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和建筑的节能有一定的参考价值 · 关键字：太太阳能，建建筑，一一体化 1 太阳能能利用的的现状 我国有有着丰富富的太阳阳能资源源，每年年获得的的太阳能能约为33.6××10222J，相相当于11.2万万吨标准准煤的热热值[11]约约占全国国国土面面积的22/3的的地区年年平均辐辐射总量量在33340～～84000MJJ/m22，年日日照时数数在超过过22000h，相相当于1110～～2800kg标标准煤的的热值[[2]我我国从770年代代就开始始了太阳阳能利用用方面的的研究，经经过300年来的的不懈努努力，现现已在太太阳能利利用和推推广方面面已经取取得了一一定的成成绩，尤尤其在太太阳能热热水器方方面取得得了一大大批科研研成果但但我国的的太阳能能利用技技术与发发达国家家相比还还存在很很大的差差距，例例如我国国目前对对太阳能能在建筑筑中有效效地利用用还是探探索阶段段，不仅仅利用方方式单一一并且在在与建筑筑一体化化方面显显得尤为为落后。
因因此我国国在太阳阳能技术术的实用用性、经经济性、先先进性、可可操作性性等方面面都有很很多值得得进一步步研究的的地方2 太阳能能利用所所面临的的问题 2.11 体制制方面的的问题 在我国国目前的的经济体体制下，绝绝大多数数建筑的的建设者者、使用用者和管管理者是是三者分分离的，经经济上没没有直接接的利害害关系管管理者认认为建筑筑业目前前的当务务之急是是解决群群众住房房问题，如如果筹集集大量的的资金去去搞建筑筑节能，就就会少建建一些房房屋，这这与我国国的目前前现状而而言是不不适合；；建筑的的建设者者认为用用最少的的投资建建成尽可可能多的的建筑面面积而节节能会增增加成本本与售价价进而影影响销售售，并且且节能是是政府的的事情与与开发商商无关，因因而置节节能标准准于不顾顾[1]]；使用用者认为为进行建建筑节能能会花去去很多的的资金况况且节能能最终能能否带来来良好的的经济效效益还有有待验证证 2.22 技术术方面的的问题 就目前前而言，全全玻璃制制真空管管的太阳阳能集热热装置占占据着主主导地位位，成本本较低且且技术成成熟，但但当其与与建筑物物进行一一体化的的有机结结合却存存在着一一系列的的问题，例例如承压压运行问问题、运运行安全全问题、密密封可靠靠问题、结结垢清理理问题等等等[33]；而而采用金金属制流流道的集集热装置置并采用用强制循循环系统统，虽然然很好的的解决了了这些问问题但又又存在成成本较高高等缺陷陷。
此外外还存在在着工作作性能随随天气影影响较大大的缺点点 2.33 建筑筑行业和和太阳能能产业界界之间的的问题 建筑行行业和太太阳能产产业界之之间缺乏乏相互配配合，建建筑行业业过去基基本没有有参与过过太阳能能利用与与建筑一一体化的的设计与施工，存存在对太太阳能利利用的原原理、设设计方法法不够了了解，缺缺乏必要要的基础础设计参参数，对对其节能能意义认认识不足足等缺陷陷，没有有按照利利用太阳阳能的原原理和方方法进行行设计，造造成建筑筑的土建建时就没没有装置置适当的的预埋件件，给太太阳能装装置的安安装造成成了一定定的障碍碍，并在在安装时时可能损损害建筑筑结构和增增加建筑筑负荷；；太阳能能产业界界只考虑虑太阳能能设备的结结构和性性能，没没有考虑虑将太阳阳能设备备如何作作为建筑筑物的有有机组成成部分与与建筑结结构相结结合，不不能与建建筑结构构从整体体性上相相协调，外外观与造造型难以以适应现现代建筑筑的要求求 以上这这些都为为太阳能能利用和和与建筑筑一体化化在我国国城市建建筑中的的发展带带来的一一定困难难但本本文认为为我国可可以参考考美国《太太阳能供供暖降温温房屋的的建筑条条例》和和《节约约能源房房屋建筑筑法规》[[4]等等制定和和完善我我国《国国家节能能政策法法》，鼓鼓励新能能源利用用同时在在经济和和政策上上也采取取有效措措施解决决了这些些问题，加加快利用用太阳能能等可再再生能源源的发展展。
3 太阳能能利用与与建筑一一体化势势在必行行 我国的的建筑行行业过去去只着重重于建筑筑的功能能、需求求和立面面效果，却却往往忽忽视了对对清洁能能源的利利用，缺缺乏在能能源使用用过程中中对消除除各种污污染的意意识过过去很长长时间里里，安装装太阳能能利用设设备没有有同建筑筑设计进进行有机机地结合合，使得得太阳能能集热设设备的安安装在建建筑的外外表面及及屋顶形形成了规规格繁杂杂、形式式各异，杂杂乱无章章的无序序状态，破破坏了建建筑楼宇宇的景观观效果，造造成新的的建筑视视觉污染染这个个问题应应成为太太阳能产产业界和和建设行行业应该该共同研研究讨论论的一个个大问题题，建筑筑如何与与太阳能能设备很很好的结结合起来来也已成成为摆在在我们眼眼前的事事实 太阳能能利用技技术与建建筑一体体化的设设计就是是解决这这些问题题的关键键所在，太太阳能产产业界应应着力于于开发和和生产那那些有利利于与建建筑进行行一体化化的模块块化太阳阳能建材材[5]]而建建筑师在在这方面面更要多多作一些些努力和和探索，做做到在建建筑设计计方案的的设计开开始阶段段就把太太阳能设设备作为为建筑中中的一个个不可缺缺少的构构件来考考虑，使使建筑美美学与太太阳能技技术完美美结合，共共同创造造新型的的太阳能能一体化化建筑。
4 太阳能能利用与与建筑一一体化构构想的提提出： 一体化化的设计计思想是是由美国国太阳能能协会创创始人施施蒂文--斯特朗朗20多多年前所所倡导的的，其主主体思想想是将能能把太阳阳能转化化为电能能的半导导体材料料直接镶镶嵌在墙墙壁的外外表面和和屋顶上上，取代代在屋顶顶上安装装笨重的的太阳能能收集装装置，从从而实现现太阳能能利用与与建筑的的一体化化，并通通过所产产生的电电能来驱驱动室内内的用电电设备实实现室内内的采暖暖、照明明、制冷冷等这这种一体体化方案案仅仅是是通过综综合考虑虑建筑构构件和太太阳能设设备的协协调使其其做到构构造合理理但这这种一体体化方案案存在对对太阳能能收集途途径单一一、利用用率低下下、浪费费严重等等方面的的缺点，例例如：目目前的太太阳能发发电系统统对太阳阳能的光光电转化化率低下下，大量量的光和和热被白白白的流流失掉；；其次热热-电--热的能能量二次次转化使使得能量量在转换换和传输输的过程程中增加加了损失失，使得得太阳能能的利用用率更为为低下所所以本文文并不完完全赞同同此项一一体化方方案，本本文的看看法是应应当综合合考虑建建筑造型型与太阳阳能技术术的有机机结合，采采取被动动式与主主动式相相结合，多多途径多多层次的的太阳能能多元化化收集与与利用方方式。
5 太阳能能利用与与建筑一体体化的新新构想：： 考虑到到建筑在在设计上要要有利于于收集利利用太阳阳能，同同时兼顾顾建筑的的美观性性、实用用性与经经济性，本本文提出出如下的的太阳能能利用与与建筑一一体化的的新构想想：在建建筑物的的南向及及东西两两向等接接受太阳阳能较好好的外表表面墙体体护围结结构上采采用与太太阳墙、光光伏组件件的一体体化设计计；在建建筑物的的北向等等接受太太阳能较较少的外外表面墙墙体护围围结构上上采用保保温墙体体设计；；在建筑筑的顶部部采用建建筑造型型构件与与太阳能能热泵低低温集热热技术相相结合的的手法，把把金属流流道的太太阳能热热管模块块化集热热器做成成合适的的造型，并并涂成与与建筑顶顶面颜色色相协调调的颜色色安插在在建筑顶顶部预先先留有空空位和预预埋好相相应管道道的构件件中；在在建筑的的供热、制制冷及供供应热水水方面采采用分体体式太阳阳能热泵泵吸收式式中央空空调系统统，从而而在提供供生活用用热水的的同时兼兼顾空调调采暖和和制冷；；以太阳阳能为主主，燃气气或电力力为辅的的集中供供能方式式这样样以来就就实现了了被动式式与主动动式相结结合，多多途径多多层次的的太阳能能多元化化收集与与利用。
6 太阳能能利用与与建筑一一体化的的实施方方式 6.11 太阳阳墙、光光伏组件件与建筑筑墙体一一体化 在南向向及东西西向等接接受太阳阳能较好好的墙面面上采用用主动式式与被动动式相结结合，集集发电、采采暖、通通风与建建筑护围围结构有有机结合合的太阳阳能系统统如图图（1）、（22）和（33）所示示，墙体体的最外外层是光光电幕墙墙，安装装在多孔孔的波状状金属板板上，空空气在金金属板下下的空腔腔内受热热，在风风机的动动力作用用下空腔腔内的热热空气从从墙体的的顶部通通过风道道进入空空调的新新风系统统或者直直接排出出室外[[6]与与传统的的墙面相相比太阳阳能设备备取代了了传统的的护围结结构，照照射在墙墙面上的的太阳能能不但被被有效的的利用起起来而且且显著改改善了护护围结构构的隔热热保温性性能光光电幕墙墙对太阳阳光的反反射率约约为155%，光光电幕墙墙的光电电转化率率在177～355%之间间；在冬冬季被光光电幕墙墙浪费的的那部分分太阳能能又被集集热板吸吸收用于于空调机机组新风风的预加加热，使使新风空空气预热热到300℃左右右，热效效率在550%--60%%之间，相相当于每每平方米米能产生生多于5500WW的热量量，同时时使通过过墙体向向外界扩扩散的热热量随管管道内的的热空气气重新进进入空调调的新风风系统，降降低了墙墙体与室室外空气气的热交交换；在在夏季，风风机停止止运转，被被加热的的热空气气在自然然对流的的作用下下从波状状金属板板与墙体体组成空空腔的上上部流出出，一方方面使外外界的热热量不能能直接通通过墙体体的传热热进入室室内，减减少了空空调的负负荷，另另一方面面空气在在空腔内内的流通通降低了了光电幕幕墙的温温度，能能使光电电幕墙的的光电转转换率提提升100%。
这这样以来来从经济济上分析析这种采采用复合合的太阳阳能采集集技术的的墙体的的初期投投资回收收速度比比单纯采采用光电电板回收收速度提提高了33-4倍倍 图1 太太阳墙原原理示意意图 图图2 附附于钢结结构或砖砖体结构构示意图图 6.22 光伏伏组件与与市政供供电系统统并网 太阳能能发电系系统所发发的电能能通过逆逆变器把把直流电电转换为为交流电电，再由由控制器器对所发发的电能能进行调调节和控控制，在在白天一一方面把把整压整整流后的的电能送送往建筑筑内的用用电负载载，另一一方面白白天日照照充足时时在满足足建筑自自身用电电负荷的的同时把把多余的的电能进进行并网网向市政政电网系系统进行行供电，而而当晚上上或阴天天时所发发的电能能不能满满足建筑筑自身负负载需要要时，控控制器又又并网市市政供电电系统，保保证用户户的正常常用电这这样在白白天的太太阳能光光伏发电电的发电电量充足足且电价价较高的的时候并并网市政政电网把把多余的的电能向向外供电电出售电电能，而而在晚上上太阳能能发电装装置不能能发电且且电价较较低的时时候又从从市政电电网中取取电买入入电能。
这这样的光光伏一体体化墙面面较传统统的墙面面在节能能上面优优势是显显而易见见而且比比早期的的光伏发发电系统统减少了了多余电电能储存存系统有有效降低低了光伏伏发电系系统的整整体成本本，而且且在白天天的用电电高峰时时段在满满足建筑筑自身用用电的同同时能向向市政电电网供应应电能在在一定程程度上缓缓解电力力紧张，况况且这时时的电价价比较高高而在夜夜间用电电低峰时时段电价价相对较较低又从从市政电电网获取取电能这这样就能能更好的的降低建建筑的运运行成本本，使初初期投资资回收速速度进一一步提高高 6.3 太太阳能热热泵集热热装置与与建筑屋顶顶一体化化 在建筑筑的顶部部采用建建筑造型型构件与与太阳能能热泵低低温集热热技术相相结合的的手法，在在设计上一一方面使使建筑的的正立面面结构看上上去富有有建筑的的艺术性性和现代代性，另另一方面面使安插插在建筑筑构造构构件中的的集热装装置模块块可以很很好的吸吸收太阳阳辐射能能然后后把金属属流道的的太阳能能热管模模块化集集热器做做成合适适的造型型，并涂涂成与建建筑顶面面颜色相相协调的的颜色安安插在建建筑顶部部预先留留有空位位和预埋埋好相应应管道的的构件中中采用用太阳能能热管模模块化集集热器可可以较好好的承受受压力且且密封性性较好，既既能直接接吸收太太阳辐射射能又能能间接吸吸收室外外环境中中的热能能，即使使冬季气气温为--20℃℃的时候候依然能能够进行行太阳能能低温集集热。
应应用这种种太阳能能集热装装置做成成直接蒸蒸发式太太阳能热热泵机组组的蒸发发器，则则蒸发器器成为“热热源”，直直接作用用于蒸发发器中的的流动工工质———热媒，使使其加热热到100～300℃左右右并迅速速汽化，通通过热泵泵机组压压缩机的的压缩制制热后，在在冷凝端端与管壳壳式热交交换器中中的水换换热可使使冷凝水水的温度度达到660℃以以上，作作为采暖暖热源和和作为热热水直接接供应给给用户[[7]或或是向吸吸收式制制冷机提提供其发发生器所所需要的的热媒水水太阳阳能热泵泵吸收式式中央空空调系统统冬天向向建筑供供暖时能能耗比CCop值值约为66，即投投入1KKWH的的电力，可可得到约约6KWWH的热热能；夏夏天向建建筑供冷冷时能耗耗比Coop值约约为4，即即投入11KWHH的电力力，可得得到约44KWHH的热能能，而且且系统紧紧凑，省省去了锅锅炉房，节节省了初初期投资资，也节节省了建建筑空间间比直直接将太太阳能转转化为电电能再用用电能驱驱动中央央空调和和热水器器节能效果果更为显显著 6.44 太阳阳能一体体化设计计中与之之相配合合的建筑筑保温设设计 在建筑筑的北向向墙体和和受日照照较少的的墙体上上采用轻轻质建筑筑保温墙墙体，如如图（44）所示示这样就就有效的的减少了了墙体与与外界空空气的热热交换，并并能在框框架结构构的建筑筑中采用用较薄的的基层墙墙体而达达到较好好的隔热热保温作作用同时时有效降降低了建建筑成本本和减轻轻建筑负负荷。
玻玻璃门窗窗建议使使用其外外侧经过过镀膜处处理且与与护围结结构颜色色相适宜宜的Loow- E中空空玻璃，因因其具有有极佳的的热学、隔隔声、防防结霜、不不结露与与密封等等性能白白天在阻阻挡来自自室外的的有害辐辐射的同同时并不不影响窗窗体的透透光率；；夜晚和和阴雨天天气,来来自室内内物体的的热辐射射约有550%以以上被其其反射回回室内[[8] 这样就就使整个个建筑呈呈现一种种类似于于“暖水水保温瓶瓶”的现现象，在在一定程程度上实实现了建建筑物的的单向热热传导性性，降低低了建筑筑内热能能或冷能能的流失失，减少少了建筑筑的整体体能耗 图3 太阳阳能墙体体与光伏伏组件的的结合 图4 保温墙墙体示意意图 7 远景与与展望:: 太阳能能作为一一种取之之不尽的的新型环环保能源源已成为为世界各各国世界界上能源源研究工工作中的的一个重重要课题题并且且在建筑筑领域已已经开发发并利用用在热水水、采暖暖、照明明、制冷冷、电力力等多个个方面如如：太阳阳能光伏伏发电、太太阳能热热泵空调调等太太阳能光光热光伏伏利用与与建筑一一体化不不断完善善，采用用太阳能能利用与与建筑一一体化设设计的太太阳能建建筑将来来必定成成为我国国今后几几年里建建筑业发发展的主主流方向向，并从从一些试试点工程程迅速的的向全国国进行普普及，太太阳能建建筑的大大规模出出现已经经成为一一种时代代的必然然。
我国国太阳能能一体化化建筑在在正常发发展和生生态驱动动发展两两种发展展模式下下，20010年年左右其其显著的的经济和和社会效效益将会会逐渐显显现出来来，届时时太阳能能利用量量占社会会总能耗耗的比例例将不断断的提高高，COO2及氮氮氢化合合物的排排放将大大幅减少少预计计20220年的的太阳能能利用量量在社会会总能源源供给中中达到44.7%%，减少少CO22及氮氢氢化合物物排放110～220TttC/yyr[99]8 参考文文献： [1]] 高辉辉、何泉泉.太阳阳能利用用与建筑筑一体化化设计，华华中建筑筑 ，220044（1）：：71～～74 [2]] 王宏宏志 、王王润强..太阳能能热水器器系统在在建筑中中的应用用，机械械给排水水，388～411 [3]] 齐心心.解决决太阳能能与建筑筑一体化化的良好好方案，现现代建筑筑 .220033（1）224～225 [4]]杨维菊菊.美国国太阳能能热利用用考察及及思考，世世界建筑筑 .220033（8）：：83～～85 [5]] 赵春春江、王王恒龙..太阳能能一体化化集热器器的研制制与应用用.太阳阳能 220044（4）228～330 。