太陽能與建築一體化

太陽能與建築一體化是太陽能利用設施與建築的有機結合，利用太陽能集熱器替代屋頂覆蓋層或替代屋頂保溫層，既消除了太陽能對建築物形象的影響，又避免了重複投資，降低了成本。太陽能與建築一體化是未來太陽能技術發展的方向。

基本介紹

• 中文名：太陽能與建築一體化
• 外文名：integrate solar energy with building
• 方向：新能源套用
• 涉及領域：太陽能利用及建築學、美學
• 優點：美觀實用，促進太陽能的套用
• 相關組織：太陽能與建築一體化專業委員會

簡介

目前，在國際上，建築能耗已占社會總能耗的40%。建築能耗的能源動力主要來自於煤炭、石油、天然氣等化石能源。降低建築能耗已成為當今能源、環境、建築領域的熱門話題。人們皆在不斷研發各種保溫材料來加強建築物的保溫隔熱性能，但這畢竟沒有從源頭處緩解能源危機。而太陽能作為可再生清潔能源，可替代部分化石能源，套用於建築中。太陽能和建築一體化形成的太陽能建築是一種全新的無燃料、無污染的綠色建築。因此，發展太陽能建築、降低建築能耗不僅意味著節約能源，保護環境，而且是我國在建築領域實施可持續發展戰略的重要方式。

發展歷程

隨著人們對太陽能資源認識的深入和技術的提升，太陽能建築經歷了3個發展歷程:

第一階段為被動式太陽能建築，它是完全通過建築物一部分實體(牆體、地面)的結構、朝向、布置以及相關材料的套用作為集熱器和貯熱器，利用傳熱介質(空氣、水)對流分配熱能的系統;

第二階段為主動式太陽能建築，它是使用機械電力裝置收集並貯存太陽能，由集熱器、蓄熱器、循環管路、水泵動力系統和自動控制系統組成;

現階段為太陽能電池式建築，它是利用太陽能電池等光電轉換設備提供建築所需的採暖、空調、熱水、照明等各種能源。

太陽能與建築一體化技術的特點

1. 把太陽能的利用納入環境的總體設計，把建築、技術和美學融為一體，太陽能設施成為建築的一部分，相互間有機結合，取代了傳統太陽能的結構所造成的對建築的外觀形象的影響；

2. 利用太陽能設施完全取代或部分取代屋頂覆蓋層，可減少成本，提高效益；

3. 可用於平屋頂或斜屋頂，一般對平屋頂而言用覆蓋式，對斜屋頂用鑲嵌式；

太陽能與建築一體化套用技術適用對象

1 、適用於城建較嚴格，要求安裝規範、美觀、不損害市容市貌的單位、集體、小區等。

2 、適用於在建築設計之處，就將太陽能作為建築的一部分考慮在內，與建築一同設計。

3 、適用於各種形式的建築，例如：住宅小區、高層樓群、別墅等等。

4 、單台集體購買統一安裝，該種形式主要適合於新建住宅小區和舊房改造。

太陽能與建築一體化技術現狀

一直以來，太陽能等可再生能源在建築技術上的完美套用都是企業夢寐以來的追求，太陽能與建築結合創造的低能耗高舒適度的健康居住環境，不僅讓住戶家庭生活得更自然更環保，而且能節能能減污，對實現社會可持續發展具有重大意義。在人類面臨生存環境破壞日益嚴重和能源危機的今天，如何開發利用環保節能的住宅配套部品就成了一個焦點話題。太陽能——作為一種免費、清潔的能源，在住宅建築中的利用，將關係到可持續發展的戰略，可謂意義深遠。經過數年的研究和開發，太陽能的利用已取得顯著成果並轉化為生產力。在我國，太陽能熱水器在全行業中現已擁有企業超過千家，推廣套用範圍也在不斷擴大。而太陽能與建築的結合，也在住宅建設中越發呈現出其不可替代的地位，並成為住宅建設中的一個最新亮點。

早在1999年召開的世界太陽能大會上就有專家認為，當代世界太陽能科技發展有兩大基本趨勢，一是光電與光熱結合；二是太陽能與建築的結合。太陽能源建築系統是綠色能源和新建築理念的兩大革命的交匯點，專家們公認，太陽能是未來人類最適合，最安全，最理想的替代能源。目前太陽能利用轉化率約為10%—12%，太陽能的開發利用潛力十分巨大，據報載，目前，世界各國都在設施自己的“陽光計畫”，如去年德國政府就宣布推行“十萬屋頂”計畫，即在建築頂部大規模地鋪設太陽能發電裝置，既節省電力又利於環保。在歐洲的能源消費中，約有1/2用於建築的建設和運行，而交通運輸耗能只占能源消費的1/4，因此建築物利用太陽能成為各已開發國家政府極力倡導的事業，太陽能利用設施與建築的結合自然是人們所關注的問題，主要是太陽能的光伏利用與建築的結合上。

太陽能與建築一體化有他獨特的特點：一是把太陽能的利用納入環境的總體設計，把建築、技術和美學融為一體，太陽能設施成為建築的一部分，相互間有機結合，取代了傳統太陽能的結構所造成影響；二是利用太陽能設施完全取代或部分取代屋頂覆蓋層，可減少成本，提高效益，三是可用於平屋頂和斜屋頂，一般對平屋頂而言用覆蓋式，對斜屋頂用鑲嵌式，四是該技術屬於一項綜合性技術，涉及太陽能利用，建築，流體分布等多種技術領域。另外，在雲南昆明還建成了一個平屋頂結構的太陽能與建築一體化溫水游泳館，該游泳館屋頂面積約700平方米，屋頂結構為輕鋼網架結構，屋頂覆蓋層完全由特別的太陽能平板集熱器代替。這是我國第一個在平屋頂上實現太陽能與建築一體化的實驗性工程。聯合國能源機構最近的調查報告顯示，太陽能與建築一體化將成為21世紀的市場熱點，成為21世紀建築節能市場的亮點。

太陽能與建築一體化的三大待解問題

太陽能與建築一體化，就是將太陽能的光熱利用與建築有機融合，實現與建築的同步設計、同步施工、同步驗收、同步後期管理，使其成為建築的有機組成部分，從而降低建築能耗，達到節能環保的目的。作為清潔能源，太陽能與建築一體化給了人們很多希望與憧憬，但現實是太陽能的推廣卻受到了很多阻礙，實施起來還面臨著一些尚未解決的問題。

技術瓶頸進階

太陽能利用在我國比較廣泛，但在與建築一體化方面，還存在著很多的技術瓶頸。

我國太陽能領域中技術最成熟、套用最廣泛、產業化發展最快的，是家用太陽能熱水器(系統)。但即便是太陽能熱水器，在與建築一體化的時候也存在著技術瓶頸。

廣東五星太陽能股份有限公司董事長鬍廣良告訴記者：“我國太陽能熱水器已經20年不變樣。我們炒作了很多概念在裡面，但太陽能光熱利用的核心技術沒有往前發展。目前我國太陽能熱水器市場上有85%是使用真空管的，由於真空管承壓有限，因而只能用在低層建築上。”

上海世博園中運用了很多太陽能與建築的一體化設計。在眾多太陽能技術中，最吸引人眼球的恐怕要數未來館玻璃幕牆上所安裝的薄膜太陽能電池板了。這種電池板是個“隱身好手”，厚度僅幾微米，能半透光，乍一看，很難相信這塊“玻璃”還能發電。不過，目前這種薄膜太陽能電池板的能量光電轉化率還很低，僅為5%以下。如果作為商業套用，那么它的建造成本與利用價值將不成正比。

另據介紹，目前我國對於“太陽能建築”的準確定義還處在研究階段，太陽能建築的技術和體系也不健全。沒有完整的編制設計規範、標準及相關圖集，也沒有建立產品(系統)的檢測中心和認證機構，更沒有完善的施工驗收及維護技術規程等等。但這些都是太陽能利用列入建築工程設計環節並作為一個“專業”納入建築體系的前提。這些太陽能與建築一體化技術上的不足與空白，需要逐一去解決。

利益糾結阻礙

應該說，太陽能與建築一體化尚處在起步階段，除了技術上的問題之外，涉及一體化的各方，也因為商業利益而成為了一體化的阻礙。

一位房地產開發商說，若讓開發商願意發展太陽能建築，就要讓他們既“種樹”又能享受“樹蔭的清涼”。他進一步解釋說，建造太陽能一體化建築，開發成本必然增加，如果建築的售價不變，則意味著開發商要自己承擔這部分費用;如果建築的售價提高，則會帶來潛在的市場風險。這種單方面投資的模式使開發商對太陽能一體化建築熱情不高。

一位太陽能製造企業的負責人還告訴記者，太陽能與建築一體化肯定是件好事，但目前很多太陽能企業也不願意與房地產開發商進行合作。首先，開發商會將產品的利潤壓到最低，因為這樣可以降低他們的建造成本，從而降低建築的銷售價格。但對於太陽能企業來說，利潤率降低不說，維修成本也會增加。現在太陽能熱水器主要在城鎮、農村銷售，其實這些地方的維修成本比較低，因為交通不會堵塞，人工也便宜。但在城市，一個維修工恐怕一天也就能上門修兩戶。還有，現在在大城市12層以下的建築很少，真正能和太陽能熱水器結合的建築並不多，所以與開發商合作，對於太陽能企業利潤的增長沒有太大的幫助。

政策助力缺乏

在太陽能熱利用領域，熱水器的技術是最成熟的。但不少城市小區不讓安裝太陽能熱水器，理由是樓頂承重可能超出設計負荷，也可能會破壞原有的防水層，還會影響小區的整體美觀等等。事實上，如果採用太陽能與建築一體化設計，這些問題也就迎刃而解，比如把整面牆設計成吸熱板，不僅加大了採光面積，而且也很美觀。

太陽能與建築一體化形式

太陽能熱水器與建築物一體化，就形式上來講有分戶式和集體式兩種。

分戶式是統一設計、統一布局、統一安裝，單家獨戶分開使用，由住戶自己進行個體管理。分戶式在使用管理上比較方便，減少了用戶之間的爭執。但由於房屋面積的局限，影響了這一形式的推廣。並因該形式水箱裸露、排列不齊等，很難達到與建築的完美結合。

集體式是將太陽能集熱器串聯起來，利用熱虹吸原理或強制循環的辦法逐步將水升溫，用一個或多個保溫大水箱將熱水儲存起來，分別供應給用戶。集體式與分戶式相比，占地少、投資小、水溫和水壓平衡、維修率低，能更好地與建築融為一體，並且還有利於平衡負荷和提高設備的利用效率，是太陽能熱水器與建築物一體化的發展方向。

太陽能與建築一體化套用實例

太陽能低能耗小住宅建築設計

實現低能耗建築的設計途徑主要包括兩個方面，即能源的開源與節流。開源是指開發利用可再生新能源，節流是指提高供暖、空調系統效率和提高建築外圍護結構性能，減少建築熱損失。太陽能建築同時具備上述兩個特點：首先太陽能屬對環境無污染的可再生能源；其次由於太陽能的低密度也要求建築有著較高品質的圍護性能和恰當的體形、朝向和空間布局。

低能耗太陽能採暖小住宅建築設計

小住宅建築屋頂面積、南向牆面積與室內使用面積比值較大。結合恰當的建築體形設計和外圍護結構性能設計，經測算，在太陽能資源豐富地區的晴好天氣下，可以建造出完全依靠太陽能滿足採暖和生活用熱水的低能耗建築甚至零能耗建築。

北京市平谷區將軍關新村新農村改造項目

北京市平谷區將軍關新村新農村改造項目是平谷區委、區政府提高農民收入和改變農村現狀、保護當地自然環境、改變農民居住生活條件的一項重要措施，使改造後的新農村成為體現北方山村自然特色的、農民戶戶增收的新型民俗休閒旅遊度假村。項目以減排溫室氣體和節能、經濟適用為目的，儘可能利用太陽能等可再生能源，解決民居冬季供暖和全年生活熱水問題，並要求能源設備與建築結合，與環境相協調。

示範建築為兩層南北朝向雙坡屋頂民宅，採暖建築面積約140 m2，層高3 m，屋面坡度30°，240 mm磚牆，6 cm聚苯板外牆外保溫，外貼防火板。該項目作為農村利用太陽能熱水系統供暖、節能型建築示範小區，同時被列入北京市科技計畫課題項目。

本項目利用太陽能與建築一體化技術，通過太陽能套用技術與建築的有機結合，利用太陽能熱循環系統實現了農村冬季供暖和常年供應生活熱水，相同的採暖面積比集中供暖費用低廉，同時常年供應熱水提高了居民生活的質量，具有節能、經濟、潔淨的特點。

太陽能與建築一體化推廣前景

一邊是數量豐富、成本低廉的太陽能資源，一邊是亟待降低的建築領域能耗，太陽能技術與建築相結合被專家稱為“天仙配”，在建築節能已成為我國節能戰略必然選擇的今天，太陽能與建築一體化推廣勢在必行。

我國太陽能資源十分豐富，有著相當廣闊的推廣利用前景。太陽能年日照時數超過2200小時以上的地區約占國土面積的三分之二以上。目前，我國太陽能利用集熱面積居世界第一。

同時，工業、交通、建築是目前我國消耗能源最多的三個領域。據粗略估計，建築能耗占我國總能耗的27%。在建築能耗中，空調、供暖和熱水占75%。此外，我國正處於城市化進程之中，每年有1500萬人進城，城鄉新建房屋建築面積近20億平方米。因為浪費嚴重，建築領域有著巨大的節能空間。

但是，因為太陽能利用和建築設計、開發缺乏協調，不少城市的物業部門明令小區內禁止安裝太陽能熱水器。要加大太陽能和建築一體化推廣力度，需要建築師、開發商在設計階段就將太陽能技術考慮到建築的設計過程中去，避免居民在建築竣工後各自在樓頂安裝太陽能熱水器，使太陽能和建築融為一體。