太阳能建筑应用发展方向和对策
1、中国现阶段太阳能建筑应用领域太阳能是永不枯竭的清洁能源，是21世纪以后人类可期待的、最有希望的能源之一。而太阳能在建筑中的应用又是现阶段太阳能应用最具发展潜力的实用领域。现代建筑为满足居住者的舒适要求和使用需要，应具备供暖、空调、热水供应、供电（包括照明、电器）等一系列功能，太阳能建筑应用领域的科研、技术、产品开发和工程应用的总体目标，即是用太阳能代替常规能源来提供建筑物的上述功能要求。随着世界太阳能技术水平的不断提高和进步，严格意义上的太阳能建筑，应能利用太阳能满足房屋居住者舒适水平和使用功能所需的大部分能源供应，即达到太阳能在建筑中的综合利用。而现阶段我国只能做到太阳能在建筑中的部分利用，在合理性和实用性方面还有许多问题需要解决，与世界先进水平相比有一定差距，尤其在实际工程应用方面。目前中国太阳能建筑应用领域中，技术最成熟、应用最广泛、产业化发展最快的是家用太阳能热水器，其次是被动式采暖太阳房；与建筑结合的太阳能热水系统、太阳能供暖、空调、并网供电太阳能光伏技术已经有示范工程建成，但规模化应用水平很低。总的来说，实现太阳能集热系统与建筑结合，实现太阳能热水、供暖、空调在建筑中的综合利用，太阳能光热、光电技术的综合利用，是我国现阶段主要的太阳能建筑应用领域和技术发展方向。
2、太阳能建筑应用领域的发展目标 赶超国际先进水平，建设综合利用太阳能的各类示范工程建筑，在树立典型样板的基础上进行普及和推广，促进国民经济的可持续发展，是今后我国太阳能建筑应用领域的总体发展目标。为此，应按照技术进步和经济水平等综合影响因素，分阶段逐步实施推进：先完成目前技术最成熟、工程应用最广泛的太阳能热水器（系统）的建筑一体化，然后进行太阳能光热利用——供暖、空调，以及光热、光电综合利用供电、供暖、空调的技术开发和工程应用；先进行建筑一体化单项技术和相关产品的开发，再建设示范工程，最终达到综合利用太阳能建筑的推广和普及。
二、 中国太阳能建筑应用的历史和现状
1、太阳能热水器（系统） 我国太阳能热水器的开发利用始于1958年，第一台太阳能热水器由北京市建筑设计院研制开发，用于北京天堂河农场的公共浴室，但后来一直发展缓慢，直到上世纪70年代末席卷世界的能源危机，使以太阳能为代表的可再生能源，因其作为煤炭、石油等化石能源替代品的地位和作用，受到世界各国的普遍重视，才又在我国逐步发展壮大。多年以来，由于中国政府对新能源利用在政策上给予的支持，以及科技工作者的勤奋努力，坚持将科研成果转化为生产力，产、学、研相结合，使作为新兴产业的太阳能热水工业得到了迅速发展。本次调研活动选出的"中国建设科技自主创新（太阳能类）10强企业"之一——北京清华阳光能源开发有限责任公司就是这方面的典型代表，该公司获"国家科技进步二等奖"，具有自主知识产权的发明专利AL-N-AL太阳能选择性涂层工艺，开创与发展了我国的真空管太阳能集热器产业，为此，在2005年的世界太阳能大会上，专利发明人殷志强教授还获得了国际太阳能学会颁发的"维克斯实业成就奖".
我国的太阳能热水器产业进入20世纪90年代后期以来发展迅速，生产量由1998年的350万m2/年增长到2005年的1500万m2/年，热水器的总安装量由1998年的1500万m2增长到2005年的7500万m2，每千人的平均占有率达到50m2.目前国产产品几乎完全占有了我国的太阳能热水器市场，某些著名品牌还出口国外；太阳能热水已与电或煤气/天然气加热的热水成本相当或者更低。这些都为太阳能热水器/系统在我国的进一步发展奠定了基础。
但是长期以来，太阳能热水器一直是房屋建成后才由用户购买安装的一个后置部件，随着太阳能热水器在城市普及率的不断提高，由这种使用方式而带来的一系列问题和矛盾也逐渐显现，特别是对建筑物外观和房屋相关使用功能造成的影响和破坏，直接导致了一些城市和小区、单位的主管部门出台不允许安装太阳能热水器的管理规定，严重制约了太阳能热水器的进一步发展。因此，太阳能热水器 / 系统必须与建筑一体化结合，已经在太阳能利用学术界、产业界和建筑业界形成共识，得到国家发改委、建设部、省市建设厅等各级政府机构的大力支持，并在"十五"期间取得了实质性的进展。
"十五"期间完成的国家"十五"科技攻关项目和相关的国际合作项目，获得了一批有重大意义的成果。在原有产品的技术进步上，通过对系统、水箱、支架和控制部件的重新设计，以及对产品安全性、可靠性、稳定性、耐久性的质量控制，提高了现有太阳能集热器对建筑一体化的适应能力；成功开发出建筑构件型太阳能集热器，如新元热板；在各地建成了一批示范工程，为建筑一体化的实施树立了样板，积累了经验，例如云南丽江滇西明珠酒店、昆明市红塔金典园住宅区、云南蒙自县红竺园小区、南宁翡翠园小区、杭州长岛绿园小区等。本次调研活动选出的"中国建设科技自主创新（太阳能类）10强企业：山东皇明太阳能有限公司、昆明新元阳光科技有限公司等就是这些示范工程的产品供货商和工程设计、建设的合作者。
国家十五科技攻关项目"太阳能供热制冷成套技术的集成和示范"，还完成了建筑一体化太阳能热水系统设计软件的开发和标准图集的编制。设计软件的功能定位是为工程设计服务，内容包括：气象数据库、太阳能集热器/热水器性能参数数据库、与建筑结合构造做法图形库和4个优化设计计算功能块，具有负荷计算、系统设计、设备选型、经济效益分析等功能，将有效解决目前系统设计缺乏基础参数和依据的问题。
"十五"期间，由联合国开发计划署（ UNDP ）资助，国家质量监督检验检疫总局和国家认证认可监督管理委员会授权，在我国建成了两个国家太阳能热水器质量监督检验中心，分别设在中国建筑科学研究院（北京）和湖北省产品质量监督检验所（武汉）。两个中心自成立以来已完成了3年的国家产品质量监督抽查，以及产品认证、产品质量仲裁等重大检验任务，为改善太阳能集热器/热水器的产品质量，促进行业的技术进步，起重要推动作用；通过中心检测得出的产品性能参数，还可以作为进行系统设计的重要依据。由联合国基金会（UNF）资助、建设部标准定额司批准立项编制的《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》已于2006年1月正式实施，由同一UNF项目支持，还出版发行了《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》；此外，还陆续编制发行了一批标准设计图集。这些标准规范、手册和图集的编制完成和应用，将大大提高我国建筑一体化太阳能热水系统的设计建设水平，使建筑一体化太阳能热水系统的建设全过程都能作到有章可依。
在政策法规方面，随着《可再生能源法》于2006年1月1日开始正式实施，各地、各部门已陆续制定了相应的实施细则，其中针对太阳能热水利用的规定比过去有了很大的进展，部分地区城市已经以地方性法规的形式提出了低于某一高度的新建建筑必须安装太阳能热水系统的规定，如大连市、深圳市等，从而为建筑一体化太阳能热水的进一步发展提供了有力保证。
但是，太阳能热水系统的建筑一体化在各地的发展还不平衡，存在着一些认识上的误区，大部分建筑设计院和房地产开发商对建筑一体化太阳能热水系统的关注较少，一些太阳热水器生产企业对建筑一体化的认识也还停留在概念上，没有投入实质性的努力。这一现状的产生有多方面原因。原因之一是我国当前的太阳热水器市场虽然竞争激烈，但销售依然旺盛；建筑一体化对太阳能集热器的功能质量提出了更高的要求，进行产品改型或开发新产品要投入资金，投入技术，有一定的难度，在目前市场条件下就会缺乏动力。原因之二是作为建筑设计主体的各专业建筑设计院，过去基本上没有介入太阳能热水系统的设计，对太阳能集热系统不熟悉，又缺乏必要的基础设计参数。这就使设计人员感到心中无数，导致对没有依据的设计缺乏积极性。
原因之三是建筑一体化太阳能热水系统的初投资需由房地产开发商负担，开发成本的增加如果不能同时带动房屋销售，就会影响开发商投入的积极性。
2、太阳能供暖、空调 按照国际上的惯用术语，太阳能供暖方式可分为主动式和被动式两大类。主动式是以太阳能集热器、管道、风机或泵、末端散热设备及储热装置等组成的强制循环太阳能供暖系统，被动式则是通过建筑朝向和周围环境的合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构、构造的恰当选择，使房屋在冬季能集取、保持、储存、分布太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题。运用被动式太阳能采暖原理建造的房屋称之为被动式采暖太阳房。主动式太阳能采暖系统主要由暖通工程师完成，被动式采暖太阳房则主要由建筑师来完成。
由于主动式太阳能采暖系统复杂，设备多，所以初投资和经常维持费用都比被动式太阳能采暖高。我国是发展中国家，经济发展相对落后，从国情出发，过去采取的政策是优先发展被动式太阳能采暖。我国的第一栋被动式采暖太阳房1977年在甘肃省民勤县建成，经过广大科技工作者20多年的努力，通过国家"六五"、"七五"、"八五"科技攻关项目，在引进、消化、吸收世界太阳能建筑技术的基础上，我国已形成了具有中国特色的包括理论、设计、施工、试验及评价方法在内的一整套被动式太阳能采暖技术，建成了几百万建筑面积的被动式采暖太阳房。受经济水平的制约，主动式太阳能供暖系统在我国的发展一直比较缓慢，直到近几年才开始有少量实验、示范工程建成，如拉萨火车站、清华阳光能源公司办公楼太阳能地板辐射供暖工程等。这种太阳能供暖系统的推广并不在于集热、供暖技术本身，而在于投资费用高和春、夏、秋季热水过剩，需通过季节蓄能技术和全年的综合利用来解决。
由于空调的应用需求和太阳能的供给量保持很好的一致性，即天气越热，越需要使用空调时，相应的太阳辐照量也较大，所以太阳能空调是我国最早进行太阳能应用的研究领域。上世纪70年代末太阳能在建筑中的应用研究在我国刚刚起步时，国内就有多家单位开始从事太阳能制冷空调系统的研究开发，其中华中理工大学、上海交大、中国建筑科学研究院空调所等单位研制成功的太阳能氨水吸收式或溴化锂吸收式制冷实验装置先后投入试运行，为后来的太阳能空调系统真正进入工程实践提供了有益的参考。
国家"九五"科技攻关项目建成了两个太阳能空调示范工程：中国科学院广州能源研究所为广东江门市中国建设银行大楼设计的"太阳能空调热水系统"，和北京市太阳能研究所在山东乳山市建成的太阳能吸收式空调及供热综合示范系统；近年来又建成了北京市太阳能研究所办公楼、天津海泰软件园等太阳能空调示范工程。远大空调有限公司开发的可提供140℃高温热水的聚焦型太阳能集热器，是适用于太阳能空调系统的关键产品，已在国内外建成了多个试点工程。此外，太阳能和地热能综合利用的热泵空调技术也一直是科研、开发的热点。太阳能空调技术的工程应用，其主要问题是投资较高，所需要的太阳能集热器面积较大，该项技术的推广取决于中、高温太阳能集热器的开发和降低成本。
3、光伏技术太阳能建筑 太阳能光电池与建筑围护结构或建筑材料结合，光伏电池组件安装在屋面、墙面上或以光伏玻璃的形式作为建筑围护结构一部分，利用光伏并网发电技术提供房屋用电能耗的太阳能建筑，近年来成为世界太阳能利用的热点，发达国家中建成并投入使用的该类太阳能建筑已有相当数量，在我国则处于起步阶段。虽然经过几十年的努力，以及近几年国家加大扶贫力度为解决边远地区农村供电而实施的光伏发电光明工程，我国的太阳能光伏技术已经有了较高的发展水平和产业化规模，但因为国家经济实力的制约，在与建筑的结合和工程应用方面与发达国家还有不小差距。
目前我国太阳能光伏电池组件的年生产能力为150MW/年，年产量100MW/年，至2004年底，全国已累计安装太阳能光伏电池6万KW，其中最大的光伏并网发电示范工程是深圳国际园林花卉博览园的1MW工程。由于这种建筑的初投资十分昂贵，它在中国的推广将会经过较长的阶段。 三、中国太阳能建筑应用技术的发展方向和对策
要提高我国太阳能建筑应用水平，需要太阳能产业界和建筑业界的协作和共同努力，发挥各自优势，二者缺一不可。太阳能产业界要致力于改善所制造产品的质量，使之符合与建筑结合的要求，并努力提高自身的技术创新能力；建筑业界则应改进建筑设计，使设计适合于太阳能设备或部件的应用，并努力提高施工水平，保证太阳能设备和部件的安装质量。
"十一五"期间太阳能建筑应用技术的开发主要针对五个发展研究方向：太阳能光热、光电利用与建筑结合应用技术；规模化利用大、中型太阳能供热、采暖优化设计技术；太阳能供热水、采暖、空调全年综合应用三联供技术；太阳能与其它能源在建筑中综合利用的集成技术；被动太阳能建筑设计技术。应通过产、学、研结合进行科技攻关，来解决这些制约产业发展的关键技术，并结合已经颁布实施的《可再生能源法》，出台相应的引导政策和激励措施。为推进太阳能建筑应用的技术进步，统一太阳能产业界和建筑业界的认识，确定企业产品技术创新和太阳能建筑应用系统设计的正确方向，十分必要。
1、太阳能热水器（系统）与建筑相结合我国人口众多，多层和高层建筑是住宅建设的主流，要使太阳能热水系统真正与建筑相结合，必须逐步改变现在为每家每户单独安装太阳能热水器的作法，而代之以在每栋建筑上安装大型、综合的太阳能热水系统，统一向各家各户供应热水，并实行热水计量收费。太阳能热水系统的建筑一体化应该符合目前我国的实际情况和技术水平。从保护和促进广大太阳能热水器企业的积极性出发，可从两个方面提出对太阳能热水系统建筑一体化的基本要求：
（1） 集热器的安装方式：应作到能贴附在坡屋顶上、墙面上，作为阳台栏板，或排列在平屋顶上的集热器阵列可被完全遮蔽，不影响立面美观。
（2） 系统设计：要求太阳能集热器本体和储热水箱分离，水箱放在室内——设备间、阁楼等，而不放在室外——如屋顶上；集热系统采用机械循环方式，有自动控制系统，保证全年稳定供水。
一旦太阳能热水系统在新建建筑上普遍实施建筑一体化安装，目前应用最广泛的紧凑直插式太阳能热水器将会被淘汰出大、中城市市场。可大致将太阳能热水系统划分为两大分系统——太阳能集热系统和热水供应系统，每一分系统都有其需要解决的相关技术问题。太阳能集热系统的主要部件有太阳能集热器、辅助加热或换热装置、储水箱（采用容积式换热器或即热式热水锅炉等辅助热源时可取消水箱）、循环管路、循环泵、控制部件和控制线路。在这些部件中，除太阳能集热器外，其余部件都是在常规建筑水暖设计中经常采用的成熟产品，所以这里的关键是要改善太阳能集热器的性能、质量，使之适应建筑一体化的要求。
这种太阳能热水系统是有压系统，所以首先要提高太阳能集热器的承压性能；其次，集热器应能抗冻、抗雨雪、抗冰雹，其结构形式应方便维护修理，应能方便更换损坏的部件；应具有良好的密封性，不渗漏；其规格、尺寸能与常规建筑材料的模数相匹配，同时，热性能指标不应有过大的衰减。另一分系统——热水供应系统由配水循环管路、水泵、控制阀门和热水计量表组成，与常规的生活热水供应系统相同，可按相关规范的要求进行设计。
只要做到在房屋设计之初就同步进行太阳能热水系统的设计，解决相关的建筑一体化设计问题并不困难。为不破坏建筑物的美观，可对建筑立面设计做相应处理；结构计算需考虑太阳能集热器的运行负载，同时预埋构件以保证集热器安装的强度要求，并在安装支架后再做防水层施工；集热器和普通建材结合部位的防水、排水、防渗漏处理，合理设置管道走向，预留管井以设置配水管道；因地制宜选择合适的辅助加热（换热）设备和合理的控制手段等，都可以通过太阳能集热器生产企业、相关建材生产企业、工程设计人员和建筑施工企业的互相配合下妥善解决。在设计系统时，还应注意不可片面追求过高的太阳能保证率，使太阳能集热器的面积过大，给建筑一体化造成困难。此外，政府应该出台相应的引导政策和激励措施，鼓励房地产开发商投资建筑一体化的太阳能热水系统。随着人民生活水平的不断提高，具有24小时供应生活热水功能的商品住宅越建越多，今后供热水会逐步成为住宅的必备功能，无论从节能还是环保角度来看，太阳能热水系统都有其明显的优势。初投资增加不多，运行费用却大大节省，而且包含了"绿色建筑"的概念，既能给房地产开发商带来新卖点，又能减少物业管理部门的日常开支，对国家、企业和用户都有好处。
2、太阳能供暖、空调系统规模化利用大、中型太阳能供热、采暖技术和利用太阳能冬季采暖，夏季空调、全年供应热水的三联供技术是今后太阳能热利用技术在建筑中应用的主要发展方向，而被动太阳能建筑设计技术是基础，因为必须首先大幅度降低太阳能采暖空调建筑本身的能耗需求。太阳能热利用系统的关键部件是太阳能集热器，与太阳能热水系统相比，太阳能供暖、空调系统对太阳能集热器的热性能提出了更高的要求。太阳能供暖系统是在冬季使用，环境气温较低会加大集热器的热损失，夏季空调使用的吸收式制冷机需要高温水作热源，要求集热器产生至少85℃以上的热水，而目前国内的集热器产品主要是为适应太阳能热水的使用要求，用于太阳能供暖、空调系统时的热效率较低，直接影响了系统的效益。所以，开发可适用于太阳能供暖、空调系统的中、高温太阳能集热器至关重要，也是获得本次活动自主创新优势企业今后的努力方向。
平板型太阳能集热器由于本身的材质、结构，工作寿命较长，与建筑结合的外观更受建筑师青睐，可应用于各类系统等，在太阳能系统的建筑一体化方面具有一定的优势。国外平板型太阳能集热器占有90%以上的市场份额，在大型的区域供热太阳能供热、采暖系统中都是使用平板型太阳能集热器，而我国却长期存在平板型集热器只能在冬季温和南方地区使用的误区，这是不合理的，特别在用于太阳能供暖系统时，高性能平板集热器完全能够满足要求。所以，研制开发中、高温太阳能集热器，不能只关注真空管型集热器，也要重视平板型集热器。我国具有技术创新优势的太阳能集热器企业大多是生产真空管型集热器，使得国内对高性能平板集热器的技术开发力量显得比较薄弱，今后这种局面应该逐步扭转，希望有研发实力的企业能在提高国产平板集热器的性能质量方面有所作为。
太阳能供热、采暖系统的规模化应用是降低我国建筑采暖能耗的重要途径，目前城镇建筑消耗的采暖用能达每年1.3亿吨标准煤，以采暖太阳能保证率30%估算，每年的采暖节煤量约为0.4亿吨标准煤，相当于我国2004年煤产量的3%左右，节能潜力巨大。为提高太阳能供热、采暖系统的太阳能保证率，研究开发短期和季节蓄能新技术十分必要。蓄存春、夏、秋季太阳热能用于冬季采暖，可以提高太阳能供热、采暖系统的节能效益，做到全年综合利用，对我国北方冬季寒冷、夏季凉爽的地区特别适用。
应根据建筑所在地的气候特点、居民生活习惯、经济发达水平等因素确定太阳能供热、采暖、空调的综合利用方式；冬季温暖的华南夏热冬暖地区为供热水、空调系统；而在北方采暖区和中部夏热冬冷地区，则需冬季采暖、夏季空调，全年供热水；西部贫困地区，现阶段是以建设被动式太阳能建筑为主。
在我国北方的西部欠发达地区，推广被动式采暖太阳房，对解决农、牧民群众的冬季采暖问题，具有重大意义；但现在被动太阳房的形式比较单一，效果也不能完全令人满意，应开拓思路，与生物质能等其他可再生能源综合利用，与风力发电相结合，将会有良好的应用前景。位于长江中、下游流域的夏热冬冷地区，夏季气候炎热，冬季阴冷，兼有冬季采暖和夏季空调的要求，受过去我国经济发展水平低的限制，未将该部分地区划为采暖区，现在受常规能源供应形势的约束，也不可能将该部分地区纳入采暖区，该地区是目前我国经济最为发达的地区，具有利用太阳能新技术的投资优势，所以应成为实施太阳能采暖、空调建筑示范工程的首选地区。
3、太阳能并网光伏技术与建筑结合降低光电池、逆变器的制造成本，开发能与光电池有机结合的新型建材，解决并网问题，是推进光电太阳能建筑发展的关键；而要降低成本，产品必须要有一定的生产批量，所以拓宽应用范围是当务之急，不能因为目前光电太阳能建筑的高投资就止步不前。开拓市场可以重点抓两个方面，一是解决偏远无电地区的照明及用电；二是针对特殊用途建筑，例如奥运场馆等标志性建筑、旅游度假村、边海防营房等，建设光热、光电综合利用太阳能建筑。后者更为重要，只有解决了光热、光电综合利用实用技术，才能增加太阳能光电池的市场竞争力。（考试考试网一级建造师编辑整理）
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