1、太阳能在生态建筑中的应用 太阳太阳 地球地球 月亮月亮 2023/1/4 1 荆有印 太阳能在生态建筑中的应用太阳能在生态建筑中的应用 1.利用太阳能的途径及重要意义（利用太阳能的途径及重要意义（1-9）-我国太阳能资源分布我国太阳能资源分布 -利用太阳能供热、制冷的途径利用太阳能供热、制冷的途径 -利用太阳能供热、制冷的重要意义利用太阳能供热、制冷的重要意义 2.太阳能集热器（太阳能集热器（10-46）3.太阳能热水系统（太阳能热水系统（46-53）4.太阳能热水系统与建筑一体化（太阳能热水系统与建筑一体化（54-58）5.太阳能热水采暖（太阳能热水采暖（59-65）6.太阳能制冷与空调（太
2、阳能制冷与空调（66-115）7.太阳能发展趋势与前景（太阳能发展趋势与前景（116-132）2007年年保保定定启启动动太太阳阳能能之之城城工工程程 2009年年河河北北“追追风风逐逐日”日”工工程程 2023/1/4 2 荆有印 1.太阳能应用途径及重要意义太阳能应用途径及重要意义 2023/1/4 3 荆有印 1.1 1.1 我国太阳能资源分布我国太阳能资源分布 2023/1/4 4 荆有印 1.1 1.1 我国太阳能资源分布我国太阳能资源分布 类别 名称 全年日照时数(h)全年日照辐射量(MJcm2.a)主要包括地区 丰富区 3200330O 67008370 青藏高原、甘肃北部、宁夏
3、北部和新 疆南部等地，特别是西藏，居世界第 二位。较丰富区 30003200 58606700 河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西 藏东南部和新疆南部等地。中等区 22003000 50205860 山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西 北部、甘肃东南部、广东南部、福建 南部、江苏北部和安徽北部等地。较差区 14002200 41905020 湖南、湖北、广西、江西、浙江、福 建北部、广东北部、陕西南部、江苏 南部、安徽南部以及黑龙江、台湾东 北部等地。最少区 10001400 33504190 四川、贵州、重庆等地。2023/1/
4、4 5 荆有印 1.1 1.1 我国太阳能资源分布我国太阳能资源分布 一、二、三类地区，年日照时数大于一、二、三类地区，年日照时数大于2000h，辐，辐射总量高于射总量高于5860MJcm2 a，是我国太阳能资源，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的积的23以上，具有利用太阳能的良好条件。以上，具有利用太阳能的良好条件。四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。一定的利用价值。2023/1/4 6 荆有印 1.2 利用太阳能供热、制冷的途径利用太阳能供热、制冷的途径 太
5、阳能集热器 太阳能光伏发电 2023/1/4 7 荆有印 1.3 利用太阳能供热、制冷的意义利用太阳能供热、制冷的意义-北方城镇建筑采暖用能北方城镇建筑采暖用能1.51.5亿吨标煤亿吨标煤/年，相当年，相当 于非发电用煤于非发电用煤15%15%；空调用电日益增长；空调用电日益增长；-过渡地区采暖需求增长；过渡地区采暖需求增长；-南方建筑能耗主要为空调除湿（南方城市夏季南方建筑能耗主要为空调除湿（南方城市夏季 空调用电占总电量空调用电占总电量4040以上）；以上）；-生活热水用能急剧增加。生活热水用能急剧增加。太阳能可在建筑生活热水太阳能可在建筑生活热水供应、采暖空调等高能耗环节供应、采暖空调等
6、高能耗环节发挥重要作用！发挥重要作用！2023/1/4 8 荆有印 1.3 利用太阳能供热、制冷的意义利用太阳能供热、制冷的意义 四季供应热水四季供应热水 夏季空调夏季空调 冬季采暖冬季采暖 强化室内自然通风强化室内自然通风 自然采光照明自然采光照明 部分电力供应部分电力供应 。各类建筑是利用太阳能资源的良好载体各类建筑是利用太阳能资源的良好载体 2023/1/4 9 荆有印 2.太阳能集热器太阳能集热器 2023/1/4 10 荆有印 2.太阳能集热器太阳能集热器 用太阳能加热低温热水（用太阳能加热低温热水（100）的太阳）的太阳能热水系统，是当前太阳能热利用中技术最成熟、能热水系统，是当前
7、太阳能热利用中技术最成熟、经济最具竞争力、应用最广泛、产业化发展最快经济最具竞争力、应用最广泛、产业化发展最快的领域。的领域。2023/1/4 11 荆有印 2.太阳能集热器太阳能集热器 太阳集热器是一种吸收太阳辐射能量并向工太阳集热器是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置。质传递热量的装置。-平板型太阳集热器平板型太阳集热器 -真空管太阳集热器真空管太阳集热器 2023/1/4 12 荆有印 2.1 平板型太阳集热器平板型太阳集热器 （1）分类（按工质）分类（按工质）液态集热器液态集热器 空气集热器空气集热器 （2）特点）特点 结构简单，工作可靠，成本较低。结构简单，工作可靠，成本较低
8、。可同时利用直射辐射和散射辐射。可同时利用直射辐射和散射辐射。热流密度较低，故工质的温度也较低，运行热流密度较低，故工质的温度也较低，运行安全。安全。2023/1/4 13 荆有印 2.1 平板型太阳集热器平板型太阳集热器 （3）应用范围）应用范围 工业生产：如锅炉进水预热、牛奶加工、鱼肉食工业生产：如锅炉进水预热、牛奶加工、鱼肉食 品加工、制革续丝、印染及电影胶卷冲洗等。品加工、制革续丝、印染及电影胶卷冲洗等。生活及服务业：如集体浴室、住宅、别墅、理发馆、生活及服务业：如集体浴室、住宅、别墅、理发馆、餐厅、医院、旅馆等。餐厅、医院、旅馆等。采暖、空调及制冷：美国、日本、西欧和中国都采暖、空调
9、及制冷：美国、日本、西欧和中国都 有有采暖、空调及制冷示范工程，但成本较高。采暖、空调及制冷示范工程，但成本较高。农业生产：农作物干燥、温水养鱼、温室种植及养农业生产：农作物干燥、温水养鱼、温室种植及养殖、中药材干燥、传统工艺品烘干等。殖、中药材干燥、传统工艺品烘干等。游泳池加热：国内已经建成或计划兴建全年使用的游泳池加热：国内已经建成或计划兴建全年使用的室内太阳能游泳池。室内太阳能游泳池。2023/1/4 14 荆有印 2.1 平板型太阳集热器平板型太阳集热器 （4）构造）构造 平板型太阳集热器一般由吸热板、盖板、保温层平板型太阳集热器一般由吸热板、盖板、保温层和外壳等组成，如图所示。和外壳
10、等组成，如图所示。平板型太阳集热器组成示意图 2023/1/4 15 荆有印 2.1 平板型太阳集热器平板型太阳集热器 （5）工作过程）工作过程 阳光透过玻璃盖板照阳光透过玻璃盖板照射在表面有涂层的吸热板射在表面有涂层的吸热板上，吸热板吸收太阳辐射上，吸热板吸收太阳辐射能量后温度升高，将热量能量后温度升高，将热量传递给集热器内的工质，传递给集热器内的工质，工质温度升高后，作为有工质温度升高后，作为有用能量输出。用能量输出。2023/1/4 16 荆有印 2.1 平板型太阳集热器平板型太阳集热器 （6）性能参数）性能参数 1）能量平衡方程）能量平衡方程 平板型太阳集热器实际上是一个热交换器，平板
11、型太阳集热器实际上是一个热交换器，是将太阳辐射能转换成热能的设备。其能量平衡，是将太阳辐射能转换成热能的设备。其能量平衡，如图所示。如图所示。平板型太阳集热器能量平衡图 SQ-单位时间内集热器的有用输出能量；-单位时间内集热器的能量损失；-单位时间内集热器的热容变化率。SuLAQQQQSuLAQQQQSuLAQQQQ2023/1/4 17 荆有印 2.1 平板型太阳集热器平板型太阳集热器 -单位时间内集热器吸收到的太阳辐射能量：单位时间内集热器吸收到的太阳辐射能量：SuLAQQQQSQ-单位时间内集热器的有用输出能量；-单位时间内集热器的能量损失；-单位时间内集热器的热容变化率。SuLAQQQ
12、QSuLAQQQQSuLAQQQQ2023/1/4 18 荆有印 2.1 平板型太阳集热器平板型太阳集热器 也可写成也可写成 Ac-集热器采光面积，m2；HR-太阳辐照度，W/m2；(a)-盖板透过率与吸热板吸收率的乘积，。SQ2023/1/4 19 荆有印 2.1 平板型太阳集热器平板型太阳集热器 -单位时间内集热器的能量损失：单位时间内集热器的能量损失：)(apLCLttUAQUL-集热器总热损系数，W(m2.)；tp,ta-吸热板和环境温度，。SQ2023/1/4 20 荆有印 2.1 平板型太阳集热器平板型太阳集热器-单位时间内集热器的有用输出能量：单位时间内集热器的有用输出能量：-单
13、位时间内集热器的热容变化率：单位时间内集热器的热容变化率：)(.ifofpCuttMCAQ)/(ddtCQCStf.o,tf.i-集热器的出、入口处介质温度，；M-集热器单位面积介质的质量流量，kg(m2.h)；Cp-介质的定压比热，kJ(kg.)；Cc-集热器的热容量，kJ/；-时间，s；t-温度，。2023/1/4 21 荆有印 2.2 真空管太阳集热器 2.2 真空管太阳集热器真空管太阳集热器 采用高真空技术和优质选择性吸收涂层，大大降采用高真空技术和优质选择性吸收涂层，大大降低了集热器的总热损低了集热器的总热损 真空管太阳集热器可以在中、高温下运行，也能真空管太阳集热器可以在中、高温下
14、运行，也能在寒冷的冬季及低日照与天气多变的地区运行在寒冷的冬季及低日照与天气多变的地区运行 尤其在阴天及每天早晚和冬季具有比一般平板型尤其在阴天及每天早晚和冬季具有比一般平板型太阳集热器高得多的集热效率。太阳集热器高得多的集热效率。按真空管封装结构分为：按真空管封装结构分为：-全玻璃真空管太阳集热器全玻璃真空管太阳集热器 -金属金属-玻璃真空管太阳集热器玻璃真空管太阳集热器 2023/1/4 22 荆有印 2.2 真空管太阳集热器 全玻璃真空管太阳集热器全玻璃真空管太阳集热器 由多根全玻璃真空太阳集热管插入联箱而组成。由多根全玻璃真空太阳集热管插入联箱而组成。1-水箱外壳 2-保温层 3-水箱
15、内胆 4-排气溢流孔 5-密封胶圈 6-外水箱端盖 7-防尘圈 8-电加热器预留孔 9-真空集热管 10-进出水孔 11-漫反射板 12-护罩尾托 13-支架 2023/1/4 23 荆有印 2.2 真空管太阳集热器 全玻璃真空太阳集热管全玻璃真空太阳集热管 1)构造构造 由内、外两层玻璃管构成由内、外两层玻璃管构成 内管外表面具有高吸收率和低发射率的选择性吸收膜内管外表面具有高吸收率和低发射率的选择性吸收膜 夹层之间抽成高真空，其形状如一个细长的暖水瓶胆夹层之间抽成高真空，其形状如一个细长的暖水瓶胆 2023/1/4 24 荆有印 2.2 真空管太阳集热器 全玻璃真空集热管 1-外玻璃管 2
16、-内玻璃管 3-真空4-有支架的消气剂 5-选择性吸收表面 2023/1/4 25 荆有印 2.2 真空管太阳集热器 全玻璃真空集热管太阳能热水器，全玻璃真空集热管太阳能热水器，是利用真空集热管所具有高太阳能是利用真空集热管所具有高太阳能吸收比和低发射比涂层，将吸收的吸收比和低发射比涂层，将吸收的太阳辐射转换成热能，将管内的水太阳辐射转换成热能，将管内的水加热，利用冷水比重大、热水比重加热，利用冷水比重大、热水比重轻的自然循环的原理，在真空管内轻的自然循环的原理，在真空管内形成冷水下沉、热水上浮的自然循形成冷水下沉、热水上浮的自然循环，通过不断的循环，最终使水箱环，通过不断的循环，最终使水箱内的水温逐渐升高，并储存与其中。内的水温逐渐升高，并储存与其中。2)2)工作原理：工作原理：2023/1/4 26 荆有印 2.2 真空管太阳集热器 2）种类和特点）种类和特点 全玻璃真空太阳集热管尽管有许多优点，但由于全玻璃真空太阳集热管尽管有许多优点，但由于管内装水，在运行过程中若有管内装水，在运行过程中若有1根管坏了，整个系根管坏了，整个系统就要停止工作。统就要停止工作。为此人们开发了：为此人
