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1、译文浅论太阳能应用与建筑节能：随着我国建筑经济的快速发展，建筑能源消耗随之加大。Ll前传统化石能源供应 紧张且不可再生，而能源的不合理利用也带来了一系列的环境污染，给世界环境 带来了极大的危害，所以寻求可再生能源的高效清洁利用，成了 IJ前人类面临的 共同问题。1国内外太阳能研究现状 太阳能利用的研究，美国、德国、澳大 利亚、两班牙、日本等国家开展的比较早，IJ前在光热、光电转换技术等方面的 研究较为成熟。太阳电池自1954年在美国贝尔实验室诞生以来，一直是太阳能 利用的重要形式之一。太阳电池的光电转换，也是太阳能利用最成功的技术之一。 按材料不同，太阳电池可以分为：晶体/非晶硅电池、硫化镉电
2、池、硫化铸电池、 神化镣电池等多种类型。在1974到1997年问，美国、13本等国家使硅太阳电 池发电成本降低了一个数量级，但是光电池成本仍比传统能源发电高很多倍，U 询，世界太阳电池的销售量逐年增加，而且太阳电池的最高光电转换效率已经提 高到40%以上。随着空间太阳能技术在地面的应用，像多节太阳能电池以及聚 光太阳电池等技术，都能进一步提升光电转化的效率，推动太阳光电利用技术的 发展。相对于光电转换的太阳能利用技术，太阳能热利用的历史更长。利用的 的方式更多，成本也较为便宜。热利用的方式包括了太阳能热水器、太阳集热器、 太阳干燥、太阳能海水淡化、太阳热发电以及太阳房太阳空调等。訂前，美国、
3、德国、西班牙、澳大利亚等国都在深入开展太阳热发电的研究与开发，太阳能光 热转换的研究技术日趋成熟，应用规模越来越大，应用领域也越来越广，而包含 太阳房等在内的绿色太阳能节能建筑的研究，也成为了一个研究热点。国内的 光热转换研究始于20世纪70年代，90年代真空管集热器的出现真正推动了国 内太阳能光热转换的应用。LI前，中国已成为世界上最大的太阳能热利用产品的 生产国、应用国和出121国。至2007年为止，集热器总保有量约为10800万平 方米，中国也是世界上最大的太阳能热水器制造中心，山我国生产的集热器推广 面积约占世界的76%。另外，我国的太阳能光电利用技术于20世纪80年代起， 经历了较长
4、时间的发展，在晶硅电池的生产等方面取得了很大的进步。2 .太阳能利用的主流技术截至Llmj,世界太阳能利用的主要途径为光电转换和光热转换两种方式，而通过 光热或者光电转换实现高效的发电技术，是国际太阳能利用研究的一个主流。2.1光电转换通过太阳电池直接将太阳辐射的光能转换为电能，即光伏效应。 太阳电池即根据光伏效应而设计，用半导体材料制成。有硅、化合物半导体、有 机半导体等多种材料，按材料结晶形态有单晶、多晶和非晶态。在硅电池中，单 品硅太阳电池转换效率较高，实验室报道的光电效率最高可达24.7%以上，在聚 光情况下可达27.8%左右。相对单晶硅材料更为廉价方便的薄膜硅电池虽然效率 较低，在9
5、%-16%左右，但是制造简洁、能耗低、使用的原料更节省，也有很大 的发展潜力。另外，多节电池、聚光电池技术由于其突出的转换效率，也已经成 为现阶段国际研究的重点关注领域。当然，太阳能光电利用技术的发展还存在一 些问题，像太阳电池造价高，常用电池的发电效率不高（在15%左右），发电成本 约为火电的10倍，电池制造的能耗高等，都需要在未来的研究中重点关注解决。2.2光热转换及太阳能热发电技术光热转换是将太阳辐射能转换为热能的过 程。由于其成本较低、技术上更容易实现，适用面广，所以世界上很多国家都把 它作为太阳能利用的首选。其中太阳能热力发电是当今世界太阳能利用研究的主 题之一，该类系统通过太阳集热
6、设备代替常规锅炉，用太阳能热力系统带动发电 机发电。山于太阳能的分散性和间断性，太阳能热发电技术一般需要配有辅助系 统来确保其工作的连续性和稳定性，而大功率的太阳能热力发电系统，需要极大 的占地面积。3 .太阳能利用与建筑节能现代建筑已经进入绿色建筑阶段，是环境科学与生态艺术的完美结合。太阳能在 建筑学上的应用，为建筑节能提供了无比广阔的前景。作为迄今人类所认识的 最清洁的可再生能源，太阳能与建筑一体化设讣将在建筑节能中扮演着越来越重 要的作用，是未来太阳能技术发展的方向。我国建筑不仅耗能高，而且能源利用 效率很低，单位建筑能耗比同等气候条件下国家高出23倍。仅以建筑供暖为 例，我国北方地区一
7、个采暖期的乎均能耗约为30Wm2 ,而相近气候条件的瑞 典、丹麦、芬兰等国家一个采暖期的平均能耗仅为HWm2 : o相比而言，仅 北方采暖地区每年就多耗标准煤2000万t,所以大力推进建筑节能已迫在眉睫。 3.1太阳能与建筑一体化技术特点(1) 太阳能与建筑一体化是将太阳能利用设施与建筑有机结合，使太阳能设施成 为建筑的一部分，如利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层，取代 了传统太阳能的结构所造成的对建筑的外观形象的影响。(2) 对屋顶造型无特殊要求。平屋顶或斜屋顶均适用，仅安装方法不同，取代了 原来屋面的隔热保温，既美观，乂实用。(3) 适用范嗣广，适用于各种形式的建筑，例如：住宅
8、小区、高层楼群、别墅等 等。(4) 属于一项综合性技术，涉及太阳能利用、建筑设计、流体分布等多种技术领 域。3.2太阳能与建筑一体化技术现状(1) 分布式综合利用技术将各种太阳能利用技术结合建筑一体化设计，建立具 有分布式能源供应能力的绿色节能建筑的思路，也已经成为国内外研究的热点。 其中光伏发电山于其便捷性与灵活性，很早就有了与建筑物集成化的利用，并且 很快成为热门课题。在建筑物屋顶上安装的太阳能系统，通常采用与公共电网并 网的形式。并网光伏系统不需配备蓄电池，这样可节省投资。同时由于不受蓄电 池荷电状态的限制能充分利用光伏系统所发出的电力，而且在夏季用电高峰时太 阳辐射量最大，光伏系统发电
9、量最多，这对电网还可起到调峰作用。建筑物上有 大量空置的屋顶及外墙空间，可以安装太阳能利用装置，这种分布式的利用技术 不需要长途输送，节省了输配电设备，减少了电力损耗，其广阔的应用前景已引 起人们的高度关注。(2) 我国在建筑节能方面的应用一直以来，太阳能等可再生能源在建筑技术上 的应用都是政府和企业的梦寐追求，太阳能利用与建筑节能的完美结合，创造的 低能耗、高舒适度的健康居住环境，不仅让企业(家庭)工作(生活)得更自然更环 保，而且能节能减排，对实现社会可持续发展具有重大意义。在人类面临生存环境破坏日益严重和能源危机的今天，如何 开发利用环保节能的绿色住宅以及配套节能产品。就成了一个焦点话题
10、。太阳能 作为一种免费、清洁的能源，在建筑节能中的利用，将关系到可持续发展的 战略，可渭意义深远。经过数年的研究和开发，太阳能的利用已取得显著成果并 转化为生产力。在我国，太阳能热水器在全行业中现已拥有企业超过干家，推广 应用范围也在不断扩大。而太阳能与建筑的结合，也在住宅建设中越发呈现出其 不可替代的地位，并成为住宅建设中的一个最新亮点。早在1999年召开的世界太阳能大会上就有专家认为，当代世界太阳能科技发展 有两大基本趋势，一是光电与光热结合；二是太阳能与建筑的结合。太阳能源建 筑系统是绿色能源和新建筑理念的两大革命的交汇点。专家们公认，太阳能是未 来人类最适合、最安全、最理想的替代能源。
11、前太阳能利用转化率约为10% -12%,太阳能的开发利用潜力十分巨大，据报载，目前。世界各国都在设施自 己的“阳光计划”，如去年德国政府就宣布推行“十万屋顶”计划，即在建筑顶部大 规模地铺设太阳能发电装置，既节省电力乂利于环保。在欧洲的能源消费中，约 有1/2用于建筑的建设和运行，而交通运输耗能只占能源消费的1/4,凶此建筑物 利用太阳能成为各发达国家政府极力倡导的事业。3.3太阳能与建筑一体化的发展方向。(1)建筑物室温调节 Lr前，建筑物空气温度调节消耗着大量的能量。在我国， 它要占到建筑物总能耗的约70%。用空调机和燃煤来控制室温不仅消耗能量， 带来外界的环境污染，而且并不能给室内人员带
12、来健康的环境。在太阳能用于采 暧方面，除造价较高的被动式太阳房有一些示范建筑外，还没有大规模的采用。 主动式太阳能供能山于成本更高，与我国的经济发展也是远不相适应。因此，建 筑供能的主动与被动相结合的思想及太阳能与常规能源相结合的思想，按照房间 的功能。采用不同方案的配合及交义，这样可以大大降低太阳能用于建筑功能的 一次投资和运行成本，使得整个方案在商业化的意义下具有可操作性，(2)建 筑物应用考虑方向太阳能供能设备对气象条件和辐照条件的依赖性等特点，要 求我们必须对建筑用能负荷进行准确的预测，才能够在设备与建筑的匹配上做出 设备投资和节能效益最佳的选择。建筑室内温度及气流的预测方法和预测软件
13、 CFD/NHT是太阳能与建筑的结合的理论和应用基础，也是世界Ll前建筑空气调 节的义一大方面。但是我国Ll前在该方面的水平和从事人数还远落后于世界先进 国家。在当代，太阳能在建筑节能上的应用发展必须有一定的策略与之相适应。 主要有：成熟的被动太阳能技术与现代的太阳能光伏光热技术的综合利用； 2保温隔热的维护结构技术与自然通风采光遮阳技术的有机结合；传统建筑构 造与现代技术和理念的融合；建筑的初投资与生命周期内投资的平衡：生态 驱动设计理念向常规建筑设讣的渗透;综合考虑区域气候特征、经济发达程度、 建筑特征和人们的生活习惯等相关因素。这6个方面的综合应用是我困开发环保 节能建筑产品应该有的考虑
14、方向。附录二外文原文With the rapid economic development Of China building, building energy COnSUmPtiOn become Iarger The CUrrent SuPPly Of traditional fossil fuels and non-renewable, and energy Of the irrational USe also brings a SerieS Of environmental POlkltion, the WOrld has brought great harm to the envir
15、onment, SO the SearCh for efficient and Clean USe Of renewable energy has become the CUrrent COmmOn PrObIemS facing humanity.1 SOlar Energy ReSearCh and abroadSOlar Energy UtiliZatiOn in the United States, Germany, Australia, two Spain, JaPan and Other COUntrieS Of the earlier, now Iight and heat, P
16、hOtOVOItaiC technology is more mature areas Of research SOlar Cell from Beil LabS in 1954, WaS born in the United States, has been an important form Of SOlar energy UtiIiZatiOn SOIar Celh SOlar energy UtiliZatiOn is One Of the InOSt SUCCeSSfUl techniques ACCOrding to Ciifferent materials, SOIar Cell
17、S Can be divided into: CryStal / amorphous SiIiCOn cells, CdS cells, antimony SUlfide battery, battery and Other types Of gallium arsenide ASked in 1974 to 1997, the United States, 13 Cnher COUntrieS to reduce the COSt Of SiIiCOn sola POWer an Order Of magnitude, but the COSt Of PhOtOVOltaiC CellS a
18、re Stin much higher than traditional energy generation times, present, WOrld SOIar Cell SaleS increased year by year, and SOIar CenS the highest PhOtOeleCtriC COnVerSiOn efficiency has been increased to 40%. With the SPaCe application Of SOIar technology On the ground, as many SOlar CenS and COnCent
19、ratOr SOIar CenS and Other technologies, Can further improve the PhOtOeleCtriC COnVerSiOn efficiency, and PrOmOte USe Of SOlar PhOtOVOItaiC technologyRelatiVe to the PhOtOeleCtriC COnVerSiOn Of SOlar energy technology, SOIar thermal IOnger history. USe Way more CheaPer COSt The form Of thermal SOIar
20、 Water heater, SOlar COneCtor, SOIar drying, SOlar desalination, SOlar thermal POWer generation, and SOlar house SOIar air COnditiOning Currently, the U.S., Germany, Spain, AUStraIia and Other StateS to Carry OlIt in-depth research and development Of SOIar thermal POWer generation, COnVerSiOn Of SOl
21、ar thermal technology matures, more and more Iarge-SCale applications, applications ae more and InOre widely, but include the SUn HOUSing and Other buildings, including green SOlar energy research, has become a hot research topic.China,s SOlar thermal research began in the 20th CentUry 70,s, 90,s a
22、real VaCUUm tube COlleCtOr to PrOnIOte the domestic application Of SOIar thermal COnVerSiOn. At present, China has become the WOrId,s IargeSt SOlar thermal PrOdUCtS PrOdUCer, application State and the COUntry OUt Of 121.2007 date, the total COlleCtOr tomaintain approximately 108 million SqUare meter
23、s, China is the WOrICrS IargeSt SOIar Water heater manufacturing center, China to PrOnIOte the PrOdUCtiOn Of SOIar COneCtOr area Of about 76% Of the world. In addition, OUr USe Of SOlar PhOtOVOltaiC technology in the 20th century, 80ls, experienced a IOnger PeriOd Of development, in CryStanine SiIiC
24、On Cell PrOdUCtiOn has made great PrOgreSS2. the mainstream USe Of SOlar energy technology UP to now, the main Way the WOrId USeS SOIar energy to electricity COnVerSiOn and SOlar thermal COnVerSiOn in two ways, through thermal Or PhOtOeleCtnC COnVerSiOn Of Iight for efficient POWer generation Jishu,
25、 yes InternatiOnal SOIar Energy UtiIiZatiOn Of a mainstream.2.1 PhOtOeleCtriC COnVerSiOnDireCt SOIar radiation by the sun,s Iight energy into electrical energy, that the PhOtOVOltaiC effect. SOlar PhOtOVOltaiC effect that is designed in accordance With the SemiCOndUCtOr material With silicon, COmPOu
26、nd SemiCOndUCtors, OrganiC SemiCOndUCtOrS and Other materials, according to a CryStalline form Single CryStaL POlyCryStanine and amorphous In the SiliCOn CelL SiliCOn SOIar Cell COnVerSiOn efficiency Of Single-PrOdUCt high OPtiCal efficiency Of IabOratOry reports Of UP to 24.7% more than in the COnd
27、enSer CaSe UP to about 27.8% ReIatiVeIy CheaPer SiliCOn material to facilitate the efficiency Of thin-film SiliCOn CenS although low, 9% - 16%, but the InanUfaCtUre Of compact, IOW energy COnSUmPtion, more SaVing Of raw materials used, also have great POtential for development. In addition, the mult
28、i-cell, COnCentratOr Cell technology due to its OUtStanding efficiency, has become the focus Of CUrrent international research areas Of COnCern Of course, the USe Of SOIar PhOtOVOltaiC technology are Stiil SOme problems, SUCh as the high COSt Of SOIar cells, COnlmOnly USed battery in the POWer gener
29、ation efficiency is not high (about 15%), thermal POWer generation COSt is about 10 times higher energy COnSUmPtiOn battery manufacturing, are FUtUre research needs to focus On Settlement.2.2 SOlar thermal and SOlar thermal POWer technologyPhOtOthermal COnVerSiOn is to COnVert SOlar radiation to hea
30、t the PrOCeSS BeCaUSe Of its IOW cost, technically easier to achieve Wide application, SO many COUntrieS in the WOrld regarded it as the first ChOiCe for SOlar energy UtiHZatiOn One SOIar thermal POWer generation is the UtiIiZatiOn Of SOIar energy in todays WOrId One Of the themes, the CIaSS SyStem
31、through the SOIar COneCtOr device to replace COnVentiOnal boilers, SOlar thermal SyStemS driven generators AS the SOlar energy dispersion and discontinuity, SOlar thermal POWer technology With a SlIPPOrt SyStem generally required to ensure the COntinUity and StabiIity Of their work, WhiIe SOIar ther
32、mal POWer generation SyStem requires a tremendous area.3. SOlar Energy UtiIiZatiOn and Energy COnSerVatiOnMOdern ArChiteCtUre has entered the Stage Of green building, environmental SCienCe and ecology artistic COmbinatiOn. The application Of SOlar energy in architecture for building energy efficienc
33、y PrOVideS a tremendous PrOSPeCtS AS human beings know SO far the most clean, renewable energy, SOIar energy and building integrated energy SaVing building design Wiil PIay an increasingly important role in the future SOlar energy technology development. BUilding not Only OUr high energy COnSUmPtiOn
34、 and energy efficiency is Very low, the Unit energy COnSUInPtiOn Of building the Same ClimatiC COnditiOnS than the 2 to 3 times higher than the State. OnIy On heating, for example, a heating PenOd in northern ChinaS average energy COnSUmPtiOn Of about 30W / m 2, While SiIniIar Weather COnditiOnS in
35、Sweden, Denmark and Finland and Other COUntrieS Of a heating period, the average energy COnSUmPtiOn is Only IlW / m 2, In COntrast, Only a heating region in northern COnSUmPtiOn Of Standard COal each year more than 20 million t, SO VigOrOUSly PrOmOte building energy efficiency is inninent.3.1 SOlar
36、Energy and Building Integrated TeChniCal FeatUreS(1) SOIar energy and building integrated SOlar energy USe is the COmbinatiOn Of facilities and buildings to make SOlar energy facilities as Part Of the building, SUCh as the USe Of SOIar COneCtOr roof COVer replacement Or alternative roof insulation,
37、replacing the traditional StrUCtUre Of the resulting SOlar The appearance Of the image On the impact Of COnStrUCtiOn(2) no SPeCial requirements On the roof ShaPe Flat roofs Or SIOPing roofs are applicable OnIy installation InethOds, to replace the Original roof insulation, both beautiful and PraCtiCal