太阳能建筑为何“一头热”？

王煜

比利时建筑大师文森特·卡勒伯为中国云南昆明量身设计了一幅生态之城的图景。太阳能建筑被认为是生态城市的重要实现方式。

近日，全球最大的太阳能飞机“阳光动力2号”将飞离南京，进入全球环行中难度、风险系数最高的航程——南京至夏威夷航段。无疑，这次飞行点燃了人们对太阳能的新畅想。而太阳能与建筑的结合，目前正是国家力推的绿色产业，国内某家太阳能产业公司的掌门人在今年初成为胡润百富榜上的新“中国首富”，更是将太阳能推上了焦点。

然而，正如阳光动力飞机距离产业内的实际应用还有相当大的距离一样，在喧嚣背后，太阳能建筑一体化正面临着争议。事实证明：一项先进的技术，要正确地落实并不容易。

国家力推一体化

如今，人们对屋顶的太阳能热水器已经司空见惯，它就像冰箱、彩电一样逐渐成为生活的基本消费品。然而，市场上的太阳能热水器只考虑自身的结构和功能，没有考虑到它们的安装几乎无一例外地破坏了建筑的整体形象。事实上，太阳能产品本身就能防水隔热，与建筑物屋顶的作用相似，如果用它部分或全部代替屋顶覆盖层，就是太阳能建筑一体化的一种实现方式。

在“太阳能建筑一体化”的理念中，太阳能技术产品成为建筑的一个有机组成部分，太阳能体系作为标准植入建筑，实现与建筑的同步设计、同步施工、同步验收、同步后期管理，是打造低碳、节能、环保的绿色建筑重要方式。

绿色建筑正是国家推行的产业发展方向。《国务院办公厅关于转发发展改革委、住房城乡建设部绿色建筑行动方案的通知》中提出：“十二五”期间完成新建绿色建筑10亿平方米;到2015年末，20%的城镇新建建筑达到绿色建筑标准要求。以上海为例，截至2014年，全市已有绿色建筑数量168 个，总面积达1429.15 万平方米。

2007 年国家发改委出台的《推进全国太阳能热利用工作实施方案》中指出，我国将制定太阳能热水器的强制安装政策，以规范国内住宅建筑和集中供应热水的公共建筑，强制采用太阳能、空气能等新能源、可再生能源设备，以达到环保、节能的双重目的。

不久前，正在进行环球之旅的“阳光动力2号”太阳能飞机抵达南京。太阳能飞机给太阳能在未来的应用带来无限遐想。

政策正在落地。据《中国高新技术产业导报》的不完全统计，目前全国已有13个省22个地市出台了太阳能强制安装政策。《江苏省绿色建筑设计标准》提出：自2015年1月1日起，所有新建居住建筑均需安装太阳能热水系统，其中12层及12层以下的居住建筑，采用太阳能热水供应的住户比例不低于60%;12层以上的居住建筑，户数比例不低于30%。

除了热水器这样的光热建筑一体化，太阳能建筑一体化的另一种方式是光伏建筑一体化，即利用太阳能光伏系统发电。国家发改委、能源局、税务总局、国家电网等部门出台多项分布式光伏细则，支持国内分布式光伏的发展。

新晋胡润百富榜“中国首富”、从事太阳能薄膜发电业的汉能集团董事局主席李河君在接受媒体采访时曾透露：“国家扶持光伏建筑一体化的现行政策包括两类：其一，自2013年开始，国家光伏产业统一执行分布式发电补贴政策，每度电补贴0.42元。其二，国家对于满足绿色建筑要求的建筑业主给予相应的绿建补贴，符合2星认证的按建筑面积每平方米补贴45元，符合3星认证的每平方米补贴80元。”

重推广，轻维护

在政策上强制安装，以及各项利好补贴等条件下，太阳能建筑一体化项目在各地纷纷上马。相应的，“十一五”、“十二五”期间，各高校、科研机构针对太阳能技术做了大量的研究。不过，对太阳能在建筑运用后，运营的成效是否达到预期效果，却鲜有报告。

同济大学绿色建筑及新能源研究中心常务副主任谭洪卫教授是这样的“少数派”之一。他向《新民周刊》表示，他参与过很多项目的评审，很深切的感触是：国家推进利用太阳能，一有鼓励政策，特别是带有资助补贴的，下面就跟风似的盲目攻关、上报项目，但项目拿到后并没有很好的对接。

“市场上已有很多先进的技术和产品，但太阳能技术在建筑上的应用还有许多问题迟迟没有解决。根据多年的调研，我认为许多工程中虽然用上了太阳能建筑技术，却并没能达到预期的效果。太阳能系统实际运营成效的评价工作比较欠缺或不到位，但又在不断投入资金，不断推出新政策，结果可能在重复同样的错误。”

出于这样的忧虑，谭洪卫带领研究团队花了三年的时间进行建筑可再生能源适应性评价研究。从2010年开始，他们选取了包括获得国家资助的建筑可再生能源示范项目进行现场调研，建立了跟踪运行的数据采集系统。通过长期监测的数据分析，发现大多数太阳能建筑一体化中，不论是光伏系统还是光热系统，在实际运营上都存在着不同程度的问题。

“大家都知道太阳能光伏电池组件追求最大光电转换效率，需要按照科学的方法安装，即确保最佳安装角度。但在一些项目上，领导只关心是否用了太阳能，业主和建筑师关心的是美观，至于是否高效并不关注，他们认为在只要建筑上用上了太阳能，上报数据上表明用了多少太阳能板的数量，能交差就完事了，也不会有人来追究到底是怎么用的、用得怎样。”研究发现，大多数项目根本就没有装备必要的运行监测系统与装置，也无法量化评价运行效果。

“目前太阳能建筑的运用确实存在一些问题，设计不合理、评价标准不完善等等都是需要改进的地方。在以政府为投资主体的项目中，确实存在不少形象工程、政绩工程。这些工程装上太阳能板，得到款项，却不会考虑是否使用光伏发电。”中国可再生能源行业协会执行会长张平坦承。

谭洪卫团队的研究发现，设计阶段缺乏科学合理的设计，是太阳能建筑一体化没有发挥作用的主要原因之一。例如，太阳能板缺乏科学的使用安装，安装角度偏小甚至没有确保基本的倾角，不仅影响发电效率，也不利于表面的排污保洁;后者不仅降低效率，还有可能导致太阳光伏组件故障。还有的项目为了追求大规模与数量，或是过于追求“建筑一体化”，将太阳能板安装在建筑的垂直立面、幕墙上，而即使效率再高的光伏电池，安装在墙面垂直面上其效用就将折扣近半。

据《新民晚报》报道，上海市建设的某幢“绿色老年公寓”，每栋楼都装上了太阳能热水系统，集中集热储热，集热器和水箱均放置于屋顶，恒温循环，燃气辅助加热，保证打开水龙头就有温度适宜的热水流出来。投入实际使用后，绿色节能技术却几乎全部失效。因为日常生活中老年人使用热水量很小，甚至一些老人洗澡时会去公共浴室。辅助热源、循环泵很多时候都在空转，即使是每吨15元的热水费用，仍然抵不过飙升的单位能耗成本。

运行阶段管理不到位，是另一个主要原因。很多项目安装完太阳能板之后，没有后续的维护机制，例如，太阳能板表面积灰集污不能得到及时清理。更糟糕的是，因为缺乏运行监管，这些太阳能板就算故障损坏，也大多不为人所知，只能沦为摆设。

在谭洪卫看来，建筑光伏应用的技术门槛并不高，科学的安装与建筑设计美学的兼顾是基础也是关键所在。

建筑师与工程师的争论

“创建绿色建筑，控制成本是最难的问题，实现绿色建筑的设计，往往会导致成本的增加。”国际建筑师协会理事会成员、建筑与可再生能源国际工作项目主任Nikos Fintikakis表示，“我们在绿色建筑中通过设计实现节能环保，需要建筑师、机械工程师等多方的努力。”

事实是，建筑师在设计建筑时要讲究造型美学;但在工程师看来，从能源利用的角度，可能需要牺牲一些美学的元素，这需要在协同设计中才能达到良好科学的平衡。

“很多建筑师朋友对绿色建筑带有抵触心理，认为太过于量化、技术化的评价标准不但没有推动绿色建筑本身，反而限制了他们的设计。”同济大学建筑与城市规划学院建筑系教授章明说，“现今很多绿色建筑的建设中，建筑师与工程师处于隔绝状态。但绿色建筑会成为未来发展的道路，这条道路如何走，建筑师与工程师双方如何协调是个关键问题，可能仍需建筑师价值观的改变。”

对于太阳能建筑一体化问题，更有建筑师提出了疑虑。同济大学建筑与城规学院副院长黄一如同样持着怀疑的态度：“从我多年的经验来看，现在还没有到在建筑上大面积使用太阳能的时候。现在的太阳能板又丑又贵，是否节能还是个问题。如果节能技术不节能，节能技术不节钱，这会让人很遗憾。”

位于贵州省毕节地区威宁县海拉乡的平箐光伏发电站并网发电。太阳能建筑也可集成光伏系统和光热系统，但目前应用中转化效率较低。

建筑师的疑虑也给工程师带来了启发。“我们需要反思的是，我们并没有真实去考虑怎样将光伏与建筑相结合。”兴业太阳能科技集团技术研究院副院长罗多表示。结合点关键就在于光伏组件，这个组件不是光伏公司设计出来，而是建筑师设计出来的。如果建筑师把光伏看做是艺术品，从他手上可以变换出很多可能性。比如不同贴花、不同密板、不同电磁透光率、不同电磁的颜色、不同的形状、不同接线焊线等等所有可能，比我们去利用一块玻璃、一块石材还要丰富得多。”她认为，太阳能板美不美的问题，还是见仁见智。

除此之外，张平告诉《新民周刊》：“太阳能建筑一体化的概念已经提出多年了，但在实际操作中仍存在难度。如在已有建筑屋顶采用光伏发电，会遇到屋顶产权不明确、屋顶负重能力不足等问题。而且目前的太阳能建筑相较于其他投资项目，投资回报率还不是很高，因此投资人的兴趣度不高。”他介绍，国家能源局规划2014年分布式光伏的装机目标为8GW，现今仅完成30%。

太阳能前景仍光明

谭洪卫等人并不是太阳能建筑一体化技术的唱衰者。相反，他提出：目前还有不少人对太阳能应用持怀疑态度，认为国家在大力推进太阳能技术运用却没有关注该技术背后高耗能、高污染、高成本难以回收等等问题;事实上，这些观点来源于早已过时的陈旧的信息、主观臆想、或是道听途说。他介绍说：经过很多工程的数据验证，太阳能组件生产、流通等所消耗的能源在投入发电使用后，短的一年，长的在两三年时间内基本就能得到回收，在系统总计15至20年的寿命期内净产能远远大于耗能。所谓高污染也随着工艺的进步完全可将降低到国家规定的环保排放标准内。

“至于经济性评价，是个动态的过程，十年前太阳能技术的经济性确实很差，但现在经济性已大大提高。据我们实际工程的测算，即使在上海这样太阳辐照条件并不十分理想的地区，低密度住宅家用小型光伏现在七八年的时间就能回收成本，大型兆瓦级的屋顶光伏电站也接近这个水平甚至更短。随着光伏电池光电转换效率的提高及市场价格下降，未来在成本价格竞争力上具有不可低估的前景。”

鉴于已有的建筑使用太阳能面临种种困境，张平认为，太阳能建筑一体化更重要的是在新增建筑上的运用。“我们应该在新开发的房子上，将太阳能等新能源运用作为刚性指标，而不是可用可不用的态度。但同时，太阳能等新能源的运用需要生产、消费、技术、体制四大方面的改革。”将建筑变成可再生能源的生产基地、减少能源的消耗、创新技术降低成本、体制政策良好配合新能源推广，种种举措在张平看来，都是推广太阳能等可再生能源在建筑上运用必不可少的保障。

“我们需要扎实的研究，搞清楚太阳能技术应用的原理，再推广到百姓生活中。”黄一如告诉《新民周刊》，“就像太阳能热水器能被大量使用，也是因为民众在使用后发现这项技术确实是好的。”