“太阳屋”是解决方法之一吗?
《儆醒!》杂志驻日本通讯员报导
鲜红的圆盘衬托在白色背境上的这个日本国家标志也暗示到一段时期举国崇拜太阳,亦即崇拜天照大神。在近年来,日本人的注意力又再度集中在天上,但这次却是找寻合理价格的能源。
事实上,多年以来太阳能热水器已散布在盈千累万的日本住宅屋顶上。但直至1973年的石油难题威胁到这国的能源供应,才认真留意以比私人房屋更大的规模使用太阳能。
日本的沼津市循此路线采取一项重大步骤。该市位于富士山麓和海洋之间,人口约203,000有奇。地方官和工程师决定以使用太阳能来减少市内石油和电力的消耗。切合实际的最初成果是市内的新建会堂“金冈会馆”和附属市政局,它有一个合适的名称“太阳之家”。建成的最初一年,这座大厦借着使用射落屋顶的阳光而为沼津市节省了5,000美元。你想详细知道怎样成功地建造一间“太阳屋”吗?
利用太阳的能源
据说地球从太阳所收受的能源比人类所用的多20,000倍。因此能源潜在量的丰富是显然的。但使用太阳能的主要障碍有二:(1)欠缺持续性(地球的自转和阴天造成干扰),(2)在强度较低的地方需要较大的阳光收集器以控制能量。
在考虑作为控制能量的各种方法中,有从20分钟内可以煮沸一公升水的简单反应烹饪器至将太阳能直接转变成电力的太阳电池(通常用矽造成)等。在法国南部有一座庞大的太阳能熔炉,以3,500小镜把阳光集中在中央焦点,所产生的热力高达摄氏2,980度(华氏5,396度)。有些科学家主张把许多个集热器放在卫星轨道上,把能源送回(以微波方式)地球的庞大收集器。其他的则认为供应美国所需的电力可以在广大的沙漠地区装置太阳能收集器,然后利用能源产生蒸汽以推动涡轮。
不错,使用太阳能的方法甚多,虽然在大规模使用这些方法之前还要多加研究。可是,“太阳之家”所采用的系统都是使用免除染污的太阳能的节省金钱和资源的方法。由于此法的成功,以致沼津市都市环境部住宅营缮课的渡边清彦课长认为在三年之内,所有新建的政府大厦均可建造同样的系统。
沼津市当局不待全部太阳能系统进至完善,现已决定使用已经发展的系统。系统很简单,但操作的效率达百分之30。它在每个阳光普照的白昼收集足够的能量,为占地716平方公尺(7,707方尺)的两层大厦供应冷暖气和煮水供洗濯及烹茶之用。在雨天或阴天,三日之中要开动辅助沸水器一日。可是,在一个要输入百分之98石油的国家中,从太阳获取三分之二的热能的确是一项惊人的步骤。这个“太阳之家”又怎样名副其实地使用太阳能呢?
屋顶上排列着二百二十四个集热器,所有集热器均作25度倾斜角以捕捉直射的阳光。每个集热器有玻璃盖着,让光线透过。冷水从细小的黑色管子通过时变成热水。热水流入一个20吨容量的蓄水箱中,水在箱中的温度可能已达到沸点。当贮备的水比屋顶集热器内的水温度较低时,就由细小的抽水机把水输送到大厦内暖气机的循环系统,再由送风器分布暖气。由于水里含有化学溶剂,防止生锈和沉淀,所以不能饮用。可是在这个巨大的蓄水箱内部有个5吨容量的分隔贮水器,其中的热水可供洗濯和烹茶之用。
借着应用煤气冷藏装置的原理,可以利用太阳能供应建筑物的冷气。因此,屋外愈热便愈多能量以供应屋内冷气。在酷热的日子步入“太阳之家”时发现室内温度仅达摄氏25度(华氏77度)乃是令人信服的证据,证明太阳能的确切合实际用途。
沼津的“太阳之家”是利用大量太阳能的实际例证,特别是在北纬35度和南纬35度之间的地带为然。沼津市当局坚信他们已采取正确步骤,在同市的爱鹰山附近新建的安老院装置太阳能冷暖系统。
这个新院的面积相当于“太阳之家”的两倍,因此它的太阳能系统的热容量大于“太阳之家”的两倍。它的屋顶上装置522个集热器以供应能量,使院内有冷暖气和烹茶、洗濯用的热水。由于多备100平方公尺(1,076方尺)的集热面作将来可能扩建之用,这个集热单位可以贮藏百分之37的额外能量备用。
解决将来的能源难题吗?
使用太阳能系统有任何困难或不利之处吗?有。平衡那二平方公尺(22方尺)的多个集热器中的水流是最大的难题。但这个难题是可以克服的,“太阳之家”的系统只要稍加维持即可继续进行。但可能最使人气馁之点是最初的成本,它的成本比普通的煤气或石油系统的成本高昂得多。可是,由于节省能源,“太阳之家”的额外成本在七年之内可以省回。倘若油价续升,甚至会更快省回。爱鹰山安老院的额外建筑费61,667美元,据估计在太阳能系统启用之后的4.2年内即可省回,何以如此呢?因为爱鹰山的冷暖系统每年消费约2,500美元,但在容纳50人的屋中使用普通冷暖气设备系统,则每年消费达17,333美元。
那末“太阳之家”给我们留下什么印象呢?首先,它教训我们对太阳能要有现实的看法。它不是全部的能源系统。照明、事务室的机器、与太阳能系统有关的抽水机均需要电力。同时,在雨天或阴天,便要使用辅助的沸水器。(这不是独立系统,仅是煮热太阳能系统中的水而已。)另一方面,大约在白昼的三分之二时间当太阳正照时,本会反射回大气层或被屋顶吸收的能源却在这个没有染污的系统中发挥功能。
第二,一个城市乐于突破通常受人接纳的冷暖气工具这件事实使我们联想到有检讨利用地球资源方法的必要。不少人恐惧以现时的比率使用资源,则化石燃料在颇短的时间便会枯竭。可是,由于燃烧这类燃料的方便,人们慢于接受新的方法,因为新方法可能需要调整能源消耗或较大的初步投资,虽然这种投资有较佳的前景。
第三,依赖太阳能帮助我们体会较单纯的事务,这些事物可能是我们已认为理所当然的。颇有趣地,带我们探访“太阳之家”的工程师声称在这些大厦建成之前,他从未真正体会过每日太阳升起有什么意义。请考虑一下。若没有太阳照射,则地球各处的气温将会降低至摄氏零下240度(华氏400度)。
即使屋顶没有集热器,太阳能也在许多方面影响我们的生活。植物由于吸收阳光,便把空气中的二氧化碳和水中的氢转变成碳水化合物作为我们的食物。风是太阳能的间接形式,因为陆地和大气层的转热转冷造成了风的吹动。太阳的热力每天从地球蒸发大量水分,再降下来成为雨或雪。当水汇集在河流和贮水池时,人可以从水车和水力发电系统利用贮蓄起来的太阳能。
地球每年从太阳接受7×1017千瓦特时的能量。但这个巨大数字仅是太阳向各方发射的能量中的极微量而已。人在将来能够利用这种实际上是无穷的能量到什么程度尚待分晓。但当我们在考虑到现代建筑物如“太阳之家”时,人若选择以太阳能作实际用途,他可以这样行是信而有征的。