太阳能与建筑一体化知识讲解.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。太阳能与建筑一体化-太阳能与建筑一体化什么是太阳能与建筑一体化太阳能与建筑一体化是将太阳能利用设施与建筑有机结合,利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层,既消除了太阳能对建筑物形象的影响,又避免了重复投资,降低了成本。太阳能与建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向。太阳能与建筑一体化技术的特点:1.把太阳能的利用纳入环境的总体设计,把建筑、技术和美学融为一体,太阳能设施成为建筑的一部分,相互间有机结合,取代了传统太阳能的结构所造成的对建筑的外观形象的影响;2.利用太阳能设施完全取代或部分取代屋顶覆
2、盖层,可减少成本,提高效益;3.可用于平屋顶或斜屋顶,一般对平屋顶而言用覆盖式,对斜屋顶用镶嵌式;太阳能与建筑一体化应用技术适用对象:1、适用于城建较严格,要求安装规范、美观、不损害市容市貌的单位、集体、小区等。2、适用于在建筑设计之处,就将太阳能作为建筑的一部分考虑在内,与建筑一同设计。3、适用于各种形式的建筑,例如:住宅小区、高层楼群、别墅等等。4、单台集体购买统一安装,该种形式主要适合于新建住宅小区和旧房改造。优点:(1)对于物业管理来说,安装规范、便于管理。(2)对于房地产商来说,可以作为楼盘销售的卖点。(3)可以单独为某个小区设立售后服务点,专门为该小区服务,免去客户的后顾之忧。太阳
3、能与建筑一体化现状经过数年的研究和开发,太阳能的利用已取得显著成果并转化为生产力。在我国,太阳能热水器在全行业中现已拥有企业超过千家,推广应用范围也在不断扩大。而太阳能与建筑的结合,也在住宅建设中越发呈现出其不可替代的地位,并成为住宅建设中的一个最新亮点太阳能与建筑一体化在我国进行推广的几点思考前言随着经济建设和人民生活水平的提高,城市花园住宅已经成为潮流,同时能源危机和环境的恶化也在不断加剧,为此,既清洁又取之不尽的太阳能产品的开发和利用亟需普及,让太阳能产品助推城市花园化住宅实现既环保又节能,让未来住宅都太阳能化。随着国内太阳热水器行业的发展,消费者对生活热水的要求,越来越高,而且对建筑的
4、美观越来越重视,原有的闷晒式、紧凑式已不能满足人们的需求。太阳能作为一种无处不在、取之不尽、用之不竭的,洁净无污染的能源正日益受到重视,它的广泛应用对于节约不可再生的矿物能源,保护环境,改善人类生存空间,实现经济社会的可持续性发展具有重要的意义。目前,我们可以看到屋顶各种形式的太阳热水器,它就象冰箱、彩电一样已逐渐成为人们生活的基本消费品,然而,目前的太阳能热水器只考虑自身的结构和功能,没有考虑到建太阳能热水器几乎无一例外的破坏了建筑的整体形象。事实上,太阳能集热器本身具有防水隔热的作用,这与建筑物屋顶的作用具有相似之处,即可以利用太阳能集热设施部分或全部代替屋顶覆盖层的作用,从而可节约投资。
5、因此,若能把建筑物与太阳能设施放到一起考虑,实现相互间的有机结合,便可节约投资,保持建筑物的整体美观性不受破坏,又可最大限度的利用设施与建筑的一体化问题,一般简称作“太阳能与建筑一体化”。一、太阳能与建筑一体化技术现状一直以来,太阳能等可再生能源在建筑技术上的完美应用都是企业梦寐以来的追求,太阳能与建筑结合创造的低能耗高舒适度的健康居住环境,不仅让住户家庭生活得更自然更环保,而且能节能能减污,对实现社会可持续发展具有重大意义。在人类面临生存环境破坏日益严重和能源危机的今天,如何开发利用环保节能的住宅配套部品就成了一个焦点话题。太阳能作为一种免费、清洁的能源,在住宅建筑中的利用,将关系到可持续发
6、展的战略,可谓意义深远。经过数年的研究和开发,太阳能的利用已取得显著成果并转化为生产力。在我国,太阳能热水器在全行业中现已拥有企业超过千家,推广应用范围也在不断扩大。而太阳能与建筑的结合,也在住宅建设中越发呈现出其不可替代的地位,并成为住宅建设中的一个最新亮点。早在1999年召开的世界太阳能大会上就有专家认为,当代世界太阳能科技发展有两大基本趋势,一是光电与光热结合;二是太阳能与建筑的结合。太阳能源建筑系统是绿色能源和新建筑理念的两大革命的交汇点,专家们公认,太阳能是未来人类最适合,最安全,最理想的替代能源。目前太阳能利用转化率约为10%12%,太阳能的开发利用潜力十分巨大,据报载,目前,世界
7、各国都在设施自己的“阳光计划”,如去年德国政府就宣布推行“十万屋顶”计划,即在建筑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。在欧洲的能源消费中,约有1/2用于建筑的建设和运行,而交通运输耗能只占能源消费的1/4,因此建筑物利用太阳能成为各发达国家政府极力倡导的事业,太阳能利用设施与建筑的结合自然是人们所关注的问题,主要是太阳能的光伏利用与建筑的结合上。太阳能与建筑一体化有他独特的特点:一是把太阳能的利用纳入环境的总体设计,把建筑、技术和美学融为一体,太阳能设施成为建筑的一部分,相互间有机结合,取代了传统太阳能的结构所造成影响;二是利用太阳能设施完全取代或部分取代屋顶覆盖层,可减少成
8、本,提高效益,三是可用于平屋顶和斜屋顶,一般对平屋顶而言用覆盖式,对斜屋顶用镶嵌式,四是该技术属于一项综合性技术,涉及太阳能利用,建筑,流体分布等多种技术领域。另外,在云南昆明还建成了一个平屋顶结构的太阳能与建筑一体化温水游泳馆,该游泳馆屋顶面积约700平方米,屋顶结构为轻钢网架结构,屋顶覆盖层完全由特别的太阳能平板集热器代替。这是我国第一个在平屋顶上实现太阳能与建筑一体化的实验性工程。联合国能源机构最近的调查报告显示,太阳能与建筑一体化将成为21世纪的市场热点,成为21世纪建筑节能市场的亮点。二、太阳能与建筑一体化的发展方向目前,建筑物空气温度调节消耗着大量的能量。在我国,它要占到建筑物总能
9、耗的约70%。用空调机和燃煤来控制室温不仅消耗能量,带来的外界的环境污染,而且并不能给室内人员带来健康的环境。在太阳能用于采暖方面,除造价较高的被动式太阳房有一些示范建筑外,还没有大规模的采用。主动式太阳能供能由于成本更高,与我国的经济发展也是远不相适应。因此,建筑供能的主动与被动相结合的思想及太阳能与常规能源相结合单位思想,按照房间的功能,采用不同方案的配合及交叉,这样可以大大降低太阳能用于建筑功能的一次投资和运行成本,使得整个方案在商业化的意义下具有可操作性。太阳能供能设备的非定常性,对气象条件和辐照条件的依赖性等特点,要求我们必须对建筑用能负荷进行准确的预测,才能够在设备与建筑的匹配上做
10、出设备投资和节能效益最佳的选择。建筑室内温度及气流的预测方法和预测软件CFD/NHT是太阳能与建筑的结合的理论和应用基础,也是世界目前建筑空气调节的又一大方面,但是我国目前在该方面的水平和从事人数还远落后于世界先进国家。在当代,太阳能与建筑的发展必须有一定的策略与之相适应,一是成熟的被动太阳能技术与现代的太阳能光伏光热技术的综合利用;二是保温隔热的维护结构技术与自然通风采光遮阳技术的有机结合;三是传统建筑构造与现代技术和理念的融合;四是建筑的初投资与生命周期内投资的平衡;五是生态驱动设计理念向常规建筑设计的渗透;六是综合考虑区域气候特征、经济发达程度、建筑特征和人们的生活习惯等相关因素。综合考
11、虑社会进步,技术发展和经济能力等因素,在建筑物的策划、建筑设计、使用、维护以及改造等活动中,主动与被动的利用太阳能的建筑统称为太阳能建筑。我国太阳能建筑领域中技术最成熟,应用范围最广,产业化发展最快的是家用太阳能热水器。在云南昆明,陆良等地,在一些别墅式建筑的屋面,尝试把平板太阳能集热器镶嵌在具有瓦屋面的斜屋顶上,热水箱则隐蔽在斜屋顶的阁楼中,使太阳能热水器与建筑有机结合,外观形象是比较漂亮的,只是适合此类结构的建筑较少,推广应用受到局限。多功能休闲亭集太阳能热水器,光电板和纳凉休闲功能于一体,流线型设计既美观又减少亭子结构的风力和承重荷载,优美的造型为屋顶,建筑物和周围环境增添了一道亮丽的风
12、景,打造出一座别致美丽的楼顶花园,成为融合建筑美学,园林设计和人本文化内涵的典范之作,而且结构简单灵活,安装方便的特点,使之能够自然地与庭院,泳池,花园等场所融为一体。三、太阳能与建筑一体化存在的问题和解决问题的思路太阳能与建筑一体化问题是多科学,多层面参与和合作的综合性事业,需要国家政策法规部门、建筑主管部门、太阳能厂商、房地产开发商、建筑设计单位的共同努力,太阳能热水器的推广应用离不开建筑师的参与,建筑师作为建筑的设计者,应根据不同的热水器类型,技术要求,使用目的以及不同地理纬度和气候特点,建筑类型等,对建筑的造型,平面布局和功能等进行综合考虑,另一方面太阳能热利用设备的设计和生产厂家反过
13、来也应从建筑师那里获得建筑对其设备要求的反馈信息,只有这样才能使设备的设计和生产与建筑的使用达到完美的统一,推动太阳能在建筑上的运用,太阳能厂商一定要在技术上解决与建筑一体化的难题,要使太阳能系统成为建筑的一个构件,同时产品要标准化、系列化、配套化,这是推行太阳能与建筑一体化的根本问题。对于安置在屋顶的建筑一体化太阳能热水器,其基本特征是集热器沿屋面布置,集热器作为屋顶覆盖层的一部分或全部。如此结构与传统技术比较,存在的主要问题是“系统的循环问题”、“集热器的形成和结构问题”等。一是对于斜屋顶而言,集热器可以沿屋面倾斜布置,循环问题与传统技术上没有差别;二是对于平屋顶,集热器几乎呈水平布置,基
14、本循环方式虽然仍为自然循环和强制循环两种,但对技术要求有很大的差别。目前,国内外太阳能与建筑完美结合的形势并不乐观,太阳能的普及率仅为7.6%,尽管国家经贸委已规划未来15年内我国太阳能热水器普及率达到25%,但是面临的困难很多,需要国家的大力支持和社会各界的努力。太阳能热水器虽有诸多优点,但是与建筑完美结合进程缓慢,太阳能热水器还没有有机地大规模溶入建筑设计与施工中,市场刺激和国家立法都有待加强,太阳能热水器整体水平有待提高,以便适应与建筑结合的要求,如果太阳能热水器产品标准不统一,给建筑应用带来困难。现代城市的核心是能源系统、营养系统、文化系统组成的,绿色生态人居太阳能与建筑结合设计要求将
15、这三者和谐统一。太阳能与建筑设计理论强调设计形态的动态与变化,而不是僵死的形式;强调设计的系统性,而不是单一项目的自我表现;强调与环境的关系,而不是孤立的设置构筑物;强调环境科学、技术与文化艺术结合,而不是满足某些人对建筑成就或象征性表达的片面追求。另外,太阳能热水器与建筑的完美结合需解决的问题值得注意的是太阳能热水器要与建筑完美结合,必须做到:根据建筑特点形式,生产与之配套的太阳能热水器;规范太阳能热水器在建筑物上放置和安装;与建筑商协调搞好管路的预留;结合建筑与地区特点,搞好太阳能防风、防雪、防雷等安全防护等。太阳能与建筑结合目前仍有许多问题需要解决:应以法律法规的形式将太阳能热水器纳入建
16、筑设计规划,加大太阳能热水器结构形式与建筑物适应性的研究力度;制定完善规范的太阳能热水器产品统一标准,提高产品技术水平;国家制定在建筑物上安装太阳能热水器的优惠政策,鼓励安装太阳能;要求太阳能热水器与建筑结合的相关技术标准规范。绿色生态住宅寻求自然、建筑与人三者之间的和谐统一。在“以人为本”的基础上,利用自然条件和人工手段创造一个有利于人们舒适、健康的生活环境。在住宅健康化发展态势下,太阳能与建筑一体化也日益成为房地产业关注的焦点。中国建筑科学研究院的郑瑞澄教授指出,目前太阳能热水器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,有相当多的技术问题亟待解决。四、太阳能热水器与建筑
17、一体化的前景太阳能热水器属于一次性投资,虽然购买时比电、燃气热水器等贵,但在使用过程中不再投资,且安全可靠,操作简单方便,综合计算,太阳能热水器投资最少。而众多小区物管公司认为:屋顶安装太阳能热水器既不安全又影响了整个小区统一的建筑风格。大好形势下隐藏着诸多不利因素,是应该引起业内外人士注意的,对隐藏的问题尽早采取措施,才能保证大好形势健康发展,使太阳能事业在发展过程中少走弯路。随着行业的发展,技术的进步和人民生活水平的提高,建筑能耗也随之的提高,日益成为能源供给的沉重负担,因此建筑物对太阳能的充分利用具有重要的经济、社会意义和能源安全的战略意义,太阳能热水器的性能已经可以满足用户全天候24小
18、时随心所欲的使用要求。太阳能热水器与建筑结合的方式也是多种多样,可分为屋面隐藏型、墙体型两大类;用途上也很广泛,既可以产生热能或电能,又可以当作防水和绝热材料,还可以作表面装饰材料使用。如果房产开发商从设计、建设开始就像对火、电那样,把太阳能(光热、光电)与房屋融为一体,这样既可以增添商房的功能,也可以满足住户的实际需求,自然会提高商房的销售量。房产开发是一行巨大的产业,同其它行业一样,谁拥有了新技术和新产品,谁就拥有了用户和市场。所以,我们希望广大的房产开发商精心设计商房,优化资源配置,把太阳能与商房巧妙地结合起来,既起到装点效果,又节能环保,一劳永逸,利国利己,造福子孙。太阳能与建筑一体化
19、,它属于太阳能利用技术的重大革新,已经引起政府部门和科技、产业部门的高度重视,让21世纪的太阳能技术上一个新的台阶,让21世纪的建筑成为绿色生态的太阳能建筑!太阳能与建筑一体化的实施方式1、太阳墙、光伏组件与建筑墙体一体化;2、光伏组件与市政供电系统并网;3、太阳能热泵集热装置与建筑屋顶一体化;4、太阳能一体化设计中与之相配合的建筑保温设计太阳能利用与建筑一体化构想作者:杨宝坤张亚平本文分析了目前太阳能利用中出现的一些问题,指出太阳能与建筑的一体化势在必行,提出了太阳能利用与建筑一体化的新构想,对几种常用的太阳能利用与建筑一体化的实施方式进行了分析比较,希望对太阳能的利用和建筑的节能有一定的参
20、考价值。关键词:太阳能建筑一体化1太阳能利用的现状我国有着丰富的太阳能资源,每年获得的太阳能约为3.61022J,相当于1.2万吨标准煤的热值1。约占全国国土面积的2/3的地区年平均辐射总量在33408400MJ/m2,年日照时数在超过2200h,相当于110280kg标准煤的热值2。我国从70年代就开始了太阳能利用方面的研究,经过30年来的不懈努力,现已在太阳能利用和推广方面已经取得了一定的成绩,尤其在太阳能热水器方面取得了一大批科研成果。但我国的太阳能利用技术与发达国家相比还存在很大的差距,例如我国目前对太阳能在建筑中有效地利用还是探索阶段,不仅利用方式单一并且在与建筑一体化方面显得尤为落
21、后。因此我国在太阳能技术的实用性、经济性、先进性、可操作性等方面都有很多值得进一步研究的地方。2太阳能利用所面临的问题2.1体制方面的问题在我国目前的经济体制下,绝大多数建筑的建设者、使用者和管理者是三者分离的,经济上没有直接的利害关系。管理者认为建筑业目前的当务之急是解决群众住房问题,如果筹集大量的资金去搞建筑节能,就会少建一些房屋,这与我国的目前现状而言是不适合;建筑的建设者认为用最少的投资建成尽可能多的建筑面积而节能会增加成本与售价进而影响销售,并且节能是政府的事情与开发商无关,因而置节能标准于不顾1;使用者认为进行建筑节能会花去很多的资金况且节能最终能否带来良好的经济效益还有待验证。2
22、.2技术方面的问题就目前而言,全玻璃制真空管的太阳能集热装置占据着主导地位,成本较低且技术成熟,但当其与建筑物进行一体化的有机结合却存在着一系列的问题,例如承压运行问题、运行安全问题、密封可靠问题、结垢清理问题等等3;而采用金属制流道的集热装置并采用强制循环系统,虽然很好的解决了这些问题但又存在成本较高等缺陷。此外还存在着工作性能随天气影响较大的缺点。2.3建筑行业和太阳能产业界之间的问题建筑行业和太阳能产业界之间缺乏相互配合,建筑行业过去基本没有参与过太阳能利用与建筑一体化的设计与施工,存在对太阳能利用的原理、设计方法不够了解,缺乏必要的基础设计参数,对其节能意义认识不足等缺陷,没有按照利用
23、太阳能的原理和方法进行设计,造成建筑的土建时就没有装置适当的预埋件,给太阳能装置的安装造成了一定的障碍,并在安装时可能损害建筑结构和增加建筑负荷;太阳能产业界只考虑太阳能设备的结构和性能,没有考虑将太阳能设备如何作为建筑物的有机组成部分与建筑结构相结合,不能与建筑结构从整体性上相协调,外观与造型难以适应现代建筑的要求。以上这些都为太阳能利用和与建筑一体化在我国城市建筑中的发展带来的一定困难。但本文认为我国可以参考美国太阳能供暖降温房屋的建筑条例和节约能源房屋建筑法规4等制定和完善我国国家节能政策法,鼓励新能源利用同时在经济和政策上也采取有效措施解决了这些问题,加快利用太阳能等可再生能源的发展。
24、3太阳能利用与建筑一体化势在必行我国的建筑行业过去只着重于建筑的功能、需求和立面效果,却往往忽视了对清洁能源的利用,缺乏在能源使用过程中对消除各种污染的意识。过去很长时间里,安装太阳能利用设备没有同建筑设计进行有机地结合,使得太阳能集热设备的安装在建筑的外表面及屋顶形成了规格繁杂、形式各异,杂乱无章的无序状态,破坏了建筑楼宇的景观效果,造成新的建筑视觉污染。这个问题应成为太阳能产业界和建设行业应该共同研究讨论的一个大问题,建筑如何与太阳能设备很好的结合起来也已成为摆在我们眼前的事实。太阳能利用技术与建筑一体化的设计就是解决这些问题的关键所在,太阳能产业界应着力于开发和生产那些有利于与建筑进行一
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