太阳能利用与建筑一体化构想

太阳能利用与建筑一体化构想
•简介：本文分析了目前太阳能利用中出现的一些问题，指出太阳能与建筑的一体化势在必行，提出了太阳能利用与建筑一体化的新构想，对几种常用的太阳能利用与建筑一体化的实施方式进行了分析比较，希望对太阳能的利用与建筑的节能有一定的参考价值。

•关键字：太阳能，建筑，一体化
1 太阳能利用的现状
2 太阳能利用所面临的问题
2.1 体制方面的问题
2.2 技术方面的问题
就目前而言，全玻璃制真空管的太阳能集热装置占据着主导地位，成本较低且技术成熟，但当其与建筑物进行一体化的有机结合却存在着一系列的问题，比如承压运行问题、运行安全问题、密封可靠问题、结垢清理问题等等[3]；而使用金属制流道的集热装置并使用强制循环系统，尽管很好的解决了这些问题但又存在成本较高等缺陷。

此外还存在着工作性能随天气影响较大的缺点。

2.3 建筑行业与太阳能产业界之间的问题
以上这些都为太阳能利用与与建筑一体化在我国城市建筑中的进展带来的一定困难。

但本文认为我国能够参考美国《太阳能供暖降温房屋的建筑条例》与《节约能源房屋建筑法规》[4]等制定与完善我国《国家节能政策法》，鼓励新能源利用同时在经济与政策上也采取有效措施解决了这些问题，加快利用太阳能等可再生能源的进展。

3 太阳能利用与建筑一体化势在必行
我国的建筑行业过去只着重于建筑的功能、需求与立面效果，却往往忽视了对清洁能源的利用，缺乏在能源使用过程中对消除各类污染的意识。

过去很长时间里，安装太阳能利用设备没有同建筑设计进行有机地结合，使得太阳能集热设备的安装在建筑的外表面及屋顶形成了规格繁杂、形式各异，杂乱无章的无序状态，破坏了建筑楼宇的景观效果，造成新的建筑视觉污染。

这个问题应成为太阳能产业界与建设行业应该共同研究讨论的一个大问题，建筑如何与太阳能设备很好的结合起来也已成为摆在我们眼前的事实。

太阳能利用技术与建筑一体化的设计就是解决这些问题的关键所在，太阳能产业界应着力于开发与生产那些有利于与建筑进行一体化的模块化太阳能建材[5]。

而建筑师在这方面更要多作一些努力与探索，做到在建筑设计方案的设计开始阶段就把太阳能设备作为建筑中的一个不可缺少的构件来考虑，使建筑美学与太阳能技术完美结合，共同制造新型的太阳能一体化建筑。

4 太阳能利用与建筑一体化构想的提出：
一体化的设计思想是由美国太阳能协会创始人施蒂文-斯特朗20多年前所倡导的，其主体思想是将能把太阳能转化为电能的半导体材料直接镶嵌在墙壁的外表面与屋顶上，取代在屋顶上安装笨重的太阳能收集装置，从而实现太阳能利用与建筑的一体化，并通过所产生的电能来驱动室内的用电设备实现室内的采暖、照明、制冷等。

这种一体化方案仅仅是通过综合考虑建筑构件与太阳能设备的协调使其做到构造合理。

但这种一体化方案存在对太阳能收集途径单一、利用率低下、浪费严重等方面的缺点，比如：目前的太阳能发电系统对太阳能的光电转化率低下，大量的光与热被白白的流失掉；其次热-电-热的能量二次转化使得能量在转换与传输的过程中增加了缺失，使得太阳能的利用率更为低下。

因此本文并不完全赞同此项一体化方案，本文的看法是应当综合考虑建筑造型与太阳能技术的有机结合，采取被动式与主动式相结合，多途径多层次的太阳能多元化收集与利用方式。

6 太阳能利用与建筑一体化的实施方式
6.1 太阳墙、光伏组件与建筑墙体一体化
6.2 光伏组件与市政供电系统并网
6.4 太阳能一体化设计中与之相配合的建筑保温设计
在建筑的北向墙体与受日照较少的墙体上使用轻质建筑保温墙体，如图（4）所示这样就有效的减少了墙体与外界空气的热交换，并能在框架结构的建筑中使用较薄的基层墙体而达到较好的隔热保温作用同时有效降低了建筑成本与减轻建筑负荷。

玻璃门窗建议使用其外侧通过镀膜处理且与护围结构颜色相适宜的Low- E中空玻璃，因其具有极佳的热学、隔声、防结霜、不结露与密封等性能。

白天在阻挡来自室外的有害辐射的同时并不影响窗体的透光率；夜晚与阴雨天气,来自室内物体的热辐射约有50%以上被其反射回室内[8]。

这样就使整个建筑呈现一种类似于“暖水保温瓶”的现象，在一定程度上实现了建筑物的单向热传导性，降低了建筑内热能或者冷能的流失，减少了建筑的整体能耗。

图3 太阳能墙体与光伏组件的结合
图4 保温墙体示意
图
7 远景与展望:
太阳能作为一种取之不尽的新型环保能源已成为世界各国世界上能源研究工作中的一个重要课题。

同时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。

如：太阳能光伏发电、太阳能热泵空调等。

太阳能光热光伏利用与建筑一体化不断完善，使用太阳能利用与建筑一体化设计的太阳能建筑将来必定成为我国今后几年里建筑业进展的主流方向，并从一些试点工程迅速的向全国进行普及，太阳能建筑的大规模出现已经成为一种时代的必定。

我国太阳能一体化建筑在正常进展与生态驱动进展两种进展模式下，2010年左右其显著的经济与社会效益将会逐步显现出来，届时太阳能利用量占社会总能耗的比例将不断的提高，CO2及氮氢化合物的排放将大幅减少。

估计2020年的太阳能利用量在社会总能源供给中达到4.7%，减少CO2及氮氢化合物排放10～20Tt C/yr[9]。

8 参考文献：
[2] 王宏志、王润强.太阳能热水器系统在建筑中的应用，机械给排水，38～41
[3] 齐心.解决太阳能与建筑一体化的良好方案，现代建筑 .2003（1）24～25
[4]杨维菊.美国太阳能热利用考察及思考，世界建筑 .2003（8）：83～85
[5] 赵春江、王恒龙.太阳能一体化集热器的研制与应用.太阳能 2004（4）28～30。