太陽能與建筑一體化在我國進(jìn)行推廣的可行性

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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(fèi)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(shí)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?，即可以利用太陽能集熱設(shè)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(shè)施放到一起考慮，實(shí)現(xiàn)相互間的有機(jī)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(shè)施與建筑的一體化問題，一般簡(jiǎn)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)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(yīng)用都是企業(yè)夢(mèng)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(duì)實(shí)現(xiàn)社會(huì)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(yán)重和能源危機(jī)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(gè)焦點(diǎn)話題。太陽能——作為一種免費(fèi)、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(yuǎn)。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(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。而太陽能與建筑的結(jié)合，也在住宅建設(shè)中越發(fā)呈現(xiàn)出其不可替代的地位，并成為住宅建設(shè)中的一個(gè)最新亮點(diǎn)。

　　早在1999年召開的世界太陽能大會(huì)上就有專家認(rèn)為，當(dāng)代世界太陽能科技發(fā)展有兩大基本趨勢(shì)，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(diǎn)，專家們公認(rèn)，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(bào)載，目前，世界各國都在設(shè)施自己的“陽光計(jì)劃”，如去年德國政府就宣布推行“十萬屋頂”計(jì)劃，即在建筑頂部大規(guī)模地鋪設(shè)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(fèi)中，約有1/2用于建筑的建設(shè)和運(yùn)行，而交通運(yùn)輸耗能只占能源消費(fèi)的1/4，因此建筑物利用太陽能成為各發(fā)達(dá)國家政府極力倡導(dǎo)的事業(yè)，太陽能利用設(shè)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(dú)特的特點(diǎn)：一是把太陽能的利用納入環(huán)境的總體設(shè)計(jì)，把建筑、技術(shù)和美學(xué)融為一體，太陽能設(shè)施成為建筑的一部分，相互間有機(jī)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(shè)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(duì)平屋頂而言用覆蓋式，對(duì)斜屋頂用鑲嵌式，四是該技術(shù)屬于一項(xiàng)綜合性技術(shù)，涉及太陽能利用，建筑，流體分布等多種技術(shù)領(lǐng)域。另外，在云南昆明還建成了一個(gè)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(gè)在平屋頂上實(shí)現(xiàn)太陽能與建筑一體化的實(shí)驗(yàn)性工程。聯(lián)合國能源機(jī)構(gòu)最近的調(diào)查報(bào)告顯示，太陽能與建筑一體化將成為21世紀(jì)的市場(chǎng)熱點(diǎn)，成為21世紀(jì)建筑節(jié)能市場(chǎng)的亮點(diǎn)。

　　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(jī)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。在太陽能用于采暖方面，除造價(jià)較高的被動(dòng)式太陽房有一些示范建筑外，還沒有大規(guī)模的采用。主動(dòng)式太陽能供能由于成本更高，與我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也是遠(yuǎn)不相適應(yīng)。因此，建筑供能的主動(dòng)與被動(dòng)相結(jié)合的思想及太陽能與常規(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及交叉，這樣可以大大降低太陽能用于建筑功能的一次投資和運(yùn)行成本，使得整個(gè)方案在商業(yè)化的意義下具有可操作性。

　　太陽能供能設(shè)備的非定常性，對(duì)氣象條件和輻照條件的依賴性等特點(diǎn)，要求我們必須對(duì)建筑用能負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，才能夠在設(shè)備與建筑的匹配上做出設(shè)備投資和節(jié)能效益最佳的選擇。建筑室內(nèi)溫度及氣流的預(yù)測(cè)方法和預(yù)測(cè)軟件CFD/NHT是太陽能與建筑的結(jié)合的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)，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(yuǎn)落后于世界先進(jìn)國家。在當(dāng)代，太陽能與建筑的發(fā)展必須有一定的策略與之相適應(yīng)，一是成熟的被動(dòng)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(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)與自然通風(fēng)采光遮陽技術(shù)的有機(jī)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(dòng)設(shè)計(jì)理念向常規(guī)建筑設(shè)計(jì)的滲透；六是綜合考慮區(qū)域氣候特征、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、建筑特征和人們的生活習(xí)慣等相關(guān)因素。

　　綜合考慮社會(huì)進(jìn)步，技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)能力等因素，在建筑物的策劃、建筑設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)以及改造等活動(dòng)中，主動(dòng)與被動(dòng)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(lǐng)域中技術(shù)最成熟，應(yīng)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(jī)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(yīng)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(shè)計(jì)既美觀又減少亭子結(jié)構(gòu)的風(fēng)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(fēng)景，打造出一座別致美麗的樓頂花園，成為融合建筑美學(xué)，園林設(shè)計(jì)和人本文化內(nèi)涵的典范之作，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，安裝方便的特點(diǎn)，使之能夠自然地與庭院，泳池，花園等場(chǎng)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(xué)，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(shè)計(jì)單位的共同努力，太陽能熱水器的推廣應(yīng)用離不開建筑師的參與，建筑師作為建筑的設(shè)計(jì)者，應(yīng)根據(jù)不同的熱水器類型，技術(shù)要求，使用目的以及不同地理緯度和氣候特點(diǎn)，建筑類型等，對(duì)建筑的造型，平面布局和功能等進(jìn)行綜合考慮，另一方面太陽能熱利用設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)廠家反過來也應(yīng)從建筑師那里獲得建筑對(duì)其設(shè)備要求的反饋信息，只有這樣才能使設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)與建筑的使用達(dá)到完美的統(tǒng)一，推動(dòng)太陽能在建筑上的運(yùn)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(gè)構(gòu)件，同時(shí)產(chǎn)品要標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(duì)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(duì)于平屋頂，集熱器幾乎呈水平布置，基本循環(huán)方式雖然仍為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)兩種，但對(duì)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(shì)并不樂觀，太陽能的普及率僅為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及率達(dá)到25%，但是面臨的困難很多，需要國家的大力支持和社會(huì)各界的努力。太陽能熱水器雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是與建筑完美結(jié)合進(jìn)程緩慢，太陽能熱水器還沒有有機(jī)地大規(guī)模溶入建筑設(shè)計(jì)與施工中，市場(chǎng)刺激和國家立法都有待加強(qiáng)，太陽能熱水器整體水平有待提高，以便適應(yīng)與建筑結(jié)合的要求，如果太陽能熱水器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，給建筑應(yīng)用帶來困難。

　　現(xiàn)代城市的核心是能源系統(tǒng)、營(yíng)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(shè)計(jì)要求將這三者和諧統(tǒng)一。太陽能與建筑設(shè)計(jì)理論強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)形態(tài)的動(dòng)態(tài)與變化，而不是僵死的形式；強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性，而不是單一項(xiàng)目的自我表現(xiàn)；強(qiáng)調(diào)與環(huán)境的關(guān)系，而不是孤立的設(shè)置構(gòu)筑物；強(qiáng)調(diào)環(huán)境科學(xué)、技術(shù)與文化藝術(shù)結(jié)合，而不是滿足某些人對(duì)建筑成就或象征性表達(dá)的片面追求。

　　另外，太陽能熱水器與建筑的完美結(jié)合需解決的問題值得注意的是太陽能熱水器要與建筑完美結(jié)合，必須做到：根據(jù)建筑特點(diǎn)形式，生產(chǎn)與之配套的太陽能熱水器；規(guī)范太陽能熱水器在建筑物上放置和安裝；與建筑商協(xié)調(diào)搞好管路的預(yù)留；結(jié)合建筑與地區(qū)特點(diǎn)，搞好太陽能防風(fēng)、防雪、防雷等安全防護(hù)等。

　　太陽能與建筑結(jié)合目前仍有許多問題需要解決：應(yīng)以法律法規(guī)的形式將太陽能熱水器納入建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃，加大太陽能熱水器結(jié)構(gòu)形式與建筑物適應(yīng)性的研究力度；制定完善規(guī)范的太陽能熱水器產(chǎn)品統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品技術(shù)水平；國家制定在建筑物上安裝太陽能熱水器的優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)安裝太陽能；要求太陽能熱水器與建筑結(jié)合的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

　　綠色生態(tài)住宅尋求自然、建筑與人三者之間的和諧統(tǒng)一。在“以人為本”的基礎(chǔ)上，利用自然條件和人工手段創(chuàng)造一個(gè)有利于人們舒適、健康的生活環(huán)境。在住宅健康化發(fā)展態(tài)勢(shì)下，太陽能與建筑一體化也日益成為房地產(chǎn)業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。中國建筑科學(xué)研究院的鄭瑞澄教授指出，目前太陽能熱水器系統(tǒng)的建筑一體化在各地的發(fā)展還不平衡，存在著一些認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)，有相當(dāng)多的技術(shù)問題亟待解決。

　　四、太陽能熱水器與建筑一體化的前景

　　太陽能熱水器屬于一次性投資，雖然購買時(shí)比電、燃?xì)鉄崴鞯荣F，但在使用過程中不再投資，且安全可靠，操作簡(jiǎn)單方便，綜合計(jì)算，太陽能熱水器投資最少。而眾多小區(qū)物管公司認(rèn)為：屋頂安裝太陽能熱水器既不安全又影響了整個(gè)小區(qū)統(tǒng)一的建筑風(fēng)格。大好形勢(shì)下隱藏著諸多不利因素，是應(yīng)該引起業(yè)內(nèi)外人士注意的，對(duì)隱藏的問題盡早采取措施，才能保證大好形勢(shì)健康發(fā)展，使太陽能事業(yè)在發(fā)展過程中少走彎路。