摘 要：太陽能作為清潔的可再生能源，具有巨大的優(yōu)勢和開發(fā)潛力。太陽能與建筑的有機結(jié)合會大大降低建筑對傳統(tǒng)能源的消耗，將成為今后建筑節(jié)能設(shè)計的重要方向。本文介紹了太陽能的兩種應(yīng)用技術(shù)：太陽能光熱技術(shù)、太陽能光伏技術(shù)。討論了兩種技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用形式，闡釋了太陽能光伏與建筑的組合方式，并分析了兩種技術(shù)的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：太陽能；光熱技術(shù)；光伏技術(shù)；建筑節(jié)能；應(yīng)用

1 引 言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化的加速及人民生活水平的不斷提高，社會對能源的需求不斷增加。而我國正處于快速發(fā)展階段，能源消耗巨大且逐年攀升，據(jù)統(tǒng)計，2013年全國能源消費總量約為37.6億t標煤，相比2012年增速為3.9%；全社會用電量約5.34萬億kWh，相比2012年增速為7.5%。而在全社會能源消耗總量中，建筑在施工和使用過程中消耗的能源占比巨大，約占全社會總能耗的30%，因此，建筑節(jié)能研究具有重要的現(xiàn)實意義。

太陽能作為綠色新能源之一，在我國的資源相當豐富，年總輻射量約在930～2330kWh/m2，多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在4kWh/m2以上[1]。因此，研究太陽能技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用，對減少建筑物對煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源的消耗和優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，具有重要意義。目前，太陽能在建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用主要是通過將太陽能技術(shù)和建筑設(shè)計相結(jié)合，為建筑提供發(fā)電、供熱、采暖等能源，降低建筑對傳統(tǒng)能源的消耗，達到節(jié)能的目的。太陽能技術(shù)主要包括太陽能光熱技術(shù)和太陽能光伏技術(shù)，本文將分別對其在建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用進行探討。

2 太陽能光熱技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用

2.1 太陽能光熱技術(shù)的分類

2.1.1 被動式太陽能光熱技術(shù)

被動式太陽能光熱技術(shù)是指不借助外加媒介，直接利用建筑本身的結(jié)構(gòu)或材質(zhì)特點，為建筑提供熱能的技術(shù)。其實現(xiàn)方式主要有以下兩個方面：一方面是通過合理選取建筑的朝向和地勢以及巧妙的功能分區(qū)來調(diào)節(jié)冬夏季建筑熱量需求；另一方面是通過合理挑選建筑材料，如具有蓄熱能力的地板、墻體、玻璃等，為建筑保溫。

2.1.2 主動式太陽能光熱技術(shù)

主動式太陽能光熱技術(shù)是指利用外加媒介或技術(shù)手段，使太陽能為建筑提供所需能量的技術(shù)。其實現(xiàn)方式主要是通過在建筑物中增加額外的設(shè)備，如風機、熱水器、太陽能空調(diào)等，利用水、空氣等傳輸媒介，將太陽能間接的轉(zhuǎn)化為建筑所需要的能量，包括：太陽能熱水技術(shù)、太陽墻采暖新風技術(shù)、太陽熱能空調(diào)技術(shù)等。

2.2 太陽能光熱技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用形式

2.2.1 建筑太陽能熱水系統(tǒng)

建筑太陽能熱水系統(tǒng)主要是將太陽能熱水器與建筑有機結(jié)合，并將太陽能轉(zhuǎn)化為水的熱能，提供建筑內(nèi)熱水供應(yīng)，減少燒水需要的額外能源，達到節(jié)能的目的。太陽能熱水器與建筑的結(jié)合形式主要分為分離式和集成式。其中分離式指太陽能熱水器與建筑彼此分開，只是將太陽能熱水器放置于建筑上，整個熱水系統(tǒng)的功能構(gòu)成不涉及建筑物的相關(guān)結(jié)構(gòu)。如：陽臺壁掛式真空管太陽能熱水器系統(tǒng)，采用固定螺栓將其與陽臺外側(cè)固定；屋頂緊湊式真空管太陽能熱水器系統(tǒng)，將熱水器放置于屋頂并用螺栓固定。分離式熱水器，特別是壁掛式熱水器，由于采用螺栓固定且長期處于外界環(huán)境下，容易受風雨等外界環(huán)境因素影響，在長期的恒荷載和活荷載作用下，存在著安全問題。因此建筑設(shè)計時可以考慮為太陽能設(shè)備預(yù)留相應(yīng)的支撐平臺等，一方面便于安裝，另一方面可以防止跌落造成安全等問題。而集成式太陽能熱水系統(tǒng)指將建筑的部分結(jié)構(gòu)設(shè)計成熱水器的功能組件，兩者集成到一起，共同組成熱水系統(tǒng)。如：遮陽集成式平板太陽能熱水器，將建筑的遮陽部分用加熱材料做成太陽能熱水器的集熱器，在室外吸收輻射，保溫水箱布置在室內(nèi)來儲存加熱后的熱水。與分離式熱水系統(tǒng)相比，集成式熱水系統(tǒng)占用面積小，集成度高，安全性較好，但是，也存在著更換、維修困難等缺點。

2.2.2 建筑太陽能供熱及空調(diào)系統(tǒng)

建筑太陽能供熱系統(tǒng)通過設(shè)置建筑集熱結(jié)構(gòu)，吸收太陽能，維持建筑內(nèi)部溫度，降低采暖能耗，達到節(jié)能的目的[2]。主要包括：設(shè)置太陽能集熱地板及建筑集熱墻，在冬季利用墻體和地板吸收太陽能，保持屋內(nèi)溫度；設(shè)置太陽能熱水循環(huán)系統(tǒng)，利用太陽能加熱循環(huán)水，并利用高溫熱水在建筑內(nèi)循環(huán)供熱，如屋頂池式太陽房，在屋頂設(shè)置儲水池，冬季白天利用太陽加熱，晚上利用輻射對流為下面房間供熱。太陽能空調(diào)系統(tǒng)是一種兼有供暖、供冷兩種功能的建筑節(jié)能手段。供熱功能可以利用太陽能直接加熱空氣，并利用空調(diào)系統(tǒng)將加熱空氣送入建筑為其提供熱量[3]。供冷功能主要實現(xiàn)方式有：太陽能吸收式制冷，太陽能吸附式制冷，太陽能噴射制冷。其中，吸收式制冷依賴于吸收式熱泵技術(shù)，利用吸收劑的汽化、冷凝過程提供冷量，而太陽能主要用于吸收劑的汽化加熱，其技術(shù)相對成熟，而其他技術(shù)均處于研發(fā)試驗階段。

3 太陽能光伏技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用

太陽能光伏技術(shù)是指利用光電效應(yīng)原理，通過太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)[4]。與光熱技術(shù)相比，光伏技術(shù)應(yīng)用于建筑節(jié)能更具靈活性，與建筑的結(jié)合形式也更加多樣化。

3.1 太陽能光伏與建筑的結(jié)合方式

太陽能光伏與建筑的結(jié)合主要有兩種方式：①建筑與太陽能光伏系統(tǒng)結(jié)合，將組裝好的光伏組件安裝到屋頂，再與蓄電池、逆變器、控制系統(tǒng)等組成光伏發(fā)電系統(tǒng)，建筑物主要起到支撐的作用。②建筑與太陽光伏組件集成，用光伏組件代替建筑構(gòu)件，如屋頂、窗戶、墻面、遮陽、雨篷等，光伏組件不僅要滿足光伏系統(tǒng)的功能要求同時還要兼顧建筑的基本性能要求。

3.2 太陽能光伏建筑供電

太陽能光伏建筑供電是利用太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電，為建筑提供電能，降低建筑電能消耗，達到節(jié)能目的。實際應(yīng)用中，光伏發(fā)電系統(tǒng)可分別與建筑用電線路、照明線路、路燈線路耦合，即設(shè)置成既可獨立光伏供電又可與電網(wǎng)聯(lián)合供電的方式，晴天時為建筑內(nèi)用電設(shè)備、照明等供電，陰天可根據(jù)太陽能光伏發(fā)電量的多少額外附加外部電能。

3.3 太陽能光伏建筑儲能

太陽能光伏建筑儲能指在太陽能光伏建筑中增加儲能設(shè)備，當晴天或用電量小時，將太陽能產(chǎn)生的電能儲存起來，供晚上、陰天等太陽能發(fā)電量小或用電量大時使用。目前常用的儲能手段主要有鉛酸電池儲能、鋰離子電池儲能、液流電池儲能等，可根據(jù)具體需要配合光伏系統(tǒng)選擇。太陽能光伏建筑設(shè)計時，可將墻面、屋頂?shù)冉ㄖ砻鎱^(qū)域設(shè)置成太陽能電池板，將儲能電池等設(shè)備放置在建筑的內(nèi)部，如地下室、車庫等，并利用儲能控制系統(tǒng)、逆變器及輸電網(wǎng)絡(luò)等將二者相連。

4 結(jié) 語

太陽能作為新一代能源，具有資源豐富、清潔無污染和可再生等優(yōu)點，是理想的替代能源。太陽能與建筑的有機結(jié)合將大大降低建筑對傳統(tǒng)能源的消耗，達到節(jié)能減排的目的，將成為今后建筑節(jié)能的重要途徑之一。與太陽能光熱技術(shù)相比，太陽能光伏技術(shù)，由于集成度高、離網(wǎng)發(fā)電、儲能方便等技術(shù)優(yōu)勢，將在建筑節(jié)能設(shè)計應(yīng)用中發(fā)揮越來越重要的作用。但是由于太陽能的能流密度較低，易受地點、氣候、季節(jié)等多種因素影響，加之光伏設(shè)備前期投資較大、維護成本較高、技術(shù)不成熟等缺點，在進行大規(guī)模推廣應(yīng)用前，仍需要進一步研究。

參考文獻

[1]李世祥，成金華.中國能源效率評價及其影響因素分析[J].統(tǒng)計研究.2008，25（10）：18～25.

[2]高微，趙榮飛，劉慶玉等.太陽能技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用.安徽農(nóng)業(yè)科學.2007，35（8）：2368～2369.

[3]任社明.淺析太陽能在建筑節(jié)能領(lǐng)域中的應(yīng)用.價值工程.2010，29（6）：228.

[4]李蔚，吳婧華，張文良.太陽能光伏技術(shù)與應(yīng)用，建筑機電節(jié)能，2009，4（3）：9～12.