建筑节能教案 第9章 太阳能与建筑一体化技术

第九章太阳能与建筑一体化技术第一节太阳能热水系统1．太阳能热水系统分类太阳能热水系统一般包括太阳能集热器、储水箱、循环泵、电控柜和管道等。太阳能热水系统按照其运行方式可分为四种基本形式：自然循环式、自然循环定温放水式、直流式、和强制循环式a）b）c）d）图9-1太阳能热水系统的四种基本形式a）自然循环系统；b）自然循环定温放水系统；c）直流式系统；d）采用二次换热的强制循环太阳能热水系统图9-2太阳能与燃气耦合热水系统2．建筑一体化太阳能热水系统的内涵3．建筑一体化太阳能热水系统设计途径.图9-4太阳能集热器通过钢结构与建筑实现一体化图9-4太阳能集热器通过钢结构与建筑实现一体化太阳能集热器太阳能集热器图9-5太阳能集热器与南向玻璃幕墙一体化图9-6太阳能集热器与南向阳台一体化太阳能集热器太阳能集热器图9-7太阳能集热器雨蓬一体化第二节太阳能制冷系统1．太阳能制冷的途径实现太阳能制冷有两条途径：1）太阳能光电转换，利用电力制冷；2）太阳能光热转换，2．利用光热转换效应的太阳能制冷方式1）太阳能吸收式制冷系统图9-8太阳能吸收式空调系统示意图2）太阳能吸附式制冷系统图9-9太阳能吸附式空调系统3）太阳能除湿空调系统图9-10太阳能（空气）转轮除湿系统图9-11太阳能（水）转轮除湿系统图9-12太阳能液体除湿系统第三节被动式太阳能建筑1．被动式太阳能建筑概念被动式太阳能建筑最大优点是构造简单、造价低廉、维护管理方便。但是，被动式太阳能建筑也有缺点，主要是室内温度波动较大、舒适度差，在夜晚、室外温度较低或连续阴天时需要辅助热源来维持室温。2．被动式太阳能建筑设计1）能量的集取与保持（1）朝向的选择与被动式太阳房的外形（2）良好的保温构造（3）设置保护区（4）充分利用太阳能，合理布置房间2）采暖（1）直接受益被动式太阳房图9-13直接受益被动式太阳房的示意图（2）集热蓄热墙被动式太阳房图9-14实体式集热蓄热墙太阳房示意图图9-15水墙式集热蓄热墙太阳房示意图（3）附加阳光间被动式太阳房图9-16附加阳光间被动式太阳房示意图（4）屋顶集热蓄热式太阳房（5）热虹吸式太阳房，又称对流环路式图9-17屋顶集热蓄热式太阳房示意图图9-18热虹吸式太阳房示意图3）降温（1）太阳能强化自然通风（2）改进建筑构造，完善室内气流通道图9-19太阳能强化自然通风原理图（3）建筑遮阳（4）利用“生物气候”减少温度波动3．被动式太阳能建筑设计实例1）被动式太阳能设计在我国农村建筑中的应用（1）被动式太阳能集热墙与新型节能灶炕耦合运行（2）窑居太阳房2）阿根廷被动式太阳能建筑图9-20阿根廷LaPampa国立大学被动式太阳能建筑（北立面）3）马德里的被动式太阳能建筑4）塞浦路斯被动式太阳能建筑图9-21马德里的被动式太阳能建筑图9-22塞浦路斯被动式太阳能建筑第四节建筑一体化光伏系统1．建筑一体化光伏系统概念光伏与建筑相结合的优点表现在：（1）可以利用闲置的屋顶或阳台，不必单独占用土地；（2）不必配备蓄电池等储能装置，节省了系统投资，避免了维护和更换蓄电池的麻烦；（3）由于不受蓄电池容量的限制，可以最大限度地发挥太阳电池的发电能力；（4）分散就地供电，不需要长距离输送电力输配电设备，也避免了线路损失；（5）使用方便，维护简单，降低了成本；（6）夏天用电高峰时正好太阳辐射强度大，光伏系统发电量多，对电网起到调峰作用。2．光伏与建筑相结合的形式（1）光伏系统与建筑相结合（2）光伏组件与建筑相结合3．BIPV对建筑围护结构热性能的影响a）b）d）c）a）b）d）c）图9-23屋面结构a）通风架空屋面BIPV；b）非通风架空屋面BIPV；c）屋面镶嵌BIPV；d）传统屋面4．建筑一体化光伏系统设计实例建筑一体化光伏系统设计原则是：（1）美观性安装方式和安装角度与建筑整体密切配合，保证建筑整体的风格和美观。（2）高效性为了增加光伏阵列的输出能量，应让光伏组件接受太阳辐射的时间尽可能长，避免周围建筑对光伏组件的遮挡，并且要避免光伏组件之间互相遮光。（3）经济性首先要将光伏组件与建筑围护结构相结合，取代部分常规建材，其次，从光伏组件到接线箱、接线箱到逆变器以及从逆变器到并网交流配电柜的电力电缆应尽可能短。1）西班牙Jaén大学BIPV系统图9-241＃光伏系统、2＃光伏系统图9-253＃光伏系统图9-264＃光伏系统2）英国诺丁汉大学BIPV系统英国诺定汉大学可再生能源（CRE）和绿色建筑（EEH）研究中心对两个太阳能光伏系统进行了研究。一个安装在教学楼（CRE），另一个安装在居住建筑。倾斜PV模块垂直PV模块CRE建筑中的PV系统用来提供建筑的部分用电，并且用于BIPV系统应用的教育。PV模块安装在建筑砖墙立面上的铝制框架支撑结构中。窗户下面的模块与水平面夹角成58o倾斜安装，其他的垂直安装。整个PV阵列总面积19.9m2，7组并联，每组4个模块，如图9-27所示，峰值发电量达到952Wp。倾斜PV模块垂直PV模块图9-27CRE办公、教学建筑3）德国国会大厦