张建礼

【摘要】通过分析太阳能在建筑中的利用所涉及的技术，联系建筑设计中所需考虑的因素寻找二者之间的契合点；从太阳能建筑发展的几个阶段过程中技术的进步来探讨未来太阳能与建筑一体化的前景。

【关键词】建筑设计；太阳能；一体化；节能

现代太阳能建筑的定义主要基于建筑运营中如何充分利用太阳能，突出太阳能等可再生能源的建筑利用，以及对降低建筑使用能耗和营造健康室内环境的贡献。与绿色建筑、可持续建筑并不矛盾，他们更强调建筑全生命周期中的资源循坏、与自然的和谐共生等；从这里可以看出，太阳能建筑不是指那些简单的利用太阳能设施的建筑；而是反映了一个基于生态设计综合利用的建筑理念。与这里要探讨的太阳能建筑一体化也存在概念上的差异；以下将进行具体的分析：

1.住宅节能设计的利用

1.1.提高密闭性。提高密闭性，就是尽量减少墙壁、天井及地面上的各种构配件和建材之间的缝隙，最大限度减少室内外冷热空气的对流。密闭性不好即使施加保温材料也无法达到节能的效果。但是密闭性好的住宅必须设置换气口，定期进行换气。

1.2 提高保温性。提高保温性就是通过保温材料、保温构配件及严格的施工标准等减少室内热损失。目前，采用外保温是提高住宅保温性能的最为有效的做法。外保温与传统的保温方法不同，是采用保温材料将室内空间完全覆盖起来，不留丝毫缝隙。

1.3 多种能源组合利用。即除普通电源外，还可以通过利用太阳能、风能、地热、燃料电池及各种余热，降低石化能源消耗。

1.4 立体绿化。立体绿化就是尽量增加建筑物可以绿化的空间，通过植物吸收太阳热能，降低建筑物表面的温度。一般包括庭院、阳台、墙壁及屋面的绿化。

2. 我国利用太阳能的情况

我国有着丰富的太阳能资源，每年获得的太阳能约为3.6×1022J，相当于1.2万吨标准煤的热值[1]。约占全国国土面积的2/3的地区年平均辐射总量在3340～8400MJ/m2，年日照时数在2200h，相当于110～280kg标准煤的热值[2]。我国从70年代就开始了太阳能利用方面的研究，经过30年来的不懈努力，现已在太阳能利用和推广方面已经取得了一定的成绩，尤其在太阳能热水器方面取得了一大批科研成果。但我国的太阳能利用技术与发达国家相比还存在很大的差距，例如我国目前对太阳能在建筑中有效地利用还是探索阶段，不仅利用方式单一并且在与建筑一体化方面显得尤为落后。因此我国在太阳能技术的实用性、经济性、先进性、可操作性等方面都有很多值得进一步研究的地方。

从上世纪九十年代左右，到本世纪2008年以前这段时间，这里不妨称之为一体化前期，太阳能技术在建筑上的应用，主要体现在太阳能设备（主要是太阳能热水器）的安装和使用。这阶段普通建筑太阳能的利用尚未从建筑设计阶段开始考虑，只是太阳能设施对建筑的简单相加，因而缺乏系统的规划和相对合理的布局；有时多由业主自发安装使用，容易造成损坏建筑结构的诸多隐患；同时对建筑外观形象产生不良作用，进而影响到城市景观效果；由于非统一使用也会造成物业管理上的不便。

在这期间，人们逐渐意识到太阳能的利用也可以集约化，上规模的实施，统一的进行管理；房产商开始尝试太阳能工程化运作，与建筑结合的分体太阳能热水系统面世，并且出台相关的技术标准；由此太阳能与建筑一体化概念初步形成，并成为项目建设热点。

太阳能与建筑一体化时代的到来在某种程度上依赖于一体化前期太阳能产品技术的日趋成熟，以及太阳能技术应用标准的相对完善。

考虑到建筑在设计上要有利于收集利用太阳能，同时兼顾建筑的美观性、实用性与经济性，本文提出如下的太阳能利用与建筑一体化的新构想：在建筑物的南向及东西两向等接受太阳能较好的外表面墙体护围结构上采用与太阳墙、光伏组件的一体化设计；在建筑物的北向等接受太阳能较少的外表面墙体护围结构上采用保温墙体设计；在建筑的顶部采用建筑造型构件与太阳能热泵低温集热技术相结合的手法，把金属流道的太阳能热管模块化集热器做成合适的造型，并涂成与建筑顶面颜色相协调的颜色安插在建筑顶部预先留有空位和预埋好相应管道的构件中；在建筑的供热、制冷及供应热水方面采用分体式太阳能热泵吸收式中央空调系统，从而在提供生活用热水的同时兼顾空调采暖和制冷；以太阳能为主，燃气或电力为辅的集中供能方式。这样以来就实现了被动式与主动式相结合，多途径多层次的太阳能多元化收集与利用。

3.一体化时代，太阳能建筑的实施和运作

3.1 功能要求；一体化时代建筑设计的理念仍当是以人为本的，在满足人们生活方式的前提下，它还应该具备高效率，高舒适度，智能化，可靠性等诸多优点；

3.2 产品的要求；基于建筑功能的要求，太阳能技术产品应能与建筑产品对接，要求集成化、标准化、模数化；

3.3 項目运作模式；贯穿于项目建设的全过程，从项目设计阶段即开始介入，与建筑同步施工，制定统一的验收标准，纳入规范化项目后期管理过程；其实施要求产业化、部品化。

4. 建筑设计要求

从建筑设计角度讲，太阳能技术的利用势必对建筑设计产生一定的影响，其对建筑设计的要求，从节能方面来说，首先建筑的平面和体型设计要合理，在平面设计时要考虑到建筑的采暖、降温、采光等多方面的要求。其次要有热工性能良好的围护结构设计，加强建筑的保温隔热，这是现代建筑充分利用太阳能的前提条件，同时也有利于创造舒适健康的室内热环境。建筑围护结构的设计又包括以下几点：

4.1 合理的门窗设计

具体措施有增加窗户的气密性；减少传热量；设置遮阳构件；控制各立面的窗墙面积比，确定门窗的最佳位置、尺寸和形式；在建筑的主要出入口设置门斗等等。

4.2 外墙外保温隔热设计

外墙外保温技术的使用需要注意如下几点：保护主体结构，延长使用寿命；适用范围广，技术含量高；保温效果明显；有利于室温保持稳定；墙体潮湿情况得到改善；增加房屋使用面积等。

4.3 屋面保温隔热设计

屋面保温层设计应注意不宜选择松散密度较大、导热系数较高的保温材料，也不宜选择吸水率大的材料。当与太阳能设备构件综合考虑时，尤其应当妥善处理好防水的问题，做到不渗漏，不潮湿。

5.太阳能与建筑一体化时代

在太阳能与建筑一体化时代，太阳能技术体现在建筑上不仅仅是一种设备体量，更是建筑构件的一部分，也是建筑设计理念的支持和组成部分，很大程度上决定了建筑设计的取向，从某种程度上注入更新了以往的功能结构体系和建筑造型手法。其对设计师的要求是，建筑规划的良好把控能力，太阳能利用技术的了解和掌握，专业配合的协调性要求加大，工程设计的复杂程度提升等等。

这时期太阳能的利用将贯穿到设计领域的方方面面，从规划，到建筑、景观都将引入太阳能技术的理念，整体规划，通盘考虑犹显必要，设计观念的变化必将引起设计方法的变化；节能设计标准的实施从另一方面为太阳能建筑设计提供了一个量化参考标准；用发展的眼光看，建筑智能化时代的到来同太阳能技术的利用交相辉映，生态化的设计理念使得人们的生活环境更有层次和质感，可持续发展的理念在太阳能与建筑一体化时代仍然起着重要的导向作用。

6.结语

太阳能利用的城市化进程的到来，将带来建筑相关产业的出现，从社会层面上会带来诸多影响，对人们生活习惯甚或产生某些变化；所有种种，只有通过科学的论证，严谨的设计才能使人们利用太阳能来提高生活质量的美好愿望得以充分实现。

参考文献：

[1]郄昭昭 建筑集热器与建筑一体化设计方法初探 【J】.山西建筑.2007，09

[2]王崇杰 赵学义 论太阳能建筑一体化设计 【J】.建筑学报。2002，07