迎著太陽前進

隨著社會經濟的發展，能源短缺問題已成為各國面臨的共同難題，為保護環境、保持經濟可持續發展，各國競相開發各種新型能源。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，正日益受到重視，其在建筑領域上的應用也愈為廣泛。

太陽能與建筑聯系緊密

供給關系。毫無疑問，太陽能扮演著供給方的角色。在我國，這項資源十分豐富，據統計，全國60%的國土面積均屬太陽能資源豐富地區，年接收的太陽輻射總能量折合成標準煤后，達以億噸為計量單位的龐大數值。

根據太陽能資源的豐富程度，全國各地又可以進行更加具體的劃分。其中，西藏、新疆、青海、內蒙古大部屬于太陽能資源最豐富地區，這里年總太陽輻射量≥6700（MJ/㎡/年），相當于燃燒230公斤標煤所產生的能量；甘肅、山東、山西、河北、遼寧以及云南部分地區年總太陽輻射量≥5400；黑龍江、吉林、安徽、江蘇、浙江、廣東、福建、湖北、廣西部分地區年總太陽輻射量≥4200；由于年總太陽輻射量<4200，四川的成都平原、重慶、湖南、江西、貴州大部成為太陽能資源缺乏地區。

根據歐洲部分地區年太陽輻射總量的一項數據顯示，德國漢堡、奧地利維也納、英國倫敦的調查結果僅為3428、3887和3637。這意味著，以上地區的太陽輻射資源擁有量和我國成都地區相當，屬太陽輻射資源缺乏地區。盡管如此，奧地利與中國的每千人太陽能熱水器使用面積比較卻呈現出了380㎡/千人：與120㎡/千人的巨大反差，顯示出歐洲太陽能應用比例很高的事實的同時，也可看到中國的太陽能資源發展潛力巨大。

而作為兩者供給關系中需求一方的建筑，目前則面臨著亟待新能源加入的現實難題。據統計，建筑能耗占我國全年能耗30%以上。以2008年為例，建筑全年能耗就達到6.55億噸標準煤。這證明，可再生能源在建筑能源中的消耗比例亟待提高，利用清潔的太陽能替代常規能源，是建筑節能的重要措施。

依附關系。建筑是太陽能的最佳應用載體，通過大量實驗數據的歸納，可以得出如下兩條結論：太陽能用于建筑供熱，最為高效，即≤60℃建筑熱水供給對應的是目前太陽能應用轉換效率最高形式；建筑是太陽能的巨大用武場所，我國建筑屋頂面積達100億平方米，有足夠場所供太陽能設備安裝。

反言之，太陽能是建筑選擇替代能源的最好對象。在不降低甚至提高使用水平的同時，減少建筑常規能耗，太陽能是不二選擇。僅僅按照我國1.5億㎡太陽熱水系統用于建筑，替代電熱水器40%用電量的保守計算，全年由此可節約建筑煤炭耗量2千萬噸以上，對應減少的二氧化碳排放達近5千萬噸。

矛盾關系。太陽能建筑應用過程中，伴隨大量建筑常規能耗被替代，也出現很多建筑美觀、使用壽命乃至安全性被破壞情況。一些場合，建筑對于太陽能又愛又恨，只有開展太陽能的建筑科學應用，才能找到合適的解決矛盾的辦法。

太陽能與建筑間的科學性應用

結合形式的科學性。這便需要建筑美觀、太陽能功效綜合考慮。太陽能和建筑關系應是太陽能服務于建筑，太陽能建筑結合形式要滿足建筑美觀要求，要不影響建筑使用壽命，減少而不是增加建筑能耗，要便于維護管理。太陽能領域為此進行了卓有成效工作，生產出諸如屋頂安裝、陽臺安裝、南墻安裝的思路。但是，目前存在僅注意形式上的“建筑一體化”的情況影響了科學應用，造成大量犧牲太陽能獲取量，致使太陽能技術經濟性嚴重縮水，同時增加了使用維護難度；另一方面，也造成太陽能貢獻率降低和建筑耗能量增加的兩敗俱傷的后果。

太陽能接收設備設置不當存在諸多隱患。例如：收量減少，投資回收年限加長；一些項目不有效利用屋頂和南向，卻在建筑東、西山墻上，大面積布置太陽能接收設備。這都違背了太陽能的科學應用，因為與垂直于太陽光線、全年可最大限度接收太陽能量的南向傾斜面布置相比，東、西立面的接收太陽能量，僅為南向傾斜面的53%（濟南為例）。因為布置不當，投資的太陽能設備全年接收到的太陽能量被縮水近一半，投資回收年限則被延長一倍。

光伏玻璃幕墻設置不當也存有隱患。例如，發電量降低，建筑空調負荷增加形式上的“一體化”。這就需要摒棄“一體化”科學方案，應通過建筑設計之初的通盤考慮確定，考慮到具有兼顧建筑美觀、太陽能科學應用、技術經濟合理特點。

技術應用的科學性。目前比較成熟的技術有：太陽能熱水技術、被動太陽能技術（節省30%以上采暖費用）、太陽能采暖、水和空氣集熱技術、太陽能空調技術、太陽能光伏、光熱發電技術。以上諸項實用技術中，前三項的初投資回收年限較短，后兩項的投資回收年限較長。

以太陽能采暖為例，可以將光熱與光伏應用進行比較。采用哪種太陽能利用技術，應基于需求，綜合考慮關聯產品和系統應用的成熟度，以及技術經濟可行性確定，初投資回收年限一般應該控制在5年左右。需要強調，電是高品位能源形式，國家為了保護環境，對太陽能光伏應用大力扶持，政府補貼下的光伏發電規模化應用，已使光伏發電投資成本大幅下降。

產品選用的科學性。這首先需要考慮兩項基本考慮因素：得熱量和價格之間的平衡和產品承壓能力是否滿足需求。根據集熱器價格由低到高排列，其順序分別為：悶曬式集熱器、平板、全玻璃真空管集熱器、熱管、U型真空管集熱器、CPC真空管集熱器，其承壓能力由集熱器構造決定。

其中，平板型真空管集熱器有著承壓強、夏季效率高、價格低的優點，但卻在冬季效率較低；全玻璃真空管則非承壓、效率較高、價格低，存有易漏水、結垢的不足；熱管真空管有著承壓強、效率較高的優勢，不過價格較高、效率衰減較快；真空U型管的優點在于承壓強、效率較高，但價格高、特殊熱水系統用的問題仍需改善；CPC真空管承壓強、效率高，但價格很高、只適于高溫系統用的缺點很是明顯。

系統應用的科學性。住宅的熱水系統可劃分為“整體式系統”、“集中集熱-集中供熱系統”、“集中集熱-分戶供熱系統”、“陽臺欄板系統”。

“整體式系統”的價格低，無需集中管理，但是供回水管路繁雜，系統熱損失大，防凍性能較差。

“集中集熱-集中供熱系統”的價格適中，綜合供熱保證率高，但是對管理的要求較高，供熱計費和收取存在隱患；對于不設換熱器的直流系統，結垢造成的系統熱性能衰減明顯。

“集中集熱-分戶供熱系統”的管理簡單，用戶自行控制水溫，自行承擔水電費，不宜結垢，使用壽命長，但是價格較高。

“陽臺欄板系統”的管理簡單，用戶自行控制水溫，自行承擔水電費，自行清洗，抗凍結，不宜結垢，使用壽命長，但是對建筑一體化的要求高，同時價格也較高。此外，在產品及系統控制和主要構配件優選、施工質量、運行調試、管理維護等方面也需要加以慎重考慮。

實際案例分析

現以北京地區的一具體案例來分析太陽能在建筑中的實際應用。基本情況：一棟15層住宅，共4個單元，每個單元30戶，供熱水溫度60℃，日熱水供量每戶100升，年均太陽能供熱保證率50%。

首先，確定集熱器與建筑的結合形式。根據熱水需求，確定了太陽集熱器面積，并與建筑師會商，確定太陽集熱器擺放場所、太陽能運行設備安置空間和管路預留位置。基于南北走向15層建筑的屋頂空間，選擇將太陽集熱器以南向傾斜40°放置于建筑屋頂的方案。

其次，篩選、確定系統方案。針對“整體式系統”對于僅15層的住宅，如采用整體式系統，一個單元的一側15戶就需布置供水、回水管線30支，預留管井占用空間過大；針對“陽臺欄板系統”，建筑設計師基于對整棟建筑的美觀性考慮，不予接受；針對“集中集熱-集中供熱系統”，系統初投資低，熱水的供熱保證率高，設計方力主選用，甲方基于入住不飽和情況，為了保證水溫、用于加熱的電費支出高的考慮，不予接受；針對“集中集熱-分戶供熱系統”， 系統后期管理簡單，無需收取熱水費用，投入用于系統循環的水泵電費和少量系統補水支出有限。雖然初投資較高，但甲方經衡量初投資和后期管理難度關系，認可該系統并前期適當加大投入。

確定系統方案后，與建筑師就系統運行的設備放置空間、分戶水箱放置位置和空間、以及對應水和電的配置事項，與建筑師進行了再次洽商，篩選并確定集熱器類型。綜合考慮屋頂實際可擺放的集熱器面積、產品承壓能力、不同類型產品對供熱量和初投資的性價比，最終選擇的產品是平板太陽能集熱器。

太陽能應用是建筑節能的一種必然選擇，我們應該汲取以往應用過程中的教訓，通過太陽能的建筑科學應用，對符合建筑應用特點技術的持續研發，使得具有百年壽命的建筑在更多節能空間里，選擇太陽能作為合作伙伴。