SDE2010竞赛太阳能利用技术与建筑一体化设计分析
外显、灵活、多维、高效——从2022中国国际太阳能十项全能竞赛看建筑与光伏一体化设计趋势
２０２４年第４期(总第５２卷㊀第３９８期)Ｎｏ.４ｉｎ２０２４(ＴｏｔａｌＶｏｌ.５２ꎬＮｏ.３９８)建筑节能(中英文)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢＥＥʏ绿色建筑ＧｒｅｅｎＢｕｉｌｄｉｎｇｓ引用本文:李涛ꎬ王奇鹏.外显㊁灵活㊁多维㊁高效 从２０２２中国国际太阳能十项全能竞赛看建筑与光伏一体化设计趋势[Ｊ].建筑节能(中英文)ꎬ２０２４ꎬ５２(４):８－１６.ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９６－９４２２.２０２４.０４.００２收稿日期:２０２３￣０３￣３１ꎻ㊀修回日期:２０２４￣０４￣１９∗基金项目:陕西省自然科学基础研究计划:民居自建太阳房夏季过热的复合降温模式与协同优化设计研究(２０２４ＪＣ－ＹＢＭＳ－２９８)ꎻ陕西省教育厅青年创新团队建设科研计划项目:基于智能算法的城市街区空间微气候优化研究(２３ＪＰ０７９)ꎻ陕西高校青年创新团队资助项目(２０２２－２０２５)外显㊁灵活㊁多维㊁高效从２０２２中国国际太阳能十项全能竞赛看建筑与光伏一体化设计趋势∗李㊀涛１ꎬ２әꎬ㊀王奇鹏１(１.西安建筑科技大学建筑学院ꎬ西安㊀７１００５５ꎻ２.绿色建筑全国重点实验室ꎬ西安㊀７１００５５)摘要:㊀建筑光伏一体化技术是实现建筑行业节能减碳的重要途径ꎮ以第三届中国国际太阳能十项全能竞赛(ＳＤＣ２０２２)为例ꎬ对１５个参赛作品在建筑与光伏一体化设计上的特征进行了比较ꎬ从美学表现㊁构造整合㊁功能复合㊁性能提升４个维度分析了当前建筑与光伏一体化的设计新趋势ꎬ指出:在美学表现上ꎬ通过光伏组件材质外观和光伏方阵形成积极外显的形态ꎻ在构造上ꎬ采用不同类型光伏灵活组合衍生多种应用场景ꎻ在功能上ꎬ将光伏发电与建筑围护结构的采光㊁集热㊁遮阳㊁防护等功能进行多维度复合ꎻ在性能上ꎬ通过光伏朝向与倾角㊁散热设计和电气系统综合提升产能效率ꎮ为建筑与光伏一体化技术的推广和应用提供新思路ꎮ关键词:㊀建筑光伏一体化ꎻ㊀中国国际太阳能十项全能竞赛ꎻ㊀零能耗建筑ꎻ㊀节能减碳中图分类号:㊀ＴＵ２０１ ５㊀㊀㊀文献标志码:㊀Ａ㊀㊀㊀文章编号:㊀２０９６￣９４２２(２０２４)０４￣０００８￣０９ＥｘｐｌｉｃｉｔꎬＦｌｅｘｉｂｌｅꎬＭｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｎｄＥｆｆｉｃｉｅｎｔ:ＴｒｅｎｄｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇａｎｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＤｅｓｉｇｎｆｒｏｍＳｏｌａｒＤｅｃａｔｈｌｏｎＣｈｉｎａ２０２２ＬＩＴａｏ１ꎬ２әꎬＷＡＮＧＱｉｐｅｎｇ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬＸｉ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＸｉ ａｎ７１００５５ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｒｅｅｎＢｕｉｌｄｉｎｇꎬＸｉ ａｎ７１００５５ꎬＣｈｉｎａ)㊀㊀Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(ＢＩＰＶ)ｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｗａｙｔｏａｃｈｉｅｖｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｃａｒｂｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｄｕｓｔｒｙ.ＴａｋｉｎｇｔｈｅｔｈｉｒｄＣｈｉｎａＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｏｌａｒＤｅｃａｔｈｌｏｎ(ＳＤＣ２０２２)ａｓａｎｅｘａｍｐｌｅꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ１５ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｉｎｇｗｏｒｋｓｉｎｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ.Ｔｈｅｎｅｗｔｒｅｎｄｓｉｎｔｈｅｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｆｒｏｍｆｏｕｒｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ:ａｅｓｔｈｅｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎꎬｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎬａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ.ＩｔｗａｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｉｎｔｅｒｍｓｏｆａｅｓｔｈｅｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬａｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｅｘｐｌｉｃｉｔｆｏｒｍｗａｓｆｏｒｍｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｍｏｄｕｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙｓꎻＡｄｏｐｔｉｎｇｆｌｅｘｉｂｌｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｏｄｅｒｉｖｅｍｕｌｔｉｐｌｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｃｅｎａｒｉｏｓꎻＩｎｔｅｒｍｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙꎬｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｓｍｕｌｔｉ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｌｉｇｈｔｉｎｇꎬｈｅａｔｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎꎬｓｈａｄｉｎｇꎬａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｖｅｌｏｐｅｓꎻＩｎｔｅｒｍｓｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｔｉｌｔａｎｇｌｅꎬｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎꎬａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｙｓｔｅｍａｒｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｖｉｄｅｎｅｗｉｄｅａｓｆｏｒｔｈｅｐｒｏｍｏｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｂｕｉｌｄｉｎｇａｎｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.㊀㊀Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＢｕｉｌｄｉｎｇＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ(ＢＩＰＶ)ꎻＳｏｌａｒＤｅｃａｔｈｌｏｎＣｈｉｎａ(ＳＤＣ)ꎻｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇｓꎻｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｃａｒｂｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎ８李涛ꎬ等:外显㊁灵活㊁多维㊁高效 从２０２２中国国际太阳能十项全能竞赛看建筑与光伏一体化设计趋势０ 引言随着国家 双碳 目标的提出ꎬ建筑领域的节能减碳势在必行ꎮ建筑光伏一体化技术(ＢｕｉｌｄｉｎｇＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃꎬＢＩＰＶ)是实现建筑行业节能减碳的重要手段ꎮ随着各种光伏产品的推陈出新ꎬ建筑与光伏的一体化设计也出现了更多新的可能ꎮ国际太阳能十项全能竞赛(ＳｏｌａｒＤｅｃａｔｈｌｏｎꎬＳＤ)作为太阳能领域的奥林匹克 ꎬ对光伏与建筑一体化技术的示范和推广起到积极作用ꎬ历届参赛作品中的设计已成为ＢＩＰＶ的风向标ꎬ对我国ＢＩＰＶ的发展具有引领作用ꎮ建筑光伏一体化(ＢＩＰＶ)指的是将太阳能光伏发电产品集成或整合到建筑上ꎬ使它不但具有外围护结构的功能ꎬ同时又能产生电能供建筑使用ꎬ早期建筑与光伏结合的方式称为建筑附加光伏(ＢｕｉｌｄｉｎｇＡｔｔａｃｈｅｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃꎬＢＡＰＶ)[１]ꎮ与ＢＡＰＶ相比ꎬＢＩＰＶ更容易整合到建筑的屋面㊁立面和各种构件中ꎬ高效地实现建筑与光伏的一体化设计ꎮ在当前倡导 绿色低碳的背景下ꎬＢＩＰＶ已成为太阳能建筑设计和研究主流ꎮ王崇杰㊁李旻泽认为ＢＩＰＶ设计应该从光伏产品的特征出发[２ꎬ３]ꎮ石峰㊁邓丰指出ＢＩＰＶ设计应积极考虑单轴太阳能跟踪技术㊁ＰＶＴ技术㊁光伏屋顶通风道以及ＰＣＭ储热技术以提高系统工作效率[４ꎬ５]ꎮ张彦喆㊁张弘提出光伏组件尺寸与建筑空间尺寸进行模数化适配的ＢＩＰＶ设计方法[６ꎬ７]ꎮ杨向群㊁褚英男强调ＢＩＰＶ设计中能源技术与建筑艺术的结合[８ꎬ９]ꎮ师劭航认为ＢＩＰＶ立面设计应注重光伏产品㊁控制策略与整合设计[１０]ꎮ总的来说ꎬ目前关于ＢＩＰＶ的研究将其作为太阳能建筑中的单项技术讨论ꎬ缺乏从建筑师视角对其进行多维度的系统研究ꎬ本文对中国国际太阳能十项全能竞赛中１５个参赛作品中建筑与光伏一体化设计趋势进行系统的比较和分析(见表１)ꎬ为我国建筑与光伏一体化设计提供新思路ꎮ表１㊀ＳＤＣ２０２２各赛队ＢＩＰＶ应用概况Ｔａｂｌｅ１ＢＩＰＶａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆＳＤＣ２０２２建筑概况美学表现项目名称建筑外观ＢＩＰＶ应用部位朝向与倾角组件特征方阵形态构造整合功能复合性能提升散热方式系统类型Ｙ－Ｐｒｏｊｅｃｔａ坡屋面南立面外遮阳棚Ｓ－２２ʎＳ－９０ʎＳ－０ʎ红棕色半透光钙钛矿一体融合式胶结密封采光顶透光幕墙室外遮阳自然对流＋机械辅助通风自然对流普通并网离网一体系统２４ ３５宅家ｂ平屋面Ｓ－３７ʎ黑色单晶硅组件阵列式框架架空－自然对流ＰＶ/Ｔ模块化可持续魔盒ｃ平屋面露台顶Ｓ－４５ʎ黑色碲化镉彩色半透光碲化镉组件阵列式重物压制框架架空造－露台遮阳自然对流普通并网离网一体系统极光之家ｄ平屋面Ｓ－１０ʎ黑色单晶硅整体架空预埋支座屋面遮阳自然对流普通并网离网一体系统草原方舟ｅ坡屋面Ｓ－２５ʎＥ－２５ʎＷ－２５ʎＮ－２５ʎ不透光金属铝板色碲化镉一体融合式胶结密封屋面围护自然对流光伏发电＋斯特林发电机ＨＵＩＨＯＵＳＥｆ坡屋面Ｓ－３７ʎ黑色铜铟镓硒光伏瓦叠合式光伏瓦金属屋面夹持块屋面排水自然对流＋水冷ＰＶ/ＴＰｉｘｅｌＨｏｕｓｅｇ坡屋面阳光间雨棚院墙Ｓ－３８ʎＳ－２５ʎＳ－２５ʎＳ－７０ʎ均一黑色单晶硅黑色半透光碲化镉面层叠合式一体融合式－－金属屋面夹持块胶结密封－－－采光＋集热防护－自然对流ＰＶ/ＴＴ＆Ａ－Ｈｏｕｓｅｈ坡屋面走廊顶部走廊外墙Ｓ－４５ʎＳ－０ʎＳ－４５ʎ黑色单晶硅黑色半透光碲化镉黑色碲化镉面层叠合式整体架空百叶式框架架空胶结密封插挂式－遮阳自然对流普通并网离网一体系统Ｒ－ＣＥＬＬＳｉ坡屋面Ｓ－１４ʎＳ－２０ʎ黑色单晶硅黑色碲化镉面层叠合式金属屋面夹持块－自然对流光伏发电＋风力发电复合系统ＳＭＡＲＴｊ坡屋面Ｓ－２０ʎ黑色单晶硅面层叠合式金属钉固－自然对流普通并网离网一体系统斜屋ｋ坡屋面Ｓ－３７ʎ均一黑色单晶硅面层叠合式金属屋面夹持块屋面排水自然对流光储直柔系统９ＬＩＴａｏꎬｅｔａｌ.ＥｘｐｌｉｃｉｔꎬＦｌｅｘｉｂｌｅꎬＭｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｎｄＥｆｆｉｃｉｅｎｔ:ＴｒｅｎｄｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇａｎｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＤｅｓｉｇｎｆｒｏｍＳｏｌａｒＤｅｃａｔｈｌｏｎＣｈｉｎａ２０２２表１㊀ＳＤＣ２０２２各赛队ＢＩＰＶ应用概况(续表)Ｔａｂｌｅ１ＢＩＰＶａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆＳＤＣ２０２２(ｃｏｎｔｉｎｕｅｄｔａｂｌｅ)建筑概况美学表现项目名称建筑外观ＢＩＰＶ应用部位朝向与倾角组件特征方阵形态构造整合功能复合性能提升散热方式系统类型ＢＢＢＣｌ平屋面庭院顶部Ｓ－５ʎ黑色单晶硅彩色半透光碲化镉组件阵列式整体架空金属屋面夹持块框架架空－庭院遮阳自然对流光储直柔系统ＳｏｌａｒＡｒｋｍ异形屋面Ｅ/Ｗ－１５ʎ黑色单晶硅组件阵列式框架架空屋面遮阳自然对流光伏发电＋风力发电复合系统ＨｏｐｅＬａｎｄｎ坡屋面东/西立面南采光顶南立面外窗Ｅ/Ｗ/Ｓ－１５ʎＥ/Ｓ－９０ʎＮ－１５ʎＳ－９０ʎＥ/Ｗ－９０ʎ均一黑色单晶硅黑色半透光碲化镉面层叠合式一体融合式－胶结密封－屋面围护－采光自然对流普通并网离网一体系统栖居３ ０ｏ平屋面檐口露台栏板Ｓ－１５ʎＥ/Ｗ/Ｓ－１５ʎＥ/Ｗ/Ｓ－９０ʎ黑色碲化镉黑色半透光碲化镉组件阵列式－框架架空－－遮阳防护自然对流并网离网一体系统各项目外观照片１㊀美学表现外显建筑师有很长一段时间都认为光伏组件是影响建筑美学的负面因素ꎬ想方设法将其隐藏ꎬ但对于ＢＩＰＶ而言光伏组件已经脱离了简单的建筑发电设备范畴ꎬ越来越多的太阳能建筑开始积极显露光伏组件自身的特点ꎬ使其成为建筑美学的重要构成元素ꎮ１ １㊀组件色彩、纹理及形态目前ꎬ市场上主流的光伏电池有两类ꎬ一是晶体硅类的单晶硅电池和多晶硅电池ꎬ二是化合物薄膜类的碲化镉㊁铜铟镓硒及钙钛矿电池ꎮ从色彩纹理上看ꎬ由于电池材料和制备工艺的不同ꎬ晶硅光伏组件和化合物薄膜光伏组件的外观有着明显的差异ꎬ晶硅组件采用的是切片拼接工艺ꎬ光伏组件外观呈现补丁状ꎬ而薄膜电池采用的是内级联结构工艺ꎬ外观均一[１１]ꎮ从形态上看ꎬ光伏组件一般为矩形平板ꎬ新研发的柔性光伏电池打破了组件形态的限制ꎬ使得ＢＩＰＶ的应用场景更加丰富ꎮ为了满足建筑的要求ꎬ光伏组件的外观也得到了升级ꎬ各种纹理化组件㊁透光组件㊁彩色组件以及曲面形态的光伏瓦在建筑中开始大规模应用(见图１)ꎮＳＤＣ２０２２竞赛中ꎬ各个作品结合自身的特点探索新型ＢＩＰＶ组件与建筑的结合ꎮ项目ＢＢＢＣ 是面向灾后紧急救援的建筑ꎬ其在内部庭院顶部应用了彩色透光的光伏组件ꎬ选用黄色㊁蓝色及透明色形成的图案肌理ꎬ不仅提升了建筑的第五立面ꎬ营造了丰富的光影效果ꎬ还能产生积极的心理暗示ꎬ安抚受灾人员的情绪(见表１㊁图ｌ)ꎮ项目 ＨＵＩＨＯＵＳＥ 的原型是传统徽派建筑ꎬ 白墙黛瓦 是其风格的重要体现ꎬ因此该项目的南向坡屋面使用了铜铟镓硒光伏瓦作为光伏发电元件ꎬ将ＢＩＰＶ技术地融入了传统建筑元素之中(见表１图ｆ)ꎮ１ ２㊀ＢＩＰＶ方阵形态建筑上的光伏组件是以光伏方阵形态来呈现的ꎬ因此光伏方阵的形态设计对建筑的外观形象影响巨大ꎮ常见的ＢＩＰＶ设计中光伏方阵的形态主要分为以下几０１李涛ꎬ等:外显㊁灵活㊁多维㊁高效 从２０２２中国国际太阳能十项全能竞赛看建筑与光伏一体化设计趋势图１㊀各种外观的光伏组件Ｆｉｇ.１Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｍｏｄｕｌｅｓｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓａｐｐｅａｒａｎｃｅｓ种:组件阵列式㊁整体架空式㊁面层叠合式㊁一体融合式ꎮ组件阵列式的ＢＩＰＶ形态中光伏组件呈多排锯齿韵律形态ꎬ组件较为接近屋面ꎬ施工布线方便ꎬ多用于平屋面ꎬ但需注意组件前后排的自遮挡ꎮ 阳光方舟３ ０ 屋顶的光伏方阵以东西朝向两块组件为一组形成阵列形态ꎬ成为双曲抛物面壳体建筑外观形象的主要构成部分ꎬ见图２(ａ)ꎻ整体架空式的ＢＩＰＶ形态中光伏组件在一个平面内纵横连续布置于屋面大型支撑系统ꎬ组件远离屋面ꎬ形成下部灰空间ꎬ施工布线方便ꎬ多用于平屋面ꎮ 极光之家 屋顶光伏为整体架空形态ꎬ平屋面上单晶硅组件方阵下部形成灰空间ꎬ可上人和放置设备ꎬ见图２(ｂ)ꎻ面层叠合式的ＢＩＰＶ形态中光伏组件贴附在建筑围护结构表面ꎬ但不起围护作用ꎬ组件接近屋面ꎬ多用于坡屋面ꎬ但组件下部与屋面之间通风散热和布线空间较为狭小ꎮ 像素之家 屋顶为 三折式 的坡屋面ꎬ外侧叠合了单晶硅组件ꎬ光伏方阵与建筑形象的关系并不像 阳光方舟３ ０ 那样张扬ꎬ而是二者相互融合达到统一整体ꎬ见图２(ｃ)ꎻ一体融合式的ＢＩＰＶ形态中光伏组件以玻璃幕墙或采光顶的形式应用到建筑上来ꎬ光伏组件成为建筑的实际围护结构ꎬ但需保证其构造的密封严实以及管线在室内外露的问题ꎮ 草原方舟建筑原型是游牧民族的蒙古包ꎬ将其毡顶转译为坡屋顶ꎬ融合碲化镉薄膜组件于坡屋顶实现产能与建筑形象的统一ꎬ见图２(ｄ)ꎮ图２㊀ＳＤＣ２０２２中的光伏方阵形态实例Ｆｉｇ.２ＥｘａｍｐｌｅｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙｓｈａｐｅｉｎＳＤＣ２０２２㊀㊀可以看出ꎬ从建筑的美学表现上考虑ＢＩＰＶ技术可以从微观和宏观两个层面进行:在微观层面ꎬ从组件的色彩㊁纹理和形态入手确定光伏组件的选型ꎬ选择符合建筑外观和功能要求的光伏组件ꎬ展现建筑的文脉特征ꎻ在宏观层面ꎬ以建筑的空间特点出发确定光伏方阵形态ꎬ使其成为促进建筑形态美观性的积极要素ꎮ２㊀构造整合灵活随着技术的进步㊁光伏材料的丰富ꎬ 建筑 光伏 构造摆脱了ＢＡＰＶ式的大型支撑系统ꎬ不管是屋面光伏还是墙面光伏ꎬ都可以根据所应用部位的需求灵活地整合到建筑上来ꎮ２ １㊀光伏—屋面构造ＳＤＣ２０２２中屋面光伏组件通过框架架空㊁预埋支座㊁金属屋面夹持块㊁重物压置㊁钉固㊁胶结密封等构造方式与建筑进行整合(见图３)ꎮ ２４ ３５宅家 采用了框架架空构造ꎬ屋面光伏支撑系统的基础为一个架空于屋面的金属框架ꎬ不直接接触屋面ꎬ连接点牢固ꎬ但用钢量增加ꎬ比较适用平屋面ꎬ见图３(ａ)ꎻ 极光之家 采用预埋支座构造ꎬ将光伏组件支撑框架的基础部分预埋进屋面ꎬ然后再连接上部支撑结构ꎬ其１１ＬＩＴａｏꎬｅｔａｌ.ＥｘｐｌｉｃｉｔꎬＦｌｅｘｉｂｌｅꎬＭｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｎｄＥｆｆｉｃｉｅｎｔ:ＴｒｅｎｄｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇａｎｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＤｅｓｉｇｎｆｒｏｍＳｏｌａｒＤｅｃａｔｈｌｏｎＣｈｉｎａ２０２２支座处防水薄弱ꎬ需特别加强ꎬ适用平屋顶ꎬ见图３(ｂ)ꎻ Ｒ－ＣＥＬＬＳ 采用金属屋面夹持块构造ꎬ将金属屋面的立缝部位与相对应的金属夹持块结合用以固定和支撑光伏方阵ꎬ这种构造防水性能好ꎬ安装方便ꎬ但组件下部空间小ꎬ不利于散热及布线ꎬ见图３(ｃ)ꎻ Ｙ－Ｐｒｏｊｅｃｔ 屋面采光顶采用胶结密封构造ꎬ在屋面表层布置一层金属龙骨ꎬ通过结构胶将光伏组件固定于金属龙骨上ꎬ最后使用密封材料将组件之间的缝隙填充平整ꎬ没有繁琐机械连接ꎬ但需要严格的密封措施ꎬ见图３(ｄ)ꎻ ＳＭＡＲＴ 采用钉固构造ꎬ将光伏檩条直接通过金属钉固定在屋面上ꎬ施工简单方便ꎬ但金属钉会穿过防水层ꎬ需要在檩条与屋面交接的部位进行密封处理ꎬ见图３(ｅ)ꎻ 模块化可持续魔盒 采用物压置构造ꎬ光伏组件支撑构架上压置水泥块或者石块等重物ꎬ起到固定的作用ꎬ施工简单方便ꎬ但增加了屋面荷载ꎬ重物有坠落风险ꎬ适用于平屋面ꎬ见图３(ｆ)ꎮ图３㊀ＳＤＣ２０２２中的光伏－屋面构造实例Ｆｉｇ.３ＥｘａｍｐｌｅｏｆＰＶｒｏｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＳＤＣ２０２２２ ２㊀光伏—墙面构造ＢＩＰＶ用的光伏组件为玻璃材质ꎬ因此建筑墙面的ＢＩＰＶ构造一般与玻璃幕墙类似ꎬ以金属横竖龙骨为框架ꎬ将框架与光伏组件通过结构胶粘接在一起ꎬ不需要金属卡具ꎮ本届ＳＤＣ竞赛中ꎬ应用ＢＩＰＶ立面的应用类型比较全面ꎬ有明框幕墙㊁隐框幕墙㊁插挂式幕墙ꎬ幕墙嵌板材质既有透光幕墙也有非透光幕墙ꎮ Ｙ－Ｐｒｏｊｅｃｔ 的南立面架以明框幕墙的形式安装透光钙钛矿薄膜组件ꎬ见图４(ａ)ꎻ ＨｏｐｅＬａｎｄ 的南立面以隐框幕墙的形式安装透光碲化镉薄膜组件ꎬ见图４(ｂ)ꎻ东㊁西立面则是隐框的不透光单晶硅组件幕墙ꎬ见图４(ｃ)ꎻ Ｔ＆Ａ－Ｈｏｕｓｅ 的西立面则通过插挂式碲化镉薄膜组件构成ꎬ见图４(ｄ)ꎮ㊀㊀不管是一体化的 光伏－屋面 构造还是 光伏－墙面 构造ꎬ其与建筑的构造整合方式极具灵活性ꎬ高效的整合方式使得各个构造的围护性能与组件发电效能相互促进ꎮ３㊀功能复合多维接受太阳辐射产生电能是光伏组件的基本功能ꎬ现阶段ＢＩＰＶ设计中的光伏组件已经突破了这单一功能ꎬ使其功能向各个维度拓展ꎬ如各种形式的光伏幕墙集合了围护㊁采光㊁发电等功能ꎬ各种形式的光伏集热空间㊁采光构造以及光伏建筑构件ꎮ２１李涛ꎬ等:外显㊁灵活㊁多维㊁高效 从２０２２中国国际太阳能十项全能竞赛看建筑与光伏一体化设计趋势图４㊀ＳＤＣ２０２２中的光伏－墙面构造实例Ｆｉｇ.４ＥｘａｍｐｌｅｏｆＰＶｗａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＳＤＣ２０２２３ １㊀ＢＩＰＶ幕墙光伏幕墙是ＢＩＰＶ功能复合最常见的形式ꎬ按嵌板类型分可以分为透光光伏幕墙与不透光光伏幕墙ꎮ透光光伏幕墙中采用透光光伏组件作为幕墙嵌板ꎬ有单㊁双层两种形式ꎮ单层透光光伏幕墙可以使一部分光线进入室内ꎬ提供室内采光ꎬ如项目 ＨｏｐｅＬａｎｄ 南立面以４０％透光率的碲化镉薄膜组件作为幕墙嵌板ꎬ但组件发电时产生的热量也会进入室内ꎬ增加室内的热负担ꎬ见图５(ａ)ꎻ如果内侧加一层隔热玻璃ꎬ中间留通风散热空腔形成双层幕墙构造ꎬ可以有效地将发电余热排除到室外ꎬ如项目 Ｙ－Ｐｒｏｊｅｃｔ 南立面利用透光的钙钛矿薄膜组件作为外层幕墙嵌板ꎬ内侧为实体墙和窗户ꎬ见图５(ｂ)ꎮ不透光光伏幕墙用不透光的光伏组件作为幕墙嵌板ꎬ一般为双层ꎬ如项目 ＨｏｐｅＬａｎｄ 东㊁西立面以不透光的单晶硅组件作为幕墙嵌板ꎬ上下留有通风孔洞ꎬ见图５(ｃ)ꎮ图５㊀ＢＩＰＶ幕墙示意图及应用Ｆｉｇ.５ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＢＩＰＶｃｕｒｔａｉｎｗａｌｌ３ ２㊀ＢＩＰＶ集热空间Ｔｒｏｍｂｅ墙和阳光房等被动式集热空间能够使房屋在冬季能够保持低能耗状态下的舒适度ꎬ将光伏组件应用于Ｔｒｏｍｂｅ墙和阳光间形成的新型集热空间ꎬ不仅可以收集热量ꎬ还可发电ꎬ同时还可以将光伏组件发电时产生的有效废热利用起来ꎮＰＶ－Ｔｒｏｍｂｅ墙分为内置式和外置式两种类型[１２ꎬ１３]ꎬ内置式ＰＶ－Ｔｒｏｍｂｅ墙的光伏组件位于内侧墙体表面ꎬ太阳光需要穿过外侧玻璃到达组件表面才能完成光电转换ꎬ这一过程会造成一定的效率衰减ꎻ外置式ＰＶ－Ｔｒｏｍｂｅ墙的光伏组件位于外侧ꎬ要求光伏组件为透光组件以保证能有足够的太阳辐射进入墙体的蓄热体中ꎬ组件因透光也会造成发电效率的降低ꎮ光伏阳光间是通过将阳光间的玻璃替换成透光的光伏组件ꎬ如项目 ＰｉｘｅｌＨｏｕｓｅ 在南侧设置了集热阳光间ꎬ将其顶部为透光的碲化镉薄膜组件(见图６)ꎮ３１ＬＩＴａｏꎬｅｔａｌ.ＥｘｐｌｉｃｉｔꎬＦｌｅｘｉｂｌｅꎬＭｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｎｄＥｆｆｉｃｉｅｎｔ:ＴｒｅｎｄｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇａｎｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＤｅｓｉｇｎｆｒｏｍＳｏｌａｒＤｅｃａｔｈｌｏｎＣｈｉｎａ２０２２图６㊀ ＰｉｘｅｌＨｏｕｓｅ 光伏阳光间Ｆｉｇ.６ ＰｉｘｅｌＨｏｕｓｅ ＰＶ－ｓｕｎｓｈｉｎｅｒｏｏｍ３ ３㊀ＢＩＰＶ采光构造利用透光组件作为窗扇ꎬ可以进行采光ꎬ但对视线会造成一定遮挡ꎬ比较适用于高窗㊁天窗等对视线要求不高的区域ꎮ项目 ＨｏｐｅＬａｎｄ 在东西立面都将４０％透光率的碲化镉薄膜组件用于固定的窗扇ꎬ具有良好的采光效果ꎬ见图７(ａ)ꎻ屋顶区域也通过透光光伏组件实现了采光天窗的应用ꎬ见图７(ｂ)ꎮ图７㊀ＢＩＰＶ采光构造示意图及应用Ｆｉｇ.７ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＢＩＰＶｄａｙｌｉｇｈｔｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ３ ４㊀其他功能光伏组件还可以应用在建筑的防护构件与遮阳构件上(见图８)ꎮ防护构件常见的应用场景有光伏图８㊀光伏遮阳及防护构件示意图Ｆｉｇ.８Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｈａｄｉｎｇａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ雨蓬和光伏栏板ꎬ遮阳构件应用较为多样ꎬ主要有外窗固定光伏遮阳板㊁光伏百叶以及光伏遮阳棚等ꎮ４㊀性能提升高效如何提高光伏组件的发电效率是光伏行业面临的一个难题ꎮ结合不同的应用场景ꎬＢＩＰＶ系统通过诸多手段提高自身的效率:首先是基于资源的光伏倾角㊁方位角设计ꎬ其次是基于方阵形式和构造的散热设计ꎬ第三是综合的能源系统设计ꎮ４ １㊀倾角朝向设计在光伏方阵的设计中ꎬ往往会以当地的最佳倾角和最佳朝向安装光伏组件ꎬ使其倾斜面上的年总辐射量达到最大ꎬ ＳＤＣ２０２２ 竞赛的１５个赛队的建筑为了迎合其形态的要求ꎬ光伏组件的安装倾角与方位角的差别比较大ꎮ为了探索项目所在地 张家口市张北县光伏组件布置的最佳倾角与方位角ꎬ选取东㊁西㊁南㊁北㊁东南㊁东北㊁西南㊁西北八个朝向ꎬ分别以０ʎ~９０ʎ每５ʎ为一个计算点利用Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ和Ｌａｄｙ￣ｂｕｇ计算全年太阳辐射ꎬ计算结果见图９ꎮ从朝向来看ꎬ正南为最佳ꎬ西南次之ꎻ从倾角来看ꎬ正南㊁西南朝向的最佳倾角均为３５ʎ左右ꎮ总体来说ꎬ在张家口地区光伏组件的布置应以贴近正南朝向为佳ꎬ组件倾角应在３５ʎ左右ꎮ４ ２㊀散热设计光伏电池的输出性能会随着温度的升高而降低ꎬ因此必须做散热设计保证其效率ꎮ光伏组件产生的热量一般都通过自然对流的方式排散到室外环境中ꎬ当自然对流无法满足组件的散热需求时ꎬ可以通过机械设备主动散热(见图１０(ａ)~(ｅ))ꎮ自然对流散热４１李涛ꎬ等:外显㊁灵活㊁多维㊁高效 从２０２２中国国际太阳能十项全能竞赛看建筑与光伏一体化设计趋势图９㊀张家口光伏各朝向及其最佳倾角的太阳辐射Ｆｉｇ.９ＳｏｌａｒｒａｄｉａｔｉｏｎａｔｖａｒｉｏｕｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓａｎｄｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｓｏｆＰＶｉｎＺｈａｎｇｊｉａｋｏｕ是通过自然通风将光伏组件背部的热量带走ꎬ这种方式最为简单㊁经济ꎮ相对于面层叠合式的ＢＩＰＶ形态ꎬ组件阵列式和整体架空式都具有很高的开放程度ꎬ组件背部直接暴露在室外空气中ꎬ完全可以利用自然通风达到散热的目的ꎮ面层叠合式的ＢＩＰＶ形态中会在屋面与光伏组件之间形成一个空腔ꎬ组件散热效率一定程度上取决于空腔的高度[１４ꎬ１５]ꎬ但过高的通风层高度会对ＢＩＰＶ的整体形态造成影响ꎮ机械主动散热方式比较适用于面层叠合式的ＢＩＰＶ形态ꎬ通过风机加强空腔内部的对流以达到散热的目的ꎬ也可以通过低温介质在空腔内部循环带走热量ꎬ这两种方式在运行的时候都会消耗一定量的电能ꎬ但使组件发电效率提高后多出的发电量会反哺这部分消耗ꎬ再者还可以通过一些技术手段将这部分余热利用起来ꎮ合肥工业大学的 ＨＵＩＨＯＵＳＥ 在光伏瓦的下部空腔里布置导热铜管ꎬ铜管内部通水流ꎬ通过水流将光伏瓦产生的热量收集起来ꎬ供建筑的日常使用ꎬ既能帮助光伏组件散热ꎬ又能实现太阳能光伏系统 热电联产 的高效利用ꎬ见图１０(ｆ)ꎮ图１０㊀ＢＩＰＶ散热示意图Ｆｉｇ.１０ＢＩＰＶｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍ４ ３㊀系统设计在ＳＤＣ２０２２竞赛中ꎬ各赛队积极探索使用新型高效的电气系统ꎮ为了削减夏季空调负荷峰值㊁缓解电网增容压力㊁增强电网供电可靠性ꎬ ＢＢＢＣ 项目应用了光储直柔低压直流供配电系统:在光伏布置方面ꎬ屋顶布置了５１块双面双玻单晶硅组件ꎬ全年产能可达到３１９２０~３５４００ｋＷ ｈꎬ每年可反哺电网１７０４０~２０５２０ｋＷ ｈꎻ在储能方面ꎬ配置了６块电池ꎬ可存储２８ ８ｋＷ ｈ的电量ꎻ在电气系统的配置上ꎬ该项目拥有交流配电与直流配电两套系统ꎬ其中交流配电以２２０Ｖ市政电为主ꎬ供给建筑内部的交流电器ꎬ直流配电有３７５Ｖ和超低压４８Ｖ两种供电模式ꎬ其中３７５Ｖ直接用于空调和地暖等大功率设备的供电ꎬ４８Ｖ低压直流电用于电视㊁ＬＥＤ灯具㊁电脑等低压设备ꎻ在柔性用能方面ꎬ可以通过软件实现对储能电池的充放电控制㊁逆变器的启闭状态以及直流负荷的功率ꎬ降低了电流转换的损耗ꎬ提高了用电安全ꎬ见图１１(ａ)ꎮ Ｒ－ＣＥＬＬＳ 项目根据张家口地区的丰富的太阳能与风能资源ꎬ可再生能源系统应用了风光互补的复合发电系统:该系统中光伏发电部分以屋顶的９０片单晶硅组件和９８块碲化镉薄膜组件为主ꎬ总装机容量为３５ １４ｋＷｐꎬ年发电量可达４９７７６ｋＷ ｈꎻ风力发电部分主要靠建筑延伸屋檐开孔处的５台螺旋风机ꎬ风机单台功率为４００Ｗꎬ输出电压为直流２４０Ｖꎬ装机容量为２ ０ｋＷꎬ不仅可以利用风力发电ꎬ还减轻了风荷载对屋面的作用ꎬ见图１１(ｂ)ꎮ光伏光５１ＬＩＴａｏꎬｅｔａｌ.ＥｘｐｌｉｃｉｔꎬＦｌｅｘｉｂｌｅꎬＭｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｎｄＥｆｆｉｃｉｅｎｔ:ＴｒｅｎｄｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇａｎｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＤｅｓｉｇｎｆｒｏｍＳｏｌａｒＤｅｃａｔｈｌｏｎＣｈｉｎａ２０２２热一体化(ＰＶ/Ｔ)系统不仅可以发电ꎬ还可以获得相应的热收益ꎬ同时降低了光伏组件的温度ꎬ提高系统的综合能量利用效率[１６]ꎮ项目 ＰｉｘｅｌＨｏｕｓｅ 在屋顶安装了１２ ０９ｋＷ的ＰＶ/Ｔ组件ꎬ年产热量约为３１３２９ｋＷ ｈꎬ其内部采用相变材料作为换热工质ꎬ通过相变材料将光伏组件产生的废热收集与地下的储热水箱ꎬ水箱中为低温热水ꎬ低温热水经电加热后提高温度用于盥洗㊁淋浴以及地暖供热ꎬ见图１１(ｃ)ꎮ图１１㊀ＳＤＣ２０２２新型光伏系统Ｆｉｇ.１１ＮｅｗｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｉｎＳＤＣ２０２２５ 结语建筑光伏一体化技术是实现 零能耗建筑 的重要途径ꎬ越来越多的建筑将通过这一技术从 耗能 迈向 产能 ꎬ但该技术并不是将建筑和太阳能光伏技术二者的简单叠加ꎬ还需要考虑二者的融合性与高效性ꎮ本文通过对ＳＤＣ２０２２竞赛案例的分析ꎬ总结了ＢＩＰＶ的设计趋势与要点:(１)ＢＩＰＶ在美学表现上积极外显ꎬ在建筑外观上强调光伏组件自身和光伏方阵形态的美学特点ꎬ因此ＢＩＰＶ设计要通过光伏组件的颜色㊁纹理及方阵的形态展示建筑特色ꎬ使光伏的应用与建筑的风格协调一致ꎻ(２)ＢＩＰＶ在构造整合方面十分灵活ꎬ各种各样的构造方式随着繁多的组件产品和不同的建筑应用部位应运而生ꎬ因此在光伏组件与建筑进行一体化集成时灵活选择适宜的构造方式ꎻ(３)ＢＩＰＶ设计中光伏组件的功能维度开始拓展ꎬ突破单一发电设备的功能ꎬ成为融合围护㊁采光㊁集热㊁遮阳㊁防护等的多功能建材ꎬ因此ＢＩＰＶ设计要结合建筑要求ꎬ充分发挥光伏组件复合功能ꎬ提升应用潜力ꎻ(４)ＢＩＰＶ系统性能提升方法越来越高效ꎬ除了通过优化光伏方阵的朝向与倾角以外ꎬ还可从散热设计和电气系统来提高整个光伏系统的产能效率ꎬ因此ＢＩＰＶ设计需要结合当地的气候与环境与资源状况ꎬ积极结合其他可再生能源ꎬ实现多能互补ꎬ优化系统ꎬ最大程度发挥光伏组件的发电潜力ꎮ致谢:㊀㊀感谢 ＢＢＢＣ ㊁ Ｒ－ＣＥＬＬＳ ㊁ ＰｉｘｅｌＨｏｕｓｅ 团队提供图１１资料ꎮ参考文献:[１]龙文志.太阳能光伏建筑一体化[Ｊ].建筑节能ꎬ２００９ꎬ３７(７):１－９.[２]王崇杰ꎬ张泓ꎬ房涛ꎬ等.太阳能住宅建筑设计策略研究 以２０１８中国国际太阳能十项全能竞赛为例[Ｊ].建筑节能ꎬ２０１９ꎬ４７(７):６０－６５.[３]李旻泽.基于光伏特性的光伏建筑一体化景观设计策略研究 以中国(青海)太阳能光伏展示馆建设项目为例[Ｊ].智能建筑与智慧城市ꎬ２０２２ꎬ(９):１２１－１２３.[４]石峰ꎬ乐乐.相变材料在零能耗太阳能住宅中的应用研究 以国际太阳能十项全能竞赛作品为例[Ｊ].建筑节能ꎬ２０１９ꎬ４７(３):３５－４０.[５]邓丰ꎬ谭洪卫.零能耗住宅设计的技术路线研究 以同济大学三届国际太阳能十项全能竞赛(ＳＤ)作品为例[Ｊ].城市建筑ꎬ２０１５ꎬ(３１):４４－４７.[６]张彦喆ꎬ张健.新农村城镇化绿色宜居建筑探索 ２０１３年国际太阳能十项全能竞赛 上海交通大学作品[Ｊ].华中建筑ꎬ２０１４ꎬ３２(７):７０－７６.[７]张弘ꎬ李珺杰ꎬ董磊.零能耗建筑的整合设计与实践 以清华大学Ｏ－Ｈｏｕｓｅ太阳能实验住宅为例[Ｊ].世界建筑ꎬ２０１４ꎬ(１):１１４－１１７.[８]杨向群ꎬ高辉.零能耗太阳能住宅建筑设计理念与技术策略 以太阳能十项全能竞赛为例[Ｊ].建筑学报ꎬ２０１１ꎬ(８):９７－１０２.[９]褚英男ꎬ宋晔皓ꎬ孙菁芬ꎬ等.近零能耗导向的光伏建筑一体化设计路径初探[Ｊ].建筑学报ꎬ２０１９ꎬ(Ｓ２):３５－３９.[１０]师劭航ꎬ褚英男ꎬ高唯芷ꎬ等.建筑光伏一体化立面技术应用思考[Ｊ].世界建筑导报ꎬ２０２２ꎬ３７(４):３５－３８.[１１]汤洋ꎬ秦文军ꎬ王璐.欧洲光伏建筑一体化发展研究[Ｊ].建筑学报ꎬ２０１９ꎬ(Ｓ２):１０－１４.[１２]马杨ꎬ季杰ꎬ孙炜ꎬ等.２种ＰＶ－Ｔｒｏｍｂｅ墙的光电光热性能对比研究[Ｊ].太阳能学报ꎬ２０１９ꎬ４０(８):２３２３－２３２９.[１３]季杰ꎬ易桦ꎬ何伟ꎬ等.ＰＶ新型Ｔｒｏｍｂｅ墙光电光热性能数值模拟[Ｊ].太阳能学报ꎬ２００６ꎬ(９):８７０－８７７.[１４]张瑞ꎬ郝国强ꎬ于霄童ꎬ等.光伏建筑屋顶的通风腔设计分析[Ｊ].建筑科学ꎬ２０１３ꎬ２９(４):６５－７２.[１５]范昕杰.基于坡屋顶光伏板通风腔的散热仿真实测分析[Ｊ].建筑热能通风空调ꎬ２０１６ꎬ３５(１０):２１－２５.[１６]陈金峰ꎬ代彦军.建筑构件化太阳能光伏/光热(ＰＶ/Ｔ)器件及其在建筑中的应用[Ｊ].建设科技ꎬ２０１ꎬ５(８):５３－５５.ә作者简介(通讯作者):李涛(１９８４)ꎬ男ꎬ陕西咸阳人ꎬ毕业于天津大学ꎬ建筑学专业ꎬ博士ꎬ副教授ꎬ主要从事绿色建筑设计方面的研究(１８２１７１９１２＠ｑｑ.ｃｏｍ)ꎮ６１。
零能耗太阳能住宅建筑设计理念与技术策略_以太阳能十项全能竞赛为例
零能耗太阳能住宅建筑设计理念与技术策略——以太阳能十项全能竞赛为例杨向群 高辉近年来，太阳能住宅已经由最初的实验性零能耗建筑，向一体化设计、工业化建造以及市场化推广发展；关注的重点也由使用阶段节能，扩展到降低建筑生命周期的整体环境影响；而且日益重视其经济社会因素的优化。
历届“太阳能十项全能竞赛”(Solar Decathlon，以下简称SD竞赛)的参赛作品集中体现了独立式零能耗太阳能住宅的发展趋势。
该竞赛创办于2002年，由美国能源部主办，至今已在美国举办了4届。
竞赛每两年选拔约20所大学团队，分别设计、建造并运行一栋面积不超过74m2的太阳能住宅，并在华盛顿进行为期一周的现场建造与测试。
参赛建筑的所有运行能量完全由太阳能光电、光热装置供给。
最终名次通过对房屋性能进行客观指标测量和专家的主观评价来确定。
2010年6月S D欧洲竞赛(S D E2010)在马德里举行，从而将其推向一个更广阔的国际科研领域。
1 “太阳能十项全能”的设计理念S D竞赛的宗旨是促进和推广太阳能住宅设计和技术新成果、教育学生，以及提高公共意识。
其竞赛评审项目分为10项(图1)，经过不断调整，逐步形成了明确的设计理念：通过创新技术和综合可持续性设计策略，来应对零能耗太阳能住宅所面临的环境、社会和经济方面的挑战。
2 被动式太阳能建筑设计策略建造高效、经济的太阳能建筑，首先要充分利用被动式设计方法。
因此，S D竞赛非常重视生物气候学设计策略的应用。
参赛作品采用的典型被动式设计策略包括：2.1 形体布局：紧凑、合理与变化在以往5届参赛的85个太阳能住宅方案中，绝大多数(82个)采取了南北向的一字形或者其变体——L形布局(图2)。
尽管内部空间安排和流线组织各不相同，这类紧凑的建筑体形可以降低表面热损失，同时在工业化建造和运输便利性方面也具有很大优势。
近年的参赛作品开始尝试打破单调的方盒子形体。
如康奈尔大学(SD2009)提出了圆柱形模块组合方案。
太阳能光电建筑一体化示范建设项目节能分析
太阳能光电建筑一体化示范建设项目节能分析1.1设计依据(1)《中华人民共和国节约能源法》2008年4月1日起施行；(2)《中华人民共和国建筑法》1998年3月1日起施行；(3)JB/J14-2004《机械行业节能设计规范》；(4)GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》；(5)GB50176-93《民用建筑热工设计规范》；(6)GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》；(7)建设部令第76号《民用建筑节能管理规定》；(8)建设部令第81号《实施工程建设强制性标准监督规定》；(9)建科[2004]74号《关于加强民用建筑工程项目建筑节能审查工作的通知》；(10)国务院国发[2006]28号《国务院关于加强节能工作的决定》；(11)国务院《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》；(12)国家发展和改革委员会发改投资[2006]2787号《国家发展改革委关于加强固定资产投资项目节能评估和审查工作的通知》；(13)国家发展和改革委员会发改环资[2007]21号《国家发展改革委关于印发固定资产投资项目节能评估和审查指南（2006）的通知》。
1.2主要节能降耗措施1.2.1场址选择和本项目布置本项目内的光伏组件设置在厂区屋顶，施工用地为厂区内空地，极大的节省造价，以达到节能降耗目的。
1.2.2电气设计节能降耗措施（1）系统工程电力从本项目送至电网过程中，在主干网络和配电网络均引起电能损失即功率损耗，输电功率损耗是输电线路功率损耗和变压器功率损耗。
功率损耗包括有功损耗和无功损耗，有功损耗伴随电能损耗，使能源消费增加，无功损耗不直接引起电能损耗，但通过增大电流而增加有功功率损耗，从而加大电能损耗。
本项目系统送出工程贯彻了节能、环保的指导思想，工程设计中已考虑本项目建设规模、地区电网规划、本项目有效运行小时数等情况，并且结合本项目总体规模考虑送出。
（2）变电工程通用性：主设备的设计应考虑设备及其备品备件，在一定范围和一定时期的通用互换使用；不同厂家的同类产品，应考虑通用互换使用；设计阶段的设备选型要考虑通用互换。
太阳能与建筑一体化设计解决方案
太阳能与建筑一体化设计解决方案建筑作为人类的基本生存工具和文化体现，是一个复杂的系统，一个完整的统一体。
将太阳能技术融入建筑设计中，同时继续保持建筑的文化特性，就应该从技术和美学两方面入手，使建筑设计与太阳能技术有机结合，将太阳能集热器与建筑充分结合并实现整体外观的和谐统一。
这就要求在建筑设计中，将太阳能热水系统包含的所有内容作为建筑元素加以组合设计，设置太阳能热水系统不应破坏建筑物的整体效果。
为此，建筑设计要同时考虑两个方面的问题，一是考虑太阳能在建筑上的应用对建筑物的影响，包括建筑物的使用功能，围护结构的特性，建筑体形和立面的改变;二是考虑太阳能利用的系统选择，太阳能产品与建筑形体的有机结合。
当采用一体化技术时，太阳能系统成为建筑设计的一部分，这样可以提高系统的经济性，太阳能部件不能作为孤立部件，至少在建筑设计阶段应该加以考虑。
而更加合理的做法是利用太阳能部件取代某些建筑部件，使其发挥双重功能，降低总的造价。
具体而言，太阳能集热器与建筑一体化的优点可总结如下:(1)建筑的使用功能与太阳能集热器的利用有机结合在一起，形成多功能的建筑构件，巧妙高效地利用空间，使建筑可利用太阳能的部分——向阳面或屋顶得以充分利用;(2)同步规划设计，同步施工安装，节省太阳能系统的安装成本和建筑成本。
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;(3)综合使用材料，降低了总造价，减轻建筑荷载;(4)综合考虑建筑结构和太阳能设备协调和谐，构造合理，使太阳能系统和建筑融合为一体，不影响建筑的外观; (5)如果采用集中式系统，还有利于平衡负荷和提高设备的利用效率；(6)太阳的利用与建筑相互促进、共同发展，使其节省能源，为民众受益。
经过一体化设计和统一安装的太阳能系统，在外观上可达到和谐统一，特别是在集合住宅这类多用户使用的建筑中，改变使用者各自为政的局面，易于形成良好的建筑艺术形象。
太阳能集热器与建筑一体化不完全是简单的形式观念，关键是要改变现有建筑的内在运行系统。
国际太阳能十项全能竞赛简介
建设科技∣09大赛概览建设科技CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY 2018年8月上总第365期国际太阳能十项全能竞赛（Solar Decathlon 简称SD）是以全球高校为参赛单位的太阳能建筑科技竞赛。
借助世界顶尖研发、设计团队的技术与创意，将太阳能、节能与建筑设计以一体化的新方式紧密结合，设计、建造并运行一座功能完善、舒适、宜居、具有可持续性的太阳能住宅。
竞赛期间，太阳能住宅的所有运行能量完全由太阳能设备供给。
大赛将全面考核每个参赛作品的节能、建筑物理环境调控及能源自给的能力，通过十个单项评比确定最终排名，因此称为“十项全能”竞赛。
目前，在全球范围内已有SD 美国、中国、欧洲、中东、非洲、拉美六大组委会。
Solar Decathlon (SD) is an international collegiate science and technology competition of solar-powered houses. With technologies and innovations from world-leading R&D and design teams, SD aims to integrate solar energy, energy conservation, and architecture design in a new way so as to design and build a comfortable, livable, and sustainable solar house with full functions.During the competition, the operation of the house will be solely powered by solar energy. SD will make a comprehensive assessment on the houses' performance on energy saving, physical environment control, and power independency. The competing houses will be ranked based on the results of ten independently scored contests, thus it is named “Decathlon”. Currently, SD has expanded internationally, including six organizing committees worldwide, including the United States, China,Europe, Africa, Latin America and Caribbean, and the Middle East.国际太阳能十项全能竞赛简介Introduction of Solar Decathlon历届参赛房屋。
太阳能利用与建筑一体化设计研究
太阳能利用与建筑一体化设计研究摘要：本文介绍了太阳能利用在国内外建筑行业中的应用现状，指出我国建筑行业太阳能利用存在的问题，提出太阳能利用与建筑一体化设计的必要性，并对一体化设计的多种途径进行了归纳分析。
关键词：太阳能，建筑节能，一体化设计前言太阳能作为一种可再生能源，取之不尽、用之不竭，而且对环境不会产生任何污染，正是由于它的诸多优越性，许多太阳能方面的技术正在被越来越广泛的应用到建筑中，对太阳能的利用已成为建筑节能的重要组成部分，建筑与太阳能利用的"一体化设计"也逐渐引起了业内人士的高度重视。
所谓太阳能建筑一体化，就是将太阳能系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以考虑，巧妙的将太阳能系统的各个部件融入建筑之中，"相加"设计，统一施工，使太阳能系统成为建筑不可分割的一部分。
1.国内外太阳能利用现状在国外，许多政府已制定并实施将太阳能用于公共建筑和居住建筑的计划，如美国政府计划到2010年在100万个屋顶上安装太阳能电池板，成为"百万屋顶计划"；日本通产省的新太阳能计划（1993～2010）中也提出了2600万户太阳能住宅的推广计划。
并且，在"一体化设计"方面也进行了有益的探索，太阳能利用构件由最初力图藏而不露，转向成为引人注目的建筑构成元素展现出来。
美国国家可再生能源实验室展示中心极富韵律的Trombe墙为展览厅提供了被动式采暖和自然采光，同时也塑造了极富个性的立面效果。
以色列某建筑在叠错的屋顶阳台尽端安放的太阳能集热器，与建筑巧妙结合，使其更为生动活泼。
丹麦南部Toftlund的Brundtland展览会议中心运用了这个国家最大规模的PV光电板阵列，这些半透明的光电板与中庭屋顶玻璃相结合，既作为发电元件，又可起到遮阳构件的作用，避免阳光曝晒引起的过热。
阳光透过光电板在室内造成了有趣的光影效果，随着季节、天气以及每天时刻的不同而瞬息万变，使普通的中庭空间凭添了无限生机。
太阳能热水系统建筑一体化设计竞赛方案简介
大家 ，希望各界人士与专家批评指正 ，也希望 为一体化设计
及建 设 提供 一点 帮 助 。
室外 系统 结合 建筑 造 型 ，由承 重 部位 （系统 安 装平
台） 、太阳能集热器 、冷、热水管路、维修梯等部件组成。
１参赛内容 ． 方案设计概述 ：本太阳能热 水系统建筑 一体化设计参赛 方案是 以湖北 省西部某城市的一个风 电管理 中心为模板设计
能：
保温材料：４ ｍｍ聚氯酯 ５ 密封 材 料 ：硅 橡胶 密封 圈
外形 尺 寸 ：２ ５ ０ ０×３ ０ ７０
重量 ：１ ０ ｇ ２ｋ
（１） 位 水 箱 及 各 测 温 点 温度 采 用 数 码 管 显 示 ：设 备 水 （ 、 电磁 阀 ） 行 状态 可 见 。 泵 运 （ 设 备具 备 手 动／ ２） 自动 切换 功 能 。
ｆ 水 加 压／ 环 泵组 ． 热 循
主 要技 术 数据 ：
产 品型 号 ：Ｓ Ｌ １ ０ ／０ Ｌ ～ ８ ０５
集热器件 ： “ 乐”牌真空集热管 速 规格数量 ：１８ ０ ．Ｘ５ 支
集 热面 积 ：７５ ．ｍ
热水加压／ 循环泵组用于热水供水管道加压及热水循环 ，
以保 证 提供 满足 水 压 及 水 温 需 要 的 热水 。热 水 加压 ／ 环 泵两 循
高硼 硅 玻 璃 ：５ １ 一 ３ Ｏ 日均 用水 量 ５ ６ 升 ｉ水 的定 压 比热 容 ４１ ７Ｊｋ ． 贮 ８８ ．８ ｋ／ｇ０ Ｃ
（ ３）控制循环 系统 ，当真空管集热器里水温 高于水箱 里的温度时 ，系统 自动强制 Ｅ 给保温水箱加热。 Ｉ循环 ＇ Ｖ （ ４）管道防冻保护 系统 ：当水箱有水 ，管道 内温度低
CJS01-2010 太阳能光伏与建筑一体化应用技术导则(暂行)
本导则由杭州市建设委员会负责管理，由浙江省建筑科学设计研究院有限公司负责具 体技术内容的解释。在执行过程中如有修改或补充之处，请将意见或有关资料寄送浙江省 建筑科学设计研究院有限公司（地址：杭州市文二路28号，邮编：310012，电子邮箱： zjjkbipvdz@），以便修订时参考。
杭州市建设委员会 二 O 一 O 年一月二十六日
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1.1.1.1.1.2
前言
根据杭州市科技发展计划“太阳能光伏发电建筑一体化集成技术与工程应用研究” （计 划编号20091511A01）的要求，由浙江省建筑科学设计研究院有限公司为主编单位，会同 有关单位组成编制组，共同编制本导则。
编制组进行广泛调查研究，认真总结太阳能光伏与建筑一体化应用的实践经验，参照 国内有关标准，并广泛征求意见，反复讨论修改，制定本导则。
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1.1.1.1.1.2
1总 则
1.1.1 为规ห้องสมุดไป่ตู้太阳能光伏系统在建筑中的应用，促进太阳能光伏系统与建筑一体化在杭 州市的推广，制定本导则。 1.1.2 本导则适用于新建、改建和扩建的工业与民用建筑光伏系统工程，以及既有工业 与民用建筑光伏系统工程的设计、施工、验收和运行维护。 1.1.3 新建、改建和扩建的工业与民用建筑光伏系统设计应纳入建筑工程设计，统一规 划、同步设计、同步施工、同步验收，与建筑工程同步投入使用。 1.1.4 既有建筑安装光伏系统应按照建筑工程审批程序进行专项工程的设计、施工和验 收。 1.1.5 工业与民用建筑光伏系统设计除应符合本导则规定外，还应符合现行的国家、行 业和浙江省有关标准的规定。
太阳能热水系统与建筑一体化的应用分析
太阳能热水系统与建筑一体化的应用实例分析太阳能——作为一种免费、清洁、无污染的能源，以节能和环保的突出特点，在建筑中的利用越来越普遍，其中太阳能的光热利用已取得显著成果并转化为生产力。
而太阳能与建筑的结合，也在建筑中呈现出其不可替代的地位，并成为建筑中的一大亮点。
太阳能与建筑一体化也日益成为房地产业关注的焦点。
下面以杭州政苑宾馆为例介绍一下太阳能热水系统与建筑一体化工程设计和实践中的一些基本思路和体会。
(一)工程概况该宾馆位于杭州西湖区，为三星级别的宾馆，共有114个标准间，为了降低运行费用及环保，现设计采用太阳能系统提供热水，辅助能源采用电加热。
(二)系统设计关键点鉴于该太阳能热水系统用于宾馆客房洗浴的特点，我们认为，该方案设计应充分考虑用户单位的下列问题，科学设计太阳能热水系统，使其达到合理、可靠、先进。
1）系统应保证全天24小时供应热水，以方便使用和管理；并考虑在热水用量突然显著增多的特殊用水情况下，确保热水的供应问题。
2）鉴于用热水设施分布在各楼层，为确保打开阀门就能出热水，热水供应系统应设计成循环供水方式。
3）系统应配置辅助加热设施，以解决阴雨天或太阳能不足时的热水供应问题，根据贵单位实际情况和现有条件，建议选择电作为辅助加热系统。
4）系统设计应考虑优先利用太阳能源加热热水；当太阳能不足时，再利用辅助能源补充热能，以达到节能降耗的目的。
5）系统处在杭州，冬季寒冷结冰。
因此应充分考虑太阳能及管路的冬季防冬问题。
6）要综合考虑房屋的结构和位置，合理设计太阳能设备的放置位置。
7）鉴于宾馆外部环境优美，太阳能系统的摆放和布局方式应巧妙设计，以解决太阳能系统的布局与摆放应与周围的建筑物相协调问题。
8）太阳能系统应可靠、耐用、方便管理。
9）在保证工程质量的前提下，尽可能降低工程造价，提高太阳能工程的性价比。
(三)有关设计规范和依据GB/T18713-2002《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB 50364-2005 《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB/T 20095-2006《太阳热水系统性能评定规范》GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》GB/T17581-1998《真空管太阳集热器》GB/T17049-1997《全玻璃真空太阳集热管》用户要求和现有条件(四)系统基本设计1）根据杭州地区天气的特点，选用抗冻性强、热效率高、经济实惠的全玻璃真空管太阳集热器。
太阳能与建筑一体化技术及应用1精品PPT课件
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太阳能与建筑结合必要性
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太阳能在城市规模应用的障碍
太阳能热水器技术水平、性能质量与建筑 一体化要求有差距 应用技术的标准需完善，包括标准规范、技 术手册、设计措施、标准图集和设计软件 的完整技术支撑体系； 大规模工程实践不足，缺乏必要的基础设 计参数； 建筑设计主体的各专业建筑设计院，基本 上还无法介入太阳热水系统的设计。
4
我国太阳热水器年节能减排量
项目 每平米环境效益 年节能减排量
节能量 150kgce 1620万吨
SO2
3.96kg 42.8万吨
NO2
1.98kg 21.4万吨
烟尘
3.06kg 33.0万吨
温室气体 322 kg 3478万吨
数据来源：中国太阳能热水器产业发展报告，2006~2007
5
建筑中太阳能利用方式
Ø用水点离阳台较远，安装管线长，用
水时需要排空较多管内冷水
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楼房相互遮挡问题
案例 遮挡建筑性质
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6层板楼
2
6层板楼
3
18层板楼
4
18层板楼
5 18层独栋塔楼
6 18层多栋塔楼
7 18层多栋塔楼
建筑高度
（m）
17.4 17.4 51 51 51 51 51
建筑间距 /高度 1:1.7 1:1.7 1:1.7 1:1.74 1:1 1:1.2 1:1.5
• 在结构上，确保建筑物的承重、防水、抗 风等功能不受影响；
• 在管路布局上，合理布置太阳能循环管路 以及冷热水供应管路；
• 在系统运行上，要求系统可靠、稳定、安 全，易于安装、检修、维护。
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• （2）太阳能热水器将逐步完善功能
太阳能与建筑一体化案例剖析
太阳能与建筑一体化案例剖析摘要：太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，单台太阳能热水器已为人们的生活带来很多方便，但随着经济的发展和建筑设计成坡屋面，其安装和使用对城市景观、建筑维护等带来一系列问题，已经满足不了人们的需求和发展的要求。
目前，我国太阳能的热利用特别是太阳能光热利用技术日趋成熟，而太阳能的利用和建筑一体化这项新的课题引起了各界、各地的关注和重视，科研、院校、能源开发等部门都在积极地探索，在工程实践中尝试，我们相信高科技的发展，太阳能必将得到更加科学的研究开发和广泛的普及与推广应用，这项新的课题将为社会节约大量能源，净化环境，造福民众。
关键词：太阳能太阳能与建筑一体1 前言太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，单台太阳能热水器已为人们的生活带来很多方便，但随着经济的发展和建筑设计成坡屋面，其安装和使用对城市景观、建筑维护等带来一系列问题，已经满足不了人们的需求和发展的要求。
目前，我国太阳能的热利用特别是太阳能光热利用技术日趋成熟，而太阳能的利用和建筑一体化这项新的课题引起了各界、各地的关注和重视，科研、院校、能源开发等部门都在积极地探索，在工程实践中尝试，我们相信高科技的发展，太阳能必将得到更加科学的研究开发和广泛的普及与推广应用，这项新的课题将为社会节约大量能源，净化环境，造福民众。
2 太阳能利用与建筑一体化的发展动态2.1绿色健康住宅根据国家有关部门的要求，已进入了试点应用研究的重点阶段，而作为可再生能源的太阳能热利用技术也同时进入了快速发展时期，太阳能热水器真成为广大民众绿色家电的首选。
建设部相继召开了“太阳能与建筑结合应用研讨会”，国家有关部门对这项课题十分重视并抓得很紧，建设部、科技部、经贸委先后分别下发了《建设部建筑节能“十五”计划纲要》、《科技型中小企业技术创新基金若干重点项目指南》、《新能源和可再生能源产业发展“十五”规划》、《关于组织实施资源节约与环境保护重大的通知》等文件，强调并提出课题开发应用的目标，明确了发展的重点和重点支持的具体项目。
关于太阳能与建筑结构一体化问题的思考
五、太阳能利用展望
目前，太阳能与建筑一体化问题是多科学，多层面参与和合作的综合性事业，需要国家政策法 规部门、建筑主管部门、太阳能厂商、房地产开发商、建筑设计单位的共同努力。太阳能的推广应 用离不开建筑师和工程师的参与。建筑师作为建筑的设计者，应根据不同的工程类型，技术要求， 使用目的以及不同地理纬度和气候特点，建筑类型等，对建筑的造型，平面布局和功能等进行综合 考虑。另一方面太阳能设备的设计和生产厂家，反过来也应从建筑师那里获得建筑对其设备要求的 反馈信息，只有这样才能使设备的设计和生产与建筑的使用达到完美的统一，推动太阳能在建筑上 的运用。太阳能厂商一定要在技术上解决与建筑一体化的难题，要使太阳能系统成为建筑的一个构 件。同时，产品要标准化、系列化、配套化，这是推行太阳能与建筑一体化的根本问题。 太阳能与建筑结合目前仍有许多问题需要解决。太阳能虽有诸多优点，但是与建筑完美结合进 程缓慢，还没有有机地大规模溶入建筑设计与施工中。市场刺激和国家立法都有待加强。太阳能利 用水平有待整体提高，以便适应与建筑结合的要求。应以法律法规的形式将太阳能纳入建筑设计规 划，加大太阳能结构形式与建筑物适应性的研究力度；制定完善规范的太阳能产品统一标准，提高 产品技术水平；国家制定在建筑物上安装太阳能设备的优惠政策，鼓励使用太阳能；制定太阳能设 备与建筑结合的相关技术标准规范。 绿色生态住宅寻求自然、建筑与人三者之间的和谐统一。在“以人为本”的基础上，利用自然条 件和人工手段创造一个有利于人们舒适、健康的生活环境。让２ｌ世纪的太阳能技术上一个新的台 阶，让２１世纪的建筑成为绿色生态的太阳能建筑！
三、太阳能利用和节能建筑一体化的优势
１、新能源利用方面。采用太阳能采暖热水系统，低温地面辐射人性化采暖。由太阳能采暖热 水系统全天候供应热源，全智能化控制，全年供热水，美观实用，环保节能，利于产业化生产，实 现了太阳能采暖、热水与建筑一体化有机结合。安装分户计量及室温调控功能装置，用户根据气候 条件变化、经济条件和生活舒适程度需要调节室内温度；同时，也能按照生活行为的变化达到行为 节能的要求和目的，为实现公共和居住建筑供热采暖系统的节能，提供了有利可靠的保障。 ２、建筑结构方面。主体采用轻型钢筋混凝土预制框架，柱、梁工厂预制，现场装配施工。梁
太阳能集热器建筑一体化设计 (2)
太阳能热水器建筑一体化设计1．项目设计原则太阳能集热器设计项目应遵循以下几方面的设计原则，科学设计太阳热水系统，使其达到合理、可靠、先进。
(1)遵守国家相关法律、法规及太阳能、给排水、采暖和土建等专业的相关标准、规范。
(2)综合考虑产品、系统的技术先进性、运行可靠性、经济性、使用便利性和使用寿命等各方面因素，选择实用、经济的方案。
(3)系统设计应安全可靠，内置加热系统必须带有保证使用安全的装置，并根据不同地区采取防冻、防结露、防过热、防雷、防雹、抗风、抗震等技术措施。
(4)安装在建筑上或直接构成建筑围护结构的太阳能集热器，应有防止热水渗漏的安全保障措施;应设置防止太阳能集热器损坏后部件坠落伤人的安全防护设施;集热器不应跨越建筑变形缝设置。
(5)太阳能热水系统的给水应对超过有关标准的原水水质软化处理。
(6)安装在建筑上的太阳能热水系统不得影响该部位的建筑功能，并应与建筑协调一致，保持建筑统一和谐的外观;应避免集热器的反射光对附近建筑物引起的光污染。
(7)太阳能热水系统的管线应有组织布置，做到安全、隐蔽、易于检修;为减少热损及循环阻力，循环管路尤其热水循环管路应尽量短而少弯;为了达到流量平衡和减少管路热损，绕行的管路应是冷水管或低温水管;管路的通径面积应与并联的集热器或集热器组管路通径面积的总和相适应。
(8)太阳能热水系统的结构设计应为太阳能热水系统安装埋设预埋件或其他连接件;轻质填充墙不应作为太阳能热水系统的支承结构。
储水箱和集热器的安装位置应使其在满载情况下分别满足建筑物上其所处部位的承载要求，必要时应请建筑结构专业人员复核建筑载荷。
2．项目设计要求鉴于该项目为山东省枣庄市地区乡村民宿太阳能工程项目，并采用电辅助能源热水系统用于日常生活使用的特点，我认为，该项目设计要求有以下几点:(1)根据图纸的要求，在不影响楼房外观的情况下，合理设计太阳能热水系统，太阳能集热系统布置方式、色彩等应尽可能做到与建筑相协调。
[建筑设计]太阳能利用与建筑一体化
![[建筑设计]太阳能利用与建筑一体化](https://img.taocdn.com/s3/m/a563fa7480eb6294dc886c1c.png)
4.1太阳能利用与建筑一体化4.1．1太阳能利用与建筑一体化的发展动态太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，世界各国对其利用给与高度重视。
目前，我国太阳能的利用技术日趋成熟，太阳能利用的节能、环保、经济、安全等独特优势也日益凸现。
随着建筑业和可再生能源开发利用的深入发展，人民生活水平的提高和小康社会的建设，人们对太阳能的利用技术和为人们生活带来方便的认识不断提高，太阳能热水、太阳能光伏发电、太阳能采暖等都在逐步应用于人们的生活之中。
但随着经济的发展和人们对生存环境的高需求，太阳能的利用和建筑的有机结合，把建筑、技术和美学融为一体，使太阳能的利用纳入环境的总体设计成为建设者的追求。
因此太阳能利用与建筑一体化自然是人们所关注的问题，太阳能利用与建筑一体化问题是多科学，多层面参与和合作的综合性事业，需要国家政策法规部门、建筑主管部门、太阳能厂商、房地产开发商、建筑设计单位的共同努力。
除政府的倡导和开发商的支持外，建筑师应根据不同的太阳能设备类型，技术要求，使用目的以及不同地理纬度和气候特点，建筑类型等，对建筑的造型，平面布局和功能等进行综合考虑。
同时太阳能利用设备的设计生产厂家应从建筑师那里获得建筑对其设备要求的反馈信息，只有这样才能使设备的设计和生产与建筑的使用达到完美的统一，推动太阳能在建筑上的运用，解决好太阳能利用与建筑一体化的问题。
目前，国内外太阳能利用与建筑完美结合的形势并不乐观，太阳能的普及率还不到10%，尽管国家已规划到2015年我国太阳能热水器普及率达到20%-30%，我们看到屋顶、墙面、阳台上各种形式的太阳能热水器只考虑自身的结构和功能，在太阳能热水器安装和使用、对城市景观、建筑维护等方面面临的问题很多。
太阳能热水器虽有诸多优点，但是与建筑完美结合进程缓慢，太阳能热水设备还没有有机地大规模溶入建筑设计与施工中，市场刺激和国家立法都有待加强，太阳能热水设备整体水平有待提高，以便适应与建筑结合的要求。
光伏技术与能源建筑的一体化设计及应用
光伏技术与能源建筑的一体化设计及应用发表时间：2017-07-18T10:37:02.337Z 来源：《电力设备》2017年第8期作者：俞阳[导读] 摘要：光伏技术作为一种环保的能源，在注重领域都有非常广泛的应用，能源建筑的一体化设计也是符合当前新能源利用的趋势，有利于推动建筑的节能环保。
(中盛光电能源股份有限公司江苏南京 210019)摘要：光伏技术作为一种环保的能源，在注重领域都有非常广泛的应用，能源建筑的一体化设计也是符合当前新能源利用的趋势，有利于推动建筑的节能环保。
本文主要研究了能源建筑的设计的过程中，如何更好的利用光伏技术，提出了一体化设计的方案，并对其应用展开了思考。
关键词：光伏技术，能源建筑，一体化设计，应用前言应用光伏技术必须要充分挖掘其技术优势，在节能环保领域之中充分发挥其效果，能源建筑的发展必须要有赖于新能源的利用，所以，光伏技术应用于能源建筑中，开展一系列的设计，这也是极为有必要的。
1、光伏技术与能源建筑的一体化优缺点光伏建筑一体化是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力。
优点：一是绿色能源。
太阳能是清洁的、免费的、可再生的能源，不会污染生态环境。
二是不占用土地。
光伏阵列安装在屋顶或外墙上，不需要占用额外的土地资源或者建设其他设施，对于土地昂贵的城市建筑非常有吸引力。
三是原地发电，原地用电。
可以节约输电网的投资。
对于联网系统，光伏阵列产生的电能，除了本建筑使用，还可以送入电网，缓解电网的高峰电力需求，或者接收电网供电，增加了供电的可靠性。
缺点：一是造价较高。
光伏建筑一体化，给建筑物增加了光伏发电功能，增加了建设成本。
二是发电成本高。
目前的科技条件下，光伏建筑一体化产生电能的单位成本远远高于常规发电的单位成本。
三是发电不稳定。
受季节、气候、昼夜的影响，产生的电能是波动的。
四是寿命问题。
光伏组件作为建筑物的一部分，除了具备发电功能，还需要具有维护功能。
当前的光伏材料使用寿命普遍低于建筑物的使用寿命。