陕北地区实施太阳能建筑一体化的可行性分析

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(延安大学 建筑工程学院，陕西 延安 716000)

陕北地区实施太阳能建筑一体化的可行性分析

杨红霞,龙云涛,高文忠

(延安大学 建筑工程学院，陕西 延安 716000)

近年来，随着人们对环境问题认识的深入和能源问题的进一步恶化，越来越多的人关注太阳能的利用，实现太阳能与建筑一体化已经成为我国建筑节能领域的重要课题。但是，太阳能建筑的设计、施工必须根据不同地域的地理气候条件因地制宜。本文通过对陕北地区气象条件和太阳能资源的调查研究和分析，结合当地太阳能建筑应用的历史和经验，提出将太阳能与建筑结合，在陕北地区实施太阳能一体化建筑是可行的，以期能推动太阳能一体化建筑的进一步推广使用。

太阳能建筑；一体化；建筑节能；气象条件；应用现状

自20世纪能源危机以来，能源问题已经成为全球关注的热点。建筑作为第一用能大户，其能耗约占我国全部能耗的30%，单位建筑面积的采暖能耗相当于同纬度发达国家的2～3倍，为与我国北方气候条件相似的德国的2．5倍[1-5],建筑节能已经成为我国节能的重点。大力开发利用太阳能减少能源消耗，满足建筑部分或全部用能，将是建筑节能的重要途径。

随着太阳能行业的发展，适应建设节约型社会和建筑节能的要求，“太阳能与建筑的一体化”成为我国建筑行业的重要议题。“太阳能与建筑一体化”是把太阳能利用与建筑有机结合起来，尽可能地以太阳能替代常规能源，减少建筑能耗，提高能源的综合利用率。

1 太阳能建筑一体化的涵义

所谓太阳能建筑一体化实际是指将太阳能利用设施与建筑进行有机的结合，利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层，巧妙的将太阳能系统的各个部件融入建筑之中，“相加”设计，统一施工，使太阳能系统成为建筑不可分割的一部分。既消除了太阳能对建筑物形象的影响，又避免了重复投资，降低了成本[6-8]。太阳能与建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向。

太阳能建筑一体化设计把太阳能的利用纳入环境的总体设计，把建筑、技术和美学融为一体，太阳能设施成为建筑的一部分，相互间有机结合，取代了传统太阳能的结构所造成的对建筑的外观形象的影响。综合利用太阳能，全面实现太阳能与建筑一体化，可补充15%的热水能耗，采暖、制冷系统可解决60%的建筑能耗，光伏发电可节约30%的建筑能耗[1]。因此，太阳能建筑一体化设计可以有效利用太阳能，形成多功能建筑构件，巧妙高效地利用了空间，使得建筑构造更为合理，并减轻了建筑负荷，降低了建筑总造价。

2 陕北地区太阳能建筑应用情况

我国太阳能利用有着悠久的历史，距今3000年前的西周时代，就已掌握了“阳燧取火”的技术。太阳能在我国的热利用主要包括太阳灶、太阳热水器、太阳能温室、太阳房等，到2005年底，全国太阳能热水器使用量超过7 000万m2，约占全球使用量的60% ，在过去l0年中增长率达到27%[9]。但目前太阳能热水系统多属于独立式的太阳能热水供应系统，造成建筑物屋面杂乱，热水管道安装交错无序，甚至出现屋面损坏、漏雨等问题。从节能、环保和改善人民生活条件等因素考虑，太阳能热水器建筑一体化将是今后的技术发展和应用方向 。

陕北地区是我国经济发展较为落后的地区，但太阳能资源却非常丰富，早在1995年由西安建筑科技大学刘加平教授主持的《黄土高原绿色窑洞民居建筑研究》课题组，针对陕北地区代表传统建筑文化的窑洞采光差、通风不畅、容易返潮等缺陷，通过对传统窑居建筑进行全面客观的现场测试、调查和评价，运用绿色建筑原理，将蕴涵于黄土高原传统窑洞民居中的生态建筑经验转化为科学的生态设计技术，合理利用太阳能，建立了新型绿色窑居建筑的设计理论和方法、新型窑居建筑绿色性能评价指标体系以及适宜黄土高原地区的新型绿色窑居建筑，在延安枣园村建成了第一个绿色窑居建筑示范基地，目前已经得到广泛的推广和应用。该项目研究成果在国内外产生了广泛、积极的影响，国家自然科学基金委员会组织的项目评议组认为该项目成果“达到了国际先进水平”，并获得了 “世界人居奖”银奖。

该项目研究的成功，表明中国将传统民居建筑与现代绿色建筑理论的有机结合，特别是充分利用可再生能源，实施太阳能建筑一体化是解决中国广大乡村地区城市化进程中人居环境可持续发展的途径之一。

3 陕北地区气候条件及太阳能资源分析

3.1 陕北地区气候条件

陕北位于东经102°～112°、北纬35°～40°，地处黄河中游的陕北黄土高原，西北高，东南低，总面积达62 521.4平方公里。气候属高原大陆性中温带～暖温带季风气候，北部属半干旱地区，南部属半湿润地区，冬冷夏热、四季分明，最冷月1月平均气温-10～-4℃，最热月7月平均气温21～25℃，年平均气温7～11℃。降水量的季节变化明显，夏季降水最多、最集中，占全年的39%～64%；秋季次之，占全年的20%～34%；春季少于秋季，占全年的13%～24%；冬季降水稀少，只占全年的1%～4%；年降水量400～600 mm。

3.2 陕北地区太阳能资源分析

太阳能资源数量的多少是考虑太阳能利用的关键。我国各地区太阳总辐照量相差很大，大致在3 348～ 8 371 MJ/(m2·a)之间，平均为5 860 MJ/(m2·a)，约相当于1.2×10亿t标准煤。5 860 MJ/(m2·a)的等值线在地形图上的分布呈一明显的分界线，将全国从东北向西南(由大兴安岭西麓向西南至云南和西藏的交界处)分为两大部分[10-11]。根据太阳辐照量的多少，可将我国划分为四类地区，其分布如图1所示。全国太阳辐照量特点表现为西部高于东部，北方高于南方[12]。西北部分太阳辐照量多高于5 860 MJ/(m2·a)，东南部分多低于此值。

图1 中国太阳能资源分布(100 MJ/m2 )[13]

图2 陕西省太阳能资源区划分图[5]

陕北地区具有丰富的太阳能资源，按资源丰富程度可以划分为2个区( 详见图2)，即: Ⅰ区为太阳能资源丰富区( 年太阳能总辐射量为5 040～5 430 MJ/m2，全年日照时数为2 600～2 900 h)[13]，主要包括陕北北部; Ⅱ区为太阳能资源较丰富区( 年太阳能总辐射量为4 500～5 040 MJ/m2，全年日照时数为2 100～2 600 h)[13]，主要包括陕北南部。太阳能资源空间分布特征是北部多于南部(南北相差约900 MJ/m2)；夏季太阳总辐射最大、冬季最小、春秋两季介于其间；太阳能资源十分稳定，具有较高的潜在利用价值，根据文献[14]计算仅榆林地区太阳能资源总储量可达6.13×1013kW·h，太阳能资源可利用量可达1 226 kW·h。

4 结论

根据对陕北地区的气候条件、日照情况的调研以及对太阳能建筑一体化在陕北的应用情况分析，加上国家节能减排、低碳环保等各项政策的引领，陕西省政府不久前也下发了“关于加快推进太阳能光电建筑应用工作的通知”(陕建发[2012]164号)，鼓励新建大型公共建筑、居住小区、市级以上工业(农业)园区以及高等院校等，具备条件的应当安装太阳能光伏发电系统；在不影响建筑效果、结构安全、功能和使用寿命的前提下，鼓励对既有建筑进行太阳能光伏发电系统加装改造。因此，将太阳能与建筑结合，在陕北地区建造太阳能一体化建筑是可行的。

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FeasibilityAnalysisofSolarBuildingIntegrationinNorthernShanxi

YANG Hong-xia,LONG Yun-tao,GAO Wen-zhong

(School of Architecture & Civil Engineering of Yan’an University of Architecture and Technology，Yan’an 716000，China)

In recent years, as the in-depth understanding of the environmental problems and energy question further worsening,more and more people focus on the use of solar energy.The solar energy and the building integration has become an important subject of the building energy conservation area in our country. However, the use of solar energy device installation problem that are adapted to local conditions, different regions of the geography and climate conditions vary. In this paper, through the investigation and analysis on the meteorological conditions and the solar energy resources in Northern Shanxi, combining with the application history and experience in the local solar energy, it is feasible to the combination of solar energy and architecture, the implementation of solar energy integration architecture in the Northern Shaanxi. We expect this will help to promote the use of solar energy integration architecture.

solar building；integration；building energy conservation; meteorological conditions；current application

2013-11-15修订稿日期2014-03-15

陕西省教育厅专项科研计划项目(12JK0906)

杨红霞(1972～),女，硕士，副教授，研究方向为建筑节能与生态建筑技术。

TK519;TU201.5

A

1002-6339 (2014) 05-0452-03