淺談建筑表皮與太陽能設計的一體化

【摘 要】建筑表皮設計要求更加生態節能，而太陽能正是當今應用最為廣泛的生態能源，本文就如何將建筑表皮與太陽能設計一體化進行了探討，包括太陽能與建筑一體化應用中存在的問題，以及太陽能與建筑表皮一體化設計的具體應用進行了分析。

【關鍵詞】建筑表皮 太陽能 設計一體化

一、引言

傳統意義上的建筑圍護系統逐漸被人們成為建筑表皮系統。隨著時代的發展，建筑表皮的設計要求更加生態、節能、綠色。我們在追求建筑物本身功能的同時，也要求建筑表皮更符合可持續發展的原則。為了追求更加生態綠色的建筑設計方式，太陽能技術成為目前應用最廣泛的節能技術。太陽能技術利用在建筑中的綜合利用具有非常重要的作用。未來建筑將大量應用太陽能技術來減少常規能源的依賴，從而達到建筑節能的必然趨勢，目前我國的太陽能利用技術在建筑中的應用仍不完善，還有很多需要改進的方面。

二、太陽能與建筑一體化應用中存在的問題

雖然國內對太陽能技術業已進行了全方位研究，但是建筑與太陽能系統的結合仍然普遍存在很多問題：

（1）利用形式單一。1999年全世界的太陽能熱水器面積達5400萬m2，我國高達到400萬m2，居全球之首。但光伏發電為全世界太陽能光伏1/150。因此，我國建筑利用太陽能以光熱為主，其使用方式、使用時段單一，基本利用真空管熱水器生產熱水；北方地區冬季基本不能使用。

（2）安裝使用粗放。國內雖然鼓勵大規模使用太陽能熱水器，但安裝缺乏統一規劃：熱水器規格各異、位置參差不齊、管道布置零亂、施工困難，太陽能裝置易破壞屋頂防水層。無預設管道，管線長期暴露；建筑的防水、防雷、防風、承重方面造成安全隱患。

（3）設計缺乏考慮。建筑師對于太陽能利用技術與建筑本身相互結合欠缺考慮。建筑外觀處于雜亂無章的無序狀態，形成視覺污染。

三、太陽能與建筑表皮一體化的具體應用

太陽能與建筑一體化是建筑節能的重要途徑，也是科技水平的綜合運用。它是將太陽能利用技術與先進的建筑節能技術和節能產品等優化組合，調整建筑耗能比例結構、提高太陽能保證率，為建筑提供采暖、制冷和熱水，營建低能耗、高舒適性的使用環境。

（一）光電系統與表皮結合

主動式太陽能建筑往往由于建筑師設計與施工方安裝不同步不協調而顯得相互間格格不入。“一體化設計，統一施工”就是建筑方案設計之初，將光伏電池系統作為美學一部分納入設計思路中，并做到從技術層面使之可行、可用，從藝術方面可觀、可賞。

光伏電池的物理特性為隔熱保溫，防水防潮，可作為玻璃幕墻成為建筑表皮的一部分；當光伏電池位于屋頂與墻壁等外圍護結構時，彩色光模塊與造型光模塊可以成為屋面或墻體的構成材料，不僅節約外裝，同時使建筑外觀更具魅力。

光伏系統與建筑表皮一體化的優點有：

（1）建筑物的表皮能為光伏系統提供足夠的面積，不需要額外的占地面積，而且省去了光伏系統的支撐結構和輸電費用；

（2）光伏部件是建筑物總構成的一部分，除了發電功能外，還是建筑物耐候的外部裝飾材料，從而節省安裝和材料費用。如果安裝光伏系統被集成到建筑施工過程中，可大大降低安裝成本。

（3）對電網起到調峰作用，對于大多數商業、辦公建筑來說，白天是用電的高峰時期，同時也是光伏系統工作的時間。

（4）光伏系統的外觀與現代建筑追求的視覺效果非常協調，甚至能夠強化建筑物的現代感和建筑質量。

（5）光伏系統與建筑表皮的優化集成能夠在很大程度上改善建筑表皮特別是透明建筑表皮的熱工性能。

從以上介紹不難看出，建筑表皮洗頭工與光伏系統的結合將是未來建筑的發展趨勢之一。

（二）輻射板技術建筑一體化

利用太陽能為建筑空間供熱制冷不僅只有真空管熱水系統，還有更為先進的輻射板一體化技術。在建筑的外圍墻面和屋頂上安裝具有選擇性吸收涂層的輻射板，提高建筑外圍護結構的保溫隔熱性能，利用太陽能、空氣源和低溫太空源，建立超低能耗的可再生能源綜合利用建筑，既可降低建筑所需能耗，又可減少對大氣和環境的污染。輻射板系統可以滿足建筑的外觀材質與顏色的需要，管道藏于墻內，可替代暖氣與空調，做到與建筑表皮融為一體。

（三）結構與構件蓄熱

為了貯存熱量，把建筑物的圍護結構里皮，裝以蓄熱材料，作成“特隆布墻”，將蓄熱體直接設置在南面窗戶的后面，當蓄熱體吸收太陽輻射，加熱后能再通過輻射和對流方式加熱房間內部空氣。新型建筑外墻雙層中空玻璃可以同時起到太陽熱水器的作用，玻璃40%的面積是透明的，余下部分被盤旋狀的可以通水的銅管以及銀反射管所覆蓋，覆蓋物位于玻璃內層雙層中空玻璃可以吸收太陽能，并把水加熱，對于一個大樓來說，僅僅利用外墻玻璃就能把熱水問題解決，每年可節省大量的電力和煤氣。

（四）太陽能與建筑表皮一體化——采光、遮陽

據統計，建筑的空調系統與公共建筑的照明耗費的能源數據相當驚人。國內建筑由于文化傳統考慮自然通風與采光，但國外一直以來崇尚機械通風采光。在節能為首的基礎上，越來越多建筑師通過不同的采光與遮陽手段展現建筑的魅力。當前遮光材料應用廣泛，可以為建筑的表皮提供各種介質：玻璃、混凝土、金屬材料、電池等；處理手段也較多，主要是依靠建筑物自身的空間布置以及特殊而巧妙的處理，使熱流生產自然循環，從而對太陽能進行吸收、傳遞和存貯。在夏季又可產生反射與阻尼太陽能的作用，達到冬暖夏涼的效果。

1.導光系統與表皮結合

通過外部構件的設置，使得外部光線合理的引入內部空間，避免強光，同時也為背光側引入太陽光。這樣就使整個建筑呈現一種類似于“暖水保溫瓶”的現象，在一定程度上實現了建筑物的單向熱傳導性，降低建筑內熱能或冷能的流失，減少建筑的整體能耗。

2.遮陽系統與窗結合

在室外或室內甚至雙層體系中增加可調遮光百葉或安裝傾斜角度可控的鋼制遮陽板。此類建筑的前期投入并不比普通建筑高很多，但在長期運營過程中，卻能取得很好的節能效益。

四、總結

現代建筑表皮設計更趨生態、綠色和節能，太陽能更是目前應用最為廣泛的生態能源，將太陽能與建筑表皮進行一體化設計，滿足了生態節能的要求。太陽能與建筑表皮的應用具體體現為光電系統與表皮結合、輻射板技術建筑一體化、結構與構件蓄熱以及采光遮陽上的應用，當然太陽能與建筑一體化設計還有很多方式，需要在今后的工作中加以探索和研究，發現更新的技術，使建筑設計更加生態、環保。

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