国外太阳能建筑应用

国外太阳能住宅发展现状

现代化社会中，人们对舒适的建筑热环境的追求越来越高，导致建筑采暖和空调的能耗日益增长。在发达国家，建筑用能已占全国总能耗的３０％—４０％，对经济发展形成了一定的制约作用。


美国是世界上能量消耗最大的国家，国会先后通过了“太阳能供暖降温房屋的建筑条例”和“节约能源房屋建筑法规”等鼓励新能源利用的法律文件。在经济上也采取有效措施，不仅在太阳能利用研究方面投入大量经费，而且由国会通过一项对太阳能系统买主减税的优惠办法。因此，美国太阳能建筑的发展极为迅速，无论是对太阳能建筑的研究、设计优化，还是材料、房屋部件结构的产品开发、应用，以及真正形成商业运作的房地产开发，美国均处于世界领先地位，并在国内形成了完整的太阳能建筑产业化体系。

美国于上个世纪８０年代初就由新墨西哥洲的洛斯阿拉莫斯科学实验室编制出版了被动式太阳房设计手册。此外，美国还出版了许多实用的被动式太阳房建筑图集，既介绍成功的设计实例，也有对太阳房原理、构造的详细说明。这些工具书的发行和一些样板示范房屋的建立，对美国公众接受太阳房起到了很好的促进作用。比较著名的示范建筑有：位于新泽西州普林斯顿的凯尔布住宅；位于新墨西哥州科拉尔斯的贝尔住宅；位于新墨西哥州圣塔菲的圣塔菲太阳房；位于加利福尼亚州阿塔斯卡德洛的阿塔斯卡德洛住宅，以及位于新墨西哥州科拉尔斯的戴维斯住宅。这些建筑采用壁炉或电散热器作辅助热源，但太阳能供暖率均在７５％以上，有的已达到１００％，例如阿塔斯卡德洛住宅。

早在上个世纪４０年代，美国麻省理工学院就开始利用太阳能集热器作为热源的供暖、空调系统研究，先后建成了ｗ号实验太阳房。这些实验太阳房，即是最早的主动式太阳房。到７０年代以后；又有华盛顿近郊的托马森太阳房和科罗拉多州丹佛市的洛夫太阳房等主动式太阳房的示范建筑建成。这些太阳房的成功运行，说明太阳能供热、空调系统在技术上是完全可行的，但由于投资较大，推广普及程度不及被动式太阳房。直到进入９０年代，由于开发出更加高效的太阳集热器和吸收式制冷机、热泵机组，应用范围才得以扩大。

日本在主动式太阳房的研究应用领域也处于世界前列。１９７４年日本通产省制定了“阳光计划”，并按此计划建造了数幢典型太阳能采暖空调试验建筑，如矢崎实验太阳房。而且多年来日本的太阳能采暖、空调建筑一直稳步发展，

并已应用于大型建筑物上。

此外
，法国、德国、澳大利亚、英国等发达国家也拥有相当先进的太阳能建筑应用技术。著名的集热蓄热墙采暖方式即是法国人菲利克斯·特朗勃的专利，法国的奥代洛太阳房是该采暖理论转化为实际应用的第一个样板房。英国利物浦附近的沃拉西的圣乔治郡中学，则是直接受益式太阳房最大和最早的样板之一。尽管英国的太阳能资源并不丰富，该所中学安装的常规采暖系统却从未使用过。

最后值得一提的是近几年来在发达国家已有相当发展水平的“零能房屋”，即完全由太阳能光电转换装置提供建筑物所需要的全部能源消耗，真正做到清洁、无污染，它代表了２１世纪太阳能建筑的发展趋势。由于许多国家的政府（如美国、德国）都制定了太阳能在国家总能源消耗中的所占比例应超过２０％的计划，相信这种“零能房屋”将会有十分良好的发展前景。

近20年来，国外工业发达国家非常重视太阳能建筑技术的发展，其发展的共同特点都是以太阳能热技术开发和应用起步的。至上世纪中后期，太阳能热水器等一些太阳能产品在一些国家的发展已相当成熟，并在许多住宅小区中广泛推广和使用，由此在太阳能产品的产业化、商业化、建材化等方面，也取得了可喜的成果。



美国：倡导太阳能住宅建筑一体化

美国在大力开发利用太阳能光热发电、光伏发电，太阳能建材化、太阳能建筑一体化及产品化等方面均处于世界领先水平。早在上世纪80年代中期，美国太阳能热水器的安装面积就已超过1000万平方米，年产值超过10亿美元。

太阳能住宅建筑一体化的设计思想是美国太阳能协会创始人史蒂文斯特朗在20年前倡导的，即不再采用屋顶安装一个笨重的装置来收集太阳能，而是将半导体太阳能电池直接嵌入墙壁和屋顶内。他的这一设计思想，在当时由于太阳能电池过于昂贵，无法实施。如今，太阳能电池的价格只有当时的1/3，所以推广的可能性大大增加。根据史蒂文斯特朗这一设计思想，美国电力供应部和能源部合作推出了不少太阳能建材化产品，如住宅屋顶太阳能屋面板、“窗帘式墙壁”等产品。

美国建筑学家设计了一幢新颖的太阳能住宅，它采用了现代化的光电技术和多种新型建筑材料。该住宅安装了36块非晶硅光电池板，每块可产生50瓦电能，电池板与12个24伏的蓄电池相连接。这些电池板产生的电能可以满足厨房设备、照明和其它家用电器的用电需求。该住宅的9扇窗子的窗框表面涂有一层低辐射率的涂料，窗框中装有特制的储热物质。在白天

，窗户从阳光中吸收热量，窗框中的储热物质融化，将热量储存起来；到了晚
上，储热物质重新凝固，释放出所储存的热量。据测算，在一个阳光明媚的冬日里，每个窗户可以储存3165焦耳的热量，储存的总热量可满足整幢房子所需热量的一半。

该住宅的太阳能热水管，由抛物面金属反射镜和热量收集器组成，可以水平和垂直两个方向跟着太阳运动，热效率高达70%，大大高于目前使用的普通平板式太阳能热水器，据测定，这种热水器在有阳光的日子里，一天就可加热约2吨水，完全可以满足一个大家庭的需要。

美国摩托罗拉半导体公司在亚利桑那州的非尼克斯建造了一座太阳能房子。这是一幢半地下的平房建筑，屋顶上的太阳能电池方阵犹如高耸的“山脊”，太阳能集热器安装在向阳一侧，为这座住宅提供了充足的电能和热能。半透明的光学玻璃安装在两侧的窗户上，既让光线射入室内，又将阳光直射产生的热量拒之窗外，保证了冬暖夏凉的舒适家居环境。

2003年，美国纽约州特罗伊的伦斯勒工学院开发出一种“新太阳能窗”，它可将太阳光热能转化为可贮存的能量，可满足一幢建筑的供热、制冷和照明需要。这种新型太阳能窗由嵌入两个玻璃天窗的多个透明塑料板构成，每个塑料板上都有几十个小型金属塔模块，这些模块由半透明的塑料质透镜制成，能够追踪太阳光线运动，装在墙上或屋顶的传感器能够确保模块总是对着太阳，捕捉所有太阳光线。每个模块上都有一个小型太阳能电池，负责收集光热，并将其转化成可用能量，运转发电机。除满足建筑内供热、制冷和照明等能源需要外，剩余能量可贮存在电池组内，以备后用。据称，传统太阳能设备使用4英尺见方的硅太阳能板，而现在的太阳能模块只有1平方厘米大，其实用性较传统太阳能设备大大提高。

1997年，美国实施了“百万太阳能屋顶计划”，目标到2010年，要在全国的住宅、学校、商业建筑等屋顶上安装100万套太阳能发电装置，光伏组件累计用量将达到3025千瓦，相当于新建3—5个燃煤发电厂，每年可减少二氧化碳排放量约351万吨，通过大规模的应用，使光伏组件的价格可从1997年的22美分/千瓦·时降到2010年的7.7美分/千瓦·时。



日本：重视太阳能等可再生能源发展

日本是自然资源极其匮乏的经济大国，所以非常重视太阳能等可再生能源的发展，用新能源替代传统能源是举国上下的共同愿望和目标。国家颁布各种政策和法令，全力支持太阳能等新能源的发展。至1993年，包括太阳能在内的新能源消费量约占全日本能源消

费总量的3%，规划到2010年，太阳能发电量要达到482万千瓦（为1999年的23倍）。

同时，日本也在积极推行“太阳能房屋
计划”，至2003年，全日本约有5万户居民安装了太阳能电池板。到2010年，要求所有新建的房屋都将采用太阳能供电。为鼓励太阳能电池板在居民住宅中应用，1997年—2004年，日本政府共投入1230亿日元资金。

日本三泽住宅研究有限公司已研究和成功开发了屋顶建材太阳光发电系统，并已在日本各地建造许多采用太阳光发电的住宅小区，其中，规模最大的是北海道“山庄花园清田”小区，总户数为503户，发电量达1500千瓦。



欧洲：大规模开发和应用太阳能技术

欧洲早在20世纪80年代，就开始在建筑上大规模开发和应用太阳能技术。

目前，欧盟已经决定积极推行“太阳能房屋计划”，计划到2010年，将在50万套房屋中安装太阳能产品，其中德国10万套。

德国建筑师塞多·特霍尔斯建造了一座能跟踪阳光的太阳房屋，房屋被安装在一个圆盘底座上，由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮，房屋底座在环形轨道上以每分钟转动3厘米的速度随着太阳旋转，当太阳落山后，该房屋便反向转动，回到起点位置，它跟踪太阳所消耗的电力仅为房屋太阳能发电功率的1%，而所吸收的太阳能则相当于一般不能转动的太阳能房屋的2倍。这栋造价为13.3万英镑的房子已经有10户居民入住，入住者感觉很好。而房屋设计者，至2005年，已收到另外50个建筑订单。

1997年，德国在慕尼黑贸易展览中心安装了世界上最大的屋顶并网光伏系统，容量为1.06千瓦。

德国还建造了“零能耗”的住房，所需能量100%靠太阳能。零能耗住房向南开放的平面被设计成扇形平面，可以获得很高的太阳能辐射能，墙面采用储热能力较好的灰砂砖、隔热材料和装饰材料。阳光透过保温材料，热量在灰砂砖墙中存储起来。白天，房屋通过窗户由太阳来加热，夜间则通过隔热材料和灰砂砖墙来加热。

法国国家实用技术研究所最近发明了一种建筑外墙玻璃兼太阳能热水器产品，这种一体化产品是一种双层中空玻璃，其中40%的面积是透明的，余下的部分被盘旋状的可以通水的铜管及银反射管所覆盖，覆盖物位于玻璃内层。这种双层中空玻璃可以吸收太阳能，并利用它把水加热。对于一个大楼来说，仅仅利用建筑外墙玻璃，就能把热水问题解决，每年可以节省大量的电力和煤气。因此，具有很强的市场竞争力。

丹麦北部奥尔胡斯市的塔首地区，有一个闻名遐迩的“日与风”住宅区。那里的建筑新颖独特，几乎所有房屋的门窗

都朝南开，屋顶与地面成45度角，南面窗户极多，北面窗户很少，担当整个住宅区采暖重任的是一座650平方米的太阳能集热器和一个天然气供暖中心，其太阳能集
热器使这一住宅区节约了28%的能源。

奥地利维也纳新近建成了一个名叫“利奥波德城”的住宅区，由狭长的6—9层高的公寓楼组成。这些楼房的向阳面有宽大的窗户和阳台，背阴面却只有射击孔大的小窗户，向阳面高大的窗户可使室内获得大量阳光，在寒冷的季节里提供室内供暖。而背阴面的小窗户有很好的隔热作用，同时，对住宅后面车辆来往的商业区也有很好的隔音效果。而各楼房之间通常要修建通道的地方，现在开辟成了广阔、安静、公园般的绿色园区。这种公寓的耗能比传统住宅楼低50%多，在冬天，可节约大量采暖能耗。

瑞士科学家发明了一种可利用太阳能发电的住宅用窗玻璃，其发电原理，类似植物叶片的光合作用。这种玻璃的结构很象树叶，是夹心式的，含有捕捉光能的涂料及半导体物质。当光线激发涂料层中的电子，经过定向传递，便产生电流。其光电转化率为10%以上，每平方米可发电150瓦左右，虽与普通太阳能电池差不多，但其成本只有太阳能电池的1/5，因此，有着很好的使用价值和广阔的发展前景。v