论太阳能与建筑一体化

张烁 翟路思 刘路维 马悦然

摘要：从太阳能与建筑一体化的定义入手，提出发展太阳能与建筑一体化的必要性，针对其发展状况提出具体实施的有效方案。 关键字：太阳能 建筑 一体化

随着全球不可再生资源的逐渐紧缺，寻找清洁能源已经成为各国的重点。太阳能作为取之不尽用之不竭的清洁能源，逐渐应用的各个领域，特别在建筑行业应用广泛。太阳能与建筑有机的接合在一起，即太阳能与建筑一体化，是中国太阳能利用行业发展的必然趋势。

一、太阳能与建筑一体化的定义

太阳能与建筑一体化是将太阳能的利用纳入工程的总体设计中，使太阳能设施成为建筑的一部分，最终将建筑、技术和美学完美的融为一体。太阳能作为再生能源与建筑有机结合在一起，将太阳能转化为建筑内部所需的热能、电能等能源，不仅使太阳能得到充分的利用节约了能源，而且实现太阳能综合利用系统与建筑真正的融为一体，对于我国具有重要的经济社会意义和能源安全的战略意义。

二、发展太阳能与建筑一体化的必要性

节约能源是我国的一项长期战略方针，是落实科学发展观、实现经济社会可持续发展的要求。党、高度重视民用建筑节能工作，2008年10月1日，正式施行《民用建筑节能条例》。国家鼓励和扶持在新建建筑和既有建筑节能改造中采用太阳能、地热能等可再生能源。而建筑业是能源需求增长较快的领域，我国每年新增建筑面积约20亿平方米，是世界上最大的建筑市场。目前，建筑能源消耗已占全国能源消耗总量的27.5%，已建成的近400亿平米的建筑中，99%为高能耗建筑，用电高峰期相当于10个三峡电站满负荷输出，能源消耗巨大。因此，大力发展太阳能技术，实现太阳能与建筑一体化显得尤为必要和迫切。

1、寻求新能源替代战略的客观需求。

据有关资料显示：由于石油、煤矿等不可再生能源的储备不断降低，各国纷纷加紧对新能源的研究和开发。根据常规能源现有储量、消耗速度和经济的发展的不断增速，预计到本世纪中期，各国将会对于新能源越来越依赖，可再生能源将从“替代能源”慢慢向“主流能源”进行转变。由此可见寻找利用新型能源显得更加迫切。而利用太阳能等可再生清洁能源解决家用热水，节能环保意义重大。若以电热水器作为解决家庭热水需求的途径，每户2千瓦，全国需7亿千瓦的容量和63亿千瓦时的电量，分别是1999年全国装机容量和全国年发电量的2～2．5倍和52．7％，不仅投资额巨大，而且将一半以上的发电量用于满足热水需

求是非常不现实的。利用太阳能供热对于人口众多的我国显得尤为重要。

2、节能省地型建筑的重要选择。

随着国家“节能省地型建筑”倡导、城市化进程的开展，目前高层建筑越来越多，有限的屋顶面积越来越难以满足居民对使用太阳能的渴求。此外，建筑物空气温度调节消耗着大量的能源，约占到建筑物总能耗的70%。以往利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，而且不能给室内人员带来健康的居住环境。目前，在太阳能采暖方面，除造价较高的被动式太阳房有一些示范建筑外，主动式太阳能供能由于成本更高还没有大规模采用，这一现状与我国的经济发展不相匹配。因此，依据建筑供能的主动与被动相结合、太阳能与常规能源相结合的思想，将建筑节能方案按照房间的功能，采用不同方案的配合，从而大大降低太阳能用于建筑的投资和运行成本，充分的利用太阳，这将成为节能建筑发展的重要方向。

3、建筑发展生态科技化的现实需要。

实施太阳能与建筑一体化，就是将太阳能热水、热电等系统作为建筑的标准体系进入建筑领域，实现与建筑的同步设计、同步施工、同步验收、同步后期管理，使其成为建筑的有机组成部分，用太阳能全方位地解决建筑内热水、采暖、空调和照明用能，这是最佳利用方案。一是建筑构件和设备实现全面协同，有利于保证整体质量；二是综合使用材料，降低了总造价，减轻了建筑荷载；三是建筑具有一种技术的美感，建筑的使用功能与太阳能的利用实现有机结合，充实了建筑构件的功能性；四是同步施工、一次安装到位，避免后期施工对用户生活造成的不便以及对建筑已有结构的损害；五是采用集中使用安装，有利于平衡负荷和提高设备的利用效率；六是统一安装的太阳能设备，在外观上可达到和谐统一，尤其是在社区住宅这类多用户使用的建筑中，改变了个体使用者各自为政的局面，易于形成良好的建筑视觉形象。

三、太阳能与建筑一体化的实施方案 1、 太阳墙、光伏组件与建筑墙体一体化

在南向及东西向等接受太阳能较好的墙面上采用主动式与被动式相结合，集发电、采暖、通风与建筑护围结构有机结合的太阳能系统。与传统的墙面相比太阳能设备取代了传统的护围结构，照射在墙面上的太阳能不但被有效的利用起来而且改善了护围结构的隔热保温性能。光电幕墙的光电其转化率不高，在17～35%之间。在冬季被光电幕墙浪费的那部分太阳能通过集热板吸收可用于空调机组新风的预加热，同时使通过墙体向外界扩散的热量随管道内的热空气重新进入空调的新风系统，降低了墙体与室外空气的热交换；在夏季，被加热的热空气在自然对流的作用下通过墙体中间空腔向上流动，一方面使外界的热量不能直接通

过墙体的传热进入室内，减少了空调的负荷，另一方面空气在空腔内的流通降低了光电幕墙的温度，能使光电幕墙的光电转换率提升10%。

2、太阳能发电系统与市政供电系统并网

太阳能发电系统将所转化的电能利用逆变器转化为交流电，再由控制器对所发的电能进行调节和控制，与市政供电系统并网综合利用能源。如此一方面在白天日照充足的时候，将转化为的电能供给建筑内的用电负载；另一方面能在满足建筑自身用电需求的同时，将多余的电能进行并网向市政电网系统进行供电缓解供电压力，同时当晚上或阴天时所发的电能不能满足建筑自身负载需要时，市政供电系统进行供电，保证用户的正常用电。这样一体化的墙面较传统的墙面在节能上优势是显而易见，而且比早期的太阳能发电系统减少了多余电能储存系统有效降低了光伏发电系统的整体成本，使太阳能转化来的电能得到了充分的利用，弥补了以往利用率低的缺点。

3、太阳能热泵集热装置与建筑屋顶一体化

在建筑的顶部采用建筑造型构件与太阳能热泵低温集热技术相结合的手法，在设计上一方面使建筑的正立面结构看上去富有建筑的艺术性和现代性，另一方面使安插在建筑构造构件中的集热装置模块可以很好的吸收太阳辐射能。将金属流道的太阳能热管模块化集热器根据其建筑外形特点结合起来，使建筑整体更加美观富有艺术感。同时采用太阳能热管模块化集热器可以较好的承受压力且密封性较好，既能直接吸收太阳辐射能又能间接吸收室外环境中的热能，即使冬季气温为-20℃的时候依然能够进行太阳能低温集热。

四、远望与前景

太阳能作为一种取之不尽的新型清洁能源，在建筑领域已经开发并利用在热水、采暖、照明、制冷、电力等多个方面。随着太阳能与建筑一体化的不断完善，采用太阳能与建筑一体化设计的太阳能建筑将来必定成为我国今后建筑业发展的主流方向，从一些试点工程迅速向全国进行普及，太阳能建筑的大规模出现已经成为一种时代的必然。

参考文献：欧美建筑中太阳墙的应用 王崇杰 何文晶 薛一冰2004年8月

中国建筑能耗现状及节能途径分析 江亿 2009年8月 太阳能与建筑一体化集成与示范项目寻合作 2010年11月