建筑采暖：盤點(diǎn)歐美住宅太陽能節(jié)能技術(shù)

現(xiàn)代化社會(huì)中，人們對(duì)舒適的建筑熱環(huán)境的要求越來越高，導(dǎo)致建筑采暖和空調(diào)的能耗日益增長(zhǎng)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，建筑用能已占全國(guó)總能耗的30%~40%，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成了一定的制約作用。

美國(guó)是世界上能量消耗最大的國(guó)家，國(guó)會(huì)先后通過了“太陽能供暖降溫房屋的建筑條例”和“節(jié)約能源房屋建筑法規(guī)”等鼓勵(lì)新能源利用的法律文件。在經(jīng)濟(jì)上也采取有效措施，不僅在太陽能利用研究方面投入大量經(jīng)費(fèi)，而且由國(guó)會(huì)通過一項(xiàng)對(duì)太陽能系統(tǒng)買主減稅的優(yōu)惠辦法。因此，美國(guó)太陽能建筑的發(fā)展極為迅速，無論是對(duì)太陽能建筑的研究、設(shè)計(jì)優(yōu)化，還是材料、房屋部件結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品開發(fā)、應(yīng)用，以及真正形成商業(yè)運(yùn)作的房地產(chǎn)開發(fā)，美國(guó)均處于世界領(lǐng)先地位，并在國(guó)內(nèi)形成了完整的太陽能建筑產(chǎn)業(yè)化體系。

美國(guó)于20世紀(jì)80年代初就由新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室編制出版了被動(dòng)式太陽房設(shè)計(jì)手冊(cè)。此外，美國(guó)還出版了許多實(shí)用的被動(dòng)式太陽房建筑圖集，既介紹成功的設(shè)計(jì)實(shí)例，也有對(duì)太陽房原理、構(gòu)造的詳細(xì)說明。這些工具書的發(fā)行和一些樣板示范房屋的建立，對(duì)美國(guó)公眾接受太陽房起到了很好的促進(jìn)作用。比較著名的示范建筑有：位于新澤西州普林斯頓的凱爾布住宅；位于新墨西哥州科拉爾斯的貝爾住宅；位于新墨西哥州圣塔菲的圣塔菲太陽房；位于加利福尼亞州阿塔斯卡德洛的阿塔斯卡德洛住宅，以及位于新墨西哥州科拉爾斯的戴維斯住宅。這些建筑采用壁爐或電散熱器作輔助熱源，但太陽能供暖率均在75%以上，有的已達(dá)到100%。

早在20世紀(jì)40年代，美國(guó)麻省理工學(xué)院就開始利用太陽能集熱器作為熱源的供暖、空調(diào)系統(tǒng)研究，先后建成了w號(hào)實(shí)驗(yàn)太陽房。這些實(shí)驗(yàn)太陽房，即是最早的主動(dòng)式太陽房。到70年代以后；又有華盛頓近郊的托馬森太陽房和科羅拉多州丹佛市的洛夫太陽房等主動(dòng)式太陽房的示范建筑建成。這些太陽房的成功運(yùn)行，說明太陽能供熱、空調(diào)系統(tǒng)在技術(shù)上是完全可行的，但由于投資較大，推廣普及程度不及被動(dòng)式太陽房。直到進(jìn)入90年代，由于開發(fā)出更加高效的太陽集熱器和吸收式制冷機(jī)、熱泵機(jī)組，應(yīng)用范圍才得以擴(kuò)大。日本在主動(dòng)式太陽房的研究應(yīng)用領(lǐng)域也處于世界前列。1974年日本通產(chǎn)省制定了“陽光計(jì)劃”，并按此計(jì)劃建造了數(shù)幢典型太陽能采暖空調(diào)試驗(yàn)建筑，如矢崎實(shí)驗(yàn)太陽房。而且多年來日本的太陽能采暖、空調(diào)建筑一直穩(wěn)步發(fā)展，并已應(yīng)用于大型建筑物上。

此外，法國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家也擁有相當(dāng)先進(jìn)的太陽能建筑應(yīng)用技術(shù)。著名的集熱蓄熱墻采暖方式即是法國(guó)人菲利克斯·特朗勃的專利，法國(guó)的奧代洛太陽房是該采暖理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的第一個(gè)樣板房。英國(guó)利物浦附近的沃拉西的圣喬治郡中學(xué)，則是直接受益式太陽房最大和最早的樣板之一。盡管英國(guó)的太陽能資源并不豐富，該所中學(xué)安裝的常規(guī)采暖系統(tǒng)卻從未使用過。

近20年來，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視太陽能建筑技術(shù)的發(fā)展，其發(fā)展的共同特點(diǎn)都是以太陽能熱技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用起步的。至20世紀(jì)中后期，太陽能熱水器等一些太陽能產(chǎn)品在一些國(guó)家的發(fā)展已相當(dāng)成熟，并在許多住宅小區(qū)中廣泛推廣和使用，由此在太陽能產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化、建材化等方面，也取得了可喜的成果。

太陽能住宅建筑相結(jié)合的設(shè)計(jì)思想是美國(guó)太陽能協(xié)會(huì)創(chuàng)始人史蒂文斯特朗在20年前倡導(dǎo)的根據(jù)史蒂文斯特朗這一設(shè)計(jì)思想，美國(guó)電力供應(yīng)部和能源部合作推出了不少太陽能建材化產(chǎn)品，如住宅屋頂太陽能屋面板、“窗簾式墻壁”等產(chǎn)品。

歐洲早在20世紀(jì)80年代，就開始在建筑上大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用太陽能技術(shù)。

目前，歐盟已經(jīng)決定積極推行“太陽能房屋計(jì)劃”，到2010年，在50萬套房屋中安裝太陽能產(chǎn)品，其中德國(guó)10萬套。

德國(guó)還建造了“零能耗”的住房，所需能量100%靠太陽能。零能耗住房向南開放的平面被設(shè)計(jì)成扇形平面，可以獲得很高的太陽能輻射能，墻面采用儲(chǔ)熱能力較好的灰砂磚、隔熱材料和裝飾材料。陽光透過保溫材料，熱量在灰砂磚墻中存儲(chǔ)起來。白天，房屋通過窗戶由太陽來加熱，夜間則通過隔熱材料和灰砂磚墻來加熱。

法國(guó)國(guó)家實(shí)用技術(shù)研究所最近發(fā)明了一種建筑外墻玻璃兼太陽能熱水器產(chǎn)品，這種一體化產(chǎn)品是一種雙層中空玻璃，其中40%的面積是透明的，余下的部分被盤旋狀的可以通水的銅管及銀反射管所覆蓋，覆蓋物位于玻璃內(nèi)層。這種雙層中空玻璃可以吸收太陽能，并利用它把水加熱。對(duì)于一個(gè)大樓來說，僅僅利用建筑外墻玻璃，就能把熱水問題解決，每年可以節(jié)省大量的電力和煤氣。因此，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

丹麥北部奧爾胡斯市的塔首地區(qū)，有一個(gè)聞名遐邇的“日與風(fēng)”住宅區(qū)。那里的建筑新穎獨(dú)特，幾乎所有房屋的門窗都朝南開，屋頂與地面成45度角，南面窗戶極多，北面窗戶很少，擔(dān)當(dāng)整個(gè)住宅區(qū)采暖重任的是一座650平方米的太陽能集熱器和一個(gè)天然氣供暖中心，其太陽能集熱器使這一住宅區(qū)節(jié)約了28%的能源。

奧地利維也納新近建成了一個(gè)名叫“利奧波德城”的住宅區(qū)，由狹長(zhǎng)的～9層高的公寓樓組成。這些樓房的向陽面有寬大的窗戶和陽臺(tái)，背陰面卻只有射擊孔大的小窗戶，向陽面高大的窗戶可使室內(nèi)獲得大量陽光，在寒冷的季節(jié)里提供室內(nèi)供暖。而背陰面的小窗戶有很好的隔熱作用，同時(shí)，對(duì)住宅后面車輛來往的商業(yè)區(qū)也有很好的隔音效果。而各樓房之間通常要修建通道的地方，現(xiàn)在開辟成了廣闊、安靜、公園般的綠色園區(qū)。這種公寓的耗能比傳統(tǒng)住宅樓低50%多，在冬天，可節(jié)約大量采暖能耗。

瑞士科學(xué)家發(fā)明了一種可利用太陽能發(fā)電的住宅用窗玻璃，其發(fā)電原理，類似植物葉片的光合作用。這種玻璃的結(jié)構(gòu)很象樹葉，是夾心式的，含有捕捉光能的涂料及半導(dǎo)體物質(zhì)。當(dāng)光線激發(fā)涂料層中的電子，經(jīng)過定向傳遞，便產(chǎn)生電流。其光電轉(zhuǎn)化率為10%以上，每平方米可發(fā)電150瓦左右，雖與普通太陽能電池差不多，但其成本只有太陽能電池的1/5，因此，有著很好的使用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。