太陽能利用與建筑一體化構(gòu)想

1、太陽能利利用與建建筑一體體化構(gòu)想想簡介：本本文分析析了目前前太陽能能利用中中出現(xiàn)的的一些問問題，指指出太陽陽能與建建筑的一一體化勢勢在必行行，提出出了太陽陽能利用用與建筑筑一體化化的新構(gòu)構(gòu)想，對對幾種常常用的太太陽能利利用與建建筑一體體化的實實施方式式進行了了分析比比較，希希望對太太陽能的的利用和和建筑的的節(jié)能有有一定的的參考價價值。 關(guān)鍵字：太陽能能，建筑筑，一體體化 1 太陽陽能利用用的現(xiàn)狀狀我國國有著豐豐富的太太陽能資資源，每每年獲得得的太陽陽能約為為3.6610022JJ，相當當于1.2萬噸噸標準煤煤的熱值值1。約占占全國國國土面積積的2/3的地地區(qū)年平平均輻射射總量在在3344088

2、4000MJ/m2，年日照照時數(shù)在在超過222000h，相相當于11102800kg標標準煤的的熱值2。我國從從70年年代就開開始了太太陽能利利用方面面的研究究，經(jīng)過過30年年來的不不懈努力力，現(xiàn)已已在太陽陽能利用用和推廣廣方面已已經(jīng)取得得了一定定的成績績，尤其其在太陽陽能熱水水器方面面取得了了一大批批科研成成果。但但我國的的太陽能能利用技技術(shù)與發(fā)發(fā)達國家家相比還還存在很很大的差差距，例例如我國國目前對對太陽能能在 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Effect_chart 建筑筑中有效效地利用用還是探探索階段段，不僅僅利用方方式單一一并且在在與建筑筑一體化化方面顯顯

3、得尤為為落后。因此我我國在太太陽能技技術(shù)的實實用性、經(jīng)濟性性、先進進性、可可操作性性等方面面都有很很多值得得進一步步研究的的地方。2 太陽陽能利用用所面臨臨的問題題2.11 體制制方面的的問題在我我國目前前的經(jīng)濟濟體制下下，絕大大多數(shù)建建筑的建建設(shè)者、使用者者和管理理者是三三者分離離的，經(jīng)經(jīng)濟上沒沒有直接接的利害害關(guān)系。管理者者認為建建筑業(yè)目目前的當當務之急急是解決決群眾住住房問題題，如果果籌集大大量的資資金去搞搞建筑 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Information 節(jié)節(jié)能，就就會少建建一些房房屋，這這與我國國的目前前現(xiàn)狀而而言是不不適合；建筑的的建設(shè)者者認

4、為用用最少的的投資建建成盡可可能多的的建筑面面積而節(jié)節(jié)能會增增加成本本與售價價進而影影響銷售售，并且且節(jié)能是是政府的的事情與與開發(fā)商商無關(guān)，因而置置節(jié)能標標準于不不顧11；使使用者認認為進行行建筑節(jié)節(jié)能會花花去很多多的資金金況且節(jié)節(jié)能最終終能否帶帶來良好好的經(jīng)濟濟效益還還有待驗驗證。2.2 技術(shù)方方面的問問題就目目前而言言，全玻玻璃制真真空管的的太陽能能集熱裝裝置占據(jù)據(jù)著主導導地位，成本較較低且技技術(shù)成熟熟，但當當其與建建筑物進進行一體體化的有有機結(jié)合合卻存在在著一系系列的問問題，例例如承壓壓運行問問題、運運行安全全問題、密封可可靠問題題、結(jié)垢垢清理問問題等等等3；而采采用金屬屬制流道道的集熱

5、熱裝置并并采用強強制循環(huán)環(huán)系統(tǒng)，雖然很很好的解解決了這這些問題題但又存存在成本本較高等等缺陷。此外還還存在著著工作性性能隨天天氣影響響較大的的缺點。 2.33 建筑筑行業(yè)和和太陽能能產(chǎn)業(yè)界界之間的的問題建筑筑行業(yè)和和太陽能能產(chǎn)業(yè)界界之間缺缺乏相互互配合，建筑行行業(yè)過去去基本沒沒有參與與過太陽陽能利用用與建筑筑一體化化的 HYPERLINK /Sub06.aspx 設(shè)計計與 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=shigong 施工，存存在對太太陽能利利用的原原理、設(shè)設(shè)計方法法不夠了了解，缺缺乏必要要的基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計參參數(shù)，對對其節(jié)能能意義認認識不足足等缺陷陷，沒有有按照利利用

6、太陽陽能的原原理和方方法進行行設(shè)計，造成建建筑的 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=jzgctjl 土土建時就就沒有裝裝置適當當?shù)念A埋埋件，給給太陽能能裝置的的安裝造造成了一一定的障障礙，并并在安裝裝時可能能損害建建筑 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=gaoceng 結(jié)構(gòu)構(gòu)和增加加建筑負負荷；太太陽能產(chǎn)產(chǎn)業(yè)界只只考慮太太陽能 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=yhscd 設(shè)設(shè)備的結(jié)結(jié)構(gòu)和性性能，沒沒有考慮慮將太陽陽能設(shè)備備如何作作為建筑筑物的有有機組成成部分與與建筑結(jié)結(jié)構(gòu)相結(jié)結(jié)合，不不能與建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)從整體體性上相

7、相協(xié)調(diào)，外觀與與造型難難以適應應現(xiàn)代建建筑的要要求。以上上這些都都為太陽陽能利用用和與建建筑一體體化在我我國城市市建筑中中的發(fā)展展帶來的的一定困困難。但但本文認認為我國國可以參參考美國國太陽陽能供暖暖降溫房房屋的建建筑條例例和節(jié)約能能源房屋屋建筑法法規(guī)4等等制定和和完善我我國國國家節(jié)能能政策法法，鼓鼓勵新能能源利用用同時在在經(jīng)濟和和政策上上也采取取有效措措施解決決了這些些問題，加快利利用太陽陽能等可可再生能能源的發(fā)發(fā)展。3 太陽陽能利用用與建筑筑一體化化勢在必必行我國國的建筑筑行業(yè)過過去只著著重于建建筑的功功能、需需求和立立面效果果，卻往往往忽視視了對清清潔能源源的利用用，缺乏乏在能源源使用過

8、過程中對對消除各各種污染染的意識識。過去去很長時時間里，安裝太太陽能利利用設(shè)備備沒有同同建筑設(shè)設(shè)計進行行有機地地結(jié)合，使得太太陽能集集熱設(shè)備備的安裝裝在建筑筑的外表表面及屋屋頂形成成了規(guī)格格繁雜、形式各各異，雜雜亂無章章的無序序狀態(tài)，破壞了了建筑樓樓宇的景景觀效果果，造成成新的建建筑視覺覺污染。這個問問題應成成為太陽陽能產(chǎn)業(yè)業(yè)界和建建設(shè)行業(yè)業(yè)應該共共同研究究討論的的一個大大問題，建筑如如何與太太陽能設(shè)設(shè)備很好好的結(jié)合合起來也也已成為為擺在我我們眼前前的事實實。太陽陽能利用用技術(shù)與與建筑一一體化的的設(shè)計就就是解決決這些問問題的關(guān)關(guān)鍵所在在，太陽陽能產(chǎn)業(yè)業(yè)界應著著力于開開發(fā)和生生產(chǎn)那些些有利于于與

9、建筑筑進行一一體化的的模塊化化太陽能能建材5。而建筑筑師在這這方面更更要多作作一些努努力和探探索，做做到在建建筑設(shè)計計方案的的設(shè)計開開始階段段就把太太陽能設(shè)設(shè)備作為為建筑中中的一個個不可缺缺少的構(gòu)構(gòu)件來考考慮，使使建筑美美學與太太陽能技技術(shù)完美美結(jié)合，共同創(chuàng)創(chuàng)造新型型的太陽陽能一體體化建筑筑。4 太陽陽能利用用與建筑筑一體化化構(gòu)想的的提出：一體體化的設(shè)設(shè)計思想想是由美美國太陽陽能協(xié)會會創(chuàng)始人人施蒂文文-斯特特朗200多年前前所倡導導的，其其主體思思想是將將能把太太陽能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電電能的半半導體材材料直接接鑲嵌在在墻壁的的外表面面和屋頂頂上，取取代在屋屋頂上安安裝笨重重的太陽陽能收集集裝置，從而實

10、實現(xiàn)太陽陽能利用用與建筑筑的一體體化，并并通過所所產(chǎn)生的的電能來來驅(qū)動室室內(nèi)的用用電設(shè)備備實現(xiàn)室室內(nèi)的采采暖、照照明、制制冷等。這種一一體化方方案僅僅僅是通過過綜合考考慮建筑筑構(gòu)件和和太陽能能設(shè)備的的協(xié)調(diào)使使其做到到構(gòu)造合合理。但但這種一一體化方方案存在在對太陽陽能收集集途徑單單一、利利用率低低下、浪浪費嚴重重等方面面的缺點點，例如如：目前前的太陽陽能發(fā)電電系統(tǒng)對對太陽能能的光電電轉(zhuǎn)化率率低下，大量的的光和熱熱被白白白的流失失掉；其其次熱-電-熱熱的能量量二次轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化使得得能量在在轉(zhuǎn)換和和傳輸?shù)牡倪^程中中增加了了損失，使得太太陽能的的利用率率更為低低下。所所以本文文并不完完全贊同同此項一一體化方

11、方案，本本文的看看法是應應當綜合合考慮建建筑造型型與太陽陽能技術(shù)術(shù)的有機機結(jié)合，采取被被動式與與主動式式相結(jié)合合，多途途徑多層層次的太太陽能多多元化收收集與利利用方式式。5 太陽陽能利用用與 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Effect_chart 建筑筑一體化化的新構(gòu)構(gòu)想：考慮慮到建筑筑在 HYPERLINK /Sub06.aspx 設(shè)計計上要有有利于收收集利用用太陽能能，同時時兼顧建建筑的美美觀性、實用性性與經(jīng)濟濟性，本本文提出出如下的的太陽能能利用與與建筑一一體化的的新構(gòu)想想：在建建筑物的的南向及及東西兩兩向等接接受太陽陽能較好好的外表表面墻體體護圍 HYPE

12、RLINK /GroupIndex.aspx?no=gaoceng 結(jié)結(jié)構(gòu)上采采用與太太陽墻、光伏組組件的一一體化設(shè)設(shè)計；在在建筑物物的北向向等接受受太陽能能較少的的外表面面墻體護護圍結(jié)構(gòu)構(gòu)上采用用保溫墻墻體設(shè)計計；在建建筑的頂頂部采用用建筑造造型構(gòu)件件與太陽陽能熱泵泵低溫集集熱技術(shù)術(shù)相結(jié)合合的手法法，把金金屬流道道的太陽陽能熱管管模塊化化集熱器器做成合合適的造造型，并并涂成與與建筑頂頂面顏色色相協(xié)調(diào)調(diào)的顏色色安插在在建筑頂頂部預先先留有空空位和預預埋好相相應管道道的構(gòu)件件中；在在建筑的的供熱、制冷及及供應熱熱水方面面采用分分體式太太陽能熱熱泵吸收收式中央央空調(diào)系系統(tǒng)，從從而在提提供生活活用熱

13、水水的同時時兼顧空空調(diào)采暖暖和制冷冷；以太太陽能為為主，燃燃氣或電電力為輔輔的集中中供能方方式。這這樣以來來就實現(xiàn)現(xiàn)了被動動式與主主動式相相結(jié)合，多途徑徑多層次次的太陽陽能多元元化收集集與利用用。6 太陽陽能利用用與建筑筑一體化化的實施施方式6.1 太陽墻墻、光伏伏組件與與建筑墻墻體一體體化在南南向及東東西向等等接受太太陽能較較好的墻墻面上采采用主動動式與被被動式相相結(jié)合，集發(fā)電電、采暖暖、通風風與建筑筑護圍結(jié)結(jié)構(gòu)有機機結(jié)合的的太陽能能系統(tǒng)。如圖（1）、（2）和（33）所示示，墻體體的最外外層是光光電幕墻墻，安裝裝在多孔孔的波狀狀金屬板板上，空空氣在金金屬板下下的空腔腔內(nèi)受熱熱，在風風機的動動

14、力作用用下空腔腔內(nèi)的熱熱空氣從從墻體的的頂部通通過風道道進入空空調(diào)的新新風系統(tǒng)統(tǒng)或者直直接排出出室外6。與傳統(tǒng)統(tǒng)的墻面面相比太太陽能 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=yhscd 設(shè)設(shè)備取代代了傳統(tǒng)統(tǒng)的護圍圍結(jié)構(gòu)，照射在在墻面上上的太陽陽能不但但被有效效的利用用起來而而且顯著著改善了了護圍結(jié)結(jié)構(gòu)的隔隔熱保溫溫性能。光電幕幕墻對太太陽光的的反射率率約為115%，光電幕幕墻的光光電轉(zhuǎn)化化率在117335%之之間；在在冬季被被光電幕幕墻浪費費的那部部分太陽陽能又被被集熱板板吸收用用于空調(diào)調(diào)機組新新風的預預加熱，使新風風空氣預預熱到330左左右，熱熱效率在在50%-600%之

15、間間，相當當于每平平方米能能產(chǎn)生多多于5000W的的熱量，同時使使通過墻墻體向外外界擴散散的熱量量隨管道道內(nèi)的熱熱空氣重重新進入入空調(diào)的的新風系系統(tǒng)，降降低了墻墻體與室室外空氣氣的熱交交換；在在夏季，風機停停止運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，被加加熱的熱熱空氣在在自然對對流的作作用下從從波狀金金屬板與與墻體組組成空腔腔的上部部流出，一方面面使外界界的熱量量不能直直接通過過墻體的的傳熱進進入室內(nèi)內(nèi)，減少少了空調(diào)調(diào)的負荷荷，另一一方面空空氣在空空腔內(nèi)的的流通降降低了光光電幕墻墻的溫度度，能使使光電幕幕墻的光光電轉(zhuǎn)換換率提升升10%。這樣樣以來從從經(jīng)濟上上分析這這種采用用復合的的太陽能能采集技技術(shù)的墻墻體的初初期投資資回收

16、速速度比單單純采用用光電板板回收速速度提高高了3-4倍。 圖1 太陽墻墻原理示示意圖圖2 附于 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=steel 鋼鋼結(jié)構(gòu)或或磚體結(jié)結(jié)構(gòu)示意意圖6.2 光伏組組件與市市政供電電系統(tǒng)并并網(wǎng)太陽陽能發(fā)電電系統(tǒng)所所發(fā)的電電能通過過逆變器器把直流流電轉(zhuǎn)換換為交流流電，再再由控制制器對所所發(fā)的電電能進行行調(diào)節(jié)和和控制，在白天天一方面面把整壓壓整流后后的電能能送往建建筑內(nèi)的的用電負負載，另另一方面面白天日日照充足足時在滿滿足建筑筑自身用用電負荷荷的同時時把多余余的電能能進行并并網(wǎng)向市市政電網(wǎng)網(wǎng)系統(tǒng)進進行供電電，而當當晚上或或陰天時時所發(fā)的的電能不不能滿

17、足足建筑自自身負載載需要時時，控制制器又并并網(wǎng)市政政供電系系統(tǒng)，保保證用戶戶的正常常用電。這樣在在白天的的太陽能能光伏發(fā)發(fā)電的發(fā)發(fā)電量充充足且電電價較高高的時候候并網(wǎng)市市政電網(wǎng)網(wǎng)把多余余的電能能向外供供電出售售電能，而在晚晚上太陽陽能發(fā)電電裝置不不能發(fā)電電且電價價較低的的時候又又從市政政電網(wǎng)中中取電買買入電能能。這樣樣的光伏伏一體化化墻面較較傳統(tǒng)的的墻面在在 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Information 節(jié)能上面面優(yōu)勢是是顯而易易見而且且比早期期的光伏伏發(fā)電系系統(tǒng)減少少了多余余電能儲儲存系統(tǒng)統(tǒng)有效降降低了光光伏發(fā)電電系統(tǒng)的的整體成成本，而而且在白白天的用用

18、電高峰峰時段在在滿足建建筑自身身用電的的同時能能向市政政電網(wǎng)供供應電能能在一定定程度上上緩解電電力緊張張，況且且這時的的電價比比較高而而在夜間間用電低低峰時段段電價相相對較低低又從市市政電網(wǎng)網(wǎng)獲取電電能這樣樣就能更更好的降降低建筑筑的運行行成本，使初期期投資回回收速度度進一步步提高。 6.3 太陽能能熱泵集集熱裝置置與 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Effect_chart 建筑筑屋頂一一體化在建建筑的頂頂部采用用建筑造造型構(gòu)件件與太陽陽能熱泵泵低溫集集熱技術(shù)術(shù)相結(jié)合合的手法法，在 HYPERLINK /Sub06.aspx 設(shè)設(shè)計上一一方面使使建筑的的正立面面

19、HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=gaoceng 結(jié)構(gòu)看上上去富有有建筑的的藝術(shù)性性和現(xiàn)代代性，另另一方面面使安插插在建筑筑構(gòu)造構(gòu)構(gòu)件中的的集熱裝裝置模塊塊可以很很好的吸吸收太陽陽輻射能能。然后后把金屬屬流道的的太陽能能熱管模模塊化集集熱器做做成合適適的造型型，并涂涂成與建建筑頂面面顏色相相協(xié)調(diào)的的顏色安安插在建建筑頂部部預先留留有空位位和預埋埋好相應應管道的的構(gòu)件中中。采用用太陽能能熱管模模塊化集集熱器可可以較好好的承受受壓力且且密封性性較好，既能直直接吸收收太陽輻輻射能又又能間接接吸收室室外環(huán)境境中的熱熱能，即即使冬季季氣溫為為-200的時時候依然然能夠進進行太陽

20、陽能低溫溫集熱。應用這這種太陽陽能集熱熱裝置做做成直接接蒸發(fā)式式太陽能能熱泵機機組的蒸蒸發(fā)器，則蒸發(fā)發(fā)器成為為“熱源源”，直直接作用用于蒸發(fā)發(fā)器中的的流動工工質(zhì)熱媒，使其加加熱到110330左左右并迅迅速汽化化，通過過熱泵機機組壓縮縮機的壓壓縮制熱熱后，在在冷凝端端與管殼殼式熱交交換器中中的水換換熱可使使冷凝水水的溫度度達到660以以上，作作為采暖暖熱源和和作為熱熱水直接接供應給給用戶7或或是向吸吸收式制制冷機提提供其發(fā)發(fā)生器所所需要的的熱媒水水。太陽陽能熱泵泵吸收式式中央空空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)冬天向向建筑供供暖時能能耗比CCop值值約為66，即投投入1KKWH的的電力，可得到到約6KKWH的的熱能；夏

21、天向向建筑供供冷時能能耗比CCop值值約為44，即投投入1KKWH的的電力，可得到到約4KKWH的的熱能，而且系系統(tǒng)緊湊湊，省去去了鍋爐爐房，節(jié)節(jié)省了初初期投資資，也節(jié)節(jié)省了建建筑空間間。比直直接將太太陽能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為電電能再用用電能驅(qū)驅(qū)動中央央空調(diào)和和熱水器器 HYPERLINK /GroupIndex.aspx?no=Information 節(jié)能效果果更為顯顯著。6.4 太陽能能一體化化設(shè)計中中與之相相配合的的建筑保保溫設(shè)計計在建建筑的北北向墻體體和受日日照較少少的墻體體上采用用輕質(zhì)建建筑保溫溫墻體，如圖（4）所所示這樣樣就有效效的減少少了墻體體與外界界空氣的的熱交換換，并能能在框架架結(jié)構(gòu)的的

22、建筑中中采用較較薄的基基層墻體體而達到到較好的的隔熱保保溫作用用同時有有效降低低了建筑筑成本和和減輕建建筑負荷荷。玻璃璃門窗建建議使用用其外側(cè)側(cè)經(jīng)過鍍鍍膜處理理且與護護圍結(jié)構(gòu)構(gòu)顏色相相適宜的的Loww- EE中空玻玻璃，因因其具有有極佳的的熱學、隔聲、防結(jié)霜霜、不結(jié)結(jié)露與密密封等性性能。白白天在阻阻擋來自自室外的的有害輻輻射的同同時并不不影響窗窗體的透透光率；夜晚和和陰雨天天氣,來來自室內(nèi)內(nèi)物體的的熱輻射射約有550%以以上被其其反射回回室內(nèi)8。這樣樣就使整整個建筑筑呈現(xiàn)一一種類似似于“暖暖水保溫溫瓶”的的現(xiàn)象，在一定定程度上上實現(xiàn)了了建筑物物的單向向熱傳導導性，降降低了建建筑內(nèi)熱熱能或冷冷能的流流失，減減少了建建筑的整整體能耗耗。 圖3 太太陽能墻墻體與光光伏組件件的結(jié)合合圖44 保溫溫墻體示示意圖7 遠景景與展望望:太陽陽能作為為一種取取之不盡盡的新型型環(huán)保能源源已成為為世界各各國世界界上能源源研究工工