太陽能與建筑一體化設(shè)計策略分析

仰 陽

(長江大學(xué) 湖北 荊州 434020)

一、簡述新時期下的能源危機(jī)

新時期以來，人類必須面對石油、糧食、環(huán)境等三大危機(jī)，其中能源危機(jī)是其中最嚴(yán)重的危機(jī)。今天高速增長的經(jīng)濟(jì)離不開大量的能源消耗，煤炭石油價格高居不下，火電水電不堪重負(fù)，并且傳統(tǒng)能源形式對環(huán)境也有很大污染，因此開辟新型、干凈的能源是當(dāng)前各國十分關(guān)注的熱點。許多常規(guī)能源替代品不斷的出現(xiàn)在世人面前，太陽能、風(fēng)能、潮汐能等給新能源的發(fā)展帶來了強大的動力和希望。

針對我國具體情況，傳統(tǒng)上我國是資源大國，但是我國人口眾多，對資源消耗比較大，并且我國工業(yè)在環(huán)保要求上還有很大進(jìn)步空間，從中東、俄羅斯等地輸油管道受到各種地形、政治、經(jīng)濟(jì)因素等的影響，對我國構(gòu)成潛在風(fēng)險，因此如何發(fā)展新的清潔能源，尋找傳統(tǒng)能源替代產(chǎn)品，是當(dāng)前我國政府急需解決的問題。

作為建筑規(guī)劃人士，我們關(guān)注到當(dāng)前十分火熱的建筑一體化下的太陽能的利用問題。想通過專業(yè)知識將新型太陽能的利用與建筑設(shè)計結(jié)合起來。我們相信太陽能作為一種清潔能源在現(xiàn)在以及未來都將受到大家的重視。

二、國內(nèi)與國外太陽能的發(fā)展過程

相對國內(nèi)而言，國外太陽能與建筑一體化的發(fā)展走在前列。其中比較出名的有美國的“百萬太陽能屋頂計劃”，日本的“綠色政府行動計劃”以及稍隨其后的“陽光計劃”。當(dāng)然走在世界最前面的便是西歐國家。[1]針對上述計劃，其出發(fā)點都是建立在保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)如今，國外太陽能的利用不僅僅局限于建筑上，正在向城市形態(tài)以及BIVP技術(shù)等方面發(fā)展。當(dāng)前在歐洲太陽能集熱器安裝面積已經(jīng)超過1100萬平方米，人均占有量達(dá)到較高水平，同時，為了照顧美學(xué)上的要求，國內(nèi)外在建筑一體化與平板集成器的關(guān)系上做了大量研究，最近幾年來，在雄厚的財政支持下，相當(dāng)多西方國家已經(jīng)落地了大量的“零能房屋”

從國內(nèi)來看，雖然上世紀(jì)我國已經(jīng)開始著手利用太陽能，但是一直停留在初級階段，對光熱有一定的利用，比如太陽能熱水器，但是在光伏上的利用卻十分滯后，比如光伏發(fā)電板是近幾年才興起的，而且僅僅局限于少部分建筑以及區(qū)域。比較代表性的有上海世博會中國館對光伏發(fā)電板的利用。包括現(xiàn)如今習(xí)總書記提出的“兩山論”都要求我們做好太陽能與建筑一體化設(shè)計。另外我國三分之二的國土面積日照時間超過2200小時，為太陽能能源的應(yīng)用創(chuàng)造了堅實的客觀條件。當(dāng)前我國太陽能集熱器使用面積位居世界前列。因此，如何充分利用這一寶貴資源，是我國當(dāng)前和未來需要解決的問題。

三、外在美學(xué)設(shè)計策略分析

太陽能與建筑一體化過程中涉及到各個方面的統(tǒng)一，其中比較重要的就包括外在形式的統(tǒng)一設(shè)計，簡單來講就是避免現(xiàn)如今在農(nóng)村屋頂私搭亂建的現(xiàn)象，做到統(tǒng)一規(guī)劃，一體化設(shè)計，既避免了安全隱患，也統(tǒng)一了樣式，極大的豐富了天際線。

外在形式的統(tǒng)一設(shè)計包括一體化光伏電板的設(shè)計以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計。

就目前技術(shù)而言，光伏屋頂主要包括獨立光伏屋頂，集成光伏屋頂，光伏采光屋頂?shù)刃问健＞唧w來講，獨立光伏屋頂是在屋頂防水保溫材料外再添加的一層結(jié)構(gòu)，其對屋頂正常結(jié)構(gòu)無任何影響，不會額外占用任何屋頂以外空間，因為居于屋頂上方，其不會受到角度的影響，這種模式也是我們生活中經(jīng)常遇到的一種形式。

集成光伏屋頂也是在屋頂，但是與獨立光伏電板不同的是，其與傳統(tǒng)屋頂防水、保溫、保護(hù)層一體設(shè)計，簡單來說將太陽能電板與屋頂結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。

光伏采光屋頂直接替代傳統(tǒng)屋頂，用太陽能電池板作為屋頂，當(dāng)然傳統(tǒng)屋頂要求也必須滿足，與此同時透光性能要好行業(yè)內(nèi)通常采用透光率在10%～50%透光伏元件作為主體結(jié)構(gòu),但同時也可以使用太陽能電池板與透光頂間隔排列的方式保證透光要求。[2]

因為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是建筑中很重要的一部分，因此除在屋頂上植入太陽能電池以外，在圍護(hù)墻體上也有很成熟的光能電板的應(yīng)用。與屋頂類似，墻體光伏電板也包括以下幾種：一體化光伏墻體包括獨立光伏墻體、集成光伏墻體和光伏幕墻等。但是不論哪種形式都必須考慮不同立面高度、立面朝向、日照時間、太陽能輻射量這些根本性的問題。我們必須通過大數(shù)據(jù)分析得出最佳的安裝傾角以及材料選擇。這樣才能最大效率上做到節(jié)能環(huán)保，其次太陽能的安裝也直接影響到在建筑立面上的美觀問題。如同屋頂太陽能的美化統(tǒng)一樣，現(xiàn)如今，在節(jié)能環(huán)保、綠色低碳的口號下，立面設(shè)計再也無法回避太陽能的利用問題，作為一種新的建筑語言，如何實現(xiàn)多樣統(tǒng)一，融入到形式美法則中去是我們必須思考的。

四、太陽能與建筑一體化的優(yōu)缺點分析

太陽能與建筑一體化在日新月異的今天得到了高速發(fā)展，給國家，百姓帶來了諸多好處概括而言包括以下幾點：

從環(huán)保角度來看，太陽能是一種清潔能源，不像煤炭、石油等資源不管是開采還是廢棄物都對環(huán)境以及人類有較大的影響，此外相對上述資源而言，太陽能資源可以說是取之不盡，用之不竭的，比較符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

從土地占用及損害來看，太陽能來源于太陽，不像煤炭、石油等需要破壞大量土地來進(jìn)行開發(fā)挖掘，同時從占用土地角度來看，太陽能主要位于建筑屋頂以及立面等處，不需要占 用額外的土地資源，這對寸土寸金的今天顯得十分可貴，而且位于屋頂也有利于對陽光的吸收與轉(zhuǎn)化。

從建筑節(jié)能角度來看，光伏電板在吸收室外太陽能的過程中，無形當(dāng)中降低了建筑周邊室外溫度，起到了被動式節(jié)能作用 ，減少了室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷。在用電高峰期，每家每戶的太陽能光伏電板通過自身發(fā)點，可以緩解國家電網(wǎng)的壓力，同時當(dāng)光電板所發(fā)的電有多余時，也可以通過并網(wǎng)方式將電輸送到國家電網(wǎng)中去。[3]

當(dāng)然，太陽能與建筑一體化過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)，大部分天陽能光電板等主要運用在特定區(qū)域及示范項目上，并沒有片地開花，走進(jìn)尋常百姓之家，主要有以下原因：

前期投資較大，國家在政策上的扶持力度還不夠，太陽能發(fā)電在全周期內(nèi)計算，其每度發(fā)電量價格為2.5元遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國家電網(wǎng)的一元左右。[4]

相關(guān)材料成本高，一體化設(shè)計的帶有光伏電板系統(tǒng)的建筑物造價較高，在科研投入力度有待加強，以便降低造價。

此外由于太陽不是每天都有，因此碰見連續(xù)陰天或者雨天，其發(fā)電將會受到影響，這也是太陽能利用過程中不穩(wěn)定性所在，如何儲電是我們急需解決的問題。

五、結(jié)語

太陽能與建筑一體化過程中還有很長一段路要走，但是從可持續(xù)角度來看，一體化是未來的趨勢，為此政府必須從社會引導(dǎo)，科研投入，立法等角度加大對這一領(lǐng)域的投入，此外我們也用因地制宜，根據(jù)不同地方日照不同、光照時間不同、風(fēng)土人情不同做到不同地域下的“一體化”設(shè)計，避免千篇一律，生搬硬套。只有因地制宜才能做到造價適宜，美感適宜。