太陽能資源在建筑上的應用現狀及未來發展研究

文_邢利鈞 北京市城市規劃設計研究院

1 太陽能建筑的應用前景

據統計我國2/3以上地區年日照時數大于2000h，日照在5×106kJ/(M2·a)以上。利用太陽能減少建筑能耗和改善建筑物理環境是建筑技術發展的一個重要方向。在建筑行業，太陽能產品占總全領域產品比例非常小，因此太陽能資源在建筑行業具有非常大的發展空間。隨著工業的快速發展致使環境污染日益嚴重，有專家稱，如果再不用綠色能源代替化石能源提供動力，那么由于過度使用化石能源而造成的溫室效應等環境問題，將會日趨嚴重，人類將遭受更大威脅。而其中最有效的方法就是應用太陽能資源，最大化地利用太陽能資源，能夠減少二氧化碳的排放量，使得人類排放的二氧化碳和植被利用的二氧化碳達到平衡，從而有效減少環境污染。

2 太陽能資源在建筑中的應用現狀

2.1 熱水系統

在日照多的地區推廣太陽能熱水系統。

2.2 采暖系統

太陽能采暖系統由太陽能集熱器、水箱、連接管、控制系統的構成。將分散的太陽能通過集熱器轉化成熱水，將水儲存在水箱內，然后通過熱水輸送到發熱末端，提供建筑供熱的需求。太陽能采暖系統適用于我國未進行集中供熱的地區。

2.3 照明系統

太陽能照明本質上是一個光電轉換系統，專業領域稱為“硅晶片地面光伏組件”。其工作原理是通過硅晶片接收太陽光線后轉變為電能，然后儲存在蓄電池中，在需要時進行照明。光電轉換技術的一種應用產品“太陽能燈”具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規電能等特點，可廣泛應用于住宅樓梯間，樓體外部亮化及小區內道路、草坪的照明。

3 太陽能資源在建筑應用中出現的問題

3.1 建筑規劃設計中缺乏綠色節能理念

國內太陽能資源應用起步較晚，在建筑行業還沒有形成太陽能節能觀念，設計師們在規劃設計時，關注點在于結構設計、空間利用率、園林規劃等工業方面，而缺乏對能源利用的思考，無法在建筑中充分利用太陽能資源，構造節能型建筑。

3.2 建筑行業沒有將太陽能產品有機結合

目前，現有的建筑體中，沒有將太陽能產品和建筑結構有機結合起來。產品設計和建筑施工時，將建筑和太陽能兩個概念分離，成為兩個獨立考慮的方面。在建筑中忽略太陽能節能，或者一味追求太陽能產品的大規模使用，而弱化了建筑的設計美感。

3.3 國內對節能型建筑的要求和評估標準不夠完善

國內建筑行業應用太陽能資源理念起步較晚，在行業內，還沒有形成統一的評估標準。太陽能建筑規劃、設計、施工、驗收時沒有統一的標準，行業內成果參差不齊，沒有引起行業內的重視與形成競爭效應，造成了太陽能資源在建筑行業的應用方面發展受阻，速度較慢。

3.4 國內地域環境差別大

我國幅員遼闊，國土涵蓋了多種不同的地勢條件，因此太陽能資源分布情況也不同，如高原地區太陽能資源豐富，盆地略差。因此對不同地區的太陽能裝置應用條件要求不同，施工難度大。

4 在建筑工程中合理應用太陽能資源的解決措施

4.1 加強對建筑設計人員的培養

前期設計對后續的建筑施工過程極其重要，具有指揮引導的作用，因此，擁有一批節能觀念強的高素質的設計師非常必要。需加大對人才的培養，從而提高人員配置，在行業內形成“綠色建筑、節能發展”的理念，將理念貫穿到建筑設計過程中。對建筑設計操作人員進行專業培訓，提高綠色建筑理念。在建筑規劃和設計初期就將太陽能資源科學合理應用到建筑結構中，將太陽能產品和建筑成果有機結合，設計出實用性強，節能效果好的建筑產品。

建議建筑公司實行校企合作，在大學的工業設計、建筑設計、工程力學等相關專業中開設綠色節能建筑方向，或者建立節能方向的建筑設計師培養實習訓練中心或教育基地，定向培養建筑人才，畢業后到企業工作。

4.2 提高對建筑應用型太陽能產品開發力度

建筑應用型太陽能產品就是將太陽能資源利用與建筑產品有機結合，實現最大化的節能效率，同時保持建筑的設計美感。因此，太陽能產品的開發商，就需要根據建筑行業的各項需求，開發配套的，契合度高的太陽能產品。

例如，可以加大對薄膜太陽能建筑構件技術和產品研發的支持力度。將支持薄膜太陽能技術作為落實《建筑節能與綠色建筑發展“十三五”規劃》的舉措之一，在住建部、科技部等部門專項計劃中部署薄膜太陽能建筑構件技術和產品研發任務，支持相關領域優勢企業組建國家重點實驗室、工程技術中心等創新平臺。

同時，加大薄膜太陽能建筑構件及一體化系統的應用推廣力度。將薄膜太陽能建筑構件和一體化系統列入新建建筑的強制性產品應用推廣目錄，加快完善建筑光伏構件標準規范，建立覆蓋薄膜太陽能技術、產品和一體化系統的綠色建筑標準體系，在京津冀、長三角、珠三角等重點區域率先開展應用試點示范，逐步拓展應用區域。

4.3 完善統一節能型建筑的建設和評估標準

建議相關部門牽頭，集合行業內尖端、聲譽好、建筑質量高的企業、部門及專家對節能型建筑和評估要求標準進行統一，讓建筑行業在節能型建筑的設計、施工、驗收的過程中，有法可依，形成嚴格、高質量、高效率的行業風氣。

4.4 因地制宜進行不同規劃

我國地形類別豐富，差別大，太陽能資源分布也不相同，因此因地制宜，在不同地區進行相應的規劃設計，節能效果更顯著。

在邊遠貧困地區建筑應用光伏發電，實現自給自足，緩解居民生活中用電緊張的壓力。

在常年炎熱，濕度大的地區，應用太陽能資源來制冷和空調除濕。

在寒冷地區、干燥地區，大力發展太陽能加熱系統、太陽能溫室、太陽能大棚等。

在太陽能資源豐富的地區，大力發展太陽能發電、太陽能熱水系統；別墅住宅和大型公共建筑等屋面面積較大的適合采用太陽能發電和熱水系統；倉庫等廠房適合采用BIPV太陽發電系統。

在太陽能資源豐富的地區，大型公共建筑和別墅住宅等屋面面積較大的適合采用太陽能熱水系統，如果需要采用發電系統，需要經過測評考察后，若可以使用光伏發電系統，那么應采用BAPV太陽能發電系統。

5 太陽能技術在建筑中的未來發展趨勢

太陽能發電系統作為清潔無污染的環保設備，得到了國家的大力支持，尤其在建筑業中，在建筑物中采用太陽能設備已成為今后的發展趨勢。要充分調研不同位置下太陽能設備的利用率情況，并結合建筑物外觀，合理設計設備功能。還應制定出太陽能設備在生產、銷售、安裝、維護等各個環節的標準，強化與建筑設計、暖通空凋、給水排水等單位的合作，促進太陽能設備早日進入到建筑物設計標準之中，成為建筑物必不可少的基礎性設施。

6 結語

在建筑領域中，大規模使用節能型產品已經是大勢所趨，而太陽能資源作為一種來源豐富的清潔能源，將會在建筑產業中發揮更大的作用。太陽能產品設計師應該發揮出太陽能資源的巨大潛力，高效利用資源，將理論與實際相結合，更好地節約資源，保護地球，促進人與自然和諧相處。在利用太陽能資源的過程中，建筑設計時應該注重其合理性、應用性。不同的建筑結構采用不同的太陽能產品類型，同時對不同的發展地區應該因地制宜地進行不同的發展規劃，利用清潔能源，減少社會生產垃圾，堅持可持續發展。