太阳能建筑一体化与建筑学变革

浅谈太阳能建筑一体化与建筑学变革

摘要：太阳能建筑一体化是建筑节能的重要途径，也是未来太阳能技术和节能环保建筑发展的方向。我国太阳能建筑一体化的研究与应用相对于发达国家来说起步较晚，还存在一些问题。太阳能建筑一体化同时也引发了建筑学的变革。

关键词：太阳能建筑一体化节能环保建筑建筑学变革

中图分类号： te08 文献标识码： a 文章编号：

1 前言：

近期全国各地不同程度出现雾霾天气，严重影响了居民的正常生活和出行。加强环境保护、推进节能减排已刻不容缓。建筑是耗能大户，约占整个耗能的三分之一左右。《十二五建筑节能专项规划》明确提出：“十二五”期末，力争新增可再生能源建筑（主要为光电一体化建筑）应用面积25亿平方米。在“十一五”约4000万平方米示范面积的基础上提高60多倍。

从原始社会开始，我们的祖先就懂得利用太阳的光和热来选址和建造房屋。房屋尽可能坐北朝南布置，重要的房间布置在南面，争取更多的日照。尽管这些只是低级的、感性的、原始的利用太阳能的方式。目前经济飞速发展，各国尤其是能源消耗大国逐渐意识到非再生能源越来越少，开发难度越来越大，可再生能源尤其是太阳能又逐渐受到人们的重视。特别是20 世纪70 年代以来，世界各国将太阳能建筑的研究、应用、开发推向了新阶段。

2 太阳能建筑一体化

太阳能建筑一体化是将太阳能利用设施与建筑有机结合, 利用

太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层, 即部分立面外墙、护栏、窗玻璃与建筑融为一体的完美结合, 既消除了太阳能对建筑物立面的影响, 又减少了重复投资, 降低了成本。

太阳能建筑一体化包括太阳能光热建筑一体化和太阳能光伏建

筑一体化。

太阳能光热建筑一体化发展较早，主要是常见的太阳能热水器、采暖器等，但太阳能利用率较低。太阳能光伏建筑一体化，是指光伏发电与建筑物相结合，在建筑物的外围结构表面上布设光伏器件产生电力，从而使建筑物产生再生能源。

3 国内外现状

国外从上个世纪初就开始研究太能能建筑，我国相对较晚。美国早在上个世纪40 年代，麻省理工学院就开始进行了利用太阳能集热器作为热源的供暖、空调系统研究，先后建成了一些实验太阳房。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的建成。直到进入90 年代，由于开发出更加高效的太阳能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。

太阳光热建筑技术与应用相对成熟，太阳能光伏建筑成为各国发展的重点。各国都出台了一系列的政策，鼓励建设太阳能建筑。德

国是最先提出这个计划的，然后是日本和美国。欧盟可再生能源白皮书和“起飞运动”是欧洲太阳光发电的里程碑；德国政府的“十万个光伏屋顶计划”和德国新的“可再生能源法”保证私人的太阳光发电系统里用不完的电，可以上电力网卖给国家电力公司；美国政府的“克林顿总统百万太阳光发电屋顶计划”即在2001年前将要为100万个美国家庭的每一户安装3~5kw太阳光发电屋顶；日本目前推出的“绿色经济和社会变革计划”，提出到2020年太阳能光电安装量比现在扩大20倍，实现70％新建住宅安装太阳能光伏发电设备。

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，并形成了完整的太阳能建筑产业化体系。我国具有非常丰富的太阳能资源，这为我国太阳能建筑产业的发展提供了良好的资源保障。我国太阳能建筑应用研究相对于国外发达国家来说是比较晚的，基本开始于上个世纪70 年代末。目前虽然我国太阳能光伏组电池板和组件产量几乎占据世界总量的一半，但太阳能光伏建筑面积却比发达国家少之又少。由于能源危机和环境恶化也在不断加剧，我国出台了一系列的推进太阳能建筑研究与应用的政策和措施。2006年我国成立了建筑环境与能源研究院，主要工作是研究新能源或可再生能源产品如何和建筑匹配，从而节省建筑的耗能；2010年我国实施《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》；2011年4月，新修订的《可再生能源法》中明确规定，国

家鼓励单位和个人安装及使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统；2012年2月我国工信部制定并正式发布了《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》；同时我国在“可再生能源建筑应用示范工程”中专门为太阳能光伏设计了一个项目，进行专门的补贴，建造了一些示范性太阳能建筑，如青岛客运站、北京奥体中心体育场等。

4 我国太阳能建筑一体化存在的问题

研发缺乏整体性

在西方发达国家，对太阳能与建筑一体化的技术研发以及应用已不再局限于住宅体或单体建筑本身，而是扩展到厂区、社区、城市，是一个系统的、全方位的太阳能与建筑一体化的过程。德国弗莱堡太阳船小区，是欧洲最先进的太阳能住宅小区之一，小区共有建筑面积1.1万平方米，顶部太阳能电池板在阳光的照耀下熠熠生辉，绿色的花园草坪点缀其间，建筑外墙色彩缤纷，周边环境浑然一体。在我国，对太阳能与建筑一体化技术的应用还没有形成一个系统，更多时候，是单个或者几个技术的简单堆砌，实用性不强，而大多企业以生产太阳能集热器和光伏组件为主，研发能力弱。

实施缺乏同步性

目前大多都是建筑完成后再加装太阳能设备，既加大成本，又影响建筑外观，造成城市视角污染。太阳能的利用应纳入建筑的总体设计，把建筑、技术和美学融为一体，使太阳能设施成为建筑的一部分，相互间有机结合，防止太阳能的结构影响建筑外观。同时政

府应制订太阳能应用激励机制，调动开发商的积极性；采用同步设计、同步施工、同步管理的方式，促进太阳能建筑一体化的发展。人才缺乏交叉性

我国既有庞大的建筑设计队伍，也有为数不少的太阳能技术人员，但缺乏真正既懂建筑设计又熟悉太阳能技术的具有交叉性的复合型人才。太阳能建筑一体化发展，建筑是根本。但目前开展太阳能建筑一体化研究的院校或科研机构较少，并且大多处于太阳能建筑一体化研究的初级阶段。复合型人才的缺乏阻碍了太阳能建筑一体化的发展。加强太阳能企业与建筑设计部门和研究机构的交流，对于培养太阳能建筑一体化人才是十分必要的。

5 建筑学变革

我国目前城镇化发展较快，每年的建筑总量达20亿平方米之多，超过了世界发达国家同期建筑面积之和。并且此阶段还将持续30

年以上，总的建设量十分可观。建筑能耗将决定我国能耗和二氧化碳排放的水平。如此之大的建设量和太阳能建筑一体化的推广必将引发建筑学的变革。

我国传统的建筑指导方针“实用、经济、美观”中，“实用”将要求大规模地在建筑设计中应用各种成熟的太阳能技术，即以太阳能技术“实用化”引领新建筑设计的“实用”。“经济”就要求所采用的太阳能应用技术和产品具有经济性和高效能。“美观”则指的是建筑的传统美观要有所变革，崇尚阳光、太阳能的直接利用或间接利用将成为“建筑自然美”的主流。