第九节 太阳能与建筑一体化应用技术

一、基本概念

所谓建筑与太阳能技术一体化不是简单的“相加”，而是要通过“相加”整合出一个崭新的答案。也就是说，建筑应该从设计一开始的时候，就将太阳能系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以考虑，巧妙地将太阳能系统的各个部件融入建筑之中“相加”设计，使太阳能系统成为建筑不可分割的一部分，而不是让太阳能系统成为建筑的附加构件。

真正的太阳能技术与建筑一体化是指太阳能产品及构件在建筑上的应用，并做到与建筑设计进行有机的结合。

二、国内外发展状况

太阳是一个巨大的能量源，每秒辐射到地球上的能量相当于燃烧500万t标准煤，太阳能是用之不竭的能源。在能源的供应越来越紧张的当代，太阳能作为清洁的可再生能源，越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛。据统计，我国2/3以上国土面积的年日照时间在2200h以上，年辐射总量在502kJ/m2以上，为太阳能的利用提供了有利条件。

根据太阳能的特点和实际应用的需要，目前在建筑节能方面的应用可分为光电转换和光热转换两种形式。

欧盟在太阳能与建筑一体化的研究及应用方面均处于世界领先地位。欧盟28国太阳能热水器集热面积正以35%的速度递增，2010年分体式太阳能热水系统总面积达到8155万m2～10000万m2。集热器的安装实现了太阳能与建筑的完美结合。集热器像天窗一样镶嵌于坡屋面、平铺于屋脊或壁挂于墙体，和建筑融为一体，既增加了建筑美观又获得了能源。

美国作为世界上最大的能源消费国，为减少能耗和温室气体排放、调整能源结构，早在1997年就提出了“百万太阳能屋顶计划”，其目标是到2010年将在100万个屋顶或建筑物其他可能的部位安装太阳能系统，使美国的太阳能应用技术得到了极大的提高。

为了加速我国光伏产业的发展和国内市场的开拓，我国政府2009年相继出台了一系列的扶持政策，如财政部于2009年3月26日发布《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》和财政部、科技部、国家能源局联合印发的《关于实施金太阳示范工程的通知》，建筑节能名列其中并优先支持太阳能光伏组件应与建筑物实现构件化、一体化项目；优先支持并网式太阳能光电建筑应用项目。

三、主要设计内容

“建筑太阳能一体化”是指在建筑规划设计之初，利用屋面构架、建筑屋面、阳台、外墙及遮阳等，将太阳能利用纳入设计内容，使之成为建筑的一个有机组成部分。“太阳能与建筑一体化”分为太阳能与建筑光热一体化和光电一体化。太阳能与建筑光热一体化是利用太阳能转化为热能的技术，建筑上直接利用的方式有：

①利用太阳能空气集热器进行供暖；利用太阳能热水器提供生活热水。

②基于集热—储热原理的间接加热式被动太阳房；利用太阳能加热空气产生的热压增强建筑通风。

目前利用太阳能热水器提供生活热水的技术比较普遍。太阳能与建筑光电一体化，是指利用太阳能电池将白天的太阳能转化为电能由蓄电池储存起来，晚上在放电控制器的控制下释放出来，供室内照明和其他需要。光电池组件由多个单晶硅或多晶硅单体电池通过串并联组成，其主要作用是把光能化为电能。目前多采用把太阳电池组件发电方阵形成一个整体屋顶建筑构件来替代传统建筑物南坡屋顶，实现了太阳能发电和建筑的完美结合。

四、太阳能与建筑一体化技术的优点

经过一体化设计的利用太阳能的建筑方案，具有以下优点。

第一，由于经过综合考虑，建筑构件和设备全面协同，所以构造更为合理，有利于保证整体质量。

第二，综合使用材料，从而降低了总造价，并减轻了建筑荷载。

其三，建筑的使用功能与太阳能的利用有机地结合在一起，形成多功能的建筑构件，巧妙高效地利用了空间。

第四，同步施工、一次安装到位，避免后期施工对用户生活造成的不便以及对建筑已有结构的损害。

第五，如果采用集中使用安装，还有利于平衡负荷和提高设备的利用效率。

第六，经过一体化设计和统一安装的太阳能装置，在外观上可达到和谐的统一，特别是在集合住宅这类多用户使用的建筑中，改变了个体使用者各自为政的局面，易于形成良好的建筑视觉形象。

五、太阳能与建筑一体化技术的应用标准与技术措施

1．应用标准

利用太阳能是建筑节能的一个重要途径，太阳能建筑是节能建筑的一种形式。太阳能建筑的基本要求就是利用太阳能这种最丰富、最便捷、无污染的能源来进行采暖制冷、供应热水和进行光电转换，以满足人们生活的需要，同时达到减少和不用矿物燃料的目的。对于建筑师来讲，太阳能建筑一体化的设计就是要在建筑设计的同时，考虑两个方面的问题，一是考虑太阳能在建筑上的应用对建筑物的影响，包括建筑物的使用功能，围护结构的特性，建筑体型和立面的改变；二是考虑太阳能利用的系统选择，太阳能产品与建筑形体的有机结合。

太阳能与建筑一体化，其应用标准主要应该包括：

①环保无污染，节能达标。

②“主动式”与“被动式”多功能的综合应用，建筑能大面积收集太阳能，热水、通风、采暖、制冷和发电等一举多得。

③太阳能与建筑必须是融合的，而不是简单地凑合或附加。

④太阳能产品、构件能够实现预制板式的工业标准化、系列化和商业通用化，与屋顶和墙壁等建筑构件具有可替代性。

⑤具有适用性、经济性、舒适性、美观性。

⑥建筑接收太阳能不得再另外占用土地和增加其他设施。

2．技术措施

①太阳能与建筑光热一体化，按《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB50364—2005）和《太阳能供热采暖工程技术规范》（GB50495—2009）技术要求进行。

施工过程应注意：保护屋面防水层，防止屋面渗漏；上下水管保温，最好放置室内减少热损；防雷、防风措施，消除安全隐患；安装位置宜在屋顶或阳台板；高寒地区应有防止结冰炸管的措施。

②太阳能与建筑光电一体化按《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》（JGJ203—2010）的技术要求进行。太阳能屋顶政策限定示范项目必须大于50kW，即需要至少400m2的安装面积，一般居民建筑很难参与，符合资格的业主将集中在学校、医院和政府等公用和商用建筑。

六、太阳能与建筑一体化技术使用范围

适用于太阳辐射总量在5000MJ/m2的青藏高原、西北地区、华北地区、东北地区以及云南、广东、海南的部分低纬度地区。