阐述严寒地区办公建筑太阳能技术的应用

阐述严寒地区办公建筑太阳能技术的应用
1 办公建筑能耗的主要特点及太阳能技术的应用优劣势分析
1.1 办公建筑的能耗特点
办公建筑属于一种比较特殊的建筑结构形式，它是社会高速发展下的产物，并逐步成为现代社会的主要建筑类型。

据不完全统计，办公建筑的总体面积、数量在建筑总量中所占的比例较大，同时办公建筑的能耗在建筑总能耗中所占的比例也非常之高。

办公建筑的能耗主要由以下三个部分组成：照明能耗约为33.3%；空调、采暖系统能耗约为41.4%；电梯、电脑、给排水系统等动力能耗约为25.3%。

目前，国内采用空调系统的办公建筑每年的耗电量非常之大，约合1000度/平方米左右。

而在我国北方严寒地区，由于冬季非常寒冷，为确保建筑的室内温度满足办公人员的要求，办公建筑除了需要配备能耗较大的空调系统之外，还需要配置相应的采暖和热水系统，这进一步增大了建筑能耗。

为此，降低办公建筑的总体能耗已成为目前亟待解决的问题之一。

1.2 太阳能的优劣势分析
太阳能的应用优势。

现如今，太阳能作为可再生的清洁能源基本已经家喻户晓，并在时代不断发展和社会不断进步的推动下，其应用层次也随之进一步提升。

与其他能源相比，太阳能有着得天独厚的优势，其在严寒地区办公建筑中的应用，将会对建筑的节能降耗起到非常重要的作用。

太阳能的应用优势具体体现在如下两个方面上：其一，储量丰富。

据科学家研究表明，太阳每分钟辐射到地面的能量可以达到80×1012kW，其相当于6×109吨标准煤，根据这组数据可以计算出太阳能一年内到达地面的总量，合成标准煤约为18.92×104千亿吨。

如果能够将这样巨大的能源加以有效利用，那么有可能从根本上解决当前建筑能源的需求问题；其二，无污染。

由于太阳能属于清洁能源，故此其在应用在过程中不会对环境造成任何污染。

太阳能的劣势。

虽然太阳能本身具有非常之多的优越性，但是其在利用方面也存在一定的缺点，具体体现在以下三个方面：其一，分散。

尽管到达地面的太阳能辐射总量非常大，但是能量流的密度却相对较低，经过计算得出投射到地面上1平方米的太阳能功率约为1kW左右，并且在寒冷的冬季仅为50%，阴天时则不足20%，这就要求我们在对太阳能进行利用之前必须先进行有效的收集；
其二，间歇。

由于受到多种因素的影响，使得太阳能的辐射经常间断，并且也非常不稳定。

想要使太阳能获得最大程度的利用，就必须解决能量贮存问题。

简单来讲，就是将日间的太阳能存储下来，以供阴天及夜间使用，而能量贮存是目前太阳能利用中相对比较薄弱的环节之一，其中仍有很多问题未能解决；其三，利用效率偏低。

虽然近些年业界的专家学者纷纷加大了对太阳能技术的研究力度，也证实了很多方面的理论都是可行的，相关技术上也比较成熟，但由于太阳能的利用效率相对偏低，加之成本过高，从而严重限制了其大范围推广应用，这也是目前亟待解决的首要问题之一。

2 太阳能技术在严寒地区办公建筑的应用研究
2.1 太阳能供暖
太阳能供暖主要分为主动式太阳能采暖和被动式太阳能采暖。

主动式太阳能采暖系统是在建筑屋顶、南向外墙设置太阳能集热器，由太阳能集热器收集太阳辐射能，在加热水、空气等热媒后，使热媒沿建筑中的供热管道输送至房间，以供房间采暖之用。

由于太阳能具备不稳定、分散、间断等缺点，若在办公建筑中完全依靠太阳能集热器进行采暖，会导致集热器铺设面积过大，不仅造成采暖工程造价过高，还会影响建筑外形的美观性；被动式太阳能采暖是指根据建筑周围环境，合理布局建筑朝向，科学设计建筑外部形体和内部空间，选用恰当的建筑材料，使建筑物在寒冷的冬季充分收集、存储太阳光能，维持房间一定温度。

尤其对于办公建筑而言，通过有效利用被动式太阳能采暖，有利于减轻城市管道集中供暖的负荷，满足供暖节能减排的要求。

2.2 太阳能热水供应
太阳能热水供应是指利用太阳能集热器吸收太阳辐射能，对其中的水进行加热，进而满足生活中的热水需求。

当前，太阳能热水器已经在我国住宅建筑中得到了普及使用，在大型建筑中如需要使用太阳能进行热水供应，则应当设置太阳能热水系统，将其与太阳能采暖系统联合起来，达到冬季供暖、夏季供热水的目的。

相对于住宅建筑而言，办公建筑对热水的需求较低，在提供夏季热水时，应当充分考虑太阳能热水供应的经济性和实用性，避免存在热水浪费行为，从而决定是否需要设置职工浴池或其他辅助设备来合理消耗热水。

2.3 定向太阳能汇集器
由于太阳能具有分散、随机和间歇等缺点，为此，本文提出一种新型的定向太阳能汇集器。

该太阳能汇集器由基座、平面镜组、驱动电机、感光装置等部件组成。

在基座上设置驱动电机，使其连接配有太阳能电池板的平面镜组，保证平面镜组可相对基座旋转。

平面镜组上还设置了感光装置，感光装置中的遮光板两侧各有一组光敏电池，光敏电池之间用隔板隔开。

当电池板对准太阳时，隔板与太阳光平行，两只光敏电池的感光量相等，输出电压相同。

当太阳光略有偏移时，隔板的阴影落在其中一只光敏电池上，使得两只光敏电池的感光量和输出电压均不相等，根据输出电压的变化可以实现对太阳能的跟踪控制。

在定向太阳能汇集器的设计中采用了多面平面镜，利用各个方位的光线，直接朝向光源，进而将平行光线汇集在太阳能电池板上，有效提高了太阳能的利用率。

在光线充足时，针对光饱和现象启动光-热-电机组，加大对多余热量的利用效率；在光线不足时，可以提高光电照度，利用电池板发电提升光-电转化效应。

这种新型的太阳能汇集器突破了以往大面积设置太阳能电池板以弥补遗漏光能的限制，并且有效解决了定向这一技术难题，不仅能够增强聚光效果、提高太阳能利用率，还能够降低太阳能技术成本、节约能源消耗，在严寒地区办公建筑领域有着极为广阔的应用前景。

3 结语
总而言之，建筑能耗过高现已成为制约建筑行业发展的主要问题之一，降低建筑能耗已经势在必行。

尤其是对于北方寒冷地区的办公建筑，更需要采取科学合理、行之有效的技术措施降低其总体能耗。

通过大量的工程实践表明，太阳能技术在降低建筑能耗方面具有一定的作用，在合理应用的前提下，可以使办公建筑的总体能耗大幅度降低。

在未来一段时期内，应当加大对太阳能利用技术方面的研究力度，这有利于太阳能技术在建筑领域中的大范围推广应用。

参考文献
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