太阳能利用与建筑一体化构想

1、太阳能利利用与建建筑一体体化构想想简介：本本文分析析了目前前太阳能能利用中中出现的的一些问问题，指指出太阳阳能与建建筑的一一体化势势在必行行，提出出了太阳阳能利用用与建筑筑一体化化的新构构想，对对几种常常用的太太阳能利利用与建建筑一体体化的实实施方式式进行了了分析比比较，希希望对太太阳能的的利用和和建筑的的节能有有一定的的参考价价值。 关键字：太阳能能，建筑筑，一体体化 1 太阳阳能利用用的现状状我国国有着丰丰富的太太阳能资资源，每每年获得得的太阳阳能约为为3.6610022JJ，相当当于1.2万吨吨标准煤煤的热值值1。约占占全国国国土面积积的2/3的地地区年平平均辐射射总量在在3344088

2、4000MJ/m2，年日照照时数在在超过222000h，相相当于11102800kg标标准煤的的热值2。我国从从70年年代就开开始了太太阳能利利用方面面的研究究，经过过30年年来的不不懈努力力，现已已在太阳阳能利用用和推广广方面已已经取得得了一定定的成绩绩，尤其其在太阳阳能热水水器方面面取得了了一大批批科研成成果。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 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Effect_chart 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

3、得尤为为落后。因此我我国在太太阳能技技术的实实用性、经济性性、先进进性、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 太阳阳能利用用所面临临的问题题2.11 体制制方面的的问题在我我国目前前的经济济体制下下，绝大大多数建建筑的建建设者、使用者者和管理理者是三三者分离离的，经经济上没没有直接接的利害害关系。管理者者认为建建筑业目目前的当当务之急急是解决决群众住住房问题题，如果果筹集大大量的资资金去搞搞建筑 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Information 节节能，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

4、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，因而置置节能标标准于不不顾11；使使用者认认为进行行建筑节节能会花花去很多多的资金金况且节节能最终终能否带带来良好好的经济济效益还还有待验验证。2.2 技术方方面的问问题就目目前而言言，全玻玻璃制真真空管的的太阳能能集热装装置占据据着主导导地位，成本较较低且技技术成熟熟，但当当其与建建筑物进进行一体体化的有有机结合合却存在在着一系系列的问问题，例例如承压压运行问问题、运运行安全全问题、密封可可靠问题题、结垢垢清理问问题等等等3；而采采用金属属制流道道的集热

5、热装置并并采用强强制循环环系统，虽然很很好的解解决了这这些问题题但又存存在成本本较高等等缺陷。此外还还存在着着工作性性能随天天气影响响较大的的缺点。 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筑行业和和太阳能能产业界界之间缺缺乏相互互配合，建筑行行业过去去基本没没有参与与过太阳阳能利用用与建筑筑一体化化的 HYPERLINK /Sub06.aspx 设计计与 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=shigong 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

6、太阳阳能的原原理和方方法进行行设计，造成建建筑的 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=jzgctjl 土土建时就就没有装装置适当当的预埋埋件，给给太阳能能装置的的安装造造成了一一定的障障碍，并并在安装装时可能能损害建建筑 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=gaoceng 结构构和增加加建筑负负荷；太太阳能产产业界只只考虑太太阳能 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=yhscd 设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

7、相协调，外观与与造型难难以适应应现代建建筑的要要求。以上上这些都都为太阳阳能利用用和与建建筑一体体化在我我国城市市建筑中中的发展展带来的的一定困困难。但但本文认认为我国国可以参参考美国国太阳阳能供暖暖降温房房屋的建建筑条例例和节约能能源房屋屋建筑法法规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，加快利利用太阳阳能等可可再生能能源的发发展。3 太阳阳能利用用与建筑筑一体化化势在必必行我国国的建筑筑行业过过去只着着重于建建筑的功功能、需需求和立立面效果果，却往往往忽视视了对清清洁能源源的利用用，缺乏乏在能源源使用过

8、过程中对对消除各各种污染染的意识识。过去去很长时时间里，安装太太阳能利利用设备备没有同同建筑设设计进行行有机地地结合，使得太太阳能集集热设备备的安装装在建筑筑的外表表面及屋屋顶形成成了规格格繁杂、形式各各异，杂杂乱无章章的无序序状态，破坏了了建筑楼楼宇的景景观效果果，造成成新的建建筑视觉觉污染。这个问问题应成成为太阳阳能产业业界和建建设行业业应该共共同研究究讨论的的一个大大问题，建筑如如何与太太阳能设设备很好好的结合合起来也也已成为为摆在我我们眼前前的事实实。太阳阳能利用用技术与与建筑一一体化的的设计就就是解决决这些问问题的关关键所在在，太阳阳能产业业界应着着力于开开发和生生产那些些有利于于与

9、建筑筑进行一一体化的的模块化化太阳能能建材5。而建筑筑师在这这方面更更要多作作一些努努力和探探索，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，共同创创造新型型的太阳阳能一体体化建筑筑。4 太阳阳能利用用与建筑筑一体化化构想的的提出：一体体化的设设计思想想是由美美国太阳阳能协会会创始人人施蒂文文-斯特特朗200多年前前所倡导导的，其其主体思思想是将将能把太太阳能转转化为电电能的半半导体材材料直接接镶嵌在在墙壁的的外表面面和屋顶顶上，取取代在屋屋顶上安安装笨重重的太阳阳能收集集装置，从而实

10、实现太阳阳能利用用与建筑筑的一体体化，并并通过所所产生的的电能来来驱动室室内的用用电设备备实现室室内的采采暖、照照明、制制冷等。这种一一体化方方案仅仅仅是通过过综合考考虑建筑筑构件和和太阳能能设备的的协调使使其做到到构造合合理。但但这种一一体化方方案存在在对太阳阳能收集集途径单单一、利利用率低低下、浪浪费严重重等方面面的缺点点，例如如：目前前的太阳阳能发电电系统对对太阳能能的光电电转化率率低下，大量的的光和热热被白白白的流失失掉；其其次热-电-热热的能量量二次转转化使得得能量在在转换和和传输的的过程中中增加了了损失，使得太太阳能的的利用率率更为低低下。所所以本文文并不完完全赞同同此项一一体化方

11、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，采取被被动式与与主动式式相结合合，多途途径多层层次的太太阳能多多元化收收集与利利用方式式。5 太阳阳能利用用与 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Effect_chart 建筑筑一体化化的新构构想：考虑虑到建筑筑在 HYPERLINK /Sub06.aspx 设计计上要有有利于收收集利用用太阳能能，同时时兼顾建建筑的美美观性、实用性性与经济济性，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 HYPE

12、RLINK /GroupIndex.aspx?no=gaoceng 结结构上采采用与太太阳墙、光伏组组件的一一体化设设计；在在建筑物物的北向向等接受受太阳能能较少的的外表面面墙体护护围结构构上采用用保温墙墙体设计计；在建建筑的顶顶部采用用建筑造造型构件件与太阳阳能热泵泵低温集集热技术术相结合合的手法法，把金金属流道道的太阳阳能热管管模块化化集热器器做成合合适的造造型，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、制冷及及供应热热水方面面采用分分体式太太阳能热热泵吸收收式中央央空调系系统，从从而在提提供生活活用热

13、水水的同时时兼顾空空调采暖暖和制冷冷；以太太阳能为为主，燃燃气或电电力为辅辅的集中中供能方方式。这这样以来来就实现现了被动动式与主主动式相相结合，多途径径多层次次的太阳阳能多元元化收集集与利用用。6 太阳阳能利用用与建筑筑一体化化的实施施方式6.1 太阳墙墙、光伏伏组件与与建筑墙墙体一体体化在南南向及东东西向等等接受太太阳能较较好的墙墙面上采采用主动动式与被被动式相相结合，集发电电、采暖暖、通风风与建筑筑护围结结构有机机结合的的太阳能能系统。如图（1）、（2）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

14、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。与传统统的墙面面相比太太阳能 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=yhscd 设设备取代代了传统统的护围围结构，照射在在墙面上上的太阳阳能不但但被有效效的利用用起来而而且显著著改善了了护围结结构的隔隔热保温温性能。光电幕幕墙对太太阳光的的反射率率约为115%，光电幕幕墙的光光电转化化率在117335%之之间；在在冬季被被光电幕幕墙浪费费的那部部分太阳阳能又被被集热板板吸收用用于空调调机组新新风的预预加热，使新风风空气预预热到330左左右，热热效率在在50%-600%之

15、间间，相当当于每平平方米能能产生多多于5000W的的热量，同时使使通过墙墙体向外外界扩散散的热量量随管道道内的热热空气重重新进入入空调的的新风系系统，降降低了墙墙体与室室外空气气的热交交换；在在夏季，风机停停止运转转，被加加热的热热空气在在自然对对流的作作用下从从波状金金属板与与墙体组组成空腔腔的上部部流出，一方面面使外界界的热量量不能直直接通过过墙体的的传热进进入室内内，减少少了空调调的负荷荷，另一一方面空空气在空空腔内的的流通降降低了光光电幕墙墙的温度度，能使使光电幕幕墙的光光电转换换率提升升10%。这样样以来从从经济上上分析这这种采用用复合的的太阳能能采集技技术的墙墙体的初初期投资资回收

16、速速度比单单纯采用用光电板板回收速速度提高高了3-4倍。 图1 太阳墙墙原理示示意图图2 附于 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=steel 钢钢结构或或砖体结结构示意意图6.2 光伏组组件与市市政供电电系统并并网太阳阳能发电电系统所所发的电电能通过过逆变器器把直流流电转换换为交流流电，再再由控制制器对所所发的电电能进行行调节和和控制，在白天天一方面面把整压压整流后后的电能能送往建建筑内的的用电负负载，另另一方面面白天日日照充足足时在满满足建筑筑自身用用电负荷荷的同时时把多余余的电能能进行并并网向市市政电网网系统进进行供电电，而当当晚上或或阴天时时所发的的电能不不能满

17、足足建筑自自身负载载需要时时，控制制器又并并网市政政供电系系统，保保证用户户的正常常用电。这样在在白天的的太阳能能光伏发发电的发发电量充充足且电电价较高高的时候候并网市市政电网网把多余余的电能能向外供供电出售售电能，而在晚晚上太阳阳能发电电装置不不能发电电且电价价较低的的时候又又从市政政电网中中取电买买入电能能。这样样的光伏伏一体化化墙面较较传统的的墙面在在 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Information 节能上面面优势是是显而易易见而且且比早期期的光伏伏发电系系统减少少了多余余电能储储存系统统有效降降低了光光伏发电电系统的的整体成成本，而而且在白白天的用用

18、电高峰峰时段在在满足建建筑自身身用电的的同时能能向市政政电网供供应电能能在一定定程度上上缓解电电力紧张张，况且且这时的的电价比比较高而而在夜间间用电低低峰时段段电价相相对较低低又从市市政电网网获取电电能这样样就能更更好的降降低建筑筑的运行行成本，使初期期投资回回收速度度进一步步提高。 6.3 太阳能能热泵集集热装置置与 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Effect_chart 建筑筑屋顶一一体化在建建筑的顶顶部采用用建筑造造型构件件与太阳阳能热泵泵低温集集热技术术相结合合的手法法，在 HYPERLINK /Sub06.aspx 设设计上一一方面使使建筑的的正立面面

19、HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=gaoceng 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，既能直直接吸收收太阳辐辐射能又又能间接接吸收室室外环境境中的热热能，即即使冬季季气温为为-200的时时候依然然能够进进行太阳

20、阳能低温温集热。应用这这种太阳阳能集热热装置做做成直接接蒸发式式太阳能能热泵机机组的蒸蒸发器，则蒸发发器成为为“热源源”，直直接作用用于蒸发发器中的的流动工工质热媒，使其加加热到110330左左右并迅迅速汽化化，通过过热泵机机组压缩缩机的压压缩制热热后，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，可得到到约6KKWH的的热能；夏

21、天向向建筑供供冷时能能耗比CCop值值约为44，即投投入1KKWH的的电力，可得到到约4KKWH的的热能，而且系系统紧凑凑，省去去了锅炉炉房，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 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Information 节能效果果更为显显著。6.4 太阳能能一体化化设计中中与之相相配合的的建筑保保温设计计在建建筑的北北向墙体体和受日日照较少少的墙体体上采用用轻质建建筑保温温墙体，如图（4）所所示这样样就有效效的减少少了墙体体与外界界空气的的热交换换，并能能在框架架结构的的

22、建筑中中采用较较薄的基基层墙体体而达到到较好的的隔热保保温作用用同时有有效降低低了建筑筑成本和和减轻建建筑负荷荷。玻璃璃门窗建建议使用用其外侧侧经过镀镀膜处理理且与护护围结构构颜色相相适宜的的Loww- EE中空玻玻璃，因因其具有有极佳的的热学、隔声、防结霜霜、不结结露与密密封等性性能。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。这样样就使整整个建筑筑呈现一一种类似似于“暖暖水保温温瓶”的的现象，在一定定程度上上实现了了建筑物物的单向向热传导导性，降降低了建建筑内热热能或冷冷能的流流失，减减少了建建筑的整整体能耗耗。 图3 太太阳能墙墙体与光光伏组件件的结合合图44 保温温墙体示示意图7 远景景与展望望:太阳阳能作为为一种取取之不尽尽的新型型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