DOI： 10.19911/j.1003-0417.tyn20240328.01 文章編號(hào)：1003-0417（2024）07-70-09

摘 要：對被動(dòng)式太陽能建筑和主動(dòng)式太陽能建筑的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，并對主動(dòng)式太陽能建筑中可與建筑相結(jié)合的太陽能熱利用技術(shù)和可與建筑相結(jié)合的光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：1）被動(dòng)式太陽能建筑技術(shù)研究方法逐漸由定性分析為主轉(zhuǎn)向定性、定量和綜合分析，并以節(jié)能低碳、室內(nèi)熱舒適度、設(shè)計(jì)優(yōu)化及相變材料的應(yīng)用作為研究重點(diǎn)。2） 系統(tǒng)的性能系數(shù)和太陽能保證率是建筑太陽能熱利用技術(shù)的研究重點(diǎn)，設(shè)備選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行策略是主要研究內(nèi)容；陰、雨、雪天等太陽能無法利用的工況多采用太陽能輔助熱泵供暖系統(tǒng)。3）增強(qiáng)光伏組件通風(fēng)性可使光伏組件降溫，提升光伏建筑一體化（BIPV）建筑的光伏發(fā)電量；回收利用光伏發(fā)電伴生熱量有助于提升能源綜合利用率。

關(guān)鍵詞：被動(dòng)式太陽能建筑；主動(dòng)式太陽能建筑；光伏建筑一體化；太陽能熱水系統(tǒng)；太陽能供暖；太陽能空調(diào)制冷

中圖分類號(hào)：TU29 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0" 引言

2023年3月，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）正式發(fā)布第6次評估報(bào)告的綜合報(bào)告《氣候變化2023》，該報(bào)告預(yù)測在2021—2040年內(nèi)，全球溫升將達(dá)到1.5 ℃。大量使用化石燃料導(dǎo)致溫室效應(yīng)，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)是減緩全球變暖的重要路徑。對于占全球終端能源消耗30%的建筑行業(yè)而言，廣泛應(yīng)用以太陽能為主的可再生能源，是減少化石燃料依賴、實(shí)現(xiàn)低碳建筑的有效解決方案。

20世紀(jì)70年代爆發(fā)的能源危機(jī)促進(jìn)了太陽能的開發(fā)利用，主要側(cè)重于單純的太陽能熱利用和光伏發(fā)電，然而將太陽能與建筑相結(jié)合的概念，當(dāng)時(shí)并未得到廣泛關(guān)注。1992年的“聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”和1996年的“世界太陽能高峰會(huì)議”召開，推動(dòng)和發(fā)展了太陽能在建筑中的應(yīng)用[1]。當(dāng)前，太陽能建筑主要包括被動(dòng)式太陽能建筑和主動(dòng)式太陽能建筑兩類。本文對被動(dòng)式太陽能建筑和主動(dòng)式太陽能建筑的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，并對主動(dòng)式太陽能建筑中可與建筑相結(jié)合的太陽能熱利用技術(shù)和可與建筑相結(jié)合的光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行分析。

1" 被動(dòng)式太陽能建筑

近年來，對于被動(dòng)式太陽能建筑的研究逐步關(guān)注室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和建筑整體性能，注重城市規(guī)劃與建筑設(shè)計(jì)整合分析，研究方法論由“現(xiàn)象—問題—策略”向“問題—規(guī)律機(jī)制—優(yōu)化調(diào)控”轉(zhuǎn)變。JGJ/T 267—2012《被動(dòng)式太陽能建筑技術(shù)規(guī)范》對被動(dòng)式太陽能建筑的規(guī)劃、技術(shù)集成、施工驗(yàn)收等方面提出了明確要求。被動(dòng)式太陽能建筑的發(fā)展歷程分為3個(gè)階段[1]，研究方法逐漸由定性分析為主轉(zhuǎn)向定性、定量和綜合分析，具體如表1所示。

針對被動(dòng)式太陽能建筑的研究，下文分別從節(jié)能低碳、室內(nèi)熱舒適度、設(shè)計(jì)優(yōu)化及相變材料的應(yīng)用等方面進(jìn)行分析。

1.1" 節(jié)能低碳

Li等[2]提出了一種改進(jìn)的“白盒”動(dòng)態(tài)建筑熱模型，用于預(yù)測被動(dòng)式太陽能建筑的室內(nèi)熱環(huán)境和采暖消耗，研究結(jié)果表明：太陽輻射可有效降低建筑熱負(fù)荷。Chen等[3]構(gòu)建了主動(dòng)式和被動(dòng)式太陽能采暖系統(tǒng)協(xié)同仿真模型，建立了以建筑和主動(dòng)式系統(tǒng)碳排放最小為目標(biāo)的優(yōu)化模型，優(yōu)化后系統(tǒng)的碳排放總量比被動(dòng)式太陽能建筑和鍋爐聯(lián)合供暖時(shí)的碳排放總量減少了26.5%～50.3%。Sivaram等[4]提出了一種改進(jìn)型集成被動(dòng)式太陽能系統(tǒng)的建筑，其利用太陽能蒸餾器的熱能進(jìn)行空氣通風(fēng)，每年可減少17.5 kg的二氧化碳排放量。

1.2" 室內(nèi)熱舒適度

Zhu等[5]針對秦巴山區(qū)被動(dòng)式太陽能建筑的仿真研究結(jié)果表明：增加太陽能房可將冬季農(nóng)宅室內(nèi)溫度提高1.1 ℃左右。通過對印度的某被動(dòng)式太陽能建筑進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：相較于常規(guī)建筑，該建筑的熱損失減少了約35%[6]，冬季室內(nèi)溫度約為15.0～17.7 ℃[7]。川西高原的某被動(dòng)式太陽能采暖建筑的冬季室溫為8.5～21.2 ℃[8]，該建筑的室內(nèi)最低溫度比建筑改造前（原建筑）高11.9 ℃，大部分時(shí)間室內(nèi)溫度可保持在10 ℃以上，顯著提高了室內(nèi)熱舒適度。Gong等[9]提出了一種與平面重力輔助熱管相結(jié)合的新型被動(dòng)式太陽能建筑，其冬季室內(nèi)平均溫度達(dá)到了16.7 ℃，比參考房屋的高6.8 ℃。

1.3" 設(shè)計(jì)優(yōu)化

Qiu等[10]提出了一種綜合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和能源參數(shù)的模擬方法，對濕熱氣候下被動(dòng)式太陽能辦公樓圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵影響因素進(jìn)行探索，結(jié)果表明：玻璃系統(tǒng)、窗墻比和屋頂涂層是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵影響因素。Sivaram等[11]開發(fā)了一種集成被動(dòng)式太陽能技術(shù)的建筑，使該建筑的室內(nèi)換氣頻次可達(dá)12次/h。Ménard等[12]將窗戶設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)的立面，以適應(yīng)天氣和使用場景的變化，有效提高了被動(dòng)式太陽能建筑在冬天的采暖潛力。

1.4" 相變材料的應(yīng)用

Gresse等[13]、Bao等[14]采用微型相變材料、納米二氧化硅和碳纖維制備了高性能膠凝復(fù)合材料，將太陽能儲(chǔ)存在被動(dòng)式太陽能建筑中。Zhou等[15]提出了一種可應(yīng)用于被動(dòng)式太陽能建筑的包含相變材料的動(dòng)態(tài)集熱墻（即特朗勃墻），該動(dòng)態(tài)集熱墻的總體集熱效率提高了20%。Sayed等[16]將熱水器和相變材料應(yīng)用于埃及地區(qū)住宅的太陽能煙囪作為被動(dòng)式太陽能冷卻技術(shù)，與短風(fēng)塔結(jié)合，使全天室內(nèi)溫度降低4～8 K。Zhang等[17]將相變溫度為18 ℃、厚度為30 mm的相變材料應(yīng)用于被動(dòng)式太陽能建筑，使其冬天的采暖能耗降低了20.76%。Zhang等[18]設(shè)計(jì)了一種采用新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)的被動(dòng)式太陽能建筑墻體，白天時(shí)，墻體中的相變材料層被夾在外層磚層和絕緣層之間；日落之后，相變材料層與絕緣層交換位置，此種墻體的節(jié)能率高達(dá)89%。

1.5" 小結(jié)

綜上可知，被動(dòng)式太陽能建筑的研究集中在：1）以碳排放、室內(nèi)溫度、節(jié)能率為目標(biāo)，通過采用實(shí)證研究、仿真模擬、現(xiàn)場測試等方法開展研究；2）被動(dòng)式太陽能建筑能有效降低碳排放量、提高室內(nèi)熱舒適度；3）玻璃系統(tǒng)和窗墻比是設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵影響因素，將外窗設(shè)置為可調(diào)立面可提高被動(dòng)式太陽能建筑冬季時(shí)的采暖潛力；4）相變材料廣泛應(yīng)用于被動(dòng)式太陽能建筑，使建筑的節(jié)能效果和舒適性良好。

2" 主動(dòng)式太陽能建筑

主動(dòng)式太陽能建筑是指通過太陽能熱利用、光伏發(fā)電等可控技術(shù)，對太陽能進(jìn)行收集、蓄存和使用，使太陽能成為主要能源的節(jié)能建筑[19]?？膳c建筑結(jié)合的太陽能熱利用技術(shù)包括太陽能熱水技術(shù)、太陽能空調(diào)制冷技術(shù)和太陽能供暖技術(shù)等；而可與建筑結(jié)合的光伏發(fā)電技術(shù)包括在現(xiàn)有建筑上安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)（BAPV）技術(shù)和光伏建筑一體化（BIPV）技術(shù)，本文僅分析BIPV技術(shù)。

2.1" 太陽能熱水技術(shù)

太陽能熱水系統(tǒng)是太陽能熱水技術(shù)的主要應(yīng)用形式。此類系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于住宅建筑中，在節(jié)能減排方面發(fā)揮了重要作用。GB 50364—2018《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試驗(yàn)收、運(yùn)行維護(hù)等提出了明確規(guī)定。

2.1.1" 系統(tǒng)形式

早期的太陽能熱水系統(tǒng)為無輔助熱源的自然循環(huán)系統(tǒng)，但隨著技術(shù)進(jìn)步，目前的太陽能熱水系統(tǒng)多為有輔助熱源的系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)的循環(huán)形式包括無動(dòng)力集熱循環(huán)、自然循環(huán)、強(qiáng)制循環(huán)等多種類型。15S128《太陽能集中熱水系統(tǒng)選用與安裝》給出了太陽能集中熱水系統(tǒng)的形式與適用范圍，提供了較為成熟的太陽能集中熱水系統(tǒng)示意圖，并明確了控制要求。

2.1.2" 性能優(yōu)化研究

研究人員提出了多種方法來優(yōu)化太陽能熱水系統(tǒng)性能，包括提高設(shè)備性能[20-21]、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[22]、與其他系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行以提高整體的能源利用率[23-24]。

運(yùn)行策略對太陽能熱水系統(tǒng)能效的影響幅度約為8%～18%[25]，可從提高太陽能熱水系統(tǒng)集熱效率、降低水泵能耗[26]和降低運(yùn)行成本[27]等角度來優(yōu)化太陽能熱水系統(tǒng)的運(yùn)行策略。Bernardo等[28]通過降低設(shè)定的輔助加熱器溫度來優(yōu)化太陽能熱水系統(tǒng)的運(yùn)行策略，使安裝于隆德市、里斯本市和盧薩卡市的太陽能熱水系統(tǒng)的太陽能保證率分別達(dá)60%、78%和81%。Ntsaluba等[29]研究了一種循環(huán)泵流量控制方法，并應(yīng)用于具有兩個(gè)圓形回路的間接熱交換太陽能熱水系統(tǒng)，使系統(tǒng)集熱量增加了7.82%。Araujo等[30]發(fā)現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)采用比例控制策略時(shí)，其太陽能保證率比采用開關(guān)控制策略時(shí)高50%以上。Li等[31]提出了一種簡單靈活的循環(huán)泵和輔助熱泵控制優(yōu)化策略，使太陽能熱水系統(tǒng)的能耗降低了32.9%。

2.2" 太陽能空調(diào)制冷技術(shù)

太陽能空調(diào)制冷技術(shù)是通過利用由太陽能集熱器收集的太陽輻射能來驅(qū)動(dòng)制冷設(shè)備工作，從而為室內(nèi)降溫。常見的太陽能空調(diào)制冷系統(tǒng)包括太陽能吸收式制冷系統(tǒng)、太陽能吸附式制冷系統(tǒng)和太陽能干燥冷卻系統(tǒng)3種類型。

2.2.1" 太陽能吸收式制冷系統(tǒng)

太陽能吸收式制冷系統(tǒng)通常使用氨-水或溴化鋰-水工質(zhì)對作為制冷工質(zhì)[32]。Jayadeep等[33]的研究表明：在太陽能空調(diào)制冷技術(shù)中，太陽能吸收式制冷系統(tǒng)是最經(jīng)濟(jì)可行的選擇；與氨-水相比，溴化鋰-水工質(zhì)對具有更高的性能系數(shù)和較低的發(fā)電機(jī)溫度要求，更適用于太陽能吸收式制冷系統(tǒng)。

學(xué)者通常采用計(jì)算機(jī)模擬工具來評估和優(yōu)化太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的性能。Bakhtiari等[34]采用實(shí)驗(yàn)和仿真來分析某14 kW單極溴化鋰太陽能吸收式制冷系統(tǒng)，結(jié)果表明：制冷工質(zhì)的流量和溫度對太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的性能影響很大。Saleh等[35]研究發(fā)現(xiàn)：選擇合適的部件溫度可使太陽能吸收式制冷系統(tǒng)吸收裝置的性能系數(shù)值超過0.8；制冷工質(zhì)的溫度高于40 ℃會(huì)顯著降低制冷系統(tǒng)的性能。Shirazi等[36]的仿真結(jié)果表明：以系統(tǒng)能耗、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性為優(yōu)化目標(biāo)，具有供暖和制冷雙重效果的太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的綜合性能最優(yōu)。

2.2.2" 太陽能吸附式制冷系統(tǒng)

太陽能吸附式制冷系統(tǒng)利用硅膠、沸石等固體吸附材料來吸附空氣中的水蒸氣，而太陽能集熱器通過加熱吸附材料來促進(jìn)制冷劑解吸，釋放水蒸氣并產(chǎn)生冷卻效果[37]。

2.2.3" 太陽能干燥冷卻系統(tǒng)

太陽能干燥冷卻系統(tǒng)的工作原理與太陽能吸附式制冷系統(tǒng)相似，其使用固體吸附材料作為干燥劑，吸收空氣中的水分，然后利用太陽能熱量再生干燥劑，釋放水分；干燥空氣通過冷卻裝置用于制冷。

2.3" 太陽能供暖技術(shù)

太陽能供暖系統(tǒng)是太陽能供暖技術(shù)的主要應(yīng)用形式。此類系統(tǒng)將熱能儲(chǔ)存在蓄熱水箱，用于滿足建筑冬季熱負(fù)荷[38]。GB 50495—2019《太陽能供熱采暖工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對太陽能供暖系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算方式，設(shè)備選型，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工、調(diào)試驗(yàn)收等方面均提出了詳細(xì)要求。

2.3.1" 系統(tǒng)形式

太陽能供暖系統(tǒng)通常由太陽集熱系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等組成[39]。與傳統(tǒng)供暖方式相比，太陽能供暖系統(tǒng)具有能源成本低、清潔環(huán)保、使用壽命長、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)[40]，是當(dāng)前分散式清潔供暖方式的主力，一些國家將其放在太陽能利用方式的首位。

2.3.2" 系統(tǒng)性能優(yōu)化

一些學(xué)者從太陽能保證率、集熱系統(tǒng)類型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面對太陽能供暖系統(tǒng)進(jìn)行了研究。Badran等[41]對分別采用太陽能集熱器和太陽能池的地板供暖系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果顯示：采用太陽能集熱器時(shí)的系統(tǒng)效率比采用太陽能池時(shí)的高7%。Shariah等[42]的仿真研究表明：對于小型太陽能熱水器而言，水箱體積與太陽能集熱器面積之比越大，太陽能保證率越大。

2.3.3" 太陽能輔助熱泵供暖系統(tǒng)

國際能源署（IEA）太陽能供暖和制冷計(jì)劃Task44的目標(biāo)是將太陽能供暖系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)優(yōu)化集成。這兩種系統(tǒng)結(jié)合可形成太陽能輔助熱泵供暖系統(tǒng)，當(dāng)太陽能不可用或不滿足需求（陰/雨/雪天）時(shí)，太陽能輔助熱泵系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)供暖效果的替代方案。常見的太陽能供暖系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)集成方法是將太陽能集熱器與熱泵蒸發(fā)器串聯(lián)[43]，與單獨(dú)的太陽能供暖系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)相比，太陽能輔助熱泵供暖系統(tǒng)蒸發(fā)器的溫度較高，可有效提高系統(tǒng)能效。Bakirci等[44]實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行條件、運(yùn)行環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性等均會(huì)影響太陽能輔助熱泵供暖系統(tǒng)的類型選擇和設(shè)計(jì)方式，蓄熱效果是影響系統(tǒng)整體性能的重要因素。Liang等[45]數(shù)值研究了太陽能集熱器面積對太陽能輔助空氣源熱泵供暖系統(tǒng)性能系數(shù)的影響，結(jié)果表明：該系統(tǒng)的性能系數(shù)隨太陽能集熱器面積、太陽輻射強(qiáng)度和供暖季晴天數(shù)量的增加而增加。Kong等[46]建立了基于集總參數(shù)分布的太陽能輔助熱泵供暖系統(tǒng)熱性能預(yù)測仿真模型，在給定結(jié)構(gòu)參數(shù)、氣象參數(shù)、時(shí)間步長和最終水溫的情況下，數(shù)值模型可以輸出熱容量、系統(tǒng)性能系數(shù)和太陽能集熱器集熱效率等運(yùn)行參數(shù)。Asaee等[47]研究發(fā)現(xiàn)，采用改進(jìn)后的太陽能輔助熱泵供暖系統(tǒng)，建筑能耗和溫室氣體排放均減少約20%。

2.3.4" 小結(jié)

綜上，可與建筑相結(jié)合的太陽能熱利用技術(shù)的研究進(jìn)展總結(jié)如下：1）學(xué)者多通過實(shí)驗(yàn)和仿真方法來提高太陽能熱水系統(tǒng)的性能，研究重點(diǎn)在于運(yùn)行策略優(yōu)化；2）太陽能吸收式制冷系統(tǒng)是太陽能空調(diào)制冷技術(shù)的主要應(yīng)用形式，常采用溴化鋰-水工質(zhì)對作為制冷工質(zhì)；3）太陽能保證率、系統(tǒng)性能是太陽能供暖系統(tǒng)的主要研究目標(biāo)，太陽能輔助熱泵供暖是節(jié)能降碳的有效方案。

2.4" BIPV技術(shù)

BIPV技術(shù)是將光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)融為一體的技術(shù)，主要應(yīng)用形式為光伏屋頂、光伏幕墻、光伏窗等。

RISN-TG029—2017《建筑光伏系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》、GB/T 37655—2019《光伏與建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范》、16J908《建筑太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)與安裝》等建筑與光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合時(shí)的規(guī)范對光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備選型，建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工安裝等均提出了明確要求。

目前，對于BIPV建筑，國內(nèi)外主要從其發(fā)電性能、光伏組件對建筑冷熱負(fù)荷的影響、綜合節(jié)能效果和建筑光伏組件冷卻等方面進(jìn)行研究。

2.4.1" 建筑發(fā)電性能

BIPV建筑的光伏發(fā)電量[48]與建筑朝向、季節(jié)及建筑所處緯度有關(guān)，光伏組件安裝在南向外墻的發(fā)電量比安裝在屋頂時(shí)高[49]。與晶體硅光伏組件相比，三結(jié)非晶硅光伏組件的發(fā)電量在夏季和冬季可分別提高15%和8%[50]。

光伏發(fā)電量隨光伏組件溫度的升高而降低，設(shè)置空氣流道可有效降低光伏組件溫度。以光伏組件覆蓋率31%的BIPV建筑為例，光伏幕墻采用自然通風(fēng)措施時(shí)的年發(fā)電量比無通風(fēng)措施時(shí)的高2%～4%[51]。通道寬高比為0.11時(shí)光伏組件降溫效果最好[52]。自然通風(fēng)狀態(tài)下，光伏組件間距為0.1 m時(shí)能有效避免其發(fā)電效率降低[53]。在北京地區(qū)，當(dāng)金屬光伏屋面上的光伏組件安裝間距為30 mm、空腔厚度為68 mm時(shí)，光伏組件的溫度可降低25.35%[54]。在埃及開羅地區(qū)，當(dāng)光伏幕墻的空腔厚度為22 cm時(shí)，光伏組件的發(fā)電量較高；夏季工況，風(fēng)速為2 m/s時(shí)，光伏組件安裝間距取60 mm可使夏季建筑的冷負(fù)荷降低30%；冬季工況，通過利用光伏組件的伴生熱量，可以使建筑的熱負(fù)荷降低40%[55]。

2.4.2" 光伏組件對建筑冷熱負(fù)荷的影響

光伏幕墻、光伏窗、光伏遮陽板等BIPV構(gòu)件能有效降低建筑的冷熱負(fù)荷。與未安裝光伏組件的墻體相比，單晶硅光伏幕墻可使夏季室內(nèi)得熱量減少51%，冬季的散熱量減少32%[56]。應(yīng)用光伏窗時(shí)建筑的能耗明顯下降[57]。當(dāng)非晶硅雙玻光伏組件的透光率為7%時(shí)，其可使建筑的全年能耗降低35%[58-59]。與普通玻璃窗相比，單層半透明光伏窗在夏季可減少建筑65%的總得熱量[60-61]。與單層光伏窗相比，自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)的雙層光伏窗的夏季室內(nèi)得熱量可分別降低38%和62%[62]。光伏遮陽板[63]對改善辦公建筑室內(nèi)熱環(huán)境具有較好效果。

回收光伏組件的伴生熱量有助于提升建筑節(jié)能效果，利用建筑外墻安裝的單晶硅光伏組件背板散熱量來預(yù)熱空氣[64]，可使新風(fēng)的平均溫度提升8.5 ℃[65]?；厥绽霉夥M件的伴生熱量，綜合能量利用率可達(dá)30%以上[66]。

BIPV構(gòu)件能顯著提升建筑綜合節(jié)能性能。巴西地區(qū)，采用光伏外窗可比普通外窗節(jié)能約40%[67]；在歐洲典型地區(qū)，光伏外墻可降低16%的建筑全年能耗[68]。

2.4.3" 建筑光伏組件冷卻技術(shù)

光伏組件溫度上升不僅會(huì)導(dǎo)致BIPV建筑的發(fā)電效率下降，還加速太陽電池老化，常用的建筑光伏組件降溫技術(shù)包括自然空氣循環(huán)冷卻、強(qiáng)制空氣循環(huán)冷卻、液浸冷卻、熱電冷卻、熱管冷卻、相變冷卻等，這幾種降溫技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對比如表2所示。

此外，BIPV建筑的構(gòu)造（光伏墻的空腔長度、寬度、是否開口及開口位置等，光伏窗透光率、玻璃層數(shù)、是否鍍膜等）及節(jié)能潛力需根據(jù)建筑所在地區(qū)、建筑朝向、光伏組件性能，通過模擬或?qū)嶒?yàn)方法來確定。

2.4.4" 小結(jié)

綜上可知，BIPV建筑的研究結(jié)果表明：1）增加通風(fēng)流道可有效降低光伏組件溫度，提升光伏發(fā)電量；2） BIPV構(gòu)件有助于降低建筑冷熱負(fù)荷；3）回收利用光伏組件的伴生熱量，有利于提升綜合能量利用率。

3" 結(jié)論

本文對被動(dòng)式太陽能建筑和主動(dòng)式太陽能建筑的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展進(jìn)行了闡述，并對主動(dòng)式太陽能建筑中可與建筑結(jié)合的太陽能熱利用技術(shù)和可與建筑結(jié)合的光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了分析。得到以下結(jié)論：

1） 被動(dòng)式太陽能建筑技術(shù)研究方法逐漸由定性分析為主轉(zhuǎn)向定性、定量和綜合分析，并以節(jié)能低碳、室內(nèi)熱舒適、設(shè)計(jì)優(yōu)化及相變材料的應(yīng)用作為研究重點(diǎn)。

2）系統(tǒng)的性能系數(shù)和太陽能保證率是建筑太陽能熱利用技術(shù)的研究重點(diǎn)，設(shè)備選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行策略是主要研究內(nèi)容；陰、雨、雪天等太陽能無法利用的工況多采用太陽能輔助熱泵供暖系統(tǒng)。

3）增強(qiáng)光伏組件通風(fēng)性可使光伏組件降溫，提升BIPV建筑的光伏發(fā)電量；回收利用光伏發(fā)電伴生熱量有助于提升能源綜合利用率。

被動(dòng)式太陽能建筑和主動(dòng)式太陽能建筑均對改善建筑能源結(jié)構(gòu)，降低建筑碳排放有正面作用。

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OVERVIEW OF SOLAR BUILDING TECHNOLOGY

RESEARCH AND DEVELOPMENT

Sun Chang，Zhang Lei，Ju Xiaolei

（China Architecture Design amp; Research Group，Beijing 100044，China）

Abstract：This paper elaborates on the current application status and research progress of passive solar buildings and active solar buildings，and analyzes the solar thermal utilization technology that can be combined with buildings and the PV power generation technology that can be combined with buildings in active solar buildings. The results indicate that：1） The research methods for passive solar building technology are gradually shifting from qualitative analysis to qualitative，quantitative，and comprehensive analysis，with a focus on energy conservation and low-carbon，indoor thermal comfort，design optimization，and the application of phase change materials. 2） The performance coefficient and solar energy guarantee rate of the system are the research focuses of building solar thermal utilization technology，and equipment selection，system design，and operation strategy are the main research contents. Solar assisted heat pump heating systems are often used in conditions where solar energy cannot be utilized，such as cloudy，rainy，and snowy days. 3） Enhancing the ventilation of PV modules can cool them down and increase the PV power generation of BIPV buildings. Recycling and utilizing the heat generated by PV power generation can help improve the comprehensive energy utilization rate.

Keywords：passive solar building；active solar building；BIPV；solar hot water system；solar heating；solar air conditioning refrigeration

收稿日期：2024-03-28

基金項(xiàng)目：“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“建筑光伏系統(tǒng)綜合評價(jià)方法及典型設(shè)計(jì)方案研究”（2022YFB4201001）

通信作者：孫暢（1994—），女，碩士、工程師，主要從事可再生能源與建筑集成方面的研究。sunc@cadg.cn