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第17章 太阳能建筑不是梦

1.太阳能发光混凝土砖

现在的地砖是越来越新颖了,不久前又出现了一种太阳能发光混凝土砖。这种混凝土砖由有机和无机材料制成,在吸收太阳能后能自动发光。

建筑物一般一年四季处于日照之下,该发明利用建筑物这一优越条件成功研制出了发光混凝土砖。在有阳光照射的时候,发光混凝土砖吸收、贮存和转换太阳能;当没有阳光照射时,发光混凝土砖又可以把贮存的太阳能以光的形式释放出来,达到照明、装饰、节能等目的。

太阳能发光地砖结构非常简单,主要由外壳、发光板、发光体、太阳能电路板以及电池所组成。

它的外壳为空容置腔的形态,采用透光材料制成。发光板具有一层半透光的散射层,采用透光材料制成。发光板和太阳能电路板依次放置在外壳中。

发光体安装在外壳内,位于发光板的侧边,并和电池、太阳能电路板相连接。太阳能发光地砖的照明及装饰效果非常好。

2.太阳能光电幕墙

光电幕墙不是普通的墙,它是采用特殊的树脂将太阳能电池粘贴在玻璃上,镶嵌于两片玻璃之间制成的。

它运用光电板技术,通过光电池把太阳光转化为电能,其中太阳能光电池技术是关键。太阳能光电池利用太阳光的光子能量,使被照射的电解液或者半导体材料的电子移动,从而产生电压,这便是光电效应。

太阳能光电幕墙是一款高科技产品,集合了光伏发电技术和幕墙技术。它是一种新型建材,具有发电、隔音、隔热、安全、装饰等多种功能。

太阳能电池是一种洁净能源,发电不会排放二氧化碳或产生对温室效应有害的气体,而且无噪音,与环境有很好的相容性。

光电幕墙价格比较昂贵,因此仅仅用于标志性建筑的屋顶和外墙。太阳能光电幕墙代表国际上建筑光伏一体化技术的最新发展方向,体现了建筑的智能化与人性化相结合的特点。

实际上,早在100多年前,人们就利用光照使浸入电解液的锌电板产生电流,从而发明了光电模板。1954年,美国研究人员对硅元素的使用取得巨大的进展,光电模板首先被用在宇宙航行上。

如今,人们越来越关注健康,绿色环保意识日益增强。随着科技发展的进步,将光电模板装入幕墙中已经变为可能,建造光电幕墙楼房的时代到了。

进入20世纪90年代以后,常规发电成本日益上升,环境污染越来越严重,人们对环境保护日益重视,一些国家纷纷实施、推广太阳能屋顶计划,由此推动了光电技术的大规模开发与应用,并提出了“建筑物产生能源”的新概念。

目前,已经有太阳能屋顶或外墙的建筑在美国、日本、德国、意大利、印度等许多国家试建成功。

1991年,在慕尼黑最大的建筑行业展览会上,光电幕墙被德国的旭格公司首先展出,这是将光能应用于建筑装饰业的开端,引起了专业人士的极大关注。

光电幕墙还提供了一种与众不同的造型,体现了科技发展的进步。

目前,由于受到科技发展水平的限制,我国太阳能光电幕墙的使用还存在诸多问题。

下面是一些有关光电幕墙玻璃工程的案例:

世界上最大的太阳能屋顶光电系统安装在新慕尼黑贸易展览中心。

该系统由7812块西门子单晶硅组件组成方阵,每块功率130瓦,总容量超过1兆瓦,所发电力与20千伏电网相联,每年能发电100万千瓦时,足够340户德国家庭使用。

证大喜玛拉雅艺术中心太阳能光电幕墙

该艺术中心包括酒店、办公楼、异形体等建筑,坐落于上海浦东,由日本著名建筑大师矶崎新设计。整个幕墙面积超过6万平米。上海陆家嘴时代金融中心太阳能光电幕墙该中心包括一幢47层楼的办公楼和一座6层高的裙楼,坐落于中国上海的浦东开发区,上海第一幅单层索网幕墙建在主入口处。主要幕墙系统包括单元式玻璃幕墙、石材幕墙、铝板幕墙、玻璃肋系统、拉索幕墙等。

福记多鲜乐(上海)研发中心大楼

该大楼包括一幢多层的办公楼和研发中心,坐落于中国上海的嘉定区,主要幕墙系统包括框架式玻璃幕墙、石材幕墙、铝板幕墙、U型玻璃、点式玻璃、玻璃肋系统等。

浙江利时大厦太阳能光电幕墙

该大厦包括一幢多层的高级商务办公楼,坐落于浙江宁波,主要幕墙系统包括玻璃幕墙、石材幕墙、U型玻璃等。

3.太阳能建筑

太阳能建筑,通俗一点说,就是利用太阳能供暖和制冷的建筑。在建筑中应用太阳能供暖、制冷,其可节省大量煤炭、电力等能源,而且不会污染环境,尤其适合于年日照时间长、阳光充分、空气洁净度高、缺少其它能源的地区供暖、制冷。

目前,太阳能建筑还存在一些问题,比如投资大、回收年限长等。

利用太阳能在建筑中供暖和制冷基本上有两种方式:主动式和被动式系统。这两种太阳能系统,都有辅助热源,以防备没有阳光的情况下,太阳能系统同样能提供所需的全部热能。

主动式太阳能系统是靠常能(泵、鼓风机)运行的系统,由集热器、蓄热器、收集回路、分配回路等组成,通过平板集热器,以水为介质来收集太阳热。经吸热而升温的水,贮存在地下水柜——蓄热器内,柜外用石块围住,热水把石块加热,然后石块把空气加热后送至室内,用以供暖。如果将蓄热器埋到地下深处,把夏季过剩的热能贮存起来,其它季节尤其是冬季就可以方便使用。

按传热介质不同,主动式太阳能系统又可分为空气循环系统、水循环系统和水气混合系统等三种。

被动式太阳能系统是利用建筑物的一部分实体作为集热器和贮热器,利用传热介质对流进行分配热能的系统。被动式太阳能系统利用建筑材料的吸热性、蓄热性和传热介质的对流作用收集、贮存、分配热能。在冬季,被动式太阳能系统吸收热能作为供暖热源;到了夏季,它作为调节室内温度的冷源,把建筑物内的热量散发出去。

被动式太阳能系统利用能量比较充分,效率也较高,因此简单易行,经济实惠,发展前途比较广阔。在中国的新疆、内蒙、天津、甘肃等地区已有多处采用。

目前,被动式系统有以下五种。

直接收益式:在房屋的朝阳面安装大面积的双层玻璃窗,室内的地面和墙体用混凝土、砖、石等材料组成,作为蓄热体来吸收太阳能。蓄热体表面最好用深色,白天蓄热,夜间利用所蓄热能供暖。

水墙式:朝阳墙面做成中间空心、可以装水的墙体,墙外安装玻璃幕墙,墙体与玻璃幕墙两者之间留出空气隔层。在冬季白天,阳光把水墙加热后向室内散热;夜晚取下或关闭活动的隔热保温板,使已蓄热的水墙向室内供热,保证室内热量不致散失。在夏季,水墙可以作为隔热墙,有效地防止辐射热进入室内。

蓄热墙式:将朝阳墙面做成厚重实墙,墙外面涂成黑色,并安装玻璃幕墙,实墙与玻璃幕墙两者之间留出空气隔层,实墙上、下留有洞口,墙面留出一定的采光面积。在白天,通过下部洞口,室内的冷空气进入空气隔层,经受热后上升,由上部洞口进入室内,如此空气对流循环就形成了,这样室内温度就可不断升高。在夜间,关闭洞口,拉下帘幕,这样室内热量不会散失。夏季把厚墙和玻璃幕墙上的小窗打开,可以使室内达到通风降温的功效。

太阳温室式:这种太阳能系统是在房屋外部建一玻璃温室,有洞口与室内相通。白天太阳将温室加热后,与温室邻近的实墙已蓄热,通过实墙热量就会散入室内。实墙也可设计成隔热用的水墙。温室既可以作为供暖系统的一部分,也可作为一个附加的、阳光充足的空间,作为生活起居之用,还可以在里面种菜、栽花或作室内绿化,但在夏季要有遮阳措施。

屋顶水池式:在屋顶上,此太阳能系统用透明材料做成水袋或水池,在水袋、水池上盖上活动式隔热保温板。在冬季的白天,拉开保温板,太阳把水加热,到了夜间,关闭保温板。这样水有较大的热量,可持续向室内散热。夏季,水袋或水池起到隔热作用,保温板反射白天大部分的阳光,其余剩下的小部分被池水吸收;夜间打开保温板,使水池散热、降温。

一些国家的太阳能建筑

对于资源短缺而阳光充足的地方来说,太阳能是最好的能源了。事实上,从环保的角度看,世界上许多发达国家,不论阳光是否充足,都把目光放在了太阳能住宅上。

有位英国建筑学家提出“21世纪太阳城市”的构想。他认为要想不损及后代,为未来的人类和动植物留下不受污染的土地、空气、水以及其它各种自然资源,利用太阳能是首选措施。人类必须最大限度的利用和开采清洁的太阳能来建造太阳能城市。

这位建筑学家在法国的波尔多港建造了一栋新型建筑,已将相关的理论付诸在实践中。这种新型建筑内部所有能量都来自太阳能装置,整幢大楼没有空调设备,仅仅有一条通往瀑布的通风管道。

除了波尔多港的太阳能建筑之外,他还在日本东京设计了另一栋建筑,同样无需使用空调器,就能让整个建筑内部凉快无比。

在太阳能建筑方面,世界上走在最前方的国家是德国。在建筑上,德国每年新增15万平方米的太阳能集热器。

1993年底,德国费登堡市建成了一座造型新颖的“太阳能建筑”,屋顶共安装了50平方米的太阳能集热板,足以为住宅提供包括照明、热水、取暖、空调等家用电器的全部所需电能。住宅面积100平方米,造价约有10多万美元,加上政府的补贴和优惠,一般市民完全可以买得起这种住宅。

截止到1994年,德国已有12个城镇对安装太阳能集热板的用户实施了优惠政策。

4.太阳能帆板

太阳能帆板是一种收集太阳能的装置,通常安装在卫星、宇宙飞船上,用于卫星、宇宙飞船的供能,也可安装在环保型汽车顶部。

太阳帆板的基本原理是利用硅(化学符号Si)等金属的光电效应,将太阳能转化为电能,然后把电能储存在卫星、宇宙飞船、电动汽车的太阳能电池里。

万向集团旗下的万向硅峰电子股份有限公司提供了“神舟六号”上重要的能源动力部件——太阳能硅片,这些太阳能硅片安装在太阳能帆板上。

太阳能帆板有供电和充电两大功能,相当于一个小型的发电站。在升空阶段,太阳能帆板容易受迎面空气动力流的影响,因此在飞船入轨之前,一对小的太阳能帆板折叠固定在轨道舱的两侧,另一对大的折叠固定在推进舱外侧的舱壁上。直到神舟六号载人飞船与运载火箭分离进入预定轨道后,飞船上的太阳能帆板才顺利展开。

太阳能帆板能否正常展开是飞船飞行中一个关键动作,因为飞船上的许多试验仪器装置都依赖电力作为能源。飞船的太阳能帆板面积较大,结构相对复杂,尽管采用了大量先进技术,然而在太空中展开时仍会面临一定的风险。

神舟六号飞船的太空之旅非常顺利,这和它的两对太阳能帆板顺利展开、为载人飞船多天的太空之旅提供了充足的电力保障是分不开的。

万向硅峰公司所生产的产品质量可靠、性能稳定,光电转换效率高,比如硅单晶、硅片,被我国发射的多颗卫星以及神舟一号、二号、三号、四号飞船、神舟五号载人飞船所采用。2008年9月发射的神舟七号载人飞船使用了万向集团的太阳能帆板。

5.太阳能自动变光电焊面罩

焊接工人为了保护眼睛、面部,无可避免地都会用到电焊面罩,使眼睛面部不受强光的伤害。随着技术的发展,电焊面罩的风格和样式也日益多样化。

太阳能自动变光电焊面罩能全面保护焊接工人的眼部和面部,这类产品采用的是太阳能作为焊接工作电源,运用高科技的微电子电路,可以根据焊接时通过的电流大小选择适合的遮光号,从而大大提高焊接的工效。

太阳能自动变光电焊面罩清晰度高、视窗大,可清晰观察焊接物,并能有效节省能源消耗。

另外,这种产品利用高科技生产工艺,可以在工作时,对焊接作业时的色号、灵敏度、返回时间三大技术指标进行无极自由调节,这大大提高产品的适用范围。焊接作业者视其为理想的必备工具。

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