陽(yáng)能設(shè)計(jì)和利用方面的研究有著很長(zhǎng)的歷史，技術(shù)已經(jīng)較為成熟。為了更加有效的利用太陽(yáng)能，20世紀(jì)40年代，最早的主動(dòng)式太陽(yáng)房在美國(guó)麻省理工學(xué)院研究成功，其利用太陽(yáng)能集熱器作為熱源，采用太陽(yáng)能供暖，空調(diào)技術(shù)，先后建成1，2號(hào)實(shí)驗(yàn)房，主動(dòng)式太陽(yáng)能與建筑設(shè)計(jì)一體化的探索由此開(kāi)始。隨著1970年以石油代表的傳統(tǒng)能源在世界范圍內(nèi)的危機(jī)情況的出現(xiàn)，發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始尋找新能源，并開(kāi)始發(fā)展可再生能源，給太陽(yáng)能的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的條件和機(jī)會(huì)，從70年代后開(kāi)始太陽(yáng)能利用在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家得到了飛速的發(fā)展，科羅拉多州丹佛市的洛夫太陽(yáng)房和華盛頓近郊的托馬森太陽(yáng)房等主動(dòng)式太陽(yáng)能示范房建成，這些太陽(yáng)房的成功表明太陽(yáng)能集熱器與風(fēng)機(jī)、泵、散熱器等組成的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)或者與吸收式制冷機(jī)組成的太陽(yáng)能空調(diào)及供熱系統(tǒng)的建筑在技術(shù)上完全是可行的，太陽(yáng)能與建筑一體化設(shè)計(jì)前進(jìn)了大大的一步。但由于投資太大，主動(dòng)式太陽(yáng)房的推廣及普及程度不及被動(dòng)式太陽(yáng)房；至90年代里約熱內(nèi)盧會(huì)議以后，伴隨著環(huán)境問(wèn)題太陽(yáng)能無(wú)論在實(shí)踐還是在研究上都有了飛躍。這種飛躍不僅體現(xiàn)在量上，而且體現(xiàn)在質(zhì)上，開(kāi)發(fā)出更加高效的太陽(yáng)能集熱器和吸收式制冷機(jī)，熱泵機(jī)組，以及太陽(yáng)能電池為其提供采暖，空調(diào)、照明和用電，應(yīng)用范圍才得以擴(kuò)大。

目前，許多國(guó)家都研制成了許多新型太陽(yáng)能熱利用的產(chǎn)品，并采用光伏發(fā)電，發(fā)展了與光電技術(shù)相結(jié)合的建筑。在日本佳能制造的無(wú)定型光伏屋頂板和由三洋制造的光伏屋頂瓦片，為光伏與屋面的一體化提供了最新的方式。德國(guó)弗萊堡著名的“完全自足太陽(yáng)房”是一座完全依靠太陽(yáng)能采暖、發(fā)電，而不依賴常規(guī)能源的零消耗建筑。該房建成后至今引起各界人士的密切關(guān)注，希望通過(guò)此項(xiàng)研究能使人類(lèi)找到一條利用可再生的清潔能源的新路。

對(duì)于用于太陽(yáng)能供熱的主動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)，通常有以下幾方面組成

主動(dòng)式太陽(yáng)能太陽(yáng)能集熱器

太陽(yáng)能集熱器是太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的核心部件。在太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)中采用的集熱器主要是經(jīng)過(guò)改進(jìn)的平板集熱器、真空管集熱器和復(fù)合拋物面(CPC)集熱器。綜合考慮集熱器保溫性能和安全可靠性，集熱器和供暖末端的組合形式各不相同。我國(guó)太陽(yáng)能供暖中利用最多的是平板集熱器和真空管集熱器。

目前對(duì)主動(dòng)式太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)中集熱器的研究主要集中在: 集熱器與建筑一體化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)建筑供暖的同時(shí)保證建筑美觀; 集熱器改進(jìn)，以提高效率和集熱溫度; 系統(tǒng)集熱器面積的優(yōu)化; 集熱器最佳安放傾角等。

主動(dòng)式太陽(yáng)能輔助熱源

由于太陽(yáng)輻射具有間歇、不穩(wěn)定性，一定時(shí)期內(nèi)的供暖需求又具有連續(xù)性和穩(wěn)定性的特點(diǎn)，為了保證太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性，滿足供暖舒適性的要求，必須設(shè)置輔助熱源。當(dāng)前太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)的輔助熱源形式主要有電加熱器、燃油鍋爐、天然氣鍋爐、燃煤鍋爐、生物質(zhì)鍋爐、城市熱網(wǎng)、工業(yè)余熱、熱泵等。

主動(dòng)式太陽(yáng)能蓄熱裝置

太陽(yáng)輻射的周期性和不穩(wěn)定性使得太陽(yáng)能與供暖需求出現(xiàn)了時(shí)間上的不匹配性，為了解決此問(wèn)題，充分發(fā)掘太陽(yáng)能資源潛力，太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)中常常需要配置蓄熱裝置。按照蓄熱時(shí)間長(zhǎng)短，蓄熱裝置有短期蓄熱和長(zhǎng)期蓄熱之分;按照蓄熱機(jī)理，蓄熱裝置有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)蓄熱之分。對(duì)于短期蓄熱，主要的蓄熱方式有蓄熱水箱和相變蓄熱; 對(duì)于長(zhǎng)期蓄熱尤其是跨季節(jié)蓄熱，較為常用的是顯熱蓄熱裝置，主要是熱水蓄熱、地埋管蓄熱、含水層蓄熱以及礫石 － 水蓄熱。

現(xiàn)代社會(huì)，隨著對(duì)居住辦公環(huán)境質(zhì)量要求的提升，以及對(duì)環(huán)境控制更加精確性的要求，被動(dòng)式太陽(yáng)能利用己經(jīng)越來(lái)越不能滿足要求，因此需要更多的太陽(yáng)能能源利用、更復(fù)雜的設(shè)備組合和更精確的控制，包括光熱和光電的綜合利用，于是主動(dòng)太陽(yáng)能技術(shù)以及其對(duì)應(yīng)的建筑由此產(chǎn)生。主動(dòng)式太陽(yáng)能指的是利用外部技術(shù)手段對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、利用，為建筑本身提供能源的利用形式。主動(dòng)式太陽(yáng)能目前主要應(yīng)用在建筑上，為建筑本身提供熱量，包括太陽(yáng)能熱水、太陽(yáng)能空調(diào)、太陽(yáng)能通風(fēng)、光伏發(fā)電等。目前國(guó)際上主要使用的有太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)以及太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。按系統(tǒng)使用類(lèi)型劃分，主動(dòng)太陽(yáng)能有以下幾種類(lèi)型

主動(dòng)式太陽(yáng)能熱風(fēng)集熱式供熱系統(tǒng)

在朝南或西屋面上布置太陽(yáng)空氣集熱器，集熱器里面的空氣被加熱后通過(guò)碎石貯熱層后由風(fēng)機(jī)送入房間以采暖，同時(shí)設(shè)置輔助熱源和控制調(diào)節(jié)裝置以保證能源的穩(wěn)定供給，是一種以利用太陽(yáng)能光熱為主的建筑形式。

主動(dòng)式太陽(yáng)能地板輻射采暖兼熱水供應(yīng)系統(tǒng)

熱水集熱式地板輻射采暖兼生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)是在屋頂或南向墻面設(shè)置收集太陽(yáng)能的集熱器，熱媒水通過(guò)集熱循環(huán)水泵，輔助蓄熱水箱，供熱水箱，采暖循環(huán)水泵；輔助熱源和水循環(huán)泵，輔助加熱換熱器，地板輻射采暖盤(pán)管等向房問(wèn)傳熱并提供生活熱水。

主動(dòng)式太陽(yáng)能太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)

兼有供暖、制冷功能，是一種把太陽(yáng)能光熱和光能轉(zhuǎn)換成其他能源的典型利用。由于空調(diào)能源消耗量大，節(jié)能效率大，如何把太陽(yáng)能的光熱和光能合理轉(zhuǎn)換成空調(diào)制冷熱的能源供給是非常有意義的事情。

主動(dòng)式太陽(yáng)能光伏建筑系統(tǒng)

即將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為高級(jí)能源——電能，地球所接受的太陽(yáng)能功率，平均每平方米為1353千瓦，也就是說(shuō)，太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量約為500萬(wàn)噸煤當(dāng)量，比目前全世界人類(lèi)的能耗量大3。5萬(wàn)倍。隨著一體化的推廣，在國(guó)外已有將太陽(yáng)能電池與房屋的屋面結(jié)合在一起的事例，即建筑的屋面瓦就是太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的光電池，不需要其它任何裝置。

主動(dòng)式太陽(yáng)能零能住宅

它是指建筑物所需的常規(guī)能源消耗為零，全部能源供應(yīng)均來(lái)自太陽(yáng)能。這種100%靠太陽(yáng)能供給的建筑，可以不需要電、煤氣、木材或煤，這樣就不需要煙囪和取暖爐，也沒(méi)有有害的廢氣排入空氣中，利于保護(hù)環(huán)境，是新一代最理想的太陽(yáng)能建筑。

據(jù)是否需要外部驅(qū)動(dòng)力，太陽(yáng)能光熱應(yīng)用主要有被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種方式。被動(dòng)式指通過(guò)合理布局建筑朝向和周?chē)h(huán)境，巧妙處理建筑內(nèi)部空間和外部空間形體，以及恰當(dāng)選擇建筑材料、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，以自然熱交換的方式，使房屋取得冬暖夏涼效果的建筑。

被動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)，一般又稱被動(dòng)式太陽(yáng)房，是通過(guò)建筑朝向和周?chē)h(huán)境的合理布置，以及建筑材料和結(jié)構(gòu)的恰當(dāng)選擇，內(nèi)部空間和外部形體的處理等，使得建筑物在冬季能夠充分吸收和貯存太陽(yáng)輻射能，從而實(shí)現(xiàn)建筑采暖。

主動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)是由太陽(yáng)能集熱器、管道、風(fēng)機(jī)或泵、儲(chǔ)熱裝置、室內(nèi)散熱末端等組成的強(qiáng)制循環(huán)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)，它將傳熱工質(zhì)(水或空氣)通過(guò)太陽(yáng)能集熱器輸送到蓄熱器或待供暖房間內(nèi)。系統(tǒng)一般設(shè)有輔助熱源裝置，以保證供暖效果。就這兩種太陽(yáng)能系統(tǒng)而言，被動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)主要利用溫室效應(yīng)的原理，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)廉價(jià)、易于運(yùn)行維護(hù)和管理，但是隨太陽(yáng)能輻射的變化，集換熱效率比較低，空間內(nèi)熱量變化波動(dòng)大，主動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)集換熱效率較高，系統(tǒng)熱量變化波動(dòng)小，保溫效果好，能夠保證空間內(nèi)的舒適度和環(huán)境質(zhì)量，但投資大，系統(tǒng)比較復(fù)雜，運(yùn)行管理困難。

隨著科技的進(jìn)步和供暖舒適性要求的提升，主動(dòng)式太陽(yáng)能供暖受到了廣泛關(guān)注。主動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)按照熱媒種類(lèi)，可分為空氣式和熱水式；按照太陽(yáng)能利用方式，可分為直接式和間接式；按照蓄熱方式，可分為顯熱蓄熱式、潛熱蓄熱式和化學(xué)蓄熱式；按照蓄熱時(shí)間，可分為短期蓄熱式和跨季節(jié)蓄熱式。

隨著全球資源逐漸匱乏與能源需求不斷增長(zhǎng)之間的矛盾日益凸顯，太陽(yáng)能作為綠色清潔能源受到越來(lái)越多的關(guān)注和研究，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力是整個(gè)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。太陽(yáng)能作為可再生能源的代表，具有分布廣泛、儲(chǔ)量豐富及綠色清潔等特點(diǎn)。

主動(dòng)式太陽(yáng)能相比于被動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)集換熱效率較高，系統(tǒng)熱量變化波動(dòng)小，具有良好的供熱性能，能為建筑中的人員提供更為舒適的環(huán)境，具有良好的發(fā)展前景。

主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)利用太陽(yáng)能集熱器與載熱介質(zhì)經(jīng)蓄存及設(shè)備傳送向室內(nèi)供熱，是太陽(yáng)能采暖的一種類(lèi)型，其命名與被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。此系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)熱裝置、傳遞設(shè)備、控制部件與備用系統(tǒng)組成。集熱器吸收太陽(yáng)輻射使集熱器內(nèi)的載熱介質(zhì)如水或空氣的溫度升高，由水泵或風(fēng)機(jī)傳送至儲(chǔ)熱裝置內(nèi)，根據(jù)控制溫度經(jīng)過(guò)熱交換器或直接送至散熱裝置向室內(nèi)供熱，并有備用系統(tǒng)為陰天及供熱不足時(shí)使用。

《太陽(yáng)能供熱采暖工程應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)》圍繞現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《太陽(yáng)能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范》GB 50495—2009等相關(guān)規(guī)范展開(kāi)，匯集了太陽(yáng)能供熱采暖領(lǐng)域的最新研究成果和先進(jìn)技術(shù)。本書(shū)的編寫(xiě)宗旨是以工程應(yīng)用為目標(biāo)，針對(duì)實(shí)際需要，全面、系統(tǒng)地闡述了被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能供熱采暖負(fù)荷分析、太陽(yáng)能集熱器、主動(dòng)式太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)的類(lèi)型與特點(diǎn)、主動(dòng)式太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)的技術(shù)要求、主動(dòng)式太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主動(dòng)式太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)施工、太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保效益分析、太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)測(cè)試與監(jiān)測(cè)和相關(guān)工程實(shí)例等內(nèi)容；其中，又以主動(dòng)式太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)及效益評(píng)估作為本書(shū)的主要內(nèi)容；對(duì)太陽(yáng)能供熱采暖的負(fù)荷分析、太陽(yáng)能集熱器及系統(tǒng)的類(lèi)型與特點(diǎn)、系統(tǒng)的技術(shù)要求、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與效益評(píng)估等也進(jìn)行了詳細(xì)的剖析和論述，給出了太陽(yáng)輻射資料等相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，并介紹了不同類(lèi)型的實(shí)際工程案例。

本書(shū)既是《太陽(yáng)能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范》GB 50495—2009的配套讀本，又是太陽(yáng)能供熱采暖工程設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、監(jiān)測(cè)、評(píng)估技術(shù)的實(shí)用工具書(shū)，可供從事太陽(yáng)能供熱采暖工程的科研、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、質(zhì)量監(jiān)督、檢測(cè)、咨詢等工程技術(shù)人員和高等院校的相獎(jiǎng)專業(yè)師畢參孝伸用。

本書(shū)作者多年從事太陽(yáng)能建筑熱利用技術(shù)的科研、設(shè)計(jì)、檢測(cè)和咨詢工作，主編《太陽(yáng)能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范》GB50495、《平板型太陽(yáng)能集熱器》GB/T6424等多部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，《民用建筑太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)》、《中國(guó)被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖衛(wèi)生院》等多本著作。

前言

1 總論

1.1 背景

1.2 適用范圍

1.3 集成設(shè)計(jì)

1.4 全壽命周期費(fèi)用

2 建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能

2.1 建筑方案設(shè)計(jì)

2.1.1 集成設(shè)計(jì)的組織

2.1.2 建筑總平面設(shè)計(jì)

2.1.3 建筑的體形系數(shù)

2.2 太陽(yáng)能利用

2.2.1 太陽(yáng)與建筑

2.2.2 被動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)

2.2.3 主動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)