太阳能应用：浅论太阳能与建筑相结合
来源：太阳能联盟网
能源也称能量资源或能源资源。是指可产生各种能量(如热能、电能、光能和机械能等)或可做功的物质的统称。
一、能源的定义
能源也称能量资源或能源资源。是指可产生各种能量(如热能、电能、光能和机械能等)或可做功的物质的统称。是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源，包括煤炭、原油、天然气、煤气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。
“能源”这一术语，过去人们谈论得很少，正是两次石油危机使它成了人们议论的热点。能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。在全球经济高速发展的今天，国际能源安全问题已上升到了国家的高度，各国都制定了以能源供应安全为核心的能源政策。在此后的三十多年里，在稳定能源供应的支持下，世界经济规模取得了较大增长。但是，人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题威胁着人类的生存与发展。
那么，究竟什么是“能源”呢?关于能源的定义，目前约有20种。例如：《科学技术百科全书》说：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”;《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需要的能量”;《日本大百科全书》说：“在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源”;我国的《能源百科全书》说：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。”可见，能源是一种呈多种形式的、且可以相互转换的能量的源泉。确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。
能源是发展国民经济、改善人民生活的重要物质基础。目前我国能源形势相当严峻，能源生产严重滞后于国民经济的发展，能源消耗量逐年递增，能源总耗中有35﹪~40﹪为一次性的不可再生能源。不可再生能源的过渡开采利用，已经使人类面临着资源枯竭、环境恶化、生态平衡被破坏、气候变暖等一系列严峻的自然问题，由此引发的社会问题，甚至是政治问题更是层出不穷。如“两伊战争”和“海湾战争”就是极典型的代表。二战时的日本，为了掠夺能源，从中国东北盗采了大量的煤炭，运到日本后因没有地方可供堆放，最后不得不“填海造矿”，目的是为了满足其日益增长的能源需求，这批盗采的煤炭为战后日本经济的恢复作出了重要贡献。我国是一个建筑高能耗的国家，目前每平米的建筑能耗是发达国家的2～3倍，我国城镇建筑能耗占全部建筑能耗30%以上，现有约500亿平方米的建筑物中90%仍属高能耗建筑。为使我国经济持续、稳定、协调发展，提高环境质量，必须从提高建筑中能源利用率和开发利用可再生能源入手，扭转能源紧张浪费严重的恶劣状况。
二、太阳能在建筑中的应用现状
我国南至北纬40的曾母暗沙，北至北纬53.50的漠河北极村，地域十分辽阔，有着极其丰富的太阳能资源。以北京市为例，全年总辐射量5036~5868MJ/(m2.a)，相当于每平方米每年180~220kg标准煤燃烧所发出的热量;年日照时数2900~3100小时，日照百分率65%～73%，属于太阳能资源中等地区。由太阳辐射及气候的特点知，北京市利用太阳能资源具有极为有利的自然条件。
目前中国的太阳能利用方面以太阳能热水系统为主，太阳能与其他能源互补利用，应用场所以养老院、医院、学校、办公楼、低层住宅小区等作为重点对象。至2010年，全国新增太阳能热水器中居民用户占到86%以上。由于太阳能热水器的使用大多是老百姓自发行为，并且大型的太阳能热水工程不是很多，多数地区没有对太阳能热水器的使用情况进行过统计。
被动式太阳房也是我国利用太阳能较多的形式，在实际使用中主要有三种形式：直接受益式、集热蓄热墙式以及附加阳光房式。目前，在全国推广使用的多为组合式，即直接受益式与集热蓄热墙式相结合的太阳房。被动式太阳房主要分布在农村的民用住宅和中、小学校舍。全国对于被动式太阳能的应用，现无相关的扶持政策，已经大约有15年没有资金投入。除辽宁省营口市大石桥强制推广执行太阳能的使用政策，对于农村的建筑，如果不建造太阳房，土地部门就不予审批外，其余地区的被动式太阳房的兴建都属于农户自发行为。在东北被动式太阳能发展较好的地区有大连、鞍山等地。在山东有德州、临沂等地。在江苏有连云港、淮安、扬州等地。农村地区，每年可竣工被动式太阳房11万平方米左右。目前共有1300所中小学建造了被动式太阳房校舍。截止到2010年底，“三北地区”共有被动式太阳房320万平方米，占全国被动式太阳能建筑的四分之一左右。
太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，具有安全、无污染、可再生和分布范围广等特点，越来越受到人们的重视，是今后替代普通能源发展的战略性能源。早在1999年召开的世界太阳能大会上就有专家提出，当代世界太阳能科技发展太阳能应用有两大趋势：一是光电与光热结合;二是太阳能与建筑的结合。
目前世界各国都在实施自己的“阳光计划”，如2005年德国政府就宣布推行“十万屋顶”计划，即在建筑物顶部大规模地铺设太阳能发电装置，既节省电力又利于环保。太阳能开发利用的主要形式是光热利用和光伏发电。经过这么多年的不懈努力，太阳能利用技术日臻完善，目前我国太阳能在建筑中的应用技术大概可以分为以下五个方面。
1、太阳能热水系统与建筑相结合的技术
目前我国的太阳能热水器行业已经日趋成熟，但是太阳能热水器如何与建筑的使用功能及建筑美观相结合，仍是我们需要重点研究的问题。具体应注意以下几点：首先建筑的使用功能应与太阳能热水器的利用有机的结合在一起，形成多功能的建筑构件，巧妙高效的利用空间，使建筑物的向阳面或屋顶得以充分利用;其次要同步规划设计，同步施工安装，节省太阳能热水系统的安装成本和建筑成本，一次安装到位，避免后期施工对用户生活造成的不便以及对建筑物产生结构性破坏;三是综合考虑建筑结构和太阳能设备协调和谐，构造合理，使太阳能热水系统和建筑物融合为一体，不影响建筑的外观;最后应优先采用集中式系统，有利于平衡负荷和提高设备的利用效率。
2、集群式太阳能供热制冷装置的研究应用
集群式太阳能供热制冷装置通过热超导太阳能集热管、太阳能空气源热泵、吸收制冷机等设备将太阳能的光能首先转化为热能，使用太阳能再加上电辅助加热方式，可直接用于采暖或制取热水。在夏天通过吸收式制冷机可将常温水转化为冷水，从而实现空调制冷。通过这样的方式实现太阳能冬季采暖、夏季制冷，一年四季制取热水，建筑的采暖、制冷能耗均来自太阳能，达到环保、节能的效果，为太阳能的使用开拓了一个新的领域。
3、被动式太阳能建筑设计及建造技术
最早的平板式太阳能在全国推广已有三十多年的历史，因太阳能的安装环境恶劣，现已进入性能衰退期，同时因其技术陈旧、施工质量和运行环境差，基本不能满足室内热环境的要求，极大地挫伤了人们利用这项技术的积极性。如果没有新技术出台或对现有太阳能建筑进行更新换代，将成为进一步推广被动式太阳能建筑的障碍。目前，被动式太阳能建筑设计及建造技术要点是：开发利用各种新型的集热蓄热墙体和空气集热器，提高围护结构的保温隔热性能，合理设计窗墙比，使用高效节能窗并考虑夜间移动保温设计，加强自动控制与运行维护，采用有效的遮阳或其它被动式降温技术来解决夏季过热问题等。解决了以上的关键技术问题将大大提高被动式太阳能应用技术在建筑节能中的作用，不仅仅在农村，甚至在城市节能建筑中也可大力推广被动式太阳能应用技术。
4、太阳能光伏发电板与建筑的集成技术
该技术是指将太阳能光伏发电板安装在建筑物的屋顶或向阳墙面上，同时满足结构维护和太阳能发电的功能要求。目前我国已有太阳能光伏幕墙的试点建筑，太阳能光伏幕墙是将太阳能电池与各类普通建筑玻璃结合制成可以发电建筑材料，产品包括各种晶体硅与非晶体硅太阳能光伏夹层玻璃、晶体硅与非晶体硅太阳能光伏中空玻璃等，不仅具有发电功能，还具有独特的美学效果，同时不影响作为建筑材料的各项功能。在德国，政府宣布推行的“十万屋顶”计划，就是在建筑物顶部大规模铺设光伏发电装置，是太阳能光伏发电与建筑集成技术的实例。
5、太阳能照明技术
太阳能照明技术在我国已经大范围应用起来，它具有不用敷设线路、不受变电站远近限制，尤其适用于边远的山区、江、河、湖、海中的孤岛照明，它利用高效节能的LED面光源或点光源实现室内的白、昼照明，多种多样、造型各异的太阳能室外灯具还可实现夜间公园、景区、道路、广场以及广告照明，既节约了能源又美化了环境。
目前全国的太阳能应用状况是“政府支持，物业限制，散兵作战，艰难发展”，缺乏一批专业的、高素质的、横跨建筑与太阳能两大体系的设计施工队伍和长远的发展目标，太阳能产品质量良莠不齐，没有形成产、学、研合作的一个良好的社会环境。要实施其目标，需要有先进的技术、优良的人才以及相关的政策激励机制等作为保障。在节约常规能源的同时，大力发展可再生能源。对新建筑提出强制性节能要求，引导改造老建筑采用太阳能，这些都需要国家政策的引导和扶持。推广绿色能源是一项战略性决策，这个方面国外已有先例，以色列政府规定：凡27米以下的楼房必须安装太阳能热水器，并要求做到太阳能热水器与建筑完美结合、协调一致。否则不予立项。我们应该借鉴他国的先进经验，尽快建立健全适合我国国情的各项配套措施，现提出建议如下：
1、制定和实施可再生能源法的配套措施
进一步在法律、法规、政策措施、标准规范等方面完善可再生能源的配套措施，推动可再生能源的应用，加快制定可再生能源建筑应用激励政策以及关于住宅建筑利用太阳能的相关政策，为推进可再生能源尤其是太阳能在建筑中的应用创造良好的政策环境。
2、积极推动建设领域资源节约的制度与规范建设
将可再生能源在建筑中的应用形成一种制度约束，提高政府与百姓的节能意识、新能源利用意识，让太阳能在建筑中的利用成为一种趋势和必然。同时进一步加强标准规范的制定工作，设定统一的技术标准，为太阳能在建筑中的应用提供有力的保证。
3、制定相关的扶持、鼓励政策
政府要把可再生能源纳入经济发展的总体规划，列入各级财政预算。在资金、信贷、税收和补贴等方面给予优惠，尤其在国家紧缩银根的非常时期，政府更要给太阳能行业中的中小企业以政策扶持，促进产业升级和拉动市场的有效需求。
4、鼓励相应的企业发展
政府要努力调整市场，加大太阳能行业的扶持力度，在原来家电下乡的基础上，增加家电下乡的企业中标数量，使家电下乡这一优惠政策成为整个太阳能行业的幸事，而不是极少数几个厂家的“专利”;促进专业设计企业的发展，并整合太阳能热水器市场，形成相应的市场规范和行业自律体系。
5、建立太阳能建筑的质量认证体系
在全国，除了甘肃兰州和山东临沂具有成熟的阳能批发市场以外，绝大多数地方都把太阳能归结到五金、水暖行业;一些门户网站甚至把太阳能归纳到家电行业，使得太阳能行业在市场上名不正、言不顺。政府还应该对太阳能热水器工程等其他太阳能应用项目进行质量认证和相应的标识体系进行认证，研究制定合理的评价指标。
我们相信，在全社会的共同努力下，充分开发利用包括太阳能在内的更多有益的新能源及可再生能源，实现能源工业的可持续发展，从而加速全国能源产业的整合，具有更加迫切的重大战略意义。随着对太阳能与可再生能源广泛的大规模的利用，全国的能源结构必将发生根本性变化。
6、建立太阳能建筑的安装认证体系
太阳能热水器的技术已非常成熟，获得了市场的高度认可。但是太阳能热水器的安装质量却令人担忧，不管是零售的商品机，还是集团采购的工程机，安装质量问题屡见报端。主要是一些安装工的野蛮作业，破坏屋面防水的事情时有发生;再就是没有采取避雷和防风、固定措施，留下了极大的安全隐患;三是使用电辅助加热的太阳能热水器，由于安装工不懂电工操作规范，为了节省费用，细线大负荷，“小马拉大车”，也有的为了保证安全，导线成倍的加粗放大，造成不必要的浪费;四是北方地区的伴热带和保温不到位，造成冬天冻堵，甚至千万上下水管冻裂，甚至吸瘪水箱，给用户造成不便，增加了返修率;五是使用劣质管材管件，每年冬天，水管爆裂、接头脱落、漏水的现象经常发生。
基于以上情况，建议政府建立太阳能安装认证体系，从源头上把好关，把太阳能的安全隐患扼杀在萌芽状态。
