1引言

 
全球人口的快速增長和工業化程度的不斷提高帶來的能源短缺和環境污染問題己成為當今世界共同面臨的嚴峻問題。降低能耗, 積極開發新能源，保護人類生存環境也引起了各國政府, 以及全球環保和能源機構主管部門的極大關注。開發新能源，使用替代能源和開發利用空間資源已成為在社會、環境和可持續發展推動下的必然措施。
 
據統計，發達國家的建筑能耗要高于社會總能耗的1/3,目前我國建筑能耗也已經接近30%，而建筑節能技術的應用卻遠遠落后于發達國家，建筑能源的消耗量驚人。如何讓建筑更節能而又更舒適成為建筑師、能源專家努力的方向。隨著對生存環境以及居住品質的認識日漸理性，人們更加希望所居住的建筑物能夠保證使用者健康和舒適的要求的前提下, 減少建筑物對自然資源的消耗。化石燃料能源的匱乏至枯竭, 使得人們不得不思考如何利用太陽能、風能、水能, 地熱在內的自然潔凈可再生能源在住宅建筑上的應用。本文主要介紹太陽能與地熱的應用。
 
 

2太陽能應用

 
太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，也是人類可利用的最豐富的能源。太陽每秒鐘通過電磁波傳至地球的能量達到相當于５００多噸煤燃燒放出的熱量，而每年投射到地面上的輻射能高達1.05×1018千瓦時（3.78×1024J，相當于1.3×106億噸標準煤，大約為全世界目前一年耗能的一萬多倍。按目前太陽的質量消耗速率計，可維持6×1010年。所以可以說它是“無處不在的、清潔無污染的、取之不盡，用之不竭”的能源。很多科學家認為太陽能將會長期成為惟一最重要的可再生技術。它不同于風能、波能或潮汐能（它們只能在有利的位置才能有效地開發），而陽光卻無處不在，它甚至能在多云溫帶發揮作用。但如何合理利用太陽能，降低起開發和轉化的成本，是新能源開發中面臨的重要問題。
 
太陽能在住宅建筑上的應用可以概括為直接熱能應用和間接電能應用。太陽能的直接熱能應用主要是用平板或真空管太陽能集熱器來回收熱能。一般來說，平板太陽能集熱器可使熱水達到70°C到90°C，而真空管太陽能集熱器可使熱水達110°C的高溫，從而為熱能采暖，生活熱水甚至空調制冷提供了可能性。但是由于太陽能受天氣影響而不穩定,因此電爐或燃氣爐的補給是必不可少的。太陽能間接電能應用主要是利用硅晶片的光電效應來產生電能，完全可以滿足住宅建筑的通風能耗需求。
 

2.1太陽能集熱器

 
太陽能的核心設備太陽能集熱器發展，經歷了四個階段：悶曬式、平板式、玻璃真空管式、熱管真空管式,
 
第一代：悶曬式。20年前在我國日照時間長的西北等地區有使用，現已遭淘汰。
第二代：平板式。因抗凍效果差、熱損耗大、易積水垢、熱效率低及使用壽命短等問題已逐漸淘汰。因其制造成本低，目前仍在工程項目中有一定的市場。
第三代：全玻璃真空管式。集熱效率較高，保溫性能好，可抗直徑為25毫米冰雹的襲擊，適合于氣溫為-25℃以上地區使用。成本適中。但由于真空玻璃管內長期通水加熱，有出現漏水、結水垢的可能。
第四代：熱管真空管式。我國采用美國應用于航天、人造衛星上的先進導熱科技，將超級導熱管與全玻璃真空集熱管相結合，研制開發出的新一代熱管真空管式太陽能熱水器，導熱快，熱效率高，特別適用于陽光不足或每天日照時間短的地區。真空管不通水，不結垢，抗凍能力強，保溫性能好，使用壽命長，乃市場新寵。

2.2太陽能住宅

 
太陽能住宅是一種特殊民用建筑，包括陽光集能、蓄能、發電、加熱以及相應的控制裝置。太陽能熱水系統把集熱器與住宅建筑有機結合，通過建筑一體化設計達到使用要求并且不影響建筑的外觀。
 
太陽能熱水器一體化住宅的造型設計應當充分考慮到其居住建筑的特點。首先，無論是高層住宅還是多層住宅，都是由幾種戶型組成，沒有大空間，平、立面結構和造型一般比較規整；其次，房間的功能性限制大，非常強調自然采光和自然風；第三，住宅受造價限制較大，外墻也應當盡量平直。由于住宅的這些特點, 給太陽能的安放位置和安放空間帶來很大的局限性。但從另一角度來看，住宅內部嚴謹的結構性和功能的主導地位非常符合技術美學所強調的邏輯性及目的性。由于管線和住戶密度的原因，高層建筑中的太陽能集熱器常常安裝在墻面和陽臺，頂部的集熱器只能為上部幾層提供熱水。集熱器可以集中連續布置，也可以與窗或陽臺的凹凸處理結合形成豎向的劃分，使整個建筑在垂直方向上形成強烈的韻律感。太陽能熱水器的水箱放置于室內，不破壞立面整體效果。另外，近年的高層住宅，常在頂部或外凹部拉梁采用特有的體形或符號來加強標志性，以避免單調的感覺。太陽能集熱器由于采用了吸收性涂層而具備特殊的色澤和質感，其表面非常光亮，如果將其與高層頂部的電梯間或水箱間結合，既可以起到裝飾的作用，也能為上部幾層的住戶提供生活熱水。多層住宅太陽能熱水器一體化設計首先可以從形式和體量出發，由于集熱器需要南向的坡屋面或墻作為安裝的依托，爭取盡量多的實體面積和可利用空間就成為一體化住宅形體設計的指導思想。通常可以其橫斷面類似于臺階或三角形的位置來安放集熱器。在一些住宅中，常采用大面積的玻璃窗，同時配備遮陽構件，而利用出挑的集熱板充當遮陽體, 由它形成的陰影增加了造型的虛實對比和空間的層次。
 

2.3太陽能熱水器和太陽能采暖

 
太陽能熱水器以其安全、節能、環保、方便的突出特點，日益備受矚目。隨著我國全玻璃真空管和超導熱管等關鍵技術的不斷突破，居世界領先水平的太陽能熱水器取得了前所未有的高速發展，其市場發展潛力也日益巨大。
 
太陽能采暖系統一般由平板或真空管太陽能集熱器，水泵，貯水箱, 補熱用的電爐或燃氣爐,調節器和散熱器組成。散熱器通常是地板或金屬散熱器熱惰性好的設備。這類系統還和生活熱水合并一起使用。好的建筑熱惰性可保證生活熱水優先權。
 

 

2.4太陽能制冷

 
太陽能制冷主要包括太陽能光伏系統驅動的蒸氣壓縮制冷、太陽能吸收式制冷、太陽能蒸汽噴射式制冷、太陽能固體吸附式制冷、太陽能干燥冷卻系統等。基于經濟性、可靠性及實用性等因素的考慮，太陽能溴化鋰吸收式制冷技術研究和應用相對較多,發展也較為成熟，目前國內已有廠家實現了產品化。
 
太陽能溴化鋰吸收式制冷系統是由真空管太陽能集熱器和溴花鋰吸收式制冷機結合。水的溴花鋰溶液可在70度到90度的溫度條件下分離。溴花鋰吸收式制冷機就是充分利用真空管太陽能集熱器產生的110度的水溫來化學壓縮，從而取代機械壓縮而實現制冷。
 

2.5太陽能的間接應用 – 電能

 
即光伏發電，是應用半導體器件將太陽光轉換為電能的技術,具有安全可靠、無噪聲、無污染、無需燃料、無機械轉動部件等優點。而太陽能光電技術在建筑中的應用發展方向為光伏建筑一體化，即是指在建筑外表面設置光伏器件,將太陽能發電與建筑功能集成在一起的新型能源利用方式。光伏器件直接將太陽能轉換為電能，無噪聲、振動和其他污染，除了在建筑表面安置太陽電池組件(電池板)和體積很小的蓄電池逆變器等系統部件以外，不占建筑有效空間。太陽能光伏發電系統按是否與公共電網相聯接，分為獨立運行和并網運行兩種方式。