BIPV绿色建筑发展及应用

高 敏，周仁和

BIPV绿色建筑发展及应用

高 敏，周仁和

文章主要讲述能源危机环境下太阳能作为新能源的研发必要性，太阳能节能建筑BIPV的定义及其在我国的发展过程。介绍了BIPV建筑的构造特点，可利用工业设计的相关知识，对其进行设计。BIPV建筑在我国将有广阔的发展前景。

BIPV；节能；发展；工程；设计；前景

中国政府在2009年哥本哈根气候大会上承诺，至2020年中国单位国内生产总值 (GDP)二氧化碳排放将比2005年减少40%—45%，体现了中国作为世界共同体的一部分，对于改善环境问题负责任的态度。在提倡低碳环保理念的大环境下，中国迫切需要寻找新的、对环境友好的能源。能源危机使新能源的发掘与利用成为急切需要研究与推广的新课题。太阳能由于资源丰富，是可再生能源，可免费使用，无需运输，对环境污染为零等一系列优点，成为节能环保的首要研究目标。我国大约有三分之二的地区年平均日辐射量在4kwh／m2以上，其中西藏西部是我国太阳能资源最丰富的地区，日辐射量最高可达到7kwh／m2。因此我国太阳能能源开发应用潜力相当巨大。

城市的快速发展使建筑能耗在我国总能耗中所占比例越来越大，从上世纪70年代的大约为百分之十，迅速增加到目前约占社会总能耗的约百分之二十七。随着人们对建筑环境舒适性的追求程度越来越高，建筑采暖和空调的能耗也大幅度增长，我国建筑耗能比例还将持续上升。国外近几年对太阳能产品在节能建筑中的应用做了大量的试验研究，以对其进行开发利用。德国在2003年实现对国内住宅安装10万套光伏屋顶，同时德国国内建造了大量可以使用太阳能供暖和供热的太阳能单体住宅、集体住宅和多户型的公寓，可以利用太阳能能源满足住宅的热能等需求。德国是太阳能使用较为广泛的国家，效果也较好。目前，德国80%左右的光伏发电应用是与建筑相结合的，即BIPV建筑（BuildingIntegrated Photovoltaic）——太阳能光伏一体化建筑。另一个对节能建筑中太阳能产品的应用研究较早的国家是英国。目前英国国内开发的节能建筑中，平均太阳能能源消耗可以占到建筑总能耗的三分之一左右。在美国，节能观念结合政策法规，通过“太阳能供暖降温房屋的建筑条例”和“节约能源房屋建筑法规”等法律文件大力鼓励太阳能等节能产品在建筑中的应用。美国太阳能建筑由于政策扶持和巨额经费投入而发展迅速，现在已经摒弃传统太阳能采集装置，开始研究太阳能产品与建筑的直接对接等新的研究方向。另外，其他经济发达国家对太阳能产品在节能建筑中的应用也在进行大力研究。

我国每年建成的房屋面积约为16—20亿m2，而且百分之九十七以上是高能耗建筑。因此，需要在建造过程中更加注重通过绿色能源进行建筑节能。我国对于太阳能节能建筑的研究始于20世纪70年代末，现有光伏节能建筑多具有地区选择性，大部分为人口稀少、缺少传统能源的偏远落后区域。随着传统能源的匮乏导致传统能源的价格居高，节能减耗概念的普及，近些年来，相对发达的城市也开始推广太阳能产品与太阳能绿色建筑。虽然我国太阳能储量丰富，辐射量大，但其具有分布不均衡，人均占有量低的特点。而且由于开展研究时间较短，相关太阳能光伏产品与技术的研发距离国际水平高精尖水平尚有很大的提升空间。国务院印发的《关于加快发展节能环保产业的意见》提出，到2015年我国节能环保产业总产值达到4.5万亿元。目前，对于太阳能建筑一体化产品集成设计的研究开发已经成为太阳能方面最热门的研究课题之一，研究重点主要集中在基础技术研发和太阳能集成产品设计开发方面。

BIPV建筑虽然形式较新颖，但其适用范围非常广泛，可以结合目前的大部分建筑结构，对各种屋面和幕墙都进行灵活的相关设计利用。不管是平屋面还是斜屋面，均可以利用太阳能光伏板进行发电。可以在各种屋面上，整个或者局部屋面覆盖太阳能光伏板，来接收太阳光能量。太阳能光伏板与屋顶一体化进行集成，不仅可以保护屋面的结构，还可以利用一定的集成结构，达到遮阳通风的效果。但作为建筑物屋顶结构的一部分，在安装时存在容易破坏屋面防水、阻碍屋面排水、倾角设置不当、通风散热不好和灰尘积雪清理困难等缺点，因此还需要进行技术等方面的攻关。在目前的技术条件下，利用BIPV技术进行太阳能光伏一体化设计，构造较为复杂，光伏建筑工程需要电气施工的紧密配合。一个完整的BIPV系统包括光伏板和蓄电池、逆变器、电流控制箱、系统监控保护设备等其他一些配套设备。并网型BIPV系统中可以以并入电网的接入装置代替蓄电池等储电设备。光伏建筑工程中室内和幕墙两部分需要分别施工，光伏建筑的预埋件和后置埋件的安装，以及交流电缆、桥架、通讯电缆等的安装都需要电气施工单位与内装单位配合。一般为了防水和防晒以及整个建筑的外观美观性的目的，接线盒以及电路连接线等会以合理结构与幕墙结合，隐藏在幕墙中达到光伏建筑的实用和美观要求。建筑结构施工中和完成后，均需对电气系统进行调试。因此，光伏建筑工程需要配合内装、土建等施工单位，互相协调共同完成。但这种一体化光伏电池板本身就可作为建筑结构材料，可算在建筑整体造价中，可以通过结构设计，降低光伏发电成本、提高防水性能和光电转换效率，使BIPV建筑成为经济实用的结合体。

就光伏建筑的外观而言，充分利用光伏结构的造型元素，应用在建筑围护结构、建筑构件和建筑材料中，并设计安装于建筑物中不同位置，可形成个性化的视觉元素，丰富建筑造型语态，提升建筑技术魅力。光伏建筑的外观设计是一个多学科交叉、技术密集型的设计工作。基于光伏构件的特殊属性，研究光伏构件的细部设计、光伏构件与建筑形体的多种整合设计方式，涉及整体整合造型和细部设计两个层面。可通过对地方现有的建筑群的调研，综合利用数字化设计方法和工程设计理念，研发出符合中国国情与当地民情的，与节能建筑结合度高的太阳能建筑一体化产品。在光伏建筑的设计过程中，需要综合利用现代设计方法，包括数字化设计、系统设计、绿色设计、人机工程学原理、感性工学等，设计出功能性、艺术性、商用性紧密结合的太阳能光伏建筑一体化产品，这样也能够间接推动太阳能一体化产品在建筑中的使用。

《2013—2017年中国光伏建筑一体化(BIPV)行业发展前景与投资战略规划分析报告》中指出，2012年中国光电建筑应用示范项目共计128个，总装机容量约为227MW，补助资金为12.87亿元。目前中国带有绿色建筑评价标识的建筑总面积不足4000万平方米，因此BIPV建筑作为建筑节能的一种重要形式，具有广阔的发展空间。需要注意的是，虽然太阳能光伏建筑一体化有高效、经济、环保等诸多优点，但也存在成本高、造价高、不稳定、市场化程度不高等缺点。因此，需要通过政府扶持、企业研发、课题支持等多种途径，进行BIPV建筑的推广与普及。

[1]丘佳梅.太阳能建筑发展管理研究[M].天津大学，2005.

[2]中研普华公司.2014-2018年光伏建筑一体化(BIPV)产业深度调研及投资潜力研究预测报告[J].2014.

F270

A

1008-4428（2015）04-15-02

淮安市科技基金资助（项目号HAG2012073）。

高敏，淮阴工学院设计艺术学院；

周仁和，淮阴工学院设计艺术学院。