第一節(jié) 太陽能熱水器與建筑結(jié)合現(xiàn)狀

一、太陽能熱水器與建筑一體化基本概念

太陽能熱水器與建筑一體化概括起來講，就是將太陽能熱水器與建筑充分結(jié)合并實現(xiàn)整體外觀的和諧統(tǒng)一。具體來講包括下面幾個優(yōu)點：

1、建筑的使用功能與太陽能熱水器的利用有機的結(jié)合在一起，形成多功能的建筑構件，巧妙高效的利用空間，使建筑可利用太陽能的部分——向陽面或屋頂?shù)靡猿浞掷茫?/p>

2、同步 規(guī)劃 設計，同步施工安裝，節(jié)省太陽熱水系統(tǒng)的安裝成本和建筑成本，一次安裝到位，避免后期施工對用戶生活造成的不便以及對建筑以有結(jié)構的損害；

3、綜合使用材料，降低了總造價，減輕建筑荷載；

4、綜合考慮建筑結(jié)構和太陽能設備協(xié)調(diào)和諧，構造合理，使太陽熱水系統(tǒng)和建筑融合為一體，不影響建筑的外觀；

5、如果采用集中式系統(tǒng)，還有利于平衡負荷和提高設備的利用效率；

6、太陽的利用與建筑相互促進、共同發(fā)展，使其節(jié)省能源，為民眾受益。

總之，經(jīng)過一體化設計和統(tǒng)一安裝的太陽能熱水系統(tǒng)，在外觀上可達到和諧統(tǒng)一，特別是在集合住宅這類多用戶使用的建筑中，改變使用者各自為政的局面，易于形成良好的建筑藝術形象。

二、太陽能熱水器與建筑一體化設計基本途徑與方法

太陽熱水器作為一種工業(yè)化的技術產(chǎn)品，它與建筑的有機結(jié)合，有利于創(chuàng)造富有個性的建筑形體，從而加強住宅的可識別性?；拭魈柲芗瘓F工程：銅陵世界花園。整齊劃一的太陽能熱水系統(tǒng)工程，和整潔的建筑、美麗的自然風光完美的結(jié)合到了一起，相得益彰，令人賞心悅目。

可是我國建筑 行業(yè) 與太陽能熱水器的結(jié)合剛剛起步，還存在著很多的問題。傳統(tǒng)的設計方法是在屋頂上安裝太陽能熱水器。這是目前最為普及的設計方法，但是它也存在很多的缺陷。裝在屋頂上的太陽熱水器存在著連接管道較長，熱損失大等缺陷；上屋頂檢查或維護較為困難，如果沒有統(tǒng)一設計，就會造成布局混亂，與建筑不協(xié)調(diào)，不美觀，破壞建筑形象，影響市容市貌；嚴重的還會降低太陽能產(chǎn)品在消費者心中的地位。

太陽能熱水器安裝在建筑物上如果不和諧，就會影響到建筑物的美觀和市容的整潔，從某種程度上其實在制約著太陽能熱水器與建筑一體化的發(fā)展。所以說，力求做到太陽能熱水器與建筑以及周圍環(huán)境的和諧一致，是這項技術的核心所在。

一談到太陽能熱水器與住宅建筑的一體化設計首先就會考慮到外觀與風格的問題。太陽熱水器一體化住宅不完全是簡單的形式觀念，關鍵是要改變現(xiàn)有的住宅內(nèi)在運行系統(tǒng)。具體的設計原則可以表述為吸取技術美學的手法，體現(xiàn)各類住宅的特點，強調(diào)可識別性，利用太陽能構件為建筑增加美學趣味。太陽熱水器一體化住宅設計應考慮居住建筑特點如：平立面、結(jié)構和造型較規(guī)整；房間的功能性較強；住宅造價大的限制。在設計中應注意立面設計力求簡單，使立面看上去簡潔平整。

集熱器是收集太陽能的主要部件，其安裝的位置應避免其它建筑、樹木及建筑自身遮擋陽光。特別是對于安裝在集合住宅南向墻面上的集熱器要根據(jù) 規(guī)劃 中日照間距設置，確定最低的安裝高度。

從建筑的角度考慮集熱器的維護使用問題，如果集熱器安裝在平屋頂、陽臺等處，維護清潔比較容易進行；如果集熱器安裝在坡屋頂和南側(cè)窗間墻等處，則要考慮今后使用中的維護問題。根本目的就是為用戶的使用和維護提供方便。

1、立面式

住宅上太陽集熱器的重復安置可以形成有韻律感的連續(xù)立面?？山Y(jié)合住宅的屋頂、陽臺和遮陽板的位置設置集熱器，以其特有的韻律感形成太陽能建筑的標志性外觀。在高層集合住宅中如果利用窗戶的不同構圖或陽臺的處理，更易于塑造豎向的垂直韻律效果。

2、陽臺式

集熱器除了可垂直的排布在窗臺之間，還可以與樓房陽臺封裝結(jié)合為一體，帶保溫殼體的儲水箱安裝在上層陽臺的底部。或采用直流式熱水器通過自來水的壓力將熱水壓入設在衛(wèi)生間、廚房等用水房間的保溫水箱內(nèi)。

在陽臺安裝的熱水器應考慮綜合陽臺欄板的功能，形成多功能建筑構件，力求實現(xiàn)太陽能熱水器和建筑的完美結(jié)合，且能最大限度的利用太陽光照，滿足多種形式的供水需求。

但是在陽臺安裝的太陽能熱水器仍有不足之處。這種熱水器在緯度較低的建筑南墻上安裝存在夏季集熱量不高的缺點。故通?？捎糜谳^高緯度地區(qū)，為獲得較大的水壓，常采用不需將水箱置于熱水器之上的直流式熱水系統(tǒng)。連接熱水器和水箱的管徑不宜太粗，以便于保溫和減少管內(nèi)存水量。

3 遮陽棚式

集合住宅中還可以將太陽集熱器與門窗上的遮陽棚相結(jié)合。這種熱水器的特征在于將集熱器安裝在窗口上方的遮陽托架上，水箱則設在上層窗坎墻處，在起到遮陽作用的同時為用戶提供熱水，有效地利用了空間。需要注意的則是要確保安裝牢固，以免集熱器落下傷人，而由于集熱器多是玻璃材質(zhì)，要考慮在集熱器上方加適當?shù)谋Ｗo措施防止重物砸壞集熱器。

綜上所述，在我國集合住宅中發(fā)展和推廣太陽能利用勢在必行，建筑設計、 規(guī)劃 設計、建筑物理以及能源科技工作者應進行跨學科的合作，更新設計理念、設計方法，綜合解決建筑功能、采暖方式、空間組合及造型等問題，并進行一體化構件的研制，在建筑與太陽能利用一體化設計中做出更大貢獻。

三、太陽能與建筑一體化技術現(xiàn)狀

一直以來，太陽能等可再生能源在建筑技術上的完美應用都是企業(yè)夢寐以來的追求，太陽能與建筑結(jié)合創(chuàng)造的低能耗高舒適度的健康居住環(huán)境，不僅讓住戶家庭生活得更自然更環(huán)保，而且能節(jié)能能減污，對實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。在人類面臨生存環(huán)境破壞日益嚴重和能源危機的今天，如何開發(fā)利用環(huán)保節(jié)能的住宅配套部品就成了一個焦點話題。太陽能——作為一種免費、清潔的能源，在住宅建筑中的利用，將關系到可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，可謂意義深遠。經(jīng)過數(shù)年的 研究 和開發(fā)，太陽能的利用已取得顯著成果并轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。在我國，太陽能熱水器在全 行業(yè) 中現(xiàn)已擁有企業(yè)超過千家，推廣應用范圍也在不斷擴大。而太陽能與建筑的結(jié)合，也在住宅建設中越發(fā)呈現(xiàn)出其不可替代的地位，并成為住宅建設中的一個最新亮點。

早在1999年召開的世界太陽能大會上就有專家認為，當代世界太陽能科技發(fā)展有兩大基本趨勢，一是光電與光熱結(jié)合；二是太陽能與建筑的結(jié)合。太陽能源建筑系統(tǒng)是綠色能源和新建筑理念的兩大革命的交匯點，專家們公認，太陽能是未來人類最適合，最安全，最理想的替代能源。目前太陽能利用轉(zhuǎn)化率約為10%—12%，太陽能的開發(fā)利用潛力十分巨大，據(jù)報載，目前，世界各國都在設施自己的“陽光計劃”，如去年德國政府就宣布推行“十萬屋頂”計劃，即在建筑頂部大規(guī)模地鋪設太陽能發(fā)電裝置，既節(jié)省電力又利于環(huán)保。在歐洲的能源消費中，約有1/2用于建筑的建設和運行，而交通運輸耗能只占能源消費的1/4，因此建筑物利用太陽能成為各發(fā)達國家政府極力倡導的事業(yè)，太陽能利用設施與建筑的結(jié)合自然是人們所關注的問題，主要是太陽能的光伏利用與建筑的結(jié)合上。

太陽能與建筑一體化有他獨特的特點：一是把太陽能的利用納入環(huán)境的總體設計，把建筑、技術和美學融為一體，太陽能設施成為建筑的一部分，相互間有機結(jié)合，取代了傳統(tǒng)太陽能的結(jié)構所造成影響；二是利用太陽能設施完全取代或部分取代屋頂覆蓋層，可減少成本，提高效益，三是可用于平屋頂和斜屋頂，一般對平屋頂而言用覆蓋式，對斜屋頂用鑲嵌式，四是該技術屬于一項綜合性技術，涉及太陽能利用，建筑，流體分布等多種技術領域。另外，在云南昆明還建成了一個平屋頂結(jié)構的太陽能與建筑一體化溫水游泳館，該游泳館屋頂面積約700平方米，屋頂結(jié)構為輕鋼網(wǎng)架結(jié)構，屋頂覆蓋層完全由特別的太陽能平板集熱器代替。這是我國第一個在平屋頂上實現(xiàn)太陽能與建筑一體化的實驗性工程。聯(lián)合國能源機構最近的調(diào)查報告顯示，太陽能與建筑一體化將成為21世紀的市場熱點，成為21世紀建筑節(jié)能市場的亮點。

四、太陽能與建筑物一體化的基本形式

太陽能熱水器與建筑物的一體化，就形式上來講有分戶式和集體式兩種。 

分戶式是統(tǒng)一設計、統(tǒng)一布局、統(tǒng)一安裝，單家獨戶分開使用，由住戶自己進行個體管理，這種與建筑結(jié)合的辦法被商家廣泛采用。在管理上比較方便，減少扯皮現(xiàn)象，但由于房屋面積的局限，影響了這一形式的推廣。同時，這一形式多數(shù)采取水箱裸露、整齊排列的做法，很難達到美觀的要求，還談不上真正意義上的與建筑物相結(jié)合。

集體式系統(tǒng)又稱為中央供水系統(tǒng)。它將太陽能集熱器串聯(lián)起來，利用熱虹吸原理或強制循環(huán)的辦法逐步將水升溫，用一個或多個保溫大水箱將熱水儲存起來，分別供應給用戶。這種方式與分戶式比較，有占地較少、節(jié)約投資、故障率較低、水溫和水壓平衡的特點，更重要的是能較好地與建筑結(jié)合起來。集體式太陽能熱水系統(tǒng)安全節(jié)能，自動運行，管理維護費用較少，不僅解決了環(huán)保問題、安全問題，開發(fā)商通過合理收費，還能獲得經(jīng)濟效益。這是太陽能熱水器與建筑物一體化的發(fā)展方向。

當前，我國對太陽能熱水器與建筑物一體化的 研究 主要集中在部分新建住宅上，對已建住宅的太陽能熱水器與建筑物一體化的改造設計還沒有涉及，由于太陽能熱水器的推廣網(wǎng)絡以分散在全國各地的經(jīng)銷商為主，從利益角度和安裝簡便的角度考慮，他們通常以單個住戶安裝或者以多臺串取使用，不利于太陽能熱水器與建筑物的結(jié)合。以色列、希臘、美國、日本、澳大利亞等在太陽能熱水器與建筑物相結(jié)合方面已有成功經(jīng)驗，這些國家的太陽能熱水器與建筑物的結(jié)合已步入政府引導、快速發(fā)展的軌道，在這一點上，我們與世界的差距較大。

五、太陽能與建筑一體化的發(fā)展方向

目前，建筑物空氣溫度調(diào)節(jié)消耗著大量的能量。在我國，它要占到建筑物總能耗的約70%。用空調(diào)機和燃煤來控制室溫不僅消耗能量，帶來的外界的環(huán)境污染，而且并不能給室內(nèi)人員帶來健康的環(huán)境。在太陽能用于采暖方面，除造價較高的被動式太陽房有一些示范建筑外，還沒有大規(guī)模的采用。主動式太陽能供能由于成本更高，與我國的經(jīng)濟發(fā)展也是遠不相適應。因此，建筑供能的主動與被動相結(jié)合的思想及太陽能與常規(guī)能源相結(jié)合單位思想，按照房間的功能，采用不同方案的配合及交叉，這樣可以大大降低太陽能用于建筑功能的一次投資和運行成本，使得整個方案在商業(yè)化的意義下具有可操作性。

太陽能供能設備的非定常性，對氣象條件和輻照條件的依賴性等特點，要求我們必須對建筑用能負荷進行準確的預測，才能夠在設備與建筑的匹配上做出設備投資和節(jié)能效益最佳的選擇。建筑室內(nèi)溫度及氣流的預測方法和預測軟件CFD/NHT是太陽能與建筑的結(jié)合的理論和應用基礎，也是世界目前建筑空氣調(diào)節(jié)的又一大方面，但是我國目前在該方面的水平和從事人數(shù)還遠落后于世界先進國家。在當代，太陽能與建筑的發(fā)展必須有一定的策略與之相適應，一是成熟的被動太陽能技術與現(xiàn)代的太陽能光伏光熱技術的綜合利用；二是保溫隔熱的維護結(jié)構技術與自然通風采光遮陽技術的有機結(jié)合；三是傳統(tǒng)建筑構造與現(xiàn)代技術和理念的融合；四是建筑的初投資與生命周期內(nèi)投資的平衡；五是生態(tài)驅(qū)動設計理念向常規(guī)建筑設計的滲透；六是綜合考慮區(qū)域氣候特征、經(jīng)濟發(fā)達程度、建筑特征和人們的生活習慣等相關因素。

綜合考慮社會進步，技術發(fā)展和經(jīng)濟能力等因素，在建筑物的策劃、建筑設計、使用、維護以及改造等活動中，主動與被動的利用太陽能的建筑統(tǒng)稱為太陽能建筑。我國太陽能建筑領域中技術最成熟，應用范圍最廣，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的是家用太陽能熱水器。在云南昆明，陸良等地，在一些別墅式建筑的屋面，嘗試把平板太陽能集熱器鑲嵌在具有瓦屋面的斜屋頂上，熱水箱則隱蔽在斜屋頂?shù)拈w樓中，使太陽能熱水器與建筑有機結(jié)合，外觀形象是比較漂亮的，只是適合此類結(jié)構的建筑較少，推廣應用受到局限。多功能休閑亭集太陽能熱水器，光電板和納涼休閑功能于一體，流線型設計既美觀又減少亭子結(jié)構的風力和承重荷載，優(yōu)美的造型為屋頂，建筑物和周圍環(huán)境增添了一道亮麗的風景，打造出一座別致美麗的樓頂花園，成為融合建筑美學，園林設計和人本文化內(nèi)涵的典范之作，而且結(jié)構簡單靈活，安裝方便的特點，使之能夠自然地與庭院，泳池，花園等場所融為一體。

第二節(jié) 太陽能熱水器與建筑結(jié)合的技術

一、太陽能建筑發(fā)展的技術途徑和策略 分析

1、技術途徑

太陽能建筑的應用領域包括建筑物的使用功能以及業(yè)主對于安全、便利、舒適、健康的環(huán)境需求。

太陽能建筑的技術途徑包括了被動應用、主動應用和綜合應用等多種途徑。如從保溫隔熱材料的開發(fā)、自然采光通風功能的實現(xiàn)、太陽能光熱光伏技術的應用到遮陽、光影和舒適環(huán)境的創(chuàng)造，全方位地綜合應用太陽能資源。就目前發(fā)展最快的太陽能光熱利用而言，也將包括低溫利用、中溫利用和高溫利用等多層次能源效率利用形式；而太陽能光伏利用也將在太陽能建筑一體化上表現(xiàn)出更為廣闊的發(fā)展前景。

2、發(fā)展策略

1）太陽能建筑的發(fā)展思路

在各級政府的政策導向和激勵機制的基礎上，提高職業(yè)培訓和公眾教育程度，加強產(chǎn)品（系統(tǒng)）檢測認證和建筑準入制度，完善規(guī)范標準及相關技術規(guī)程，發(fā)揮從企業(yè)到業(yè)主等各個層面的積極性，共同推進太陽能建筑的有序健康發(fā)展。

2）太陽能建筑的發(fā)展策略

（1）成熟的被動太陽能技術與現(xiàn)代的太陽能光伏光熱技術的綜合利用；

（2）保溫隔熱的圍護結(jié)構技術與自然通風采光遮陽技術的有機結(jié)合；

（3）傳統(tǒng)建筑構造與現(xiàn)代技術和理念的融合；

（4）建筑的初投資與生命周期內(nèi)投資的平衡；

（5）生態(tài)驅(qū)動設計理念向常規(guī)建筑設計的滲透；

（6）考慮區(qū)域氣候特征和經(jīng)濟發(fā)達程度的差異；

（7）關注不同的建筑特征和人們的生活習慣。

3）太陽能建筑的發(fā)展目標

充分地綜合利用太陽能，滿足建筑物對于使用功能和環(huán)境功能盡量多的能源供應需求，以降低建筑能耗在社會總能耗中的比例。因此，進一步考慮將太陽能利用與地熱能、風能、生物質(zhì)能以及自然界中的低溫熱能等復合能源的利用結(jié)合起來，并進行系統(tǒng)的優(yōu)化配置，以滿足建筑的能源供應和健康環(huán)境的需求，是太陽能建筑發(fā)展的最高目標。零排放建筑代表了太陽能綜合應用的最高理想。近期 研究 開發(fā)的重點是太陽能熱利用產(chǎn)品和系統(tǒng)與建筑一體化。

4）綜合確定太陽能建筑發(fā)展策略

（1）氣候特征和經(jīng)濟發(fā)達程度：西部經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，往往又是太陽能資源豐富的區(qū)域。依然應以被動利用太陽能建筑為主，加強集熱、蓄熱、導熱等材料和技術的研發(fā)與推廣；而對于經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(qū)，夏季炎熱、冬季陰冷，又具有冬季采暖、夏季空調(diào)的生活需求和經(jīng)濟能力。因此，應積極擴大綜合利用太陽能建筑新技術的投資優(yōu)勢，并成為實施太陽能或水源熱泵等采暖空調(diào)技術示范建筑的首選地區(qū)。

（2）生活習慣和經(jīng)濟水平：隨著我國社會發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，穩(wěn)定的熱水供應逐步成為居民的基本生活需求之一。這是太陽能熱水設備及系統(tǒng)與建筑一體化成為太陽能建筑領域發(fā)展最快的主要原因。

（3）建筑特征與政策導向：對于不同的建筑類型和社會功能，在太陽能利用等領域應給予不同的示范導向和稅收等激勵政策。如，對于公益性建筑采取強制推行太陽能利用的政策；而對于商業(yè)性建筑則給予稅收等激勵政策；對于量大面廣的居住建筑則實行稅收激勵政策、能源投資機之及業(yè)主有償使用相結(jié)合的策略。當然這些策略對于既有建筑的改造同樣適用。近期可在選擇特殊用途建筑、大型公益性建筑及政府辦公建筑等進行示范推廣和政策引導。

（4）太陽能建筑技術和體系：編制設計規(guī)范、標準及其相關圖集，建立產(chǎn)品（系統(tǒng)）檢測中心和認證機構，完善施工驗收及維護技術規(guī)程等，是太陽能利用（如熱水供應）列入建筑工程設計環(huán)節(jié)，并作為一個“專業(yè)”納入建筑體系的前提。

（5）理念推廣：節(jié)能生態(tài)的教育、生活方式的改變和理念的傳播在太陽能建筑發(fā)展中的重要性凸現(xiàn)。教育人們了解常規(guī)能源的一般知識、太陽能的優(yōu)越性以及健康的生活方式，是一項全社會的重要任務，各級政府應給予足夠的重視，并予以專項資金支持。

（6）太陽能建筑應用技術的 研究 與推廣：針對我國的社會發(fā)展、技術進步、經(jīng)濟能力、區(qū)域氣候、生活需求等因素，以太陽能建筑領域中的熱水供應為切入點，擴大太陽能熱水供應的既有理念優(yōu)勢，倡導“理念先行、示范突破、政策跟進”的原則，推行“標準設計、檢測認證、建筑準入”的機制，分階段逐步推進太陽能建筑在中國的發(fā)展，最終達到太陽能建筑的普及和推廣。

二、太陽能與建筑相結(jié)合的技術設計

1、技術思想概述

 SCClll，系統(tǒng)在大幅度完善太陽能系統(tǒng)性能和降低整個系統(tǒng)造價方面有很大潛力。它既能產(chǎn)生電力，也可產(chǎn)生高溫熱媒用于建筑物的供暖、制冷機的驅(qū)動及提供生活用水。滿足建筑物的電和熱負荷的需求。該系統(tǒng)的組成可以是小面積分步式的，也可以是大面積集中式的。分步式裝置產(chǎn)生的能量可以現(xiàn)場使用，減緩及避免了電力及熱力的遠程輸送。

SCCHP技術包括以下內(nèi)容，多塔式太陽能聚焦器（Multi-Tower Solar Concentraion），太陽能光伏電池Solar photographic Voltage），強迫冷卻回路（Enhanced Cooling Circuit），吸收或吸附式制冷機（Absorption Refrigeration），熱能儲存（Thermal Storage），系統(tǒng)控制技術（System  Controller）。

該技術體系強調(diào)以太陽能為核心的多項技術綜合利用，從整體上多方位滿足建筑物的需求并大幅度降低建筑綠色供能體系的設備成本和運行成本。

SCCHP的核心技術是多塔式太陽能聚焦系統(tǒng)。它的出現(xiàn)使低成本太陽能發(fā)電和高溫熱媒的高效生產(chǎn)成為可能。也使得中小面積的太陽能聚焦系統(tǒng)經(jīng)濟性大幅度提高。

主動供能裝置能力選型必須與建筑室內(nèi)能量負荷平衡計算一同考慮，這是設備與建筑結(jié)合的靈魂。

太陽能主動供能與被動供能技術相結(jié)合，太陽能與常規(guī)能源相結(jié)合是實現(xiàn)建筑綠色供能可商業(yè)化的發(fā)展方向。

下面我們對幾個重點問題進行闡述。

2、太陽能聚焦的多塔式方案

太陽能聚焦方法通常是用于高溫熱發(fā)電的。太陽能熱發(fā)電瓶頸在于其經(jīng)濟性。在目前溫度可能高于300度C的三種聚焦式熱發(fā)電（Concentrating Solar Power-CSP）方法中，發(fā)電成本各不相同，但均只有在熱場面積足夠大的情況下才有可能使發(fā)電的成本降低到可商業(yè)化的水平。這使得CSP方案的實用性受到致命的影響，也是目前太陽能熱發(fā)電在世界范圍內(nèi)沒有推廣的發(fā)展主要原因。

目前世界各國的太陽能高溫熱發(fā)電的 研究 一般均是針對以上問題而開展的。我們認為，為與常規(guī)能源發(fā)電方式竟爭，有前景的太陽熱發(fā)電技術方案應當滿足以下幾點要求：

1）既可實現(xiàn)小規(guī)模分步式發(fā)電，也可實現(xiàn)大面積集中式發(fā)電； 

2）發(fā)電方式的設備成本，運行成本和均較低；

3）可實現(xiàn)一機多用。

我們認為“模塊化”是解決以上問題的一個較優(yōu)方案。模塊化可實現(xiàn)系統(tǒng)任意大小的組合，對系統(tǒng)集熱實現(xiàn)高的地面利用率。 

1）聚焦方法

擬采用成本較低的高排列密度的多塔式太陽能聚焦（Multi-Tower  Solar Energy Concentration，MTSEC）方案。塔式方案（Tower Solar Energy Concentration，TSEC）的特點聚光鏡和接受器均固定，系統(tǒng)無轉(zhuǎn)動件和真空部件，可靠性高，聚光比大（可達300到1500）。MTSEC是指在一個聚光陣列中，為提高地面利用率，接受塔的數(shù)目為多個，而非常規(guī)的單個。該聚光方案可使土地利用率提高到普通CSP方式的約1.8倍，為在城市的空地和樓頂上建造該裝置提供了可能性。該方案集熱系統(tǒng)的成本約是碟式聚焦方案的l/3，槽式聚焦方案2/5。

2）接受器及輸出 

安置在塔聚焦面上的接受器是可選的。可同時輸出電能和熱能，也可以僅僅輸出熱能。傳熱技術的突破和新材料的使用使吸熱裝置的小型化和降低成本變?yōu)榭赡堋?/p>

對中小型系統(tǒng)，接受器采用光伏電池加換熱裝置，實現(xiàn)電能與熱能的同時輸出。發(fā)電可選用光電轉(zhuǎn)換效率約31%，可在較高溫度下正常工作的GaAs電池，也可選在環(huán)境溫度下工作的普通硅電池。電池工作的環(huán)境溫度可由不同的冷卻方式保障，是可選的。但這需要較高的強化冷卻技術作保障。

若聚光鏡的光反射率為80%，那么該裝置的發(fā)電效率就約為25%。該方案在北京地區(qū)可能實現(xiàn)的發(fā)電指標約為250kWh.m-2.yr-1。由于高倍聚焦，單位輸出功率的電池用量比普通PV發(fā)電的要小得多，故該系統(tǒng)的成本比普通PV發(fā)電的要低得多。

裝置的熱能輸出是由于從焦點平面上帶走高密度能量而引起的。為保證電池的正常高效工作，電池表面應保持一個不高的溫度。我們擬用強化冷卻措施，維持電池正常的工作溫度。從電池表面可能帶走的熱量約為投射到焦面上能量的70%。系統(tǒng)中輸出的該部分熱量可供其它使用，如供暖、驅(qū)動制冷機及其它生活或工業(yè)用熱水等。由于塔式系統(tǒng)的聚焦比大，故該部分熱量是相當可觀的。

由原來的太陽能單獨供熱，變?yōu)闊犭娺B供。系統(tǒng)的功能和經(jīng)濟性大大提高。占地面積比其它高溫系統(tǒng)縮小一半多，為在城市建筑上的應用提供了可能性。實現(xiàn)模塊化，根據(jù)用戶的要求，系統(tǒng)可大可小。使太陽能發(fā)電供熱系統(tǒng)無論在大規(guī)模集中式，還是在小規(guī)模分布式上均具有了較高的商業(yè)價值。

3、建筑室內(nèi)能量平衡是設備能力確定的依據(jù)

太陽能供能設備的非定常性，對氣象條件和輻照條件的依賴性等特點要求我們必須對建筑用能負荷進行準確的預測才能夠在設備與建筑的匹配上做出設備投資和節(jié)能效益最佳的選擇。

建筑室內(nèi)溫度及氣流的預測方法和預測軟件CFD/NHT是太陽能與建筑結(jié)合的理論和應用基礎。也是世界目前建筑空氣調(diào)節(jié)的又一大方面。但我國目前在該方面的水平和從事人數(shù)還遠落后于世界先進國家。

4、被動與主動相結(jié)合是太陽能與建筑結(jié)合的發(fā)展方向 

目前建筑物空氣溫度調(diào)節(jié)消耗著大量的能量。在我國，它要占到建筑物總能耗的約70%。用空調(diào)機和燃煤來控制室溫不僅消耗能量，帶來外界的環(huán)境污染，而且并不能給室內(nèi)人員帶來健康的環(huán)境（雖然暫時它是舒適的）。在太陽能用于采暖方面，除造價較高的被動式太陽房有一些示范型建筑外，還沒有大規(guī)模的采用。主動式太陽能供能由于成本更高，與我國的經(jīng)濟發(fā)展也是遠不相適應。因此，建筑供能的主動與被動相結(jié)合的思想及太陽能與常規(guī)能源相結(jié)合的思想。按照房間的功能，采用不同方案的配合及交叉，這樣可以大大降低太陽能用于建筑供能的一次投資和運行成本，使得整個方案在商業(yè)化的意義下具有可操作性。

被動采暖與降溫的意義在于使建筑本身能量負荷大大降低（節(jié)能率約70%），使其所要求主動供能裝置提供的能量大大降低。也就是說，它將對昂貴裝置的要求降低。另外，被動供能是巧妙利用自然條件的變化來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。我們認為，建筑物內(nèi)空氣溫度調(diào)節(jié)技術發(fā)展方向不應當是改變自然環(huán)境來滿足人的要求，而是應當盡量巧妙地利用并順應自然界來滿足人們對健康和舒適的要求。 研究 空調(diào)的目的應當是盡量減少人工環(huán)境，而不是相反。

主動供能的意義在于保障建筑室內(nèi)的舒適性增加。

在主動與被動供能相互配合組成供能系統(tǒng)的情況下，整套建筑供能系統(tǒng)的設備性能將會提高，而尺寸和造價將會降低。

三、太陽能熱水器與房屋相結(jié)合的方式與特點

目前，國內(nèi)外太陽能與建筑完美結(jié)合的形勢并不樂觀，太陽能的普及率僅為7.6%，盡管國家經(jīng)貿(mào)委已 規(guī)劃 未來15年內(nèi)我國太陽能熱水器普及率要達到25%，但面臨的困難很多，需要國家的大力支持和社會各界的努力。

太陽能熱水器雖有諸多優(yōu)點，但與建筑完美結(jié)合進程緩慢，太陽能熱水器還沒有有機地大規(guī)模溶入建筑設計與施工中，市場刺激和國家立法都有待加強。太陽能熱水器整體水平有待提高，以便適應與建筑結(jié)合的要求。太陽能熱水器產(chǎn)品標準不統(tǒng)一，給建筑應用帶來困難。

目前，太陽能仍有很多安裝項目還是以家庭為單位，但在安裝的過程中，不可避免地有很多調(diào)解工作要做。一些地方的房產(chǎn)開發(fā)商認為，設計圖紙上沒有設置熱水器管道，如果大批安裝，露在戶外的水管會影響房屋外部美觀；其次，斜坡樓頂不便于安裝?，F(xiàn)在有些小區(qū)里太陽熱水器比比皆是，但有些小區(qū)的物業(yè)管理條款中就明確規(guī)定不準安裝太陽熱水器。太陽能熱水工程主要集中在企業(yè)宿舍樓、招待所和一些培訓中心。每一項目都有單獨的設計方案，按標準嚴格執(zhí)行，還要通過更嚴格的驗收。我國還沒有出臺有關整體安裝太陽熱水器的一系列標準，而標準出臺之前，房產(chǎn)商就沒有權利擅自決定在自己的項目上整體安裝。

太陽能與建筑一體化是未來住宅的發(fā)展方向，也是也是民用建筑太陽能利用的最理想形式，它可有效避免住宅建設與太陽能熱水器相互脫節(jié)帶來的影響住區(qū)美觀、破壞樓宇防水層等問題。目前，發(fā)達國家在太陽能與建筑結(jié)合方面走在我國前列，如以色列80%的民用建筑都裝有太陽能。

隨著 行業(yè) 的發(fā)展，技術的進步，太陽能熱水器的性能已經(jīng)可以滿足用戶全天候24小時隨心所欲的使用要求。太陽能熱水器與建筑結(jié)合的方式也是多種多樣，可分為屋面隱藏型、墻體型兩大類；用途上也很廣泛，既可以產(chǎn)生熱能或電能，又可以當作防水和絕熱材料，還可以作表面裝飾材料使用。如果房產(chǎn)開發(fā)商從設計、建設開始就像對火、電那樣，把太陽能（光熱、光電）與房屋融為一體，這樣既可以增添商房的功能，也可以滿足住戶的實際需求，自然會提高商房的銷售量。房產(chǎn)開發(fā)是一行巨大的產(chǎn)業(yè)，同其它 行業(yè) 一樣，誰擁有了新技術和新產(chǎn)品，誰就擁有了用戶和市場。所以，我們希望廣大的房產(chǎn)開發(fā)商精心設計商房，優(yōu)化資源配置，把太陽能與商房巧妙地結(jié)合起來，既起到裝點效果，又節(jié)能環(huán)保，一勞永逸，利國利己，造福子孫。

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