迎著太陽(yáng)前進(jìn)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源短缺問(wèn)題已成為各國(guó)面臨的共同難題，為保護(hù)環(huán)境、保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，各國(guó)競(jìng)相開發(fā)各種新型能源。太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，正日益受到重視，其在建筑領(lǐng)域上的應(yīng)用也愈為廣泛。

太陽(yáng)能與建筑聯(lián)系緊密

供給關(guān)系。毫無(wú)疑問(wèn)，太陽(yáng)能扮演著供給方的角色。在我國(guó)，這項(xiàng)資源十分豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)60%的國(guó)土面積均屬太陽(yáng)能資源豐富地區(qū)，年接收的太陽(yáng)輻射總能量折合成標(biāo)準(zhǔn)煤后，達(dá)以億噸為計(jì)量單位的龐大數(shù)值。

根據(jù)太陽(yáng)能資源的豐富程度，全國(guó)各地又可以進(jìn)行更加具體的劃分。其中，西藏、新疆、青海、內(nèi)蒙古大部屬于太陽(yáng)能資源最豐富地區(qū)，這里年總太陽(yáng)輻射量≥6700（MJ/㎡/年），相當(dāng)于燃燒230公斤標(biāo)煤所產(chǎn)生的能量；甘肅、山東、山西、河北、遼寧以及云南部分地區(qū)年總太陽(yáng)輻射量≥5400；黑龍江、吉林、安徽、江蘇、浙江、廣東、福建、湖北、廣西部分地區(qū)年總太陽(yáng)輻射量≥4200；由于年總太陽(yáng)輻射量<4200，四川的成都平原、重慶、湖南、江西、貴州大部成為太陽(yáng)能資源缺乏地區(qū)。

根據(jù)歐洲部分地區(qū)年太陽(yáng)輻射總量的一項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示，德國(guó)漢堡、奧地利維也納、英國(guó)倫敦的調(diào)查結(jié)果僅為3428、3887和3637。這意味著，以上地區(qū)的太陽(yáng)輻射資源擁有量和我國(guó)成都地區(qū)相當(dāng)，屬太陽(yáng)輻射資源缺乏地區(qū)。盡管如此，奧地利與中國(guó)的每千人太陽(yáng)能熱水器使用面積比較卻呈現(xiàn)出了380㎡/千人：與120㎡/千人的巨大反差，顯示出歐洲太陽(yáng)能應(yīng)用比例很高的事實(shí)的同時(shí)，也可看到中國(guó)的太陽(yáng)能資源發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

而作為兩者供給關(guān)系中需求一方的建筑，目前則面臨著亟待新能源加入的現(xiàn)實(shí)難題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑能耗占我國(guó)全年能耗30%以上。以2008年為例，建筑全年能耗就達(dá)到6.55億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。這證明，可再生能源在建筑能源中的消耗比例亟待提高，利用清潔的太陽(yáng)能替代常規(guī)能源，是建筑節(jié)能的重要措施。

依附關(guān)系。建筑是太陽(yáng)能的最佳應(yīng)用載體，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納，可以得出如下兩條結(jié)論：太陽(yáng)能用于建筑供熱，最為高效，即≤60℃建筑熱水供給對(duì)應(yīng)的是目前太陽(yáng)能應(yīng)用轉(zhuǎn)換效率最高形式；建筑是太陽(yáng)能的巨大用武場(chǎng)所，我國(guó)建筑屋頂面積達(dá)100億平方米，有足夠場(chǎng)所供太陽(yáng)能設(shè)備安裝。

反言之，太陽(yáng)能是建筑選擇替代能源的最好對(duì)象。在不降低甚至提高使用水平的同時(shí)，減少建筑常規(guī)能耗，太陽(yáng)能是不二選擇。僅僅按照我國(guó)1.5億㎡太陽(yáng)熱水系統(tǒng)用于建筑，替代電熱水器40%用電量的保守計(jì)算，全年由此可節(jié)約建筑煤炭耗量2千萬(wàn)噸以上，對(duì)應(yīng)減少的二氧化碳排放達(dá)近5千萬(wàn)噸。

矛盾關(guān)系。太陽(yáng)能建筑應(yīng)用過(guò)程中，伴隨大量建筑常規(guī)能耗被替代，也出現(xiàn)很多建筑美觀、使用壽命乃至安全性被破壞情況。一些場(chǎng)合，建筑對(duì)于太陽(yáng)能又愛(ài)又恨，只有開展太陽(yáng)能的建筑科學(xué)應(yīng)用，才能找到合適的解決矛盾的辦法。

太陽(yáng)能與建筑間的科學(xué)性應(yīng)用

結(jié)合形式的科學(xué)性。這便需要建筑美觀、太陽(yáng)能功效綜合考慮。太陽(yáng)能和建筑關(guān)系應(yīng)是太陽(yáng)能服務(wù)于建筑，太陽(yáng)能建筑結(jié)合形式要滿足建筑美觀要求，要不影響建筑使用壽命，減少而不是增加建筑能耗，要便于維護(hù)管理。太陽(yáng)能領(lǐng)域?yàn)榇诉M(jìn)行了卓有成效工作，生產(chǎn)出諸如屋頂安裝、陽(yáng)臺(tái)安裝、南墻安裝的思路。但是，目前存在僅注意形式上的“建筑一體化”的情況影響了科學(xué)應(yīng)用，造成大量犧牲太陽(yáng)能獲取量，致使太陽(yáng)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)重縮水，同時(shí)增加了使用維護(hù)難度；另一方面，也造成太陽(yáng)能貢獻(xiàn)率降低和建筑耗能量增加的兩敗俱傷的后果。

太陽(yáng)能接收設(shè)備設(shè)置不當(dāng)存在諸多隱患。例如：收量減少，投資回收年限加長(zhǎng)；一些項(xiàng)目不有效利用屋頂和南向，卻在建筑東、西山墻上，大面積布置太陽(yáng)能接收設(shè)備。這都違背了太陽(yáng)能的科學(xué)應(yīng)用，因?yàn)榕c垂直于太陽(yáng)光線、全年可最大限度接收太陽(yáng)能量的南向傾斜面布置相比，東、西立面的接收太陽(yáng)能量，僅為南向傾斜面的53%（濟(jì)南為例）。因?yàn)椴贾貌划?dāng)，投資的太陽(yáng)能設(shè)備全年接收到的太陽(yáng)能量被縮水近一半，投資回收年限則被延長(zhǎng)一倍。

光伏玻璃幕墻設(shè)置不當(dāng)也存有隱患。例如，發(fā)電量降低，建筑空調(diào)負(fù)荷增加形式上的“一體化”。這就需要摒棄“一體化”科學(xué)方案，應(yīng)通過(guò)建筑設(shè)計(jì)之初的通盤考慮確定，考慮到具有兼顧建筑美觀、太陽(yáng)能科學(xué)應(yīng)用、技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理特點(diǎn)。

技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性。目前比較成熟的技術(shù)有：太陽(yáng)能熱水技術(shù)、被動(dòng)太陽(yáng)能技術(shù)（節(jié)省30%以上采暖費(fèi)用）、太陽(yáng)能采暖、水和空氣集熱技術(shù)、太陽(yáng)能空調(diào)技術(shù)、太陽(yáng)能光伏、光熱發(fā)電技術(shù)。以上諸項(xiàng)實(shí)用技術(shù)中，前三項(xiàng)的初投資回收年限較短，后兩項(xiàng)的投資回收年限較長(zhǎng)。

以太陽(yáng)能采暖為例，可以將光熱與光伏應(yīng)用進(jìn)行比較。采用哪種太陽(yáng)能利用技術(shù)，應(yīng)基于需求，綜合考慮關(guān)聯(lián)產(chǎn)品和系統(tǒng)應(yīng)用的成熟度，以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性確定，初投資回收年限一般應(yīng)該控制在5年左右。需要強(qiáng)調(diào)，電是高品位能源形式，國(guó)家為了保護(hù)環(huán)境，對(duì)太陽(yáng)能光伏應(yīng)用大力扶持，政府補(bǔ)貼下的光伏發(fā)電規(guī)模化應(yīng)用，已使光伏發(fā)電投資成本大幅下降。

產(chǎn)品選用的科學(xué)性。這首先需要考慮兩項(xiàng)基本考慮因素：得熱量和價(jià)格之間的平衡和產(chǎn)品承壓能力是否滿足需求。根據(jù)集熱器價(jià)格由低到高排列，其順序分別為：悶曬式集熱器、平板、全玻璃真空管集熱器、熱管、U型真空管集熱器、CPC真空管集熱器，其承壓能力由集熱器構(gòu)造決定。

其中，平板型真空管集熱器有著承壓強(qiáng)、夏季效率高、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，但卻在冬季效率較低；全玻璃真空管則非承壓、效率較高、價(jià)格低，存有易漏水、結(jié)垢的不足；熱管真空管有著承壓強(qiáng)、效率較高的優(yōu)勢(shì)，不過(guò)價(jià)格較高、效率衰減較快；真空U型管的優(yōu)點(diǎn)在于承壓強(qiáng)、效率較高，但價(jià)格高、特殊熱水系統(tǒng)用的問(wèn)題仍需改善；CPC真空管承壓強(qiáng)、效率高，但價(jià)格很高、只適于高溫系統(tǒng)用的缺點(diǎn)很是明顯。

系統(tǒng)應(yīng)用的科學(xué)性。住宅的熱水系統(tǒng)可劃分為“整體式系統(tǒng)”、“集中集熱-集中供熱系統(tǒng)”、“集中集熱-分戶供熱系統(tǒng)”、“陽(yáng)臺(tái)欄板系統(tǒng)”。

“整體式系統(tǒng)”的價(jià)格低，無(wú)需集中管理，但是供回水管路繁雜，系統(tǒng)熱損失大，防凍性能較差。

“集中集熱-集中供熱系統(tǒng)”的價(jià)格適中，綜合供熱保證率高，但是對(duì)管理的要求較高，供熱計(jì)費(fèi)和收取存在隱患；對(duì)于不設(shè)換熱器的直流系統(tǒng)，結(jié)垢造成的系統(tǒng)熱性能衰減明顯。

“集中集熱-分戶供熱系統(tǒng)”的管理簡(jiǎn)單，用戶自行控制水溫，自行承擔(dān)水電費(fèi)，不宜結(jié)垢，使用壽命長(zhǎng)，但是價(jià)格較高。

“陽(yáng)臺(tái)欄板系統(tǒng)”的管理簡(jiǎn)單，用戶自行控制水溫，自行承擔(dān)水電費(fèi)，自行清洗，抗凍結(jié)，不宜結(jié)垢，使用壽命長(zhǎng)，但是對(duì)建筑一體化的要求高，同時(shí)價(jià)格也較高。此外，在產(chǎn)品及系統(tǒng)控制和主要構(gòu)配件優(yōu)選、施工質(zhì)量、運(yùn)行調(diào)試、管理維護(hù)等方面也需要加以慎重考慮。

實(shí)際案例分析

現(xiàn)以北京地區(qū)的一具體案例來(lái)分析太陽(yáng)能在建筑中的實(shí)際應(yīng)用。基本情況：一棟15層住宅，共4個(gè)單元，每個(gè)單元30戶，供熱水溫度60℃，日熱水供量每戶100升，年均太陽(yáng)能供熱保證率50%。

首先，確定集熱器與建筑的結(jié)合形式。根據(jù)熱水需求，確定了太陽(yáng)集熱器面積，并與建筑師會(huì)商，確定太陽(yáng)集熱器擺放場(chǎng)所、太陽(yáng)能運(yùn)行設(shè)備安置空間和管路預(yù)留位置。基于南北走向15層建筑的屋頂空間，選擇將太陽(yáng)集熱器以南向傾斜40°放置于建筑屋頂?shù)姆桨浮?/p>

其次，篩選、確定系統(tǒng)方案。針對(duì)“整體式系統(tǒng)”對(duì)于僅15層的住宅，如采用整體式系統(tǒng)，一個(gè)單元的一側(cè)15戶就需布置供水、回水管線30支，預(yù)留管井占用空間過(guò)大；針對(duì)“陽(yáng)臺(tái)欄板系統(tǒng)”，建筑設(shè)計(jì)師基于對(duì)整棟建筑的美觀性考慮，不予接受；針對(duì)“集中集熱-集中供熱系統(tǒng)”，系統(tǒng)初投資低，熱水的供熱保證率高，設(shè)計(jì)方力主選用，甲方基于入住不飽和情況，為了保證水溫、用于加熱的電費(fèi)支出高的考慮，不予接受；針對(duì)“集中集熱-分戶供熱系統(tǒng)”， 系統(tǒng)后期管理簡(jiǎn)單，無(wú)需收取熱水費(fèi)用，投入用于系統(tǒng)循環(huán)的水泵電費(fèi)和少量系統(tǒng)補(bǔ)水支出有限。雖然初投資較高，但甲方經(jīng)衡量初投資和后期管理難度關(guān)系，認(rèn)可該系統(tǒng)并前期適當(dāng)加大投入。

確定系統(tǒng)方案后，與建筑師就系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)備放置空間、分戶水箱放置位置和空間、以及對(duì)應(yīng)水和電的配置事項(xiàng)，與建筑師進(jìn)行了再次洽商，篩選并確定集熱器類型。綜合考慮屋頂實(shí)際可擺放的集熱器面積、產(chǎn)品承壓能力、不同類型產(chǎn)品對(duì)供熱量和初投資的性價(jià)比，最終選擇的產(chǎn)品是平板太陽(yáng)能集熱器。

太陽(yáng)能應(yīng)用是建筑節(jié)能的一種必然選擇，我們應(yīng)該汲取以往應(yīng)用過(guò)程中的教訓(xùn)，通過(guò)太陽(yáng)能的建筑科學(xué)應(yīng)用，對(duì)符合建筑應(yīng)用特點(diǎn)技術(shù)的持續(xù)研發(fā)，使得具有百年壽命的建筑在更多節(jié)能空間里，選擇太陽(yáng)能作為合作伙伴。