【摘 要】太陽能作為一種清潔能源具有取材方便、成本低廉的優勢，因此越來越受到人們的廣泛關注。近年來，隨著人們對環境問題認識的深入和能源問題的進一步惡化，越來越多的建筑開始使用清潔、節能的太陽能裝置。如何實現太陽能與建筑設計的一體化是擺在建筑師面前的一個十分重要的問題，本文作者結合自己的相關經驗對此進行了探討。

　　【關鍵詞】太陽能;建筑設計;一體化

引言

　　建造和使用太陽能住宅在冬季可減少部分采暖用煤，因而節省了燃料，減輕了對大氣的污染。根據實際使用的結果推算，在中國北方地區，太陽能住宅建筑平均可節約燃煤量30kg/(m2·年)。因此，充分利用取之不盡的太陽能，對于改善建筑的居住條件、提高室內溫度、節約常規能源、改善生態環境有著十分重要的意義。可以將太陽能被動式應用與主動式應用結合起來使用，與建筑進行一體化設計，這個系統將達到較好的節能和使用效果。

一、建筑與太陽能一體化設計的基本概念及優點

　　1、建筑與太陽能一體化設計的基本概念

　　所謂建筑與太陽能技術一體化不是簡單的“相加”，而是要通過“相加”整合出一個嶄新的答案。也就是說建筑應該從設計一開始的時候，就要將太陽能系統包含的所有內容作為建筑不可或缺的設計元素加以考慮，巧妙地將太陽能系統的各個部件融入建筑之中“相加”設計，使太陽能系統成為建筑不可分割的一部分，而不是讓太陽能系統成為建筑的附加構件。真正的太陽能技術與建筑一體化是指太陽能產品及構件在建筑上的應用，并做到與建筑設計進行有機的結合。

　　2、 建筑與太陽能一體化設計的優點

　　經過一體化設計的利用太陽能的建筑方案，具有以下優點:

　　一是，由于經過綜合考慮，建筑構件和設備全面協同，所以構造更為合理，有利于保證整體質量;

　　二是，綜合使用材料，從而降低了總造價，并減輕了建筑荷載;

　　三是，建筑的使用功能與太陽能的利用有機地結合在一起，形成多功能的建筑構件，巧妙高效地利用了空間;

　　四是，同步施工、一次安裝到位，避免后期施工對用戶生活造成的不便以及對建筑已有結構的損害;

　　五是，如果采用集中使用安裝，還有利于平衡負荷和提高設備的利用效率;

　　最后，經過一體化設計和統一安裝的太陽能裝置，在外觀上可達到和諧的統一，特別是在集合住宅這類多用戶使用的建筑中，改變了個體使用者各自為政的局面，易于形成良好的建筑視覺形象。

二、建筑與太陽能一體化設計的內容

　　利用太陽能是建筑節能的一個重要途徑，太陽能建筑是節能建筑的一種形式。太陽能建筑的基本要求就是利用太陽能這種最豐富、最便捷、無污染的能源來進行采暖制冷、供應熱水和進行光電轉換，以滿足人們生活的需要，同時達到減少和不用礦物燃料的目的。對于建筑師來講，太陽能建筑一體化的設計就是要在建筑設計的同時，要考慮兩個方面的問題，一是考慮太陽能在建筑上的應用對建筑物的影響，包括建筑物的使用功能，圍護結構的特性，建筑體型和立面的改變;二是考慮太陽能利用的系統選擇，太陽能產品與建筑形體的有機結合。

　　1、太陽能建筑對建筑設計的要求

　　(1)對方位的要求。太陽能建筑對方位的要求是為了使建筑物盡量多和快的得到太陽能輻射熱，在冬季太陽能輻射熱在9時—15時是全天輻射熱的90%左右，因此，在這段時間內要保證足夠的日照時間是非常重要的，為了充分發揮太陽能輻射熱的效能，可根據太陽能建筑的特征進行方位調整。例如，學校的教室上午希望室溫盡快上升，而夜間室內無人，可將方位角南偏東5度—15度;住宅建筑由于夜間住人，下午盡量使太陽能輻射熱進入室內，可將方位角南偏西5度—15度。

　　(2)對建筑表面積和體型的要求。從利用太陽能的角度考慮，應使南墻面吸收較多的太陽能輻射熱，且盡可能的大于其它向外散失的熱量，以將這部分熱量用于補償建筑的凈負荷。如果我們使除南墻面之外的其它的熱工質量是相同的，則不難看出，建筑的凈負荷是與面積的大小成正比的。因此，從節能建筑的角度考慮，對建筑節能的效果以外圍護結構總面積越小越好這一標準來評價是不夠的，而應以南墻面足夠大，其他外表面盡可能小為標準來評價，即表面面積系數(建筑物其它外表面面積之和與南墻面積之比)，這就是被動式太陽能建筑對圍護結構面積的要求。除此之外，還要用建筑物的表面面積系數來研究建筑體型對節能的影響，從獲得更多的太陽能輻射熱，降低能耗的觀點來看，長軸朝向東西的長方體體型最好，正方形次之，長軸朝向南北的長方體體型的建筑節能效果最差。

　　(3)對圍護結構材料和構造的要求。我國新節能標準，對圍護結構的節能已做了明確的規定，這在進行太陽能建筑設計時必須遵守，以保證太陽能的有效利用。太陽能建筑對圍護結構材料和構造的要求，包括外墻與屋面的保溫方式、材料選擇、構造做法要滿足熱工性能指標及保證良好的保溫、蓄熱性能;由于窗戶的耗熱量與空氣滲透耗熱量相加約占房屋全部耗熱量的50%以上，是建筑節能的薄弱環節，要加強對門窗節能的綜合研究，使窗戶在墻面上盡可能成為得熱構件;同時在嚴寒和寒冷地區的采暖建筑中的地面也應增加保溫措施。我國已興建的被動式太陽能建筑物結合地理位置、太陽能資源、建筑性質、經濟狀況等因素在上述幾方面都積累了經驗。

　　2、太陽能技術在建筑物中的應用

　　(1)太陽能熱水器。現在我國是世界上太陽能熱水器產量最多的國家，同時也是最大的熱水器市場。太陽能熱水器已形成了規模產業，技術日趨完善，現主導產品是全玻璃真空管太陽能熱水器，并向光、電智能化方向發展。現在突出的問題是，由于太陽能熱水器體量較大和在屋頂的無序安裝，影響了到建筑物的屋頂保溫、隔熱、防水和建筑物的景觀效果。往往也由于熱水器在屋面的管道過長，冬季出現結凍現象，影響熱水器的正常使用。

　　(2)太陽能低溫熱水地板。太陽能低溫熱水地板是利用低溫熱水為熱媒，利用太陽能集熱器作為熱源的一種采暖方式。全玻璃真空管集熱器是低溫熱水地板的主要集熱器，這種集熱器在用于太陽能熱水器及提供生活熱水上，已基本能滿足要求。但對建筑物提供采暖用熱水則必須保證每天24小時連續供暖，而且要性能穩定，目前完全依靠太陽能很難做到，必須配備利用常規能源的輔助熱源及完善的控制設備。常規能源的輔助熱源一般是指利用城市熱網、區域鍋爐或小型燃氣(油)鍋爐提供的高溫水。因此，在不同地區和不同類型的建筑中應用太陽能地板輻射采暖時，必須根據當地太陽能資源條件、常規能源供應情況、建筑功能、熱負荷和周圍環境條件等因素，做綜合經濟分析，以確定適宜的輔助熱源和合理的太陽能供暖率，進行優化設計。

　　(3)太陽房采暖系統。太陽房采暖系統分為主動式和被動式。主動式太陽能系統主要有集熱器、管道、儲熱物質、散熱器并配有風機、水泵等機械設備組成，這種太陽房投資大、維護費用高。被動式太陽房的集熱方式比較簡單，可以利用墻體、窗戶等作為集熱構件，以建筑物本身作為蓄熱體，用自然循環代替主動式系統的風機、水泵等機械設備，被動式太陽房集蓄熱構件與建筑構件為一體，一次性投資少、運行費用低，但這種集熱方式受晝夜溫度波動較大。太陽能集、蓄熱構件設計是被動式太陽能設計的核心，它包括直接得熱系統和間接得熱系統。直接得熱系統的工作原理是，冬季讓太陽輻射熱直接從南面窗射入房間內部，用樓板層、墻及家具設備等作為吸熱和儲熱體，當室溫低于這些儲熱體表面溫度時，這些物體就會象一個大的低溫輻射器那樣向室內供暖;間接得熱系統有集熱、蓄熱墻和毗連日光間等形式，這種裝置的主要工作原理是利用設在墻體本身的集熱、蓄熱材料，集蓄太陽熱能，使太陽能輻射熱通過傳導、輻射和對流，把熱量送到室內。集熱、蓄熱墻又按其熱量的傳導、輻射和對流的不同，形成了多種形式，如實體式集熱蓄熱墻、快速集熱墻、花格式集熱墻、相變材料集熱蓄熱墻等。 夏季則通過構造措施隔絕太陽能輻射熱進入室內。

三、建筑與太陽能一體化設計的建議

　　1、明確建筑師的責任

　　建筑師在建筑節能的工作中擔負著重要的責任。隨著國家建筑節能政策的落實，這一點越來越被廣大的建筑師認識和接受，但如何將節能的設計理念貫穿和融入建筑作品之中，是需要重點解決的問題。因此，要加強這方面的引導和培訓;溝通和密切設計單位與生產商、開發商的聯系;在高等院校對建筑系的學生要開設這方面的課程;在注冊建筑師的繼續教育中增加這方面的內容等，以培養建筑師的意識和能力。

　　2、進一步完善相應的標準法規

　　由建筑設計和太陽能方面的專家共同研究制定太陽能產品與建筑結合的相關技術標準和規范。特別是目前應用最廣的太陽能熱水器與建筑結合的標準，標準主要包括《建筑物配制太陽能熱水器技術措施》 ，《建筑物配制太陽能熱水器標準圖集》等，使建筑設計、產品開發和建筑施工的都進入規范化的軌道。

　　3、要提高太陽能產品的技術水平和適應性

　　要加強科研攻關，解決產品中存在的檔次低、系統運行可靠性差和使用操作復雜的技術難題。開發產品要充分考慮屋頂、陽臺和南立面等建筑部位的特點，同時增強產品的適應性和通用性，并作到與電源或其它熱源相結合，實現自動化、智能化運行。

　　4、制定優惠政策調動各方面的積極性

　　利用太陽能是實現建筑節能目標的主要措施之一，必將有效降低建筑能耗指標，為社會帶來顯著的經濟、社會、環保效益。因此，政府應鼓勵在建筑物上安裝太陽能產品的優惠政策，調動社會各界利用太陽能產品的積極性。

　　文章作者：泰安市精致施工圖審查有限公司 孫建軍

參考文獻

　　1.劉閩敏,金曉東.建筑與太陽能技術一體化設計[J].山西建筑 2010(13)

　　2.張永東.太陽能技術與建筑一體化設計分析[J].城市建設與商業網點 2009(15)

　　3.敖三妹.太陽能與建筑一體化結合技術進展[J].南京工業大學學報(自然科學版)， 2005(06)