太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設計探討

1、太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設計探討太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設計探討太陽能熱水器與建筑一體化，至少應包括以下四個方面內(nèi)容：1. 在外觀上，實現(xiàn)太陽能熱水器與建筑的完美結(jié)合，合理擺放太陽能集 熱器，無論在屋頂或立面墻上都要使太陽能集熱器成為建筑的一部分， 實現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。2. 在結(jié)構(gòu)上，妥善解訣太陽能集熱器的安裝問題，確保建筑物的承重、 防水等功能不受影響，還要充分考慮太陽能集熱器抵御強風、暴雪、 冰雹等的功能。3. 在管道布局上，合理布置太陽能循環(huán)管路以與冷熱水供應管路，盡量 減少熱水管路的長度，建筑物中都要事先留出所有管路的通口。4. 在系統(tǒng)運行上，要求系統(tǒng)可靠，穩(wěn)定、安全、易于安裝、

2、檢修、維護， 合理解訣太陽能與輔助能源的匹配，盡可能實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化全自動 控制。5. 在使用壽命上，目前，中國太陽熱水器產(chǎn)業(yè)存在的問題主要表現(xiàn)在：全玻璃真空管是中國太陽熱水器主要產(chǎn)品， 雖然具有抗凍、 高效等 優(yōu)點，但是存在承壓能力差、 易破碎漏水、 不易與建筑結(jié)合等問題。 近幾年來雖然出現(xiàn)了一些解決上述問題的方法和產(chǎn)品， 但并未徹底 解決產(chǎn)品和系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性問題。 由于近年來全玻璃真空管與其太陽熱水器生產(chǎn)技術(shù)的完善和公開， 越來越多的小企業(yè)進入太陽熱水器產(chǎn)業(yè)。 再加上產(chǎn)業(yè)管理滯后， 使整個產(chǎn)業(yè)陷入無序競爭的境地， 各企業(yè)競相壓價， 虛假廣告隨處可 見，大中型企業(yè)面臨嚴重的威脅。在世界

3、太陽能市場始終以平板型太陽熱水器為主導產(chǎn)品的形勢下， 近年來中國平板型太陽熱水器的產(chǎn)量卻逐年減少， 市場份額更是不 斷下降，這使得中國太陽熱水器市場現(xiàn)狀與當前世界太陽能市場主 流形成了鮮明的反差。太陽熱水器產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督和管理不力， 國家級太陽熱水器產(chǎn)品質(zhì) 量檢測中心至今尚未建成，太陽熱水器產(chǎn)品質(zhì)量認證工作更未開 展，因而假冒偽劣產(chǎn)品充斥市場， 嚴重影響到太陽熱水器在消費者 中的聲譽。太陽熱水器與建筑一體化尚處于起步階段， 無論從系統(tǒng)開發(fā)、 產(chǎn)品 標準、設計規(guī)范、安裝經(jīng)驗、宏觀管理等方面都嚴重滯后。各個企 業(yè)的產(chǎn)品互換性差， 不便于標準化設計； 建筑設計單位缺乏相關(guān)的 設計規(guī)范，不敢貿(mào)然設計。

4、中國地域遼闊，氣候差別很大，建筑形式多樣，目前在太陽能與建 筑一休化方面還缺乏成功的、 可供學習和參考的樣板； 因而雖然不 少房地產(chǎn)開發(fā)商對此很感興趣， 但由于看不到成功的樣板， 不敢輕 易投資。中國的太陽能目前主要用于生活熱水， 太陽能熱水和采暖組合系統(tǒng) 還很少， 太陽能制冷則更少， 這在一定程度上也影響了太陽熱水器 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國太陽熱水器產(chǎn)業(yè)面臨的機遇集中表現(xiàn)在：隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展與人民生活水平的逐步提高， 農(nóng)村城市化 的速度將不斷加快，農(nóng)村（包括小城鎮(zhèn)）對太陽熱水器的需求也將 不斷加大，這將是今后中國太陽熱水器急劇增長的市場。 在城區(qū)實行的“煤改氣 油、電 ”等強制性環(huán)保措施，使

5、賓館等商 業(yè)性單位的能源費用大幅上漲， 為了降低運行費用， 越來越多的單 位將會安裝太陽熱水系統(tǒng)， 因而太陽熱水工程的需求量將會急劇增 加。綠色環(huán)保已深入人心， 節(jié)能與環(huán)保已成為今后住宅建設的主題。 太 陽熱水器將由現(xiàn)在的主要由用戶購買， 逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕煞康禺a(chǎn)開 發(fā)商在開發(fā)房屋時跟建筑統(tǒng)一設計，統(tǒng)一采購，同步施工，這將給 太陽熱水器產(chǎn)業(yè)帶來巨大的市場潛力。主要挑戰(zhàn)在進一步分析中國太陽熱水器產(chǎn)業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)時， 特別在深入 分析實現(xiàn)太陽熱水器與建筑一體化所遇到的主要障礙時，有必要對不 同的群體分別進行考察。這些群體包括：太陽熱水器企業(yè)、房地產(chǎn)開 發(fā)商、建筑設計單位、質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)、各級政府部門

6、等。1. 太陽熱水器企業(yè)（包括生產(chǎn)廠家、安裝公司等） 生產(chǎn)廠家還沒有與建筑一體化的市場壓力 太陽能產(chǎn)品還不能適應與建筑一體化的要求 建筑物有其自身的特點，要能夠與建筑很好地結(jié)合的太陽 集熱器產(chǎn)品必須滿足建筑的要求，如擺放位置、固定、防 漏、檢修、更換、顏色、外形等諸多方面。目前國內(nèi)的太 陽集熱器產(chǎn)品在此方面考慮的較少，無法很好滿足建筑的 要求。例如：真空管集熱器的防漏水問題、承受壓力問題、 可靠性問題、外形與建筑結(jié)合的美觀性問題等；平板集熱 器的固定問題、連接問題、擺放形式問題、熱性能的提高 問題，生產(chǎn)工藝的完善問題等。太陽能系統(tǒng)不能適應與建筑一體化的要求 與建筑結(jié)合的太陽熱水系統(tǒng)必須可靠、穩(wěn)

7、定、壽命長，而現(xiàn)有 的太陽熱水系統(tǒng)采用直接加熱熱水，且多為敞開式常壓系統(tǒng)， 在系統(tǒng)的防凍、防垢、自動化運行以與與其它輔助加熱設備的 結(jié)合等方面都有待進一步提高和完善。太陽熱水器企業(yè)中技術(shù)人員的專業(yè)不配套 太陽能生產(chǎn)企業(yè)中技術(shù)人員的專業(yè)多為機械、熱能等，多年來 致力于太陽熱水器或太陽集熱器本體的研制開發(fā)。由于不了解 房屋建筑技術(shù)，在解決太陽集熱器與屋頂或房屋圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)造 的結(jié)合問題時，就會感到有較大難度。太陽熱水器企業(yè)中從業(yè)人員的素質(zhì)較低 太陽熱水器缺乏必要的資金投入 房地產(chǎn)開發(fā)商對太陽熱水器與建筑一體化的必要性認識不足 對太陽熱水器與建筑一體化缺乏了解和鑒別 較難找到與建筑很好結(jié)合的太陽能產(chǎn)品

8、和系統(tǒng)設計 由于目前沒有相應的設計標準作規(guī)范，建筑設計單位不能提供 系統(tǒng)技術(shù)設計，太陽能產(chǎn)品企業(yè)又沒有過硬的、能夠與建筑很 好結(jié)合的太陽能產(chǎn)品，因而對如何在高層住宅、小高層、別墅 等不同住宅，以與在坡屋頂、南陽臺、立面墻等不同位置安裝 太陽熱水系統(tǒng)，房地產(chǎn)開發(fā)商都得不到放心的產(chǎn)品和技術(shù)支 持。太陽熱水系統(tǒng)投資難以消化到經(jīng)濟型商品住宅的建筑成本 中去建筑設計單位（包括建筑、結(jié)構(gòu)、給排水等專業(yè)） 跟太陽熱水器企業(yè)缺乏溝通中國建筑設計單位過去基本上沒有介入太陽熱水系統(tǒng)的設計， 對太陽熱水系統(tǒng)不甚了解，而且在進行太陽熱水系統(tǒng)設計時缺 乏必要的基礎設計參數(shù)，也得不到太陽熱水器企業(yè)給出各自產(chǎn) 品比較準確的

9、技術(shù)參數(shù)，這就使建筑設計人員感到心中無數(shù)， 導致對沒有技術(shù)依據(jù)的太陽熱水系統(tǒng)設計缺乏積極性。對太陽熱水器產(chǎn)品質(zhì)量缺乏信心 對太陽熱水器與建筑一體化設計缺乏依據(jù) 質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)（包括標準、檢測、認證等機構(gòu)）還沒有太陽熱水器與建筑一體化的規(guī)范和標準權(quán)威性的太陽熱水器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心尚未建立 太陽熱水器產(chǎn)品質(zhì)量認證工作尚未開展 各級政府部門（包括可再生能源、住宅建設等部門）對太陽熱水器市場宏觀調(diào)控力度不夠 缺乏制定各種必要的激勵政策 對太陽熱水器與建筑一體化的意識不強一：平屋頂熱水器直接安裝在樓房或者平房的平面式的屋頂上（圖1 、圖 2 ），用鋼絲繩或者預制配重件將熱水器固定，這種安裝方式在當前是最普

10、遍的，熱 水器對屋頂?shù)囊蟊容^低，在支架下面墊上適當?shù)钠桨寰涂梢酝耆Ｗo樓 頂?shù)姆浪畬樱捎谄降奈蓓敱容^寬敞，既便于安裝工的安裝、維修，也便 于用戶的日常維護。二：斜屋頂這種熱水器的后支腿很短，熱水器直接安放在斜屋頂上（圖3），熱水器的重心很低，它的抗風性、可靠性非常好，皇明公司和房產(chǎn)開發(fā)商、 建筑設計院合作，先后于 2000 年和 2001 年推出了水箱隱藏式 （圖 4）、 女兒墻式（圖 5）、前脊式（圖 6）太陽熱水器，這三種都是在斜屋頂 太陽熱水器基礎上進行改進的產(chǎn)品。房產(chǎn)開發(fā)商和建筑設計院將太陽熱水器作為建筑的一個功能性構(gòu)件來考 慮，設計院根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)結(jié)合產(chǎn)品的具體特點做出針對性房屋結(jié)

11、構(gòu)設計， 如女兒墻式就是將熱水器安裝在加固的女兒墻上，前脊式就是在斜屋頂?shù)那凹股细鶕?jù)熱水器的尺寸預留出安裝支撐，科學地做出相應的安裝接口預留、管路布置預留或預埋，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。這樣既能降低成本，又便于熱水 器在建筑上的安裝使用。三：別墅家庭分體熱水器在國外應用最廣、技術(shù)最成熟的、使用最可靠。它可以實 現(xiàn)多管路、 24 小時大水量供應熱水。 現(xiàn)在國際市場的太陽能集熱器還是平 板式集熱器占主導地位， 這種集熱器雖然效率較高， 可由于保溫效果不好， 限制了系統(tǒng)在寒冷的冬天的使用， 皇明公司推出了干插、 濕插幾種集熱器， 這種真空管集熱器是很有中國特色的，它能夠保證系統(tǒng)在環(huán)境溫度零下30 C的環(huán)境下正常

12、工作，提供正常的熱水供應，在國際市場均獲得好評（圖 7）。家庭分體熱水器的集熱器很好的和建筑結(jié)合，集熱器貼合在建筑物的屋頂 瓦面上（圖 8），不影響建筑的美觀和諧，但由于其結(jié)構(gòu)復雜，價格較高， 在國內(nèi)市場的推廣還有一定的局限，主要應用于家庭別墅和復式結(jié)構(gòu)的家 庭住宅。皇明公司的家庭分體熱水器在借鑒國外先進經(jīng)驗的基礎上增加了定溫循 環(huán)、管路保護的功能，考慮了用戶長期出門時系統(tǒng)的安全，保證用戶能更 安全，更方便的使用。四：高樓現(xiàn)在的大城市十幾、二十幾層的高樓越來越多，樓頂?shù)拿娣e已經(jīng)不夠所有 的用戶來安裝熱水器，而且有些地區(qū)買頂樓贈送樓層的政策也使得下面樓 層的用戶想要安裝太陽熱水器沒有位置！皇明公

13、司針對市場特點生產(chǎn)了幾種陽臺式熱水器 （圖 9-11 ），熱水器安裝 在陽臺外的預留空間內(nèi)，或者直接安裝在南立墻上，這能夠解決很多的想 要安裝太陽熱水器卻沒有安裝地點的用戶的煩惱，這幾種熱水器有的是在 家庭分體熱水器基礎上進行的改進，有的是在皇明公司其它產(chǎn)品上進一步 優(yōu)化的產(chǎn)物，有了各種形式的太陽熱水器可為了保證用戶能夠更安全方便 的使用，需要熱水器生產(chǎn)廠和建筑設計院、施工單位展開全面的合作，熱 水器生產(chǎn)廠根據(jù)用戶的用水情況確定熱水器的尺寸、安裝位置等參數(shù)，建 筑設計院要根據(jù)太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)預留安裝位置、設計圖紙，包括預埋 冷、熱水管路！五：工程有些高級住宅區(qū)現(xiàn)在 24 小時供應熱水，按照實

14、際用量收取水費，這時候 熱水工程是首要的選擇，熱水器工程不但能體現(xiàn)生產(chǎn)廠的能力，大大的提 高生產(chǎn)廠和銷售商的形象，幾十臺太陽熱水器整齊的安裝在樓頂非常整 齊、氣派（圖 12 、圖 13）。這樣的小區(qū)往往都會成為當?shù)氐男蜗蠊こ?，?地產(chǎn)的價格也會攀升，而現(xiàn)在國內(nèi)很多地區(qū)越來越多的用戶在購買房屋時 會把新房的配套設施中是否有太陽能熱水器看成一個重要的參考因素。 開始的熱水工程只是幾臺或者幾十臺熱水器在樓頂上采用串聯(lián)、并聯(lián)的形 式安裝，分管路給每個用戶供應熱水，由于樓頂面積小而用戶熱水用量大 往往會出現(xiàn)熱水不夠用的現(xiàn)象。現(xiàn)在皇明公司的工程主要是聯(lián)集管集熱器 工程（圖 14 ），這種太陽熱水系統(tǒng)實現(xiàn)了

15、熱水器水箱與集熱器的分離，由 電腦對整個系統(tǒng)進行控制。由于熱水器集熱器的重量較輕，工程安裝時不 會對房子的屋頂造成破壞，而熱水器的集熱器是模塊化結(jié)構(gòu)，可以任意組 裝，能夠做的很高，不受樓頂面積的限制而且這種熱水工程可以實現(xiàn)遠程 供水，像暖氣供熱一樣不受距離的限制。太陽能集熱器的優(yōu)越性早為人們所認同，已使用多年。但在住宅建筑中都 將其視為一種設備，支或掛附在建筑物的墻面、屋面上。其特立獨行的模 樣影響了建筑的觀瞻，以至于許多地區(qū)從整頓市容的角度出發(fā)，要求拆除 群眾自發(fā)安裝的太陽能集熱裝置。怎樣解決好上述問題，即有效利用太陽 能又美化建筑環(huán)境，這就成了廣大業(yè)內(nèi)人士十分關(guān)注的問題。太陽能與建筑一體化

16、是太陽能健康發(fā)展的必由之路。國家發(fā)改委、建設部 都在熱情關(guān)注、支持這一事業(yè)的發(fā)展并相繼在全國范圍內(nèi)建立了一批太陽 能與建筑一體化試點工程項目，對這一事業(yè)的發(fā)展起到了協(xié)助推動的作 用。北京九陽實業(yè)公司和北京天鴻房地產(chǎn)開發(fā)有限責任集團公司聯(lián)合承擔的 國家發(fā)改委、建設部太陽能與建筑一體化試點項目北京項目，通過雙 方的密切配合，使項目本身達到非常好的效果，獲得了國家發(fā)改委組織的 外國專家組的一致好評。下面我們介紹一下我們在工程設計和實踐中的一些基本思路和做法。一、集熱產(chǎn)品的選擇集熱器產(chǎn)品主要有全玻璃真空管式、熱管式和 U 型管式、平板式幾種 全玻璃真空管式，效率高，四季均可提供生活熱水，但與平板式集熱

17、器相比，存在一定的安全隱患，即有可能發(fā)生爆管的問題。熱管式效率高，系統(tǒng)較成熟，無安全隱患，但對水質(zhì)要求較高，造價高。U 型管式，熱效率較高 （與全玻璃真空管式相比稍低 ） ，無安全隱患，但系 統(tǒng)不夠成熟，造價較高。平板集熱器整體性好，壽命長，故障少，安全隱患、成本造價低，由于采用排空防凍技術(shù)，從而很好的解決了平板集熱器系統(tǒng)冬季不能使用的缺憾。同時平板集熱器還具有以下優(yōu)點：1 平板集熱器無真空度要求，熱性能穩(wěn)定，整體性好，使用壽命長。2 平板集熱器系統(tǒng)中，水或工質(zhì)在金屬流道內(nèi)流動，不接觸玻璃蓋板，不會出現(xiàn)因驟冷、驟熱引起暴管導致系統(tǒng)癱瘓。3 平板集熱器可以實現(xiàn)緊湊式或無間隙安裝，在生產(chǎn)熱水的同時

18、，還具有保溫、隔熱、遮光，防水的傳統(tǒng)屋面功能，這就為取代部分或全部屋面 構(gòu)件提供了基礎。4集熱器形狀結(jié)構(gòu)可靈活設計，尺寸可與建筑材料的模數(shù)和建筑結(jié)構(gòu)達到較好的相容性。5平板集熱器承壓性能好，可使系統(tǒng)運行穩(wěn)定。綜上所述，平板式太陽能集熱器，在工程中應用時，通過對產(chǎn)品的進一步改進，其整體性、故障、壽命、投資等方面具有更大的優(yōu)勢。二、防水處理根據(jù)太陽能平板集熱器坡度要求，我們將其與坡屋面結(jié)合設計，嵌入南坡屋面并和瓦面相平，各種管線均為暗裝（表面設可拆開擋板）與瓦屋面渾然一體。這種設計方案決定屋面防水成為技術(shù)關(guān)鍵。既要保證安裝又要排水順暢不漏雨。為此我們在屋面土建設計方面選擇了盆槽式汛水方式解決。汛水

19、表面敷設“自粘防水卷材”（自愈合）滿足了瓦面交搭和設備安 裝點的防水要求。同時北京大氣環(huán)境可吸入顆粒物較多，因此要經(jīng)常對熱板進行清潔維護。為方便人員在坡屋面上擦洗操作，設計中在屋脊處埋設鋼管把桿（接入防 雷系統(tǒng)）。在其上可鉤掛軟梯和人員安全帶。太陽能集熱板安裝角度要求一般與北京緯度相同（ 40o ）形成閣樓空間，本設計中加以利用，為頂層戶型擴充了使用空間。本工程中使用的太陽能集熱板有光滑平整的表面。將其嵌入斜屋面后，為人們司空見慣的形式增加了靚點，豐富了天際線。三、集熱器安裝設計方案在集熱板與四周瓦的結(jié)合，與集熱板之間的防水設計方面，我們采用了100% 的結(jié)構(gòu)防水設計方案。從而很好的解決了屋面

20、防水的可靠性。四、熱水系統(tǒng)設計1按系統(tǒng)形式劃分可分為：(1) 分戶式系統(tǒng)；(2) 集中式系統(tǒng)。分戶式系統(tǒng)是最常見的系統(tǒng)形式，各家各戶自成獨立的系統(tǒng)，沒有各戶之 間的流量分配問題，以與復雜的控制問題，安全隱患也比較好解決。但未 考慮到各戶之間使用的不平衡，不能夠充分利用太陽能集熱設施、對于整 個小區(qū)來說系統(tǒng)規(guī)模龐大，利用率也較低，從而造價相對較高。集中式系統(tǒng)，目前國內(nèi)采用的工程較少，而且主要集中在賓館、飯店等公 共建筑，對于小區(qū)住宅尚無此范例。借鑒國內(nèi)其他集中式太陽能系統(tǒng)實踐 經(jīng)驗，經(jīng)計算論證， 住宅小區(qū)集中利用太陽能解決生活熱水問題是可行的 集中式系統(tǒng)，相對于分戶式系統(tǒng)，有顯著節(jié)約初投資、運行

21、維護方便，使 太陽能集熱系統(tǒng)可以得到充分利用等優(yōu)勢。隨著經(jīng)濟建設和人民生活水平的提高，城市花園住宅已經(jīng)成為潮流，同時 能源危機和環(huán)境的惡化也在不斷加劇，為此，既清潔又取之不盡的太陽能 產(chǎn)品的開發(fā)和利用亟需普與，讓太陽能產(chǎn)品助推城市花園化住宅實現(xiàn)既環(huán) 保又節(jié)能，讓未來住宅都太陽能化。隨著國內(nèi)太陽熱水器行業(yè)的發(fā)展，消 費者對生活熱水的要求，越來越高，而且對建筑的美觀越來越重視，原有 的悶曬式、緊湊式已不能滿足人們的需求。太陽能作為一種無處不在、取 之不盡、用之不竭的，潔凈無污染的能源正日益受到重視，它的廣泛應用 對于節(jié)約不可再生的礦物能源，保護環(huán)境，改善人類生存空間，實現(xiàn)經(jīng)濟 社會的可持續(xù)性發(fā)展具

22、有重要的意義。目前，我們可以看到屋頂各種形式的太陽熱水 器，它就象冰箱、彩電一樣已逐漸成為人們生活的基本消費品，然而，目 前的太陽能熱水器只考慮自身的結(jié)構(gòu)和功能，沒有考慮到建太陽能熱水器 幾乎無一例外的破壞了建筑的整體形象。事實上，太陽能集熱器本身具有 防水隔熱的作用，這與建筑物屋頂?shù)淖饔镁哂邢嗨浦?，即可以利用太?能集熱設施部分或全部代替屋頂覆蓋層的作用，從而可節(jié)約投資。因此， 若能把建筑物與太陽能設施放到一起考慮，實現(xiàn)相互間的有機結(jié)合，便可 節(jié)約投資，保持建筑物的整體美觀性不受破壞，又可最大限度的利用設施 與建筑的一體化問題，一般簡稱作“太陽能與建筑一體化”。一、太陽能與建筑一體化技術(shù)現(xiàn)

23、狀一直以來，太陽能等可再生能源在建筑技術(shù)上的完美應用都是企業(yè)夢寐以來的追求，太陽能與建筑結(jié)合創(chuàng)造的低能耗高舒 適度的健康居住環(huán)境，不僅讓住戶家庭生活得更自然更環(huán)保，而且能節(jié)能 能減污，對實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。在人類面臨生存環(huán)境破壞 日益嚴重和能源危機的今天，如何開發(fā)利用環(huán)保節(jié)能的住宅配套部品就成 了一個焦點話題。太陽能作為一種免費、清潔的能源，在住宅建筑中 的利用，將關(guān)系到可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，可謂意義深遠。經(jīng)過數(shù)年的研究和 開發(fā)，太陽能的利用已取得顯著成果并轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。在我國，太陽能熱 水器在全行業(yè)中現(xiàn)已擁有企業(yè)超過千家，推廣應用范圍也在不斷擴大。而 太陽能與建筑的結(jié)合，也在住宅建設

24、中越發(fā)呈現(xiàn)出其不可替代的地位，并 成為住宅建設中的一個最新亮點。早在 1999 年召開的世界太陽能大會上就有專家 認為，當代世界太陽能科技發(fā)展有兩大基本趨勢，一是光電與光熱結(jié)合； 二是太陽能與建筑的結(jié)合。太陽能源建筑系統(tǒng)是綠色能源和新建筑理念的 兩大革命的交匯點，專家們公認，太陽能是未來人類最適合，最安全，最 理想的替代能源。目前太陽能利用轉(zhuǎn)化率約為10% 12% ，太陽能的開發(fā)利用潛力十分巨大，據(jù)報載，目前，世界各國都在設施自己的“陽光計 劃”，如去年德國政府就宣布推行“十萬屋頂”計劃，即在建筑頂部大規(guī) 模地鋪設太陽能發(fā)電裝置， 既節(jié)省電力又利于環(huán)保。 在歐洲的能源消費中， 約有 1/2 用

25、于建筑的建設和運行，而交通運輸耗能只占能源消費的 1/4 ， 因此建筑物利用太陽能成為各發(fā)達國家政府極力倡導的事業(yè)，太陽能利用 設施與建筑的結(jié)合自然是人們所關(guān)注的問題，主要是太陽能的光伏利用與 建筑的結(jié)合上。太陽能與建筑一體化有他獨特的特點：一是把太 陽能的利用納入環(huán)境的總體設計，把建筑、技術(shù)和美學融為一體，太陽能 設施成為建筑的一部分，相互間有機結(jié)合，取代了傳統(tǒng)太陽能的結(jié)構(gòu)所造 成影響；二是利用太陽能設施完全取代或部分取代屋頂覆蓋層，可減少成 本，提高效益， 三是可用于平屋頂和斜屋頂， 一般對平屋頂而言用覆蓋式， 對斜屋頂用鑲嵌式，四是該技術(shù)屬于一項綜合性技術(shù)，涉與太陽能利用， 建筑，流體分

26、布等多種技術(shù)領域。另外，在云南昆明還建成了一個平屋頂 結(jié)構(gòu)的太陽能與建筑一體化溫水游泳館，該游泳館屋頂面積約 700 平方 米，屋頂結(jié)構(gòu)為輕鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，屋頂覆蓋層完全由特別的太陽能平板集熱 器代替。這是我國第一個在平屋頂上實現(xiàn)太陽能與建筑一體化的實驗性工 程。聯(lián)合國能源機構(gòu)最近的調(diào)查報告顯示， 太陽能與建筑一體化將成為 21 世紀的市場熱點，成為 21 世紀建筑節(jié)能市場的亮點。二、太陽能與建筑一體化的發(fā)展方向目前，建筑物空氣溫度調(diào)節(jié)消耗著大量的能量。 在我國，它要占到建筑物總能耗的約 70% 。用空調(diào)機和燃煤來控制室溫不 僅消耗能量，帶來的外界的環(huán)境污染，而且并不能給室內(nèi)人員帶來健康的 環(huán)境。

27、在太陽能用于采暖方面，除造價較高的被動式太陽房有一些示范建 筑外，還沒有大規(guī)模的采用。主動式太陽能供能由于成本更高，與我國的 經(jīng)濟發(fā)展也是遠不相適應。因此，建筑供能的主動與被動相結(jié)合的思想與 太陽能與常規(guī)能源相結(jié)合單位思想，按照房間的功能，采用不同方案的配 合與交叉，這樣可以大大降低太陽能用于建筑功能的一次投資和運行成 本，使得整個方案在商業(yè)化的意義下具有可操作性。太陽能供能設備的非定常性，對氣象條件和輻照 條件的依賴性等特點，要求我們必須對建筑用能負荷進行準確的預測，才 能夠在設備與建筑的匹配上做出設備投資和節(jié)能效益最佳的選擇。建筑室 內(nèi)溫度與氣流的預測方法和預測軟件 CFD/NHT 是太陽

28、能與建筑的結(jié)合的 理論和應用基礎，也是世界目前建筑空氣調(diào)節(jié)的又一大方面，但是我國目 前在該方面的水平和從事人數(shù)還遠落后于世界先進國家。在當代，太陽能 與建筑的發(fā)展必須有一定的策略與之相適應，一是成熟的被動太陽能技術(shù) 與現(xiàn)代的太陽能光伏光熱技術(shù)的綜合利用；二是保溫隔熱的維護結(jié)構(gòu)技術(shù) 與自然通風采光遮陽技術(shù)的有機結(jié)合；三是傳統(tǒng)建筑構(gòu)造與現(xiàn)代技術(shù)和理 念的融合；四是建筑的初投資與生命周期內(nèi)投資的平衡；五是生態(tài)驅(qū)動設 計理念向常規(guī)建筑設計的滲透；六是綜合考慮區(qū)域氣候特征、經(jīng)濟發(fā)達程 度、建筑特征和人們的生活習慣等相關(guān)因素。綜合考慮社會進步，技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟能力等因 素，在建筑物的策劃、建筑設計、使用、維

29、護以與改造等活動中，主動與 被動的利用太陽能的建筑統(tǒng)稱為太陽能建筑。我國太陽能建筑領域中技術(shù) 最成熟，應用范圍最廣，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的是家用太陽能熱水器。在云南 昆明，陸良等地，在一些別墅式建筑的屋面，嘗試把平板太陽能集熱器鑲 嵌在具有瓦屋面的斜屋頂上，熱水箱則隱蔽在斜屋頂?shù)拈w樓中，使太陽能 熱水器與建筑有機結(jié)合，外觀形象是比較漂亮的，只是適合此類結(jié)構(gòu)的建 筑較少，推廣應用受到局限。多功能休閑亭集太陽能熱水器，光電板和納 涼休閑功能于一體，流線型設計既美觀又減少亭子結(jié)構(gòu)的風力和承重荷 載，優(yōu)美的造型為屋頂，建筑物和周圍環(huán)境增添了一道亮麗的風景，打造 出一座別致美麗的樓頂花園，成為融合建筑美學，園

30、林設計和人本文化內(nèi) 涵的典范之作，而且結(jié)構(gòu)簡單靈活，安裝方便的特點，使之能夠自然地與 庭院，泳池，花園等場所融為一體。三、太陽能與建筑一體化存在的問題和解決問題的思路太陽能與建筑一體化問題是多科學，多層面參與和合作的綜合性事業(yè)，需要國家政策法規(guī)部門、建筑主管部門、太陽能廠 商、房地產(chǎn)開發(fā)商、建筑設計單位的共同努力，太陽能熱水器的推廣應用 離不開建筑師的參與，建筑師作為建筑的設計者，應根據(jù)不同的熱水器類 型，技術(shù)要求，使用目的以與不同地理緯度和氣候特點，建筑類型等，對 建筑的造型，平面布局和功能等進行綜合考慮，另一方面太陽能熱利用設 備的設計和生產(chǎn)廠家反過來也應從建筑師那里獲得建筑對其設備要求的

31、 反饋信息，只有這樣才能使設備的設計和生產(chǎn)與建筑的使用達到完美的統(tǒng) 一，推動太陽能在建筑上的運用，太陽能廠商一定要在技術(shù)上解決與建筑 一體化的難題， 要使太陽能系統(tǒng)成為建筑的一個構(gòu)件， 同時產(chǎn)品要標準化、 系列化、配套化，這是推行太陽能與建筑一體化的根本問題。對于安置在屋頂?shù)慕ㄖ惑w化太陽能熱水器，其基本特征是集熱器沿屋面布置，集熱器作為屋頂覆蓋層的一部分或全部。 如此結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)技術(shù)比較，存在的主要問題是“系統(tǒng)的循環(huán)問題”、“集 熱器的形成和結(jié)構(gòu)問題”等。一是對于斜屋頂而言，集熱器可以沿屋面傾 斜布置，循環(huán)問題與傳統(tǒng)技術(shù)上沒有差別；二是對于平屋頂，集熱器幾乎 呈水平布置，基本循環(huán)方式雖然仍為自

32、然循環(huán)和強制循環(huán)兩種，但對技術(shù) 要求有很大的差別。目前，國內(nèi)外太陽能與建筑完美結(jié)合的形勢并不 樂觀，太陽能的普與率僅為 7.6% ，盡管國家經(jīng)貿(mào)委已規(guī)劃未來 15 年內(nèi)我 國太陽能熱水器普與率達到 25% ，但是面臨的困難很多， 需要國家的大力 支持和社會各界的努力。太陽能熱水器雖有諸多優(yōu)點，但是與建筑完美結(jié) 合進程緩慢，太陽能熱水器還沒有有機地大規(guī)模溶入建筑設計與施工中， 市場刺激和國家立法都有待加強，太陽能熱水器整體水平有待提高，以便 適應與建筑結(jié)合的要求，如果太陽能熱水器產(chǎn)品標準不統(tǒng)一，給建筑應用 帶來困難。現(xiàn)代城市的核心是能源系統(tǒng)、營養(yǎng)系統(tǒng)、文化系 統(tǒng)組成的， 綠色生態(tài)人居太陽能與建筑結(jié)合設計要求將這三者和諧統(tǒng) 一。太陽能與建筑設計理論強調(diào)設計形態(tài)的動態(tài)與變化，而不是僵死的形 式；強調(diào)設計的系統(tǒng)性， 而不是單一項目的自我表現(xiàn)； 強調(diào)與環(huán)境的關(guān)系， 而不是孤立的設置構(gòu)筑物；強調(diào)環(huán)境科學、技術(shù)與文化藝術(shù)結(jié)合，而不是 滿足某些人對建筑成就或象征性表達的片面追求。另外，太