關于建筑設計過程中的太陽能的利用問題探討

張建禮

【摘要】通過分析太陽能在建筑中的利用所涉及的技術，聯系建筑設計中所需考慮的因素尋找二者之間的契合點；從太陽能建筑發展的幾個階段過程中技術的進步來探討未來太陽能與建筑一體化的前景。

【關鍵詞】建筑設計；太陽能；一體化；節能

現代太陽能建筑的定義主要基于建筑運營中如何充分利用太陽能，突出太陽能等可再生能源的建筑利用，以及對降低建筑使用能耗和營造健康室內環境的貢獻。與綠色建筑、可持續建筑并不矛盾，他們更強調建筑全生命周期中的資源循壞、與自然的和諧共生等；從這里可以看出，太陽能建筑不是指那些簡單的利用太陽能設施的建筑；而是反映了一個基于生態設計綜合利用的建筑理念。與這里要探討的太陽能建筑一體化也存在概念上的差異；以下將進行具體的分析：

1.住宅節能設計的利用

1.1.提高密閉性。提高密閉性，就是盡量減少墻壁、天井及地面上的各種構配件和建材之間的縫隙，最大限度減少室內外冷熱空氣的對流。密閉性不好即使施加保溫材料也無法達到節能的效果。但是密閉性好的住宅必須設置換氣口，定期進行換氣。

1.2 提高保溫性。提高保溫性就是通過保溫材料、保溫構配件及嚴格的施工標準等減少室內熱損失。目前，采用外保溫是提高住宅保溫性能的最為有效的做法。外保溫與傳統的保溫方法不同，是采用保溫材料將室內空間完全覆蓋起來，不留絲毫縫隙。

1.3 多種能源組合利用。即除普通電源外，還可以通過利用太陽能、風能、地熱、燃料電池及各種余熱，降低石化能源消耗。

1.4 立體綠化。立體綠化就是盡量增加建筑物可以綠化的空間，通過植物吸收太陽熱能，降低建筑物表面的溫度。一般包括庭院、陽臺、墻壁及屋面的綠化。

2. 我國利用太陽能的情況

我國有著豐富的太陽能資源，每年獲得的太陽能約為3.6×1022J，相當于1.2萬噸標準煤的熱值[1]。約占全國國土面積的2/3的地區年平均輻射總量在3340～8400MJ/m2，年日照時數在2200h，相當于110～280kg標準煤的熱值[2]。我國從70年代就開始了太陽能利用方面的研究，經過30年來的不懈努力，現已在太陽能利用和推廣方面已經取得了一定的成績，尤其在太陽能熱水器方面取得了一大批科研成果。但我國的太陽能利用技術與發達國家相比還存在很大的差距，例如我國目前對太陽能在建筑中有效地利用還是探索階段，不僅利用方式單一并且在與建筑一體化方面顯得尤為落后。因此我國在太陽能技術的實用性、經濟性、先進性、可操作性等方面都有很多值得進一步研究的地方。

從上世紀九十年代左右，到本世紀2008年以前這段時間，這里不妨稱之為一體化前期，太陽能技術在建筑上的應用，主要體現在太陽能設備（主要是太陽能熱水器）的安裝和使用。這階段普通建筑太陽能的利用尚未從建筑設計階段開始考慮，只是太陽能設施對建筑的簡單相加，因而缺乏系統的規劃和相對合理的布局；有時多由業主自發安裝使用，容易造成損壞建筑結構的諸多隱患；同時對建筑外觀形象產生不良作用，進而影響到城市景觀效果；由于非統一使用也會造成物業管理上的不便。

在這期間，人們逐漸意識到太陽能的利用也可以集約化，上規模的實施，統一的進行管理；房產商開始嘗試太陽能工程化運作，與建筑結合的分體太陽能熱水系統面世，并且出臺相關的技術標準；由此太陽能與建筑一體化概念初步形成，并成為項目建設熱點。

太陽能與建筑一體化時代的到來在某種程度上依賴于一體化前期太陽能產品技術的日趨成熟，以及太陽能技術應用標準的相對完善。

考慮到建筑在設計上要有利于收集利用太陽能，同時兼顧建筑的美觀性、實用性與經濟性，本文提出如下的太陽能利用與建筑一體化的新構想：在建筑物的南向及東西兩向等接受太陽能較好的外表面墻體護圍結構上采用與太陽墻、光伏組件的一體化設計；在建筑物的北向等接受太陽能較少的外表面墻體護圍結構上采用保溫墻體設計；在建筑的頂部采用建筑造型構件與太陽能熱泵低溫集熱技術相結合的手法，把金屬流道的太陽能熱管模塊化集熱器做成合適的造型，并涂成與建筑頂面顏色相協調的顏色安插在建筑頂部預先留有空位和預埋好相應管道的構件中；在建筑的供熱、制冷及供應熱水方面采用分體式太陽能熱泵吸收式中央空調系統，從而在提供生活用熱水的同時兼顧空調采暖和制冷；以太陽能為主，燃氣或電力為輔的集中供能方式。這樣以來就實現了被動式與主動式相結合，多途徑多層次的太陽能多元化收集與利用。

3.一體化時代，太陽能建筑的實施和運作

3.1 功能要求；一體化時代建筑設計的理念仍當是以人為本的，在滿足人們生活方式的前提下，它還應該具備高效率，高舒適度，智能化，可靠性等諸多優點；

3.2 產品的要求；基于建筑功能的要求，太陽能技術產品應能與建筑產品對接，要求集成化、標準化、模數化；

3.3 項目運作模式；貫穿于項目建設的全過程，從項目設計階段即開始介入，與建筑同步施工，制定統一的驗收標準，納入規范化項目后期管理過程；其實施要求產業化、部品化。

4. 建筑設計要求

從建筑設計角度講，太陽能技術的利用勢必對建筑設計產生一定的影響，其對建筑設計的要求，從節能方面來說，首先建筑的平面和體型設計要合理，在平面設計時要考慮到建筑的采暖、降溫、采光等多方面的要求。其次要有熱工性能良好的圍護結構設計，加強建筑的保溫隔熱，這是現代建筑充分利用太陽能的前提條件，同時也有利于創造舒適健康的室內熱環境。建筑圍護結構的設計又包括以下幾點：

4.1 合理的門窗設計

具體措施有增加窗戶的氣密性；減少傳熱量；設置遮陽構件；控制各立面的窗墻面積比，確定門窗的最佳位置、尺寸和形式；在建筑的主要出入口設置門斗等等。

4.2 外墻外保溫隔熱設計

外墻外保溫技術的使用需要注意如下幾點：保護主體結構，延長使用壽命；適用范圍廣，技術含量高；保溫效果明顯；有利于室溫保持穩定；墻體潮濕情況得到改善；增加房屋使用面積等。

4.3 屋面保溫隔熱設計

屋面保溫層設計應注意不宜選擇松散密度較大、導熱系數較高的保溫材料，也不宜選擇吸水率大的材料。當與太陽能設備構件綜合考慮時，尤其應當妥善處理好防水的問題，做到不滲漏，不潮濕。

5.太陽能與建筑一體化時代

在太陽能與建筑一體化時代，太陽能技術體現在建筑上不僅僅是一種設備體量，更是建筑構件的一部分，也是建筑設計理念的支持和組成部分，很大程度上決定了建筑設計的取向，從某種程度上注入更新了以往的功能結構體系和建筑造型手法。其對設計師的要求是，建筑規劃的良好把控能力，太陽能利用技術的了解和掌握，專業配合的協調性要求加大，工程設計的復雜程度提升等等。

這時期太陽能的利用將貫穿到設計領域的方方面面，從規劃，到建筑、景觀都將引入太陽能技術的理念，整體規劃，通盤考慮猶顯必要，設計觀念的變化必將引起設計方法的變化；節能設計標準的實施從另一方面為太陽能建筑設計提供了一個量化參考標準；用發展的眼光看，建筑智能化時代的到來同太陽能技術的利用交相輝映，生態化的設計理念使得人們的生活環境更有層次和質感，可持續發展的理念在太陽能與建筑一體化時代仍然起著重要的導向作用。

6.結語

太陽能利用的城市化進程的到來，將帶來建筑相關產業的出現，從社會層面上會帶來諸多影響，對人們生活習慣甚或產生某些變化；所有種種，只有通過科學的論證，嚴謹的設計才能使人們利用太陽能來提高生活質量的美好愿望得以充分實現。

參考文獻：

[1]郄昭昭 建筑集熱器與建筑一體化設計方法初探 【J】.山西建筑.2007，09

[2]王崇杰 趙學義 論太陽能建筑一體化設計 【J】.建筑學報。2002，07