太陽能的發(fā)展及對節(jié)能建筑的影響

王薇 王彪

摘 要：隨著“建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”基本國策的提出，建筑節(jié)能被逐漸提上章程。太陽能作為最普遍、最貼近人們日常生活的節(jié)能手段，慢慢從小眾走向大眾。由于傳統(tǒng)資源的消費方式在人們心中已經根深蒂固，太陽能節(jié)能系統(tǒng)這一概念，從提出到發(fā)展至今日，經歷了跌宕起伏的過程。當今太陽能節(jié)能系統(tǒng)逐漸完善，本身系統(tǒng)對于太陽能的利用率轉換率隨著技術的成熟有很大的提升，人們對于傳統(tǒng)能源的消費方式，也隨著能源告急，慢慢轉向新興能源。由于人類的衣食住行所帶來的能源消耗巨大，建筑作為人類居住、生活的主要場所，建筑節(jié)能逐漸被重視。建筑和太陽能的有機結合，是當今建筑節(jié)能的主要手段。

關鍵詞：傳統(tǒng)能源；太陽能節(jié)能系統(tǒng)；建筑節(jié)能

傳統(tǒng)化石燃料是人類生活的關鍵能源基礎，推動了人類的發(fā)展。隨著經濟的快速增長和人口的快速增長，對于傳統(tǒng)化石燃料的需求越來越高。過度的開采，粗獷式消費帶來的問題接踵而至：過度開采導致資源儲量告急，化石燃料的使用導致人居環(huán)境惡化，地震、海嘯的發(fā)生等問題，都是大自然向粗獷發(fā)展方式亮起的紅燈。發(fā)達國家可以通過優(yōu)化能源結構、建設可再生能源的發(fā)生站來降低傳統(tǒng)化石燃料的應用。發(fā)展中國家由于經濟、技術的種種落后，導致只能通過增加化石資源的開采和消耗來推動經濟的發(fā)展，這也是全球能源消耗增長的主要原因。中國地大物博，傳統(tǒng)化石燃料的探明儲量雖較可觀，但是人均占有量均不到世界平均水平。中國傳統(tǒng)能源告急的情況，并非危言聳聽。在浪費資源的行為發(fā)生前，應時刻提醒自己，中國各項資源的人均占有量，都低于世界平均水平，甚至與我們生活緊密相關的石油、天然氣的人均占有量僅為世界人均占有量的1/15。近幾年國家也將“建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”作為基本國策提出，綠色節(jié)能建筑也逐漸被人們熟知。

建筑、工業(yè)、交通是能源消耗的三大領域。建筑施工和建筑材料的成本制作所占的建筑能耗比重很小，建筑能耗主要集中在照明、采暖、制冷、家用電器、熱水、烹調等方面。日常生活所消耗的能源，占建筑能耗的大部分比重。因此日常的節(jié)能和變換能源消費方式，是建筑節(jié)能的主要手段。雖說建筑能耗占總能耗的比例越高，人民生活水平越高，但是我們需要的是健康的能源消耗方式，而不是盲目的使用，“粗放式”地提高生活水平而不計后果地使用。對傳統(tǒng)能源消費方式的轉變是節(jié)約建筑能耗的一部分，對可再生能源的利用也是節(jié)約傳統(tǒng)能源消耗的重要手段。

太陽能是萬物生長的原動力，也是農業(yè)發(fā)展的基石，從古至今?，F(xiàn)代對于太陽能主要是使用太陽能系統(tǒng)或裝置對太陽能展開收集、儲存、轉換等一系列步驟，供給人類生活所需的電能、熱能。人們常見的太陽能利用形式為太陽能熱水器（圖1）。太陽能熱水器相較于傳統(tǒng)電熱水器、燃氣熱水器有明顯的節(jié)能效果，且使用壽命較長，質量過關的太陽能熱水器使用壽命長達十年以上。但是太陽能熱水器自身的局限性，使其難以得到大規(guī)模推廣。中國南方多陰雨天氣，加上夏天熱水需求較小，冬天熱水需求較大，導致冬天常出現(xiàn)熱水供應不足的情況。再者，太陽能熱水器的使用受樓層限制。住在中低層的用戶，常常需要放掉超過10m管道的冷水，如果冷水不能妥善使用，也直接導致了水資源的浪費。此外，太陽能熱水器價格高于其他傳統(tǒng)能源熱水器。

由于太陽能發(fā)展相較于傳統(tǒng)能源所帶來的電能、熱能的收益較模糊，投資與收益步驟較為復雜，所以會有很多不可控因素阻礙太陽能的發(fā)展。在當下利益和未來可持續(xù)發(fā)展兩者之間，還是立竿見影的利益較為誘人。第二次世界大戰(zhàn)結束十幾年后，曾有過一段時間的太陽能熱潮，熱潮持續(xù)一段時間，開始消退，是因為中東發(fā)現(xiàn)了大量廉價石油。在人們既有思維中，太陽能仿佛是傳統(tǒng)能源的備胎，隨著傳統(tǒng)能源價格的增長，水漲船高。如果傳統(tǒng)能源的價格降低，太陽能則會被冷落。這種不健康的消費思維，應該隨著傳統(tǒng)能源危機，逐漸改變。

隨著探索的深入和技術的完善，太陽能節(jié)能系統(tǒng)也日趨完善。材料的改變，使得太陽能轉換率大大改善。在建筑方面，通過改變建筑局部構造和太陽能吸收轉換材料的引入，是建筑節(jié)能發(fā)展的重要一步。特朗勃墻（圖2）是將太陽能的運用引入建筑的典型例子，它是利用建筑結構和特殊材料將太陽輻射所產生的熱能進行收集的構造。特朗勃墻可以有效降低傳統(tǒng)能源的消耗。通過熱壓通風、室內外換氣、墻體儲熱導熱等手段，在冬夏兩季給使用者以舒適的室內溫度，室內外空氣的交換，也能給使用者提供更加健康的生活環(huán)境。隨著探索的深入，特朗博墻也一步步被完善。百葉窗型特朗博墻則是用特殊材質可逆轉百葉窗代替?zhèn)鹘y(tǒng)特朗博墻的太陽能吸收材料。夏季百葉窗向陽面為高反射涂層，將太陽能反射，不進入室內，以保證室內溫度事宜。冬季百葉窗逆轉系統(tǒng)運作，向陽面轉變?yōu)闉楦呶胀繉?，可以吸收大量太陽能轉化為熱能。方便、經濟地改善了特朗博墻，使得性能得以最大化體現(xiàn)。1m2特朗勃墻的安裝成本為1600元，與1m2的玻璃幕墻800元相比，成本雖高出一倍之多，但是1m2特朗勃墻在冬日每天可為建筑節(jié)省3.9元的傳統(tǒng)能源消耗。帶來的經濟收益和生態(tài)收益可謂是可觀。隨著對特朗勃墻重視程度的提高，國內外專家也做了很多將太陽能光電技術和太陽能光熱技術與特朗勃墻相結合的嘗試，將太陽能資源最大化利用。隨著科技的進步，特朗勃墻的造價也逐漸降低。而且它對于改善室內空氣質量這一方面，相較于傳統(tǒng)新風系統(tǒng)更加節(jié)能。

為了刺激建筑節(jié)能的有效落實，國家和地方政府也對此做出了相關的規(guī)定。如2014年鄭州市人民政府辦公廳發(fā)文《鄭州市人民政府關于加快發(fā)展綠色建筑的意見》（鄭政文〔2013〕20號）中提到：自2014年12月30日起，全市（包括鄭州航空港經濟綜合實驗區(qū)、鄭東新區(qū)、鄭州高新區(qū)、鄭州經濟開發(fā)區(qū)和各縣、市、區(qū)）范圍內單體建筑面積超過2萬平方米的機場、車站、賓館、飯店、商場、寫字樓等大型公共建筑，新立項政府投資的學校、醫(yī)院、博物館、科技館、體育館等建筑，保障性住房應按綠色建筑標準進行規(guī)劃、設計、建設和運營管理，其中政府投資的公益性建筑必須達到二星級以上標準（含二星級）。不僅如此，現(xiàn)在很多新型小區(qū)也響應了政府號召，把太陽能光伏光熱板融入到每層圍護結構中。這樣避免了上文中提到的由于輸水管道過長，中低層用戶很難快速、節(jié)約地使用熱水情況的發(fā)生。太陽能光伏板也能供給用戶每日所需的部分電量。加入了光伏光熱電板的小區(qū)，也可以以此作為營銷手段，刺激消費。我們要做的是，從設計的最初階段，就將太陽能節(jié)能系統(tǒng)融入到建筑設計中。這樣不僅可以規(guī)避后期改造帶來的附加經濟，也可以避免建筑外立面由于太陽能系統(tǒng)的附加，影響美感情況的發(fā)生。太陽能節(jié)能系統(tǒng)與建筑的融合，不是一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)簡單堆疊的過程。建筑朝向如何在不影響使用功能的前提下，更好地迎合太陽能節(jié)能系統(tǒng)；建筑結構在加入了太陽能節(jié)能系統(tǒng)，應該做出怎樣的調整；如何平衡太陽能節(jié)能系統(tǒng)和建筑外立面美感等問題，都是需要建筑師和太陽能技術專家反復溝通才可以趨于完善。

現(xiàn)階段建筑美學與太陽能節(jié)能系統(tǒng)的矛盾依然存在，兩者之間的平衡點依然在探索階段。太陽能節(jié)能系統(tǒng)完成建筑電力、供熱、熱水、供冷等節(jié)能工作，需要占用建筑向陽立面百分之七十（圖3），甚至更多的面積來安裝集熱板。因此為了保證美觀和節(jié)能系統(tǒng)工作的順利進行，外立面、門窗顏色樣式的選擇，需要與太陽能節(jié)能系統(tǒng)結合起來，尋求一個折中的點。這是一個方面，另一個方面是太陽能集熱器本身外觀、形態(tài)能否在不影響功能效率的前提下，得到改善也非常重要。Anderson，T.N.等人將不同顏色的材料引入太陽能集熱器中，改善了集熱器的外觀，使得其與建筑外立面的美感沖突得以緩和，但是集熱效果與傳統(tǒng)選擇性涂層太陽能集熱器相比略遜一籌。如何才能“魚和熊掌兼得”，對于建筑師而言，既是機會，也是挑戰(zhàn)。

參考文獻：

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作者簡介：

王薇，河南工業(yè)大學，教授。

王彪，河南工業(yè)大學，研究生。