鄭野

摘 要：在建筑高速發(fā)展的同時(shí)， 近年來(lái)我國(guó)開(kāi)始大力推廣綠色建筑， 而且新能源技術(shù)日趨成熟。我國(guó)越來(lái)越重視可再生能源在建筑中的利用， 目前建筑可以利用的太陽(yáng)能技術(shù)主要有：太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)和太陽(yáng)能熱水技術(shù)。本文根據(jù)筆者工作實(shí)踐，以太陽(yáng)能資源為例，對(duì)可再生能源在建筑設(shè)計(jì)中的利用進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：可再生；能源；建筑設(shè)計(jì)；太陽(yáng)能

1 前言

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常迅速，對(duì)能源的需求量巨大，很多城市也逐漸成為典型的能源匱乏城市， 能源供需缺口大。目前， 我國(guó)正處于城市化和新型工業(yè)化快速發(fā)展時(shí)期， 建筑能耗呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。十三五規(guī)劃明確指出， 加快城市群建設(shè)發(fā)展， 優(yōu)化提升東部地區(qū)城市群， 建設(shè)京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角世界級(jí)城市群， 提升山東半島、海峽西岸城市群開(kāi)放競(jìng)爭(zhēng)水平。城市群的建設(shè)， 為我國(guó)帶來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇， 同時(shí)也為能源供應(yīng)帶來(lái)巨大的壓力[1-3]。因此， 利用太陽(yáng)能等可再生能源解決建筑的采暖、熱水供應(yīng)、照明等問(wèn)題， 對(duì)替代常規(guī)能源， 促進(jìn)建筑節(jié)能具有重要意義， 其在城市群的建設(shè)中顯得尤為重要與迫切。

2 太陽(yáng)能資源在建筑中的應(yīng)用概述

我國(guó)共有近600億平米建筑， 目前城鎮(zhèn)化正處在快速發(fā)展時(shí)期， 每年建成的房屋面積近20億平米 97%以上都是高能耗建筑， 預(yù)計(jì)到2020年， 全國(guó)高耗能建筑面積將達(dá)700億平米。建筑總耗能占社會(huì)總耗能的比重已經(jīng)從20世紀(jì)70年代的10%增加到30%， 預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)上升到35%[4]。

3 建筑利用太陽(yáng)能存在的問(wèn)題

雖然現(xiàn)在我國(guó)開(kāi)始大面積推廣綠色建筑， 但是我國(guó)綠色建筑以被動(dòng)節(jié)能為主。近年來(lái)， 我國(guó)逐步調(diào)整能源結(jié)構(gòu)， 降低化石能源比重， 可再生能源在建筑上已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用， 但是依然存在一些問(wèn)題。建筑利用太陽(yáng)能的技術(shù)主要還停留在利用比較低端的太陽(yáng)能熱水技術(shù)；利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電也存在很多不合理的情況。另外， 我國(guó)新建建筑物增速依然很快， 而且建筑能耗增長(zhǎng)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)能源生產(chǎn)可能增長(zhǎng)的速度。人們不僅要積極提高建筑物的能源使用效率， 而且應(yīng)該深入、合理地應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)。這不僅能夠緩解國(guó)家能源緊缺狀況， 還能調(diào)節(jié)我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境、減少污染、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展[5]。因此， 建筑節(jié)能是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能規(guī)劃目標(biāo)、減排溫室氣體的重要措施， 符合全球發(fā)展趨勢(shì)。

4 如何在建筑中合理應(yīng)用可再生能源

中國(guó)大部分地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富， 我國(guó)每年獲得的太陽(yáng)能約為3.6×10J， 相當(dāng)于1.2萬(wàn)億t標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值[5]。約占全國(guó)國(guó)土面積2/3的地區(qū)年平均輻射總量在3 340～8 400 MJ/m， 其年日照時(shí)數(shù)超過(guò)2 200 h， 具有利用太陽(yáng)能的良好條件。按照輻射量的多少， 可以將我國(guó)劃分為四個(gè)區(qū)域， 分別為一類區(qū) （資源豐富區(qū)） 、二類區(qū) （資源較豐富區(qū)） 、三類區(qū) （資源可利用區(qū)） 和四類區(qū) （資源貧乏區(qū)） 。太陽(yáng)能資源的利用也可以分為兩類：一是太陽(yáng)能光伏發(fā)電， 即光照在晶體硅上， 根據(jù)“光生伏特效應(yīng)”， 光能直接轉(zhuǎn)化為電能[3]；二是太陽(yáng)能光熱利用， 即直接利用太陽(yáng)能熱輻射， 把太陽(yáng)能熱能轉(zhuǎn)化為建筑熱水[1]。根據(jù)太陽(yáng)能熱輻射的分布， 一類區(qū)和二類區(qū)優(yōu)先考慮在建筑上采用太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)， 或者太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)能熱水一體化系統(tǒng)。由于可利用小時(shí)數(shù)有限， 一般在1 300 h以下， 三類區(qū)優(yōu)先考慮太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)， 可以在做充分可行性研究的情況下， 適當(dāng)在屋面布置太陽(yáng)能光伏組件。在四類區(qū)， 由于熱輻射太低， 太陽(yáng)能光伏和光熱的可利用小時(shí)數(shù)太低， 所以其應(yīng)該避免應(yīng)用成本較高的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)， 可以適當(dāng)應(yīng)用成本較低的太陽(yáng)能熱水體統(tǒng)。

目前由于政府的政策導(dǎo)向， 太陽(yáng)能光伏發(fā)電工程在我國(guó)進(jìn)入飛速發(fā)展期。同樣， 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)也在建筑中得到了大量的應(yīng)用。太陽(yáng)能光伏發(fā)電建筑從一開(kāi)始無(wú)序發(fā)展， 慢慢地發(fā)展到現(xiàn)在有條理的發(fā)展。

太陽(yáng)能光伏建筑系統(tǒng)即BMPV （Building Mounted Photovoltaic） ， 可以分為兩類：一是太陽(yáng)能光伏建筑一體化系統(tǒng)， 即BIPV （Building Integrated Photovoltaic） ；二是安裝在建筑上的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)， 即BAPV （Building Attached Photovoltaic） 。

太陽(yáng)能光伏組件可以安裝在建筑的屋頂處和建筑外墻處。安裝在建筑外墻的太陽(yáng)能光伏組件， 由于受到朝向和周邊建筑物遮擋的原因， 在通常情況下， 發(fā)電效率很低， 成本較高。太陽(yáng)能光伏組件更適合安裝在建筑的屋頂上。因此， 塔式高層建筑由于屋面面積和建筑外墻比值較小， 所以不適合安裝太陽(yáng)能光伏組件；而屋面面積和建筑外墻比值較大的建筑、多層住宅， 適合安裝太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)。

BIPV即太陽(yáng)能光伏組件可以直接作為建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。BIPV建筑安裝光伏組件后， 在同樣位置不需要安裝其他建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。常見(jiàn)的BIPV組件形式有光伏幕墻、光伏屋面板。BIPV建筑物能省去光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)和其他維護(hù)材料， 節(jié)約了建筑材料， 非常符合綠色建筑的理念。BIPV建筑組件和建筑可以統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)， 使建筑更為美觀， 不讓光伏組件顯得突兀。但是， BIPV建筑存在很多問(wèn)題， 最大的問(wèn)題是光伏組件壽命和建筑壽命不統(tǒng)一。光伏組件壽命一般為25年， 而建筑壽命一般為50年。所以， 在運(yùn)行期的第26年到第50年， 光伏組件材料的轉(zhuǎn)換效率、材料的耐久性和組件間的密封性能都是不可控的， 如果維修或者更換組件， 對(duì)建筑物本體就會(huì)帶來(lái)很大的影響。所以， BIPV建筑不適用于作為住宅類建筑和大型公共建筑的主體建筑維護(hù)材料， 其比較實(shí)用于一些門式鋼架廠房的屋頂、一些大型停車場(chǎng)的屋頂?shù)葘?duì)使用年限和耐久性等要求不是很高的建筑， 還可應(yīng)用到一些非主要建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)件上， 如雨棚、遮陽(yáng)篷等。

BAPV是二次安裝在建筑上的相對(duì)獨(dú)立的光伏組件。BAPV相對(duì)于BIPV浪費(fèi)組件支架材料。BAPV建筑的整體美觀性不如BAPV， 但是對(duì)BAPV建筑光伏組件維護(hù)和更換完全不影響建筑本身。所以， BAPV更適合用在多層住宅建筑和屋頂面積較大的大型公共建筑上。

5 結(jié)語(yǔ)

建筑利用可再生能源的普遍化， 已經(jīng)是一種不可逆轉(zhuǎn)的社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。在利用可再生能源時(shí)， 人們應(yīng)該注意其合理性?？稍偕茉捶趾芏喾N， 建筑也分很多種， 不是所有建筑都適合利用各種可再生能源。因此， 針對(duì)不同的地區(qū)和不同種類的建筑， 人們必須選擇合適的可再生能源。

（1）在太陽(yáng)能資源一、二類區(qū)， 屋面面積較大的大型公共建筑和多層住宅適合采用BAPV太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)； （2）在太陽(yáng)能資源一、二類區(qū)， 輕鋼廠房或者倉(cāng)庫(kù)適合采用BIPV太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)； （3）在太陽(yáng)能資源三類區(qū)， 屋面面積較大的大型公共建筑和多層住宅適合采用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)， 如果需太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)， 那么做充分可行性研究， 論證后如果可以采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)， 那么應(yīng)采用BAPV太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)； （4）在太陽(yáng)能資源三類區(qū)， 輕鋼廠房或者倉(cāng)庫(kù)適合采用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)， 如果需太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)， 那么做充分可行性研究， 論證后如果可以采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)， 建議優(yōu)先采用BIPV太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。

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