太阳能资源在建筑上的应用现状及未来发展研究

文_邢利钧 北京市城市规划设计研究院

1 太阳能建筑的应用前景

据统计我国2/3以上地区年日照时数大于2000h，日照在5×106kJ/(M2·a)以上。利用太阳能减少建筑能耗和改善建筑物理环境是建筑技术发展的一个重要方向。在建筑行业，太阳能产品占总全领域产品比例非常小，因此太阳能资源在建筑行业具有非常大的发展空间。随着工业的快速发展致使环境污染日益严重，有专家称，如果再不用绿色能源代替化石能源提供动力，那么由于过度使用化石能源而造成的温室效应等环境问题，将会日趋严重，人类将遭受更大威胁。而其中最有效的方法就是应用太阳能资源，最大化地利用太阳能资源，能够减少二氧化碳的排放量，使得人类排放的二氧化碳和植被利用的二氧化碳达到平衡，从而有效减少环境污染。

2 太阳能资源在建筑中的应用现状

2.1 热水系统

在日照多的地区推广太阳能热水系统。

2.2 采暖系统

太阳能采暖系统由太阳能集热器、水箱、连接管、控制系统的构成。将分散的太阳能通过集热器转化成热水，将水储存在水箱内，然后通过热水输送到发热末端，提供建筑供热的需求。太阳能采暖系统适用于我国未进行集中供热的地区。

2.3 照明系统

太阳能照明本质上是一个光电转换系统，专业领域称为“硅晶片地面光伏组件”。其工作原理是通过硅晶片接收太阳光线后转变为电能，然后储存在蓄电池中，在需要时进行照明。光电转换技术的一种应用产品“太阳能灯”具有不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能等特点，可广泛应用于住宅楼梯间，楼体外部亮化及小区内道路、草坪的照明。

3 太阳能资源在建筑应用中出现的问题

3.1 建筑规划设计中缺乏绿色节能理念

国内太阳能资源应用起步较晚，在建筑行业还没有形成太阳能节能观念，设计师们在规划设计时，关注点在于结构设计、空间利用率、园林规划等工业方面，而缺乏对能源利用的思考，无法在建筑中充分利用太阳能资源，构造节能型建筑。

3.2 建筑行业没有将太阳能产品有机结合

目前，现有的建筑体中，没有将太阳能产品和建筑结构有机结合起来。产品设计和建筑施工时，将建筑和太阳能两个概念分离，成为两个独立考虑的方面。在建筑中忽略太阳能节能，或者一味追求太阳能产品的大规模使用，而弱化了建筑的设计美感。

3.3 国内对节能型建筑的要求和评估标准不够完善

国内建筑行业应用太阳能资源理念起步较晚，在行业内，还没有形成统一的评估标准。太阳能建筑规划、设计、施工、验收时没有统一的标准，行业内成果参差不齐，没有引起行业内的重视与形成竞争效应，造成了太阳能资源在建筑行业的应用方面发展受阻，速度较慢。

3.4 国内地域环境差别大

我国幅员辽阔，国土涵盖了多种不同的地势条件，因此太阳能资源分布情况也不同，如高原地区太阳能资源丰富，盆地略差。因此对不同地区的太阳能装置应用条件要求不同，施工难度大。

4 在建筑工程中合理应用太阳能资源的解决措施

4.1 加强对建筑设计人员的培养

前期设计对后续的建筑施工过程极其重要，具有指挥引导的作用，因此，拥有一批节能观念强的高素质的设计师非常必要。需加大对人才的培养，从而提高人员配置，在行业内形成“绿色建筑、节能发展”的理念，将理念贯穿到建筑设计过程中。对建筑设计操作人员进行专业培训，提高绿色建筑理念。在建筑规划和设计初期就将太阳能资源科学合理应用到建筑结构中，将太阳能产品和建筑成果有机结合，设计出实用性强，节能效果好的建筑产品。

建议建筑公司实行校企合作，在大学的工业设计、建筑设计、工程力学等相关专业中开设绿色节能建筑方向，或者建立节能方向的建筑设计师培养实习训练中心或教育基地，定向培养建筑人才，毕业后到企业工作。

4.2 提高对建筑应用型太阳能产品开发力度

建筑应用型太阳能产品就是将太阳能资源利用与建筑产品有机结合，实现最大化的节能效率，同时保持建筑的设计美感。因此，太阳能产品的开发商，就需要根据建筑行业的各项需求，开发配套的，契合度高的太阳能产品。

例如，可以加大对薄膜太阳能建筑构件技术和产品研发的支持力度。将支持薄膜太阳能技术作为落实《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》的举措之一，在住建部、科技部等部门专项计划中部署薄膜太阳能建筑构件技术和产品研发任务，支持相关领域优势企业组建国家重点实验室、工程技术中心等创新平台。

同时，加大薄膜太阳能建筑构件及一体化系统的应用推广力度。将薄膜太阳能建筑构件和一体化系统列入新建建筑的强制性产品应用推广目录，加快完善建筑光伏构件标准规范，建立覆盖薄膜太阳能技术、产品和一体化系统的绿色建筑标准体系，在京津冀、长三角、珠三角等重点区域率先开展应用试点示范，逐步拓展应用区域。

4.3 完善统一节能型建筑的建设和评估标准

建议相关部门牵头，集合行业内尖端、声誉好、建筑质量高的企业、部门及专家对节能型建筑和评估要求标准进行统一，让建筑行业在节能型建筑的设计、施工、验收的过程中，有法可依，形成严格、高质量、高效率的行业风气。

4.4 因地制宜进行不同规划

我国地形类别丰富，差别大，太阳能资源分布也不相同，因此因地制宜，在不同地区进行相应的规划设计，节能效果更显著。

在边远贫困地区建筑应用光伏发电，实现自给自足，缓解居民生活中用电紧张的压力。

在常年炎热，湿度大的地区，应用太阳能资源来制冷和空调除湿。

在寒冷地区、干燥地区，大力发展太阳能加热系统、太阳能温室、太阳能大棚等。

在太阳能资源丰富的地区，大力发展太阳能发电、太阳能热水系统；别墅住宅和大型公共建筑等屋面面积较大的适合采用太阳能发电和热水系统；仓库等厂房适合采用BIPV太阳发电系统。

在太阳能资源丰富的地区，大型公共建筑和别墅住宅等屋面面积较大的适合采用太阳能热水系统，如果需要采用发电系统，需要经过测评考察后，若可以使用光伏发电系统，那么应采用BAPV太阳能发电系统。

5 太阳能技术在建筑中的未来发展趋势

太阳能发电系统作为清洁无污染的环保设备，得到了国家的大力支持，尤其在建筑业中，在建筑物中采用太阳能设备已成为今后的发展趋势。要充分调研不同位置下太阳能设备的利用率情况，并结合建筑物外观，合理设计设备功能。还应制定出太阳能设备在生产、销售、安装、维护等各个环节的标准，强化与建筑设计、暖通空凋、给水排水等单位的合作，促进太阳能设备早日进入到建筑物设计标准之中，成为建筑物必不可少的基础性设施。

6 结语

在建筑领域中，大规模使用节能型产品已经是大势所趋，而太阳能资源作为一种来源丰富的清洁能源，将会在建筑产业中发挥更大的作用。太阳能产品设计师应该发挥出太阳能资源的巨大潜力，高效利用资源，将理论与实际相结合，更好地节约资源，保护地球，促进人与自然和谐相处。在利用太阳能资源的过程中，建筑设计时应该注重其合理性、应用性。不同的建筑结构采用不同的太阳能产品类型，同时对不同的发展地区应该因地制宜地进行不同的发展规划，利用清洁能源，减少社会生产垃圾，坚持可持续发展。