太陽能利用與建筑一體化構想簡介：本文分析了目前太陽能利用中出現的一些問題，指出太陽能與建筑的一體化勢在必行，提出了太陽能利用與建筑一體化的新構想，對幾種常用的太陽能利用與建筑一體化的實施方式進行了分析比較，希望對太陽能的利用和建筑的節能有一定的參考價值。關鍵字：太陽能，建筑，一體化

1太陽能利用的現狀我國有著豐富的太陽能資源，每年獲得的太陽能約為3.6×1022J，相當于1.2萬噸標準煤的熱值[1]。約占全國國土面積的2/3的地區年平均輻射總量在3340～8400MJ/m2，年日照時數在超過2200h，相當于110～280kg標準煤的熱值[2]。我國從70年代就開始了太陽能利用方面的研究，經過30年來的不懈努力，現已在太陽能利用和推廣方面已經取得了一定的成績，尤其在太陽能熱水器方面取得了一大批科研成果。但我國的太陽能利用技術與發達國家相比還存在很大的差距，例如我國目前對太陽能在建筑中有效地利用還是探索階段，不僅利用方式單一并且在與建筑一體化方面顯得尤為落后。因此我國在太陽能技術的實用性、經濟性、先進性、可操作性等方面都有很多值得進一步研究的地方。2太陽能利用所面臨的問題2.1體制方面的問題在我國目前的經濟體制下，絕大多數建筑的建設者、使用者和管理者是三者分離的，經濟上沒有直接的利害關系。管理者認為建筑業目前的當務之急是解決群眾住房問題，如果籌集大量的資金去搞建筑節能，就會少建一些房屋，這與我國的目前現狀而言是不適合；建筑的建設者認為用最少的投資建成盡可能多的建筑面積而節能會增加成本與售價進而影響銷售，并且節能是政府的事情與開發商無關，因而置節能標準于不顧[1]；使用者認為進行建筑節能會花去很多的資金況且節能最終能否帶來良好的經濟效益還有待驗證。2.2技術方面的問題就目前而言，全玻璃制真空管的太陽能集熱裝置占據著主導地位，成本較低且技術成熟，但當其與建筑物進行一體化的有機結合卻存在著一系列的問題，例如承壓運行問題、運行安全問題、密封可靠問題、結垢清理問題等等[3]；而采用金屬制流道的集熱裝置并采用強制循環系統，雖然很好的解決了這些問題但又存在成本較高等缺陷。此外還存在著工作性能隨天氣影響較大的缺點。2.3建筑行業和太陽能產業界之間的問題建筑行業和太陽能產業界之間缺乏相互配合，建筑行業過去基本沒有參與過太陽能利用與建筑一體化的設計與施工，存在對太陽能利用的原理、設計方法不夠了解，缺乏必要的基礎設計參數，對其節能意義認識不足等缺陷，沒有按照利用太陽能的原理和方法進行設計，造成建筑的土建時就沒有裝置適當的預埋件，給太陽能裝置的安裝造成了一定的障礙，并在安裝時可能損害建筑結構和增加建筑負荷；太陽能產業界只考慮太陽能設備的結構和性能，沒有考慮將太陽能設備如何作為建筑物的有機組成部分與建筑結構相結合，不能與建筑結構從整體性上相協調，外觀與造型難以適應現代建筑的要求。以上這些都為太陽能利用和與建筑一體化在我國城市建筑中的發展帶來的一定困難。但本文認為我國可以參考美國《太陽能供暖降溫房屋的建筑條例》和《節約能源房屋建筑法規》[4]等制定和完善我國《國家節能政策法》，鼓勵新能源利用同時在經濟和政策上也采取有效措施解決了這些問題，加快利用太陽能等可再生能源的發展。3太陽能利用與建筑一體化勢在必行我國的建筑行業過去只著重于建筑的功能、需求和立面效果，卻往往忽視了對清潔能源的利用，缺乏在能源使用過程中對消除各種污染的意識。過去很長時間里，安裝太陽能利用設備沒有同建筑設計進行有機地結合，使得太陽能集熱設備的安裝在建筑的外表面及屋頂形成了規格繁雜、形式各異，雜亂無章的無序狀態，破壞了建筑樓宇的景觀效果，造成新的建筑視覺污染。這個問題應成為太陽能產業界和建設行業應該共同研究討論的一個大問題，建筑如何與太陽能設備很好的結合起來也已成為擺在我們眼前的事實。太陽能利用技術與建筑一體化的設計就是解決這些問題的關鍵所在，太陽能產業界應著力于開發和生產那些有利于與建筑進行一體化的模塊化太陽能建材[5]。而建筑師在這方面更要多作一些努力和探索，做到在建筑設計方案的設計開始階段就把太陽能設備作為建筑中的一個不可缺少的構件來考慮，使建筑美學與太陽能技術完美結合，共同創造新型的太陽能一體化建筑。4太陽能利用與建筑一體化構想的提出：督一體化黨的設計思想蓋是由美國太旗陽能協會創誘始人施蒂文球-斯特朗2委0多年前所槽倡導的，其拾主體思想是婆將能把太陽護能轉化為電覆能的半導體拉材料直接鑲僚嵌在墻壁的店外表面和屋左頂上，取代珍在屋頂上安悠裝笨重的太喬陽能收集裝洋置，從而實彼現太陽能利麗用與建筑的抄一體化，并妨通過所產生耳的電能來驅登動室內的用大電設備實現求室內的采暖犧、照明、制醫冷等。這種喇一體化方案鋤僅僅是通過緒綜合考慮建搬筑構件和太疏陽能設備的披協調使其做衰到構造合理鵝。但這種一戲體化方案存鈴在對太陽能班收集途徑單調一、利用率閘低下、浪費耳嚴重等方面掃的缺點，例右如：目前的嫂太陽能發電絹系統對太陽剛能的光電轉址化率低下，許大量的光和座熱被白白的里流失掉；其族次熱-電-原熱的能量二敏次轉化使得籮能量在轉換憑和傳輸的過淘程中增加了惜損失，使得泛太陽能的利熄用率更為低倡下。所以本謙文并不完全愚贊同此項一妻體化方案，未本文的看法旨是應當綜合罷考慮建筑造祝型與太陽能沙技術的有機頌結合，采取昆被動式與主刻動式相結合條，多途徑多薪層次的太陽霉能多元化收師集與利用方域式。瞞5太陽能富利用與玻建筑籃一體化的新章構想：獄考慮到拒建筑在衣設計船上要有利于級收集利用太諸陽能，同時故兼顧建筑的用美觀性、實腹用性與經濟罷性，本文提痕出如下的太省陽能利用與粉建筑一體化景的新構想：啟在建筑物的吧南向及東西敢兩向等接受戚太陽能較好轉的外表面墻文體護圍騾結構份上采用與太輩陽墻、光伏摸組件的一體進化設計；在巡建筑物的北櫻向等接受太袖陽能較少的沖外表面墻體駱護圍結構上未采用保溫墻芽體設計；在事建筑的頂部賓采用建筑造這型構件與太滋陽能熱泵低爐溫集熱技術父相結合的手攔法，把金屬告流道的太陽蟻能熱管模塊背化集熱器做咱成合適的造蛾型，并涂成悠與建筑頂面絨顏色相協調部的顏色安插圖在建筑頂部債預先留有空蠶位和預埋好安相應管道的遲構件中；在拉建筑的供熱榆、制冷及供害應熱水方面輝采用分體式勿太陽能熱泵橋吸收式中央提空調系統，剃從而在提供酸生活用熱水膏的同時兼顧統空調采暖和侄制冷；以太哈陽能為主，荒燃氣或電力匹為輔的集中沉供能方式。伙這樣以來就撇實現了被動焦式與主動式趟相結合，多露途徑多層次陵的太陽能多榴元化收集與啊利用。兩6太陽能處利用與建筑聞一體化的實嚷施方式玻憐6.1太橫陽墻、光伏魚組件與建筑翁墻體一體化門在南向女及東西向等秧接受太陽能欠較好的墻面晃上采用主動誘式與被動式筋相結合，集丸發電、采暖黨、通風與建姥筑護圍結構跌有機結合的攤太陽能系統渴。如圖（1燃）、（2）溪和（3）所壯示，墻體的膀最外層是光盼電幕墻，安康裝在多孔的角波狀金屬板性上，空氣在主金屬板下的壓空腔內受熱警，在風機的濫動力作用下億空腔內的熱娘空氣從墻體針的頂部通過摟風道進入空禿調的新風系圓統或者直接孩排出室外[傘6]。與傳培統的墻面相旁比太陽能遣設備僻取代了傳統俯的護圍結構嫁，照射在墻瓶面上的太陽丹能不但被有刷效的利用起煉來而且顯著關改善了護圍狹結構的隔熱包保溫性能。譜光電幕墻對徐太陽光的反惕射率約為1鎖5%，光電鳥幕墻的光電階轉化率在1牢7～35%傷之間；在冬自季被光電幕燙墻浪費的那糧部分太陽能壺又被集熱板剝吸收用于空胞調機組新風設的預加熱，礙使新風空氣春預熱到30亞℃左右，熱旋效率在50紗%-60%蹤之間，相當聯于每平方米賊能產生多于酒500W激的熱量，同尤時使通過墻剝體向外界擴不散的熱量隨紹管道內的熱挨空氣重新進蛋入空調的新犬風系統，降鹽低了墻體與起室外空氣的度熱交換；在雷夏季，風機動停止運轉，遠被加熱的熱受空氣在自然廁對流的作用蒸下從波狀金芝屬板與墻體磚組成空腔的員上部流出，爛一方面使外趟界的熱量不煙能直接通過恥墻體的傳熱弱進入室內，峽減少了空調虧的負荷，另汽一方面空氣擾在空腔內的叮流通降低了懇光電幕墻的欄溫度，能使秒光電幕墻的督光電轉換率己提升10%哈。這樣以來憲從經濟上分年析這種采用沉復合的太陽拿能采集技術障的墻體的初陜期投資回收差速度比單純拐采用光電板嘆回收速度提感高了3-4肯倍。臂蝦撇

圖1太葬陽墻原理示勺意圖

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圖2附瓦于褲鋼結構套或磚體結構蓋示意圖窄贊6.2光硬伏組件與市蘿政供電系統貫并網得太陽能背發電系統所產發的電能通禍過逆變器把犧直流電轉換偏為交流電，憲再由控制器管對所發的電糞能進行調節耕和控制，在吐白天一方面勁把整壓整流迫后的電能送技往建筑內的奇用電負載，鑒另一方面白溪天日照充足枕時在滿足建川筑自身用電罷負荷的同時純把多余的電鹿能進行并網石向市政電網姨系統進行供牲電，而當晚吳上或陰天時矩所發的電能閘不能滿足建婚筑自身負載骨需要時，控屋制器又并網是市政供電系浪統，保證用蔬戶的正常用脂電。這樣在捉白天的太陽羞能光伏發電啊的發電量充嬌足且電價較蔑高的時候并竿網市政電網滅把多余的電臥能向外供電漂出售電能，達而在晚上太到陽能發電裝養置不能發電艇且電價較低孔的時候又從免市政電網中汗取電買入電宣能。這樣的霞光伏一體化絹墻面較傳統途的墻面在些節能片上面優勢是猴顯而易見而固且比早期的似光伏發電系座統減少了多牛余電能儲存工系統有效降創低了光伏發泉電系統的整棄體成本，而燙且在白天的溜用電高峰時切段在滿足建炎筑自身用電尖的同時能向嘆市政電網供罪應電能在一顫定程度上緩冶解電力緊張端，況且這時生的電價比較邊高而在夜間徑用電低峰時騙段電價相對沿較低又從市芝政電網獲取掛電能這樣就續能更好的降燙低建筑的運鳳行成本，使窯初期投資回紐收速度進一肆步提高。爽6.3太臂陽能熱泵集蝕熱裝置與井建筑難屋頂一體化差在建筑漢的頂部采用夜建筑造型構峰件與太陽能錦熱泵低溫集韻熱技術相結旱合的手法，掛在潑設計錢上一方面使顧建筑的正立個面乘結構符看上去富有隸建筑的藝術援性和現代性途，另一方面趁使安插在建票筑構造構件翼中的集熱裝眉置模塊可以迷很好的吸收炒太陽輻射能奇。然后把金廳屬流道的太戀陽能熱管模持塊化集熱器尚做成合適的幸造型，并涂拼成與建筑頂坦面顏色相協簽調的顏色安繡插在建筑頂伐部預先留有廁空位和預埋勁好相應管道嘉的構件中。煉采用太陽能蛇熱管模塊化販集熱器可以毅較好的承受掀壓力且密封辰性較好，既瞞能直接吸收巡太陽輻射能懇又能間接吸練收室外環境溝中的熱能，替即使冬季氣濫溫為-20貴℃的時候依濃然能夠進行室太陽能低溫學集熱。應用信這種太陽能碗集熱裝置做潑成直接蒸發忍式太陽能熱而泵機組的蒸礎發器，則蒸伸發器成為“戒熱源”，直托接作用于蒸燒發器中的流給動工質——蜓熱媒，使其描加熱到10幣～30℃左大右并迅速汽池化，通過熱屑泵機組壓縮汁機的壓縮制阻熱后，在冷連凝端與管殼河式熱交換器勾中的水換熱享可使冷凝水答的溫度達到酒60℃以上任，作為采暖報熱源和作為戚熱水直接供駱應給用戶[某7]或是向印吸收式制冷錯機提供其發接生器所需要典的熱媒水。羽太陽能熱泵斬吸收式中央重空調系統冬桐天向建筑供狼暖時能耗比亡Cop值約峰為6，即投偵入1KWH盜的電力，可狼得到約6K博WH的熱能勤；夏天向建焰筑供冷時能浸耗比Cop霞值約為4，坡即投入1K輪WH的電力捉，可得到約襯4KWH的蒼熱能，而且攪系統緊湊，堂省去了鍋爐貢房，節省了障初期投資，腰也節省了建塔筑空間。比罷直接將太陽賴能轉化為電框能再用電能鵲驅動中央空辛調和熱水器若節能悄效果更為顯貿著。捐車6.4太扮陽能一體化浪設計中與之商相配合的建事筑保溫設計煎在建筑均的北向墻體秀和受日照較堂少的墻體上賽采用輕質建芳筑保溫墻體近，如圖（4妖）所示這樣輔就有效的減訂少了墻體與麻外界空氣的販熱交換，并筒能在框架結碗構的建筑中及采用較薄的陰基層墻體而斃達到較好的退隔熱保溫作幣用同時有效釘降低了建筑扶成本和減輕才建筑負荷。君玻璃門窗建聰議使用其外肅側經過鍍膜慘處理且與護客圍結構顏色奴相適宜的L像ow-E岡中空玻璃，銅因其具有極宏佳的熱學、誰隔聲、防結說霜、不結露爹與密封等性籌能。白天在邪阻擋來自室粱外的有害輻蜜射的同時并袍不影響窗體默的透光率；厭夜晚和陰雨唯天氣,來自眉室內物體的蒸熱輻射約有畜50%以上遇被其反射回登室內[8]沸。假這樣就顆使整個建筑距呈現一種類財似于“暖水截保溫瓶”的殼現象，在一父定程度上實附現了建筑物譯的單向熱傳掏導性，降低瓣了建筑內熱敘能或冷能的凱流失，減少世了建筑的整敞體能耗。隙圖3太陽框能墻體與光茅伏組件的結漲合

柔際癢婚暖寨努圖4保溫備墻體示意圖徒稍7遠景與責展望:小太陽能置作為一種取備之不盡的新頌型暈環保病能源已成為派世界各國世損界上能源研你究工作中的泥一個重要課滴題。并且在盡建筑領域已睡經開發并利視用在熱水、易采暖、照明懂、制冷、電痕力等多個方依面。如：太拆陽能光伏發住電、太陽能崖熱泵空調等陳。太陽能光陰熱光伏利用臥與建筑一體擺化不斷完善商，采用太陽任能利用與建德筑一體化設異計的太陽能傷建筑將來必妹定成為我國野今后幾年里輪建筑業發展撒的主流方向渾，并從一些律試點工程迅晌速的向全國各進行普及，拋太陽能建筑待的大規模出求現已經成為贏一種時代的巷必然。我國半太陽能一體宴化建筑在正登常發展和生銷態驅動發展搭兩種發展模隊式下，20死10年左右奮其顯著的經現濟和社會效廟益將會逐漸誦顯現出來，罷屆時太陽能竊利用量占社貪會總能耗的翻比例將不斷喘的提高，C循O2及氮氫塵化合物的排堤放將大幅減絞少。預計2鏟020年的急太陽能利用鴨量在社會總斤能源供給中驗達到4.7燈%，減少C誠O2及氮氫寫化