太阳能建筑一体化的发展与应用

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摘 要：建筑是能耗大户，建筑节能已经逐渐发展成为国家关注的重点，因此，大力开发太阳能节能技术是势在必行的。本文通过介绍太阳能利用技术在建筑中的应用, 包括太阳能热水、太阳能采暖、太阳能光伏发电、太阳能制冷以及空调和照明系统等, 并将其原理作了简述, 提出太阳能与智能建筑的有机结合, 使建筑的节能减排效益更加显著, 应大力推广智能建筑与太阳能建筑一体化的研究和利用。

关键词：智能建筑太阳能 建筑一体化 应用

中图分类号： TK511 文献标识码： A

前 言

所谓太阳能与建筑一体化是将太阳能的利用设施与建筑的有机结合，利用太阳能集热设备代替屋顶覆盖层或代替屋顶隔热保温层，既消除了太阳能对建筑物的影响，又避免了重复投资，降低了建造的成本，或用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用光伏组件当做建材也可用以发电，可谓物尽其美。太阳能与智能建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向。

一、太阳能建筑一体化的发展背景

随着石油、煤炭、天然气等燃料储量的日益减少，人类对新能源的开发和利用也日益的增多，尤其以清洁的核能、风能、太阳能为主。核能利用方面，因2011年3月日本福岛核电站的爆炸事故，导致很多国家决定逐渐减少或放弃核能的开发利用；而风能的利用则受到地理条件和其他自然条件的限制太大，因此发展利用太阳能将会在未来的新能源构成中占主要的比重。

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。据计算，太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。因此，太阳能与智能建筑一体化是未来太阳能技术发展的主要方向。

二、现阶段太阳能建筑一体化的应用方式

有专家指出，现在中国的建筑，99%都是高能耗建筑。高能耗往往带来高污染，而且居住者和使用者都不会感到舒适。对于中国这个资源紧缺、人口众多的国家，高能耗并不是可持续发展之路。因此，无论从地球环境的角度，还是从居住者长久的居住利益角度，或者子孙后代角度，都要建造低能耗、高舒适度的建筑，为将来的可持续发展做准备，对地球好，对环境好，也对居住者好。

现阶段太阳能与建筑一体化的综合应用方式主要包括：太阳能光热与建筑一体化、太阳能光伏与建筑一体化、太阳能与常规能源综合应用一体化。

1.太阳能光热与建筑一体化

现阶段我国利用太阳能方面主要还是表现在使用太阳能热水器、取暖器把太阳能转化成热能来加以利用，据统计，2009年全国太阳能热水器和热水系统总保有量达到1.45亿平方米，一年可减少二氧化碳的排放4451万吨。

2.太阳能光伏与建筑一体化

即将太阳能光伏产品集成到建筑上，充分利用建筑物外表面，安装多种光伏发电产品，所产生的电能可供自身使用或并网输送。太阳能光伏建筑一体化在我国尚处在起步发展阶段。

3.太阳能与常规能源综合应用一体化

当前，因技术或投资资金限制，大部分地区新建建筑物还不能实现所有能耗均来自太阳能，因些，太阳能与常规能源综合应用一体化研究与应用，可为居住者提供更高舒适度享受，是在实现”零能耗”建筑之前的一个过渡阶段!

三、智能建筑中太阳能的应用方式

智能建筑中太阳能的应用方式主要包括:太阳能热水、太阳能采暖、太阳能光伏发电、太阳能空调、太阳能制冷、太阳能路灯照明等。

1.太阳能热水系统

太阳能热水系统由太阳能集热系统和热水分配系统组成，集热系统的主要部件有太阳能集热器、辅助加热、储热水箱、循环管路、循环泵、控制部件和线路等；热水分配系统由配水循环管路、水泵、储热水箱、控制阀门和热水计量表组成，储热水箱是两个系统的共同部件和连接点；热水管系统由太阳能真空集热管和吸热瓦片组成的吸热器，在晴天阳光下可以产出40~85摄氏度以上的水温，进入储热水箱，再由水箱进入热水管道至每户的分支管道供室内使用。

太阳能热水系统的过程: 在太阳光辐照下, 集热器吸收太阳能并转换成热能传递给集热器内的传热工质, 传热工质受热后通过自然循环方式将贮水箱中的水加热, 或者通过强迫循环(如泵循环)方式将集热器中的热能传递给贮水箱中的水。这是目前主动式太阳能利用中应用最广泛的、产业化发展最迅速的领域，是我们最为常见的一种太阳能利用技术。

2.太阳能采暖系统

当前常见的太阳能采暖系统通常分为太阳墙风供采暖系统和太阳能热水辐射采暖系统。

2.1太阳墙风供采暖系统

加拿大、美国、欧洲及日本等国的住宅、厂房、学校、办公楼等不同用途的建筑上已广泛使用太阳墙技术，它是一项用于提供经济适用的采暖通风解决方案的太阳能高科技新技术。此系统的特点有：造价比较低廉、而且无需维护；微能耗、降低运行费用；提供新鲜空气，改善居民的室内环境，还可预防疾病；同时，它作为一种外装饰材料，还具有美观、醒目的特点。 “山东建工学院梅园一号学生公寓” 是我国太阳墙技术应用的一个典型工程。

2.2太阳能热水辐射采暖系统

太阳能热水辐射采暖系统最常见的方式就是太阳能地板辐射采暖简称太阳能地暖。地面温度为24℃～28℃时，人体的舒适感最好。因为太阳能热水温度可达到40℃～60℃，这就使利用太阳能集热器成为可能。

太阳能地暖系统由太阳能集热器，控制器，集热泵，蓄热水箱，辅助热源，供回水管，关断阀若干，三通阀，止回阀，过滤器，循环泵，温度计，分水器，加热器组成。

太阳能地板辐射采暖具有节能、清洁与环保、舒适性好、便于热计量等特点，是一种绿色的采暖方式。随着人们对生活品质要求的提高，太阳能地板辐射采暖系统必将会得到越来越广泛的应用。

3.太阳能光伏发电系统

太阳能光伏发电系统是由蓄电池组，太阳能电池方阵，充放电控制器，交流配电柜、逆变器，太阳能自动跟踪系统、太阳能组件自动除尘系统等设备组成。

白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。

4.太阳能空调制冷系统

从理论上讲，太阳能空调的实现有两种方式，一是先实现光-电转换，再用电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷，由于大功率太阳能发电技术的昂贵价格，目前实用性较差；二是利用太阳的热能驱动进行制冷。因此，当前太阳能空调技术一般指热能驱动的空调技术。

所谓太阳能制冷，就是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水。热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数（亦称COP）越高，这样空调系统的制冷效率也越高。

太阳能吸收式空调系统有三个主要优点：季节适应性好，也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致；吸收式制冷机的介质为溴化锂，无毒、无害，环保；可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来，提高太阳能系统的利用率和经济性。

5.太阳能照明系统：

根据太阳光的利用方式, 太阳能照明技术主要可分为三种, 一是直接利用方式,二是光电转换, 将太阳光直接转变成电能用于照明;三是利用光纤或导光管, 将太阳光直接引到室内实现照明。

四、我国太阳能建筑一体化的发展与应用

全国政协常委、江西省工商联主席、泰豪集团董事长黄代放在接受记者采访时曾表示，“我国与德国、美国等太阳能应用市场发展较为成熟的国家相比，太阳能应用市场发展明显滞后，太阳能应用市场有很大的发展需求和空间。”

开发利用太阳能对于提高我国可再生能源应用比重，调整能源结构的重大意义。就目前而言，光伏发电一次性投入较大，但其运行费用较低，并且越来越多的国家正相继制定优惠政策，促进太阳能的应用和发展。

2011年2月19日，北京海林节能设备股份有限公司建筑科技系统示范楼落成庆典仪式隆重举行。该办公大楼全面展现了我国建筑节能的前瞻性、低碳性、高科技性和人文性，实现了太阳能玻璃幕墙、阳光屋顶太阳能与宏伟建筑的完美对接。并把地源热泵、余热利用、雨水收集、空气质量监控、节能控制及能量计量系统全部融合应用于该建筑中，是迄今国际一流的太阳能建筑一体化及节能综合解决方案的示范工程。

江苏南通强生光电建设的1.05兆瓦光伏建筑一体化项目是国内光伏建筑一体化项目中唯一一座兆瓦级非晶硅薄膜光伏系统。看似普通的玻璃幕墙，就能给企业生产提供源源不断的电能，其中的奥妙就在于它的幕墙玻璃是非晶硅薄膜电池。

强生光电1.05兆瓦光电建筑一体化示范项目项目光伏系统采用非晶硅薄膜电池组件，分别安装于强生轻纺、亚振家具等14栋厂房和房顶上，已于今年9月份建成

国内光伏建筑一体化项目中唯一一座兆瓦级非晶硅薄膜光伏系统2011年10月2日在江苏如东并网发电。 这看似普通的玻璃幕墙和屋顶采用了非晶硅薄膜电池，是目前国内最大的薄膜电池光伏幕墙，平均每天发电600多千瓦时，年发电量120万千瓦时。

据介绍，强生光电自行研发和制造核心设备，生产线成本仅为进口的20%；非晶薄膜电池产能、转换率、销售量均居中国非晶薄膜电池工厂前列，是国内乃至全世界薄膜电池组件成本最低并能盈利的工厂之一。

2011年9月27日，南昌国体中心的综合训练馆竣工。训练馆有一面玻璃墙,站在场馆边，从内往外看，一览无余，可是从外往里看，却一片漆黑，什么都瞧不见。这面玻璃墙主要是将太阳能发电产品与建筑结合，利用太阳能光伏组件进行发电。所发电可以基本能满足电视机、音响和电脑系统所需要的电力。另外，这面墙面还具备隔热和消音等节能作用，且不产生污染，没有温室气体排放，还能降低光污染。是我国太阳能建筑与智能建筑完美有机结合的又一典范。

结 语

随着社会的发展,一方面城市建筑密度日益增加,楼宇日益高层化,有限的建筑空间难以安装足够多的传统的太阳能热水器。随着太阳能行业体系的不断完善、技术研发的不断创新，太阳能与智能建筑一体化必然成为行业推广的模式，让太阳能真正成为建筑的有机组成部分。

一旦太阳能与智能建筑相结合, 就要考虑使用建筑智能化系统中的智能化技术对太阳能应用系统进行统一的综合管理, 将其纳入到智能建筑的组成中, 用建筑智能化技术将太阳能应用系统监视和控制起来, 发挥出最大的节能环保效益。建设我国低碳、节能、环保的新时代。

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