暖通空調領域中太陽能的應用
隨著一些國家相繼出現能源危機，開發新能源越來越受到世界各國的重視。而太陽能作為一種新型的節能環保型能源，更是深受青睞。許多國家在太陽能的開發利用方面投入了巨大的人力和物力，并取得了一些杰出的成果。倘若我們能夠充分地利用這部分能量，這無疑將成為對當今節能界的一大貢獻。
現代建筑中暖通空調系統的能耗量占整個建筑能耗的6O%左右，如果能將太陽能有效地利用到暖通空調領域，則建筑能耗將會有明顯降低，有利于建筑節能。目前，太陽能在暖通空調中的應用主要有采暖、通風、空調制冷等。
太陽能采暖
1.1主動式太陽能采暖
主動式太陽能采暖，這是早期階段的應用方式。它主要是利用太陽能集熱器與載熱介質經蓄存及設備傳送向室內供熱，其命名與被動式太陽能采暖系統相對應。此系統由太陽能集熱器、儲熱裝置、傳遞設備、控制部件與備用系統組成。集熱器吸收太陽輻射使集熱器內的載熱介質如水或空氣的溫度升高，并由水泵或風機傳送至儲熱裝置內，根據控制溫度經過熱交換器或直接送至散熱裝置向室內供熱，并有備用系統為陰天及供熱不足時使用。另外，太陽能集熱器還可以和地板輻射采暖結合，用集熱器內的水作為地板輻射采暖供水。
1.2 被動式太陽能采暖
另一種是目前正在大力發展的被動式太陽能采暖。它通過建筑朝向和周圍環境的合理布局，對建筑內部空間和外部形體的巧妙處理，以及對建筑材料和結構的恰當選擇，使建筑物在冬季能采集、貯存和分配太陽能，從而解決采暖問題，在夏季又能遮蔽太陽輻射，散逸室內熱量，從而進行降溫，達到冬暖夏涼的效果 。被動式太陽能采暖的一個典型應用就是被動式太陽房。它是在墻體的外面裝一個玻璃墻面，讓太陽光通過玻璃透射到重質墻體涂黑的吸熱表面上，使墻表面溫度升高，墻體同時進行蓄熱。在冬季室內需要供熱時，玻璃和墻體之間的熱空氣通過自然對流送入房間，而室內冷空氣經墻下通風口進入玻璃和墻體間的夾層被加熱，形成自然循環;當太陽停止照射后，則可利用重質墻體所存儲的熱量，繼續加熱空氣，從而最大限度地利用太陽能 。但是，自由運行的被動式太陽房的室溫常常不能維持在所要求的采暖溫度。因為從傍晚到夜間，白天存儲的太陽輻射熱量慢慢地向室內釋放，傍晚時釋放的熱量較多;到了深夜，釋放的能量就越來越少。因此，從子夜到黎明時分，室溫會逐漸下降，而室溫的波動，將給人以不舒適感。因此，現代的被動式太陽房均備有輔助能源，如小鍋爐或電熱器等，供夜間和陰雨天使用。這在一定程度上增加了初投資，但用于被動式太陽房的輔助能源的消耗量比用常規采暖的能源消耗量要少得多，可節省大量的運行費用。
太陽能制冷
目前利用太陽能制冷主要有兩大途徑：
1)利用光電轉換器等實現光電轉換，以電制冷;
2)利用太陽能集熱器等實現光熱轉換，以熱制冷。前者先把太陽能轉化為電能，再利用電來制冷，成本太高。所以，目前主要研究利用太陽能的熱來實現制冷，其主要方式有：吸收式制冷、吸附式制冷和噴射式制冷。
2.1太陽能吸收式制冷
吸收式制冷最有代表性的就是溴化鋰吸收式制冷，它利用沸點較低的水作為制冷劑，沸點較高的溴化鋰作為吸收劑，太陽能作為吸收式制冷中加熱溶液產生高壓蒸汽的熱源 。在溴化鋰吸收式制冷循環中，從太陽能集熱器出來的熱水，在發生器中加熱溴化鋰溶液;溶液被加熱后，沸點較低的水被蒸發，蒸發后的水蒸氣進入冷凝器冷凝成水，冷凝水經膨脹閥降壓后進人蒸發器，在蒸發器中低溫低壓的水吸收冷水的熱量蒸發，從而達到降低冷水溫度的目的。此時，由于發生器中溴化鋰溶液中的水分不斷析出而使溶液濃度升高，后經調節閥降壓后流人吸收器，吸收來自蒸發器中的水蒸氣，使溶液濃度降低，并再次送入發生器循環使用。
2.2太陽能吸附式制冷
太陽能吸附式制冷系統主要是將太陽能用于吸附材料的再生活化 ，該系統主要包括太陽能集熱板、吸附發生器、冷凝器和蒸發器。它利用太陽能加熱吸附發生器，使被吸附的氣態制冷劑不斷地受熱解析出來，在冷凝器中冷凝成液體，再流入蒸發器。液態制冷劑在蒸發器中不斷蒸發而實現制冷，而蒸發的氣態制冷劑在吸附發生器中又被吸附劑吸附，吸附飽和后再次被太陽能加熱而解吸，完成循環使用。
2.3太陽能噴射式制冷
太陽能噴射式制冷主要是利用太陽能集熱器加熱制冷劑產生一定壓力的蒸汽，然后制冷劑蒸汽通過噴嘴噴射進行制冷。
在冬、夏季太陽能制冷系統都可以充分利用太陽能，設備利用率高，并且其制冷系統設計簡單，控制方便，機組的噪聲和振動比較小。但是，為了保證系統的可靠運行，往往需另設輔助鍋爐，導致其初投資比較大，特別是太陽能吸收式制冷，制冷機的構造復雜，國內尚無小型吸收式制冷機商業生產廠家。
三、太陽能通風煙囪
自然通風是一項改善建筑熱環境、有效降低空調耗能的常用技術。當室外空氣溫度較低、濕度不大時，可直接采用自然通風降低室內溫度，帶走潮濕氣體，從而節約大量能源;即使室外空氣溫度超過舒適區，也可以利用自然通風把處理后的新風送到室內，從而省去風機能耗。太陽能強化自然通風就是通過建造太陽能煙囪，利用太陽能來加熱房間的排風，提高排風溫度和增加熱壓，增強室內通風風量，從而達到降低室溫的目的。比較典型的太陽能煙囪主要有3種：Tmmbe墻體式、豎直集熱板屋頂式和傾斜集熱板屋頂式。
3.1 Trombe墻體式
圖l為Tmmbe墻體式太陽能通風煙囪的結構。其通風量受到諸多因素的影響，如太陽輻射強度、空氣通道寬度、煙囪進出口寬度以及煙囪高度等。在這些因素中，空氣通道寬度對通風量的影響是最復雜的，最佳的空氣通道寬度依賴于太陽能煙囪的高度和進出口尺寸。
3.2豎直集熱板屋頂式
豎直集熱板屋頂式太陽能煙囪與T砌nhe墻體式太陽能煙囪具有明顯的不同，豎直集熱板屋頂式太陽能煙囪的空氣通道寬度與進出口尺寸相同，因此它的最佳空氣通道寬度主要取決于煙囪的高度。
3.3傾斜集熱板屋頂式
傾斜集熱板屋頂式太陽能煙囪的通風量隨著空氣通道寬度和進出口寬度的增加而增加，不存在最佳的空氣通道寬度問題。
通過以上對3種典型太陽能煙囪的分析比較，可以看出，前兩種形式的太陽能煙囪，均存在一個空氣通道的寬度和煙囪高度的最佳關系比，因其對室內通風量大小具有很大的影響，設計時應該引起設計者的注意。另外，太陽能煙囪的結構形式、空氣通道寬度、進口面積、出口面積、壁面熱流、太陽輻射強度、煙囪的高度和厚度對建筑物所形成的速度場、溫度場都存在較大影響，它們直接影響建筑物室內的通風換氣效果。目前，有關利用太陽能煙囪來改善居住環境的研究，主要集中于玻璃窗和集熱墻體間的距離以及進口面積的優化，一般是通過實驗研究和理論模擬得到最大氣體流速條件下對應的結構參數。Bansal等人定性地分析了太陽能煙囪與風塔共同引發的自然對流，結果預測出太陽能煙囪的效果在低風速下較好。
Bouchair對典型的空洞太陽能煙囪用于室內時的自然對流過程進行了實驗研究，發現存在一個可以獲得最大通風量的最佳煙囪高度和空氣通道寬度的比值;如果煙囪寬度過大，在通道中心存在空氣回流。結果還發現，當間隔距離在0.2～0.3m時氣體的質量流速最大;當間隔距離低于0.1m時，進口面積對質量流速無影響;當間隔距離升至O.3～0.5m時，若面積增大，氣體流速也隨之增大。同時，流速還隨著表面溫度的增加而增大 。
總結：
(1)太陽能采暖和太陽能制冷可以充分利用太陽技術交流輻射能，比常規的采暖和制冷系統更加節能。但是，為了保證系統的可靠運行，往往需附加鍋爐或電熱裝置，這在一定程度上增加了設備的初投資;
(2)Trombe墻體式和豎直集熱板屋頂式太陽能煙囪，通風量的大小與其空氣通道寬度和煙囪高度的比值有關，兩者均存在一個最佳的煙囪寬高比問題;傾斜集熱板屋頂式太陽能煙囪通風量隨著空氣通道寬度的增加而增大，不存在煙囪的最佳寬高比關系問題;本文雖然分析了影響3種典型太陽能煙囪的通風量大小的主要因素，但是針對不同的墻體材料(如磚、混凝土、絕熱保溫材料)對通風量大小的影響方面并沒有討論，這將留作以后的后續工作研究;
(3)從目前太陽能的使用情況來看，存在的一個普遍問題是太陽能的利用效率低，只有提高了太陽能的利用效率，才能最終將太陽能的應用大力推廣。
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