科技的发展和生活水平的提高使得人们对生活方式提出了更加高效便捷的要求, 从而促进了智能建筑的产生。智能建筑是以建筑物为平台, 兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等, 集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体, 向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。

其实质是一种以楼宇自动化系统为主的高耗能建筑结构。因此, 节能、环保是影响其可持续发展的关键因素。而新能源的利用和生态建筑技术的产生为其解决这一问题提供了新的路径。

太阳能在智能建筑中的应用优势

全球气候变暖使得世界各国开始日益关注建筑物的节能环保问题。绿色新能源在建筑物中的应用成为建筑发展的必然趋势, 智能建筑、绿色建筑、节能建筑等新型建筑形式应运而生。太阳能作为绿色新能源的一种典型形式, 能够在智能建筑应用中表现出诸多优点。

(1) 煤、石油、天然气等已濒临枯竭, 与此类化石能源相比, 太阳能可称之为一种取之不尽、用之不竭的可再生新能源。

(2) 太阳能在使用过程中能够通过纯物理的技术路线将光能转换为电能、热能, 不存在化学过程, 不会产生有害物质。

(3) 可利用城市的屋顶铺设太阳能电池板、制热装备等组成分布式供能方式, 能最大限度保障整个系统的可靠性;避免传统能源集中型供能方式的缺点。

(4) 可在建筑物当地发电、并原地使用, 减少远距离输电过程中的耗能和费用, 降低经济成本。另外, 部分发电系统还可向电网供电, 起到削峰填谷的作用, 带来一定的社会经济效益。

(5) 将太阳能与建筑物相结合形成的光伏建筑一体化形式不需要另占土地, 可节约建筑物空间。

(6) 光伏建筑一体化形式使用的新型建筑材料, 可替代昂贵的外装饰材料, 减少建筑物的整体造价。

智能建筑中太阳能应用系统研究

随着新能源技术的发展, 太阳能被广泛的应用到智能建筑中。如何充分利用太阳能资源, 将其与建筑物有机结合, 实现绿色节能、技术高效及生态可持续性已成为建筑设计研究的热点。目前, 智能建筑中太阳能的应用形式主要包括主动式和被动式两种。本文重点分析研究主动式太阳能应用系统, 包括发电、照明、热水、供暖、制冷及空调系统等。

太阳能发电系统

根据太阳能发电原理, 目前常用的发电形式有太阳能光热发电和太阳能光伏发电两种形式。其中, 太阳能光热发电系统与火力发电的工作原理基本相同, 主要依赖太阳能加热产生高温高压的水蒸气带动汽轮机旋转对外做功发电。但此种发电形式需要占用大量土地, 且技术复杂, 一般在智能建筑中很少使用。这里主要介绍太阳能光伏发电形式, 该系统主要由太阳能光伏阵列、充放电控制器、蓄电池组、逆变器、负载及辅助部件构成  。


太阳能照明系统

相比其他能源, 太阳光线拥有高效、清洁、安全等特点。根据其利用方式的不同, 太阳能照明系统有4种形式:

(1) 利用采光板将太阳光反射引入室内, 直接利用;
(2) 利用导光管或光纤, 将太阳光引到室内实现照明;
(3) 利用光热转换的方法, 将热能发电用于照明;
(4) 利用光电转换的方法, 将太阳光直接转变成电能用于照明。

太阳能热水系统
太阳能热水系统主要用于提供热水或供暖, 是太阳能技术利用较为广泛和成熟的领域。太阳能热水系统结构组成包括太阳能集热器、蓄热水箱、补给水箱、传热工质和连接管路等。系统利用集热器吸收太阳能辐射转换为热能并传递给传热工质, 传热工质通过自然循环或强迫循环的方式将蓄热水箱中的水加热, 从而获得热水。

太阳能供暖系统

太阳能供暖系统的发展包括2个方向:

(1) 通过优化建筑设计仅依靠建筑本身收集太阳能进行供暖;
(2) 通过在建筑物中安装机械设备收集太阳能进行供暖。目前, 智能建筑中常将2种方法结合起来使用, 形成的太阳能供暖系统形式有太阳能热水辐射供暖系统、太阳能热泵供暖系统和太阳能墙供暖系统等。

太阳能制冷系统

太阳能制冷包括光热转换制冷和光电转换制冷2种类型。其中光热转换制冷是将太阳能转换为热能, 利用热能对外界进行补偿使系统维持低温状态;而光电转换制冷是利用太阳能光伏阵列将太阳能转换为电能, 再利用电能驱动压缩式制冷机进行制冷。由于太阳能光伏电池成本较高、推广应用较难;因此, 目前智能建筑中太阳能制冷系统普遍采用光热转换制冷的形式。

太阳能除湿空调系统

太阳能除湿空调系统分为固体吸附式除湿空调和溶液除湿空调2种类型, 主要由除湿器和再生器2个重要组件构成。除湿器的工作介质是一种具有吸湿性能的除湿剂, 通过与空气接触可以达到除湿的目的。目前智能建筑中太阳能除湿空调系统普遍采用固体吸附式除湿空调的形式。

结语

智能建筑因其突出的节能效果已成为目前建筑行业的主要发展方向, 同时太阳能技术的应用可明显减少污染物排放、降低建筑能耗。利用先进的智能化技术可实现太阳能应用系统的监控、管理和优化, 并充分发挥其应用功效。因此, 将太阳能技术与建筑智能化技术相结合, 应用于智能建筑中可以起到更加显著的节能环保效益。