建筑節能是當今全世界建筑界共同面對的重要技術領域，也是緩解全球能源短缺和改善環境質量的有效發展途徑。我國能源消費全球排名一直居高不下，龐大的能源需求導致了我國能源供需的矛盾，能源安全問題日益突出。因此，發展可再生能源對于我國保證能源供應和環境的改善都具有十分重要的戰略意義。

01建筑節能

建筑節能的重要理念就是在現有的建筑技術條件下，盡可能的利用自然能量來達到環境的健康和熱舒適需要，也就是要做到合理地最大限度利用自然能源和高效率地最小限度利用人工能源。我國是全球最大發展中國家，能源消耗量位居全球第二，而其中建筑能耗約為全國總能耗的12%，建筑能耗主要是指采暖、空調、熱水供應、照明、家用電器、炊事、電梯等方面的能耗。隨著我國的經濟騰飛和氣候變暖，再加之我國的地理位置與氣候特點以及人民生活水平的不斷提高，這一比例還在持續升高。在我國，建筑節能已占據節能領域的“半壁江山”。根據近半個世紀以來能源界的探索和實踐，當前普遍認為建筑節能是各種節能形式中最直觀、最有效且發展潛力巨大的節能形式，它對于緩解當前緊張的能源問題，平衡經濟發展與能源保護之間的關系有重大現實意義。

1.1、太陽能建筑應用

長期以來，世界能源主要以石油、煤炭等礦物燃料為主。礦物燃料屬于不可再生資源，近年來其儲量不斷減少，而且當礦物燃料再使用的過程當中，會產生大量的二氧化碳，這也是造成全球變暖一個重要原因之一。再建筑能耗中，暖通空調系統和熱水系統所占的比例接近60%。太陽能作為無污染且用之不竭的可再生資源，有著普遍、無害、巨大、長久的特點，再建筑節能應用中得到了廣泛關注和研究，并已經得到了快速的發展。太陽能在建筑中的應用包括整體式、平板式、分體式（陽臺壁掛）太陽能熱水器、太陽能中央熱水器、陽臺欄板太陽能熱水器、太陽能集熱系統、太陽能采暖系統、光熱光電一體化等太陽能產品。

1.2、太陽能利用與建筑節能

太陽能建筑一體化是全球建筑發展的主流趨勢，它并不是太陽能與建筑的簡單相加，而是真正讓太陽能成為建筑的一部分。現代建筑設計提倡綠色節能理念，就是以推動建筑節能、節地、節水、節材、環保型建材企業的市場化運用為建設設計標準，以就低能耗、低排放為目標進行建設設計，重點是提高可再生資源的利用率。采用節能型的建筑技術、設備、材料等，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調制冷效率都是當今節能型建筑的主要研究和解決對象。因此，大力支持和發展利用可再生資源顯得尤為重要。

02 太陽能建筑應用技術及現狀

2.1、被動式太陽房

被動式住房是指將自然通風、自然采光、太陽能輻射，和室內非供暖熱源得熱等各種被動式節能手段，與建筑圍護結構高效節能技術相結合，建造而成的低能耗房屋建筑。這種建筑在顯著提高室內環境舒適性的同時，可大幅度減少建筑使用能耗，最大限度地降低對主動式機械采暖和制冷系統的依賴。相比傳統建筑，被動式住房節能可達85%以上。被動式住房優越的節能和“零排放”性能，與我國政府大力提倡的“節能減排”政策高度契合。近幾年來在國家宏觀政策的指引下，在住建部科技與產業化發展中心的促進下，在各級政府和行業領導的支持鼓勵下，許多地區的廠區辦公樓建設中都開始采用“被動式房屋”技術進行設計和建設。

2.1.1、被動式太陽房的分類及技術要點

被動式太陽房的種類很多，其主要分為兩大類，即直接受益和間接受益。直接受益和間接受益類型的被動式太陽房又可分為以下四種：

①直接受益式：這是讓太陽光通過透光材料直接進入室內的采暖形式，是太陽能采暖中和普通房差別最小的一種。冬天陽光透過南向玻璃窗照射到房屋的地面墻壁和家具上，使之吸收太陽光熱后升溫。所吸收的一部分太陽光熱直接儲存在能夠緩慢釋放熱量的蓄熱體內，另外一部分則通過對流或輻射的形式在房屋空間內傳遞，使房屋內部空間始終處于恒溫狀態（如圖1所示）。這種太陽房的南窗面積很大，為了避免窗扇不嚴密而損失大量光熱能源，首先窗扇必須有良好的密封性能。另外，建議裝配一套保溫窗簾，以降低熱損。

②蓄熱墻式：蓄熱墻式太陽能建筑設計理念：太陽光從南面的大面積玻璃窗照進屋內，在南向安裝垂直集熱蓄熱墻來收集太陽光熱，然后將其通過傳導、輻射或對流的形式傳輸至屋內（詳見圖2）。室內使用能吸收太陽光熱的深色桌椅。目前市面上常見的集熱蓄熱墻主要有水墻式的、實體式的、花格式的、相變材料的以及快速集熱的。

③附加陽光間式：陽光間附建在建筑南側，它采用透光材料作為墻體圍護結構。陽光間和房屋之間的公共墻上設門、窗等孔洞結構。陽光間得到陽光照射被加熱，其內部溫度始終比室外溫度高。因此，白天可以通過陽光間向房間內供給熱能，夜晚也可以作為緩沖區，防止房間內損失大量熱能。

④貯熱屋頂式：主要利用屋頂構造進行集熱蓄熱。其中有一種是利用裝滿水的密封塑料袋作為儲熱體，裝在頂棚上，可以用保溫蓋板覆蓋在塑料袋上面，防止熱量損失。冬季白天晴天時，敞開保溫板，使儲熱水袋吸收并儲存太陽光熱，然后通過對流、輻射的方式傳至屋內。夜間則關閉保溫板，避免屋內的熱量向外散失。夏季室內溫度偏高，白天必須關閉保溫蓋板，防止室外高溫的空氣和陽光向房內傳導，可以用涼水袋吸收下面房間的熱量來降溫；夜晚則要敞開保溫蓋板，使水袋冷卻。保溫蓋板還可根據房間溫度、水袋內水溫和太陽輻照度，進行自動調節啟閉。此種方式適用于冬季不屬寒冷，但夏季較為炎熱的地區。

2.1.2、存在的問題及解決辦法被動式太陽房的推廣及利用已經經歷了近30年的發展歷程，積累了一定的經驗，但是仍舊存在很多問題和不足。我們國家目前就被動式太陽房發展中存在的主要問題有：

①未形成統一化生產。被動式太陽房集熱構件在生產組裝的過程中，仍未能有效執行工廠化、標準化、規模化這樣的集中統一生產方式，這是影響太陽能建筑推廣的主要原因之一。積極鼓勵房地產開發商企業設計并安裝太陽能應用設施，在此基礎上還要加強太陽房集熱構件產品知識培訓，提高生產企業的積極性，鼓勵并引導相關生產企業對集熱構件工廠化、標準化和規模化的生產。

②建筑材料有待進一步開發。我們國家目前對新型建筑材料的研究和發展一定程度上制約了太陽房的發展和推廣。現在在我們國家的建材市場上很少能夠看得到適合太陽能建筑的透光、保溫、儲熱等性能高價格低的建筑材料。鼓勵企業加強太陽能建筑應用的自主創新，積極開發太陽房的新型建材，爭取做到“就地取材”、“因地制宜”，充分利用當地的資源。所以今后還需進一步加大自主開發此類材料的措施和力度。

③施工及質量問題。太陽能建筑在施工上較普通建筑而言要復雜得多，其施工質量的好壞直接影響到它的集熱效果，所以其成本和造價都較高，一定程度上影響了它的推廣和利用。太陽房的施工需要執行普通建筑有關的施工規范之外，還要嚴格按照太陽房的特殊要求進行施工。并且太陽房的驗收還因按照《被動式太陽房熱工技術條件和測試方法》（GB/T15405-2006）。

2.2、太陽能熱水系統

太陽能熱水系統是將太陽光能轉化為熱能的裝置，將水從低溫加熱到高溫，以滿足人們在生活、生產種的熱水使用。太陽能熱水系統是由集熱管、儲水箱、循環管道、及支架等相關零配件組成。

2.2.1、太陽能熱水系統的分類

①太陽能熱水器按照實際用途，可分為小容量供家庭使用的太陽能熱水器，通常被稱之為家用太陽能熱水器，以及供大型住宅、酒店和浴室等建筑集中使用的大容量的太陽能熱水器。這兩者之間沒有根本的區別，只是前者水容量比較少，按照國家相關規定，儲熱水箱水容量600L以下為家用太陽能熱水系統，使用者可直接購買，安裝后即可使用；后者是需考慮用戶對水溫水量以及在對建筑物的實際情況進行了解后，進行系統設計之后開始安裝，并且要在驗收通過之后才能交付使用，總體來說，各項程序要比家庭用太陽能熱水器復雜。

②太陽能熱水器按照水箱和集熱器的關系可分為緊湊式系統和分離式系統。緊湊式太陽能熱水器就是將真空玻璃管直接插入水箱中，利用加熱水的循環，使得水箱中的水溫升高，這是市場最常規的太陽能熱水器；分體式熱水器是將集熱器與水箱分開，可大大增加太陽能熱水器容量，不采用落水式工作方式，擴大了使用范圍。

③太陽能熱水器按照供水范圍又可分為集中供熱水和局部供熱水。其中集中供熱水主要是指為單幢建筑或幾幢建筑提供熱水。局部供熱水是指為建筑物內某一局部單元或單個用戶供熱水的形式。

2.2.2、存在的問題及解決辦法

太陽能熱水系統在各地的發展還不平衡，大部分地區對太陽能熱水系統使用、施工以及安裝都存在不同的認識，比如各個地區對高層住宅使用太陽能熱水系統的規定規范不同；各地對太陽能熱水系統技術層面上的問題等都還與相當多的問題有待解決。這些現象的產生又諸多方面的因素。

原因之一，管理層面上的問題。各個地區因為條件相差較大，且不同地區的政府對于太陽能的認識水平也存在差異，所以政府的法律或相關的規定要求不一，導致各地區關于太陽能的規定和應用范圍也有很大的不同。比如江蘇、山東省規定新建住宅12層以下必須應用太陽能熱水系統，12層以上則不強制要求使用太陽能熱水系統。而上海市規定是6層。還有，作為建筑設計主體的各專業建筑設計員，過去基本上沒有介入太陽能熱水系統的設計，對太陽能集熱系統缺乏了解，沒有相關的設計參數可供參考，后期技術也就得不到保證。這樣一來就大大增加了成本和難度，在目前市場條件下就會缺乏動力。

原因之二，技術層面上的問題。目前高層住宅的太陽能熱水系統還未形成建筑一體化的規模，技術尚待進一步開發。高層建筑中供水的水壓高、壓力差值大以及用水的峰值變化不規律等特點都會直接導致集中式太陽能熱水系統產生熱量分布不均勻、設備短路等問題。而且在高層建筑群中安裝太陽能，因為采光面積的區域有限，可以安裝熱水系統的位置有限，在其安裝上無法完全考慮南向采光提供從而提高太陽能所能接受的日照，再加之有的高層建筑屋面造型或其他原因，也會導致集熱器無法正常安裝。

原因之三，地產開發商必須承擔太陽能熱水系統的前期投資，前期成本較大，如果建造的太陽能建筑房屋沒有銷路，就會嚴重磋商地產開發商的積極性。

鑒于此，要在國內普及太陽能建筑，必須發動整個太陽能產業與建筑業傾力合作，充分發揮二者的技術優勢，盡量依靠優化設計降低建筑成本，讓二者“雙贏”。譬如，太陽能產業首先要根據太陽能節能建筑設計要求不斷優化設計產品結構，提高產品質量。建筑界則需要發揮技術優勢，不斷優化太陽能建筑結構，以確保建筑結構與太陽能設備更加契合。另外，政府也需要努力引導和激勵企業相互協作，互利互惠。隨著人民生活水平的不斷提高，具有24小時供熱功能的商品住宅逐漸增多，太陽能熱水系統具有明顯的節能優勢。如果能大力開發“綠色建筑”，一方面能夠減少物管部門的日常開支，另一方面也能為房屋帶來新的賣點，對政府、企業和用戶都由益處。

2.3、太陽能光伏發電

光伏發電近些年來發展很快，同時也在可再生能源領域當中最具經濟潛力。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，假如把地球表面0.1%的太陽能轉為電能，轉變率5%，每年發電量可達5.6×1012千瓦小時，相當于世界上能耗的40倍。從美國貝爾實驗室第一塊結晶體硅太陽電池的產生，到現在國防、民用的大量應用，近幾年國際上光伏發電快速發展，世界上已經建成了多座兆瓦級光伏發電系統。

2.3.1、光伏發電系統的分類

光伏發電系統按照與電網的連接方式，可分為離網光伏發電和并網發電系統。

①離網光伏發電系統。當光伏發電系統不與公共的電網相連接而獨立供電的這種形式被稱為離網光伏發電。離網光伏發電系統主要應用于遠離公共電網的無電池區以及一些特殊場所，如為較為偏僻的農村、海島、高原或者沙漠等提供照明、電視、廣播等基本生活用電，為通信站、航標、輸油輸氣管氣象站、邊防哨所等特殊場所提供電源。

②并網光伏發電系統。與公共電網共同連接并承擔供電任務的太陽能光伏發電系統稱為并網光伏系統。并網系統由太陽能電池方陣、并網逆流器組成。并網光伏發電技術是太陽能光伏發電進入大規模商業化發電的階段，成為電力工業組成部分的重要發展方向，是當今世界太陽能光伏發電技術發展的主流趨勢。

2.3.2、存在的問題及解決措施

目前，我國在并網光伏建筑的應用存在以下問題，有待解決。

①建筑光伏設計能力存在諸多不足。最理想的建筑光伏是集成設計、集成制造、集成安裝，這就要求在建筑設計之初考慮光伏與建筑相結合。我國建筑光伏集成設計能力較弱，經驗累計也不充分，建筑設計、光伏技術人員用積極學習國外的先進經驗和技術，加強國內合作，提高光伏建筑一體化的的設計能力對于現有建筑因地制宜的地開展光伏系統地應用，市場潛力十分巨大。通過國家地相關激勵政策，業主應積極同建筑設計單位、光伏系統營銷單位共同開發各類高性價比地建筑光伏系統設計。

②建筑光伏人才隊伍尚未成型。截止至2013年底，我國建筑光伏地安裝總量僅26MWp左右，設計、安裝、運行維護產業隊伍尚未完全成型，人才培養體系也不完善。現必須繼續加大發展力度，迅速擴建和完善我國建筑光伏人才地培養體系。

③并網光伏關鍵技術研發力量薄弱。并網光伏中專用逆變器是并網光伏地關鍵設備。相比較而言，國內光伏發電專用逆變器地研究起步較晚，研究難度大大增加。我國已經開發一些小型的光伏逆變器，對直接和高壓網并網的逆變器的研究還需加大科研力度。

03總結

隨著環境問題的日益凸顯和經濟發展向更可持續的路徑轉向，我國政府開始以更積極和強力的姿態介入綠色建筑領域。同時在霧霾不斷的今天，生活和辦公場所是否健康、舒適、綠色、環保，得到了全社會的普遍關注。隨著對環境保護的不斷重視，越來越多的現代企業將“綠色建筑”作為辦公、生產場所選擇和建設的重要標準。可以說，綠色建筑已經越來越成為工、商業設施發展的大勢所趨。太陽能建筑設計需要考慮當地的氣候特點和建筑形式，盡量使太陽能融入建筑形式中。另外，所選取的太陽能設備也應該符合當地的氣候特點和建筑設計要求，以確保所設計的太陽能建筑能夠真正發揮節能效用。