太阳能建筑

利用太阳能供暖和制冷的建筑。在建筑中应用太阳能供暖、制冷，可节省大量电力、煤炭等能源，而且不污染环境，在年日照时间长、空气洁净度高、阳光充足而缺乏其他能源的地区，采用太阳能供暖、制冷，尤为有利。目前太阳能建筑还存在投资大，回收年限长等问题。

　　 1.集热系统

　　即通过各种手段收集太阳的辐射热能。

　　主要方式：通过建筑构件本身、附加独立式集热器（如太阳能热水器、太阳能空气集热器等）。

　　2.蓄热系统

　　即将集热系统收集的热能储存起来的装置系统。

　　主要方式有：

　　通过建筑构件本身（简单经济）；

　　水筒蓄热系统，利用水的比热大和可充分对流换热原理；

　　卵石仓蓄热系统，利用热空气通过卵石缝隙将热能传递给卵石达到蓄热效果；

　　相变材料蓄热系统，利用物质固液状态转化中需要大量相变热的原理；

　　利用地下土壤蓄热系统（防空洞）。

　　3.分配系统

　　主要方式：自然散热、板式散热器、地板盘管、风机对流、风机循环、风机空气介质输送分配。

　　4.辅助热源

　　根据蓄热系统不同，辅助热源不同

　　利用建筑构件本身蓄热时，几乎可用任何方式辅助供热。

　　水体蓄热，采用锅炉、电、天然汽；

　　卵石仓蓄热和相变材料蓄热时，采用空气加热器；

　　5.控制系统

　　基本为自动控制，利用恒温器和仪表盘，保持系统运转效率。

太阳能建筑图册(6)

太阳能建筑图册(7)

　　在建筑中利用太阳能供暖和制冷的方式，基本上可分为主动式和被动式两种系统。但是这两种太阳能系统，都必须采用辅助热源，以便在一年中最不利的情况下保证提供所需的全部热能。

　　1.定义：

　　采用高效太阳能集热器以及机械动力系统来完成采暖降温过程，系统运转中需要消耗一定电能，这样的系统称为主动式太阳能系统。采用此系统设计的建筑称为主动式太阳能建筑。

　　经过设计，使建筑构件本身能够利用太阳能采暖供暖，通过自然通风完成降温制冷的过程，系统运转过程中不需消耗电能，这样的系统称为被动式太阳能系统。采用这种系统设计的建筑成为被动式太阳能建筑。

　　2.主动式太阳能系统：

　　原理：

　　靠常能(泵、鼓风机)运行的系统，由集热器、蓄热器、收集回路、分配回路组成，通过平板集热器，以水为介质收集太阳热。吸热升温的水，贮存於地下水柜内，柜外围以石块，通过石块将空气加热後送至室内，用以供暖。如将蓄热器埋於地层深处，把夏季过剩的热能贮存起来，可供其他季节使用。主动式太阳能系统按传热介质又可分为空气循环系统、水循环系统和水、气混合系统。

　　主动式太阳能系统主要有：

　　液体平板型集热系统、空气平板型集热系统、真空管型集热系统、聚集型集热系统和热泵式集热系统。

　　3.被动式太阳能系统

　　原理：

　　用建筑物的一部分实体作为集热器和贮热器，利用传热介质对流分配热能的系统。被动式太阳能系统利用建筑材料的吸热性、蓄热性和传热介质的对流收集热能，贮存热能，分配热能。被动式太阳能系统在冬季吸收热能作为供暖的热源，在夏季把建筑物内的热量散发出去，作为调节室内温度的冷源。被动式太阳能系统的能量利用比较充分，效率较高，经济实惠，且简而易行，发展前途比较广阔。在中国新疆、内蒙、天津、甘肃等地区已有多处采用。

　　目前被动式系统有以下五种﹕

　　直接收益式：在房屋的朝阳面设置大面积双层玻璃窗，利用室内的地面和墙体，作为蓄热体吸收太阳能。蓄热体可用混凝土、砖、石等材料，表面最好用深色。白天蓄热，夜间利用所蓄热能供暖。

　　水墙式：将朝阳墙面做成装水的墙体，墙外设玻璃幕墙，两者之间留出空气隔层。在冬季的白天，阳光把水墙加热後向室内散热﹔夜晚关闭活动的隔热保温板，使已蓄热的水墙能保证室内热量不致散失。夏季还可利用水墙作为隔热墙之用，防止辐射热入室。

　　蓄热墙式：将朝阳墙面做成厚重实墙，外涂黑色，外层设玻璃幕墙，两者之间留出空气隔层。实墙上留出适当的采光面积，上、下留洞口。白天室内的冷空气通过下部洞口，进入空气隔层受热上升，经由上部洞口进入室内，如此形成对流循环，室内温度即可不断提高。夜间将洞口关闭，并下帘幕，使室内热量不致散失。夏季开启厚墙和玻璃幕墙上的小窗，可通风降温。

　　太阳温室式：在房屋外部建一玻璃温室，与室内有洞口相通。白天太阳将温室加热後，实墙已蓄热，热量即散入室内。实墙也可设计成隔热用的水墙。温室也可以作为一个附加的、阳光充足的空间，作为生活起居之用，可以种菜、栽花或作室内绿化，但在夏季要有遮阳措施。

　　屋顶水池式：在屋顶上用透明材料做成水袋或水池，上盖活动式隔热保温板。在冬季的白天，将保温板拉开，太阳将水加热，夜间关闭保温板。水有较大的热容，可持续向室内散热。夏季的白天大部分阳光被保温板所反射，其馀被水吸收，水袋或水池起隔热作用﹔夜间打开保温板，使之散热、降温。

　　目前，江苏、山东、河北、海南、云南等省，北京、上海、深圳、大连等市已经在新建12层以下居住建筑以及办公建筑、学校、医院、宾馆等公共建筑中开始强制推行太阳能热水系统，因此，应用太阳能热水系统完全可以成为国家层面的建筑节能强制要求，从而让50%或65%的建筑节能目标包含更多的内涵。

　　在中国太阳能与建筑一体化技术已基本成熟的条件下，太阳能与建筑一体化是中国太阳能利用行业发展的必然趋势。中国政府对CO2减排国际义务的承诺和科学发展观的落实，以及不断加强的建筑节能全民意识和日益成熟的房地产市场环境，促进了建筑节能完整利益链与市场化运行机制的形成，为建筑利用太阳能提供了良好机遇。可以肯定，未来的建筑市场将是节能减排的市场，太阳能建筑将迎来快速发展的春天。

　尽管国家和行业主管部门已经出台了一系列法规、标准，如节约能源法、民用建筑节能管理规定、不同地区的节能设计标准等，除成本、技术、市场等制约因素外，管理体制过于分散、激励政策体系不健全、全民教育与理念传播不够等都是制约太阳能建筑发展的相关因素。^[1]

　　在各级政府的政策导向和激励机制的基础上，提高职业培训和公众教育程度，加强产品（系统）检测认证和建筑准入制度，完善规范标准及相关技术规程，发挥从企业到业主等各个层面的积极性，共同推进太阳能建筑的有序健康发展。

　　1）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；

　　2）保温隔热的围护结构技术与自然通风采光遮阳技术的有机结合；

　　3）传统建筑构造与现代技术和理念的融合；

　　4）建筑的初投资与生命周期内投资的平衡；

　　5）生态驱动设计理念向常规建筑设计的渗透；

　　6）考虑区域气候特征和经济发达程度的差异；

　　7）关注不同的建筑特征和人们的生活习惯。

　　位于山东德州中国太阳谷的日月坛微排大厦总建筑面积达到7.5万平方米，是目前世界上最大的太阳能建筑。在全球首创实现了太阳能热水供应、采暖、制冷、光伏并网发电等技术与建筑的完美结合，建筑整体节能效率达88%，每年可节约标准煤2640吨、节电660万千瓦小时，减少污染物排放8672.4吨。

由于太阳能热力系统的发展与建筑紧密相连，需有建筑业的大力支持与配合。在市场经济条件下不能完全依靠行政手段来强行推广，我们必须通过努力，研发设计出令建筑商能主动接受和配合的太阳能热力系统，或与建筑相结合的技术解决方案，让太阳能热力系统成为建筑不可分割的一部分，以满足与建筑相结合的需要。以下是世界各地令人惊叹的太阳能建筑一览。

1、巨蛋办公楼

太阳能建筑位于印度孟买的蛋形办公楼是一座令人印象深刻的可持续建筑。它利用了被动式太阳能设计，能够通过减少热增益来调整建筑内部的温度。办公楼由太阳能电池板和屋顶的风力涡轮机提供能量，它甚至能够独立收集水分进行花园灌溉。

2、弗莱堡太阳能城市

太阳能建筑居民建筑的屋顶是由设置成完美角度的光伏板构成，但是它们也可以作为一个巨大的遮阳伞。所以即使日照非常强烈的时候，下面的居民也能享受凉爽的温度。

3、垂直村落

太阳能建筑迪拜以其怪异的建筑风格闻名于世，现在的最新趋势是可持续设计。很少有设计样本超越格拉夫特建筑事务所的建筑师建造的垂直村落。垂直村落设计的精髓在于，它如何在最大化收获太阳能的同时保持建筑物凉爽。

4、太阳城大厦

太阳能建筑这座惊人的太阳能塔是专门为里约热内卢的2016年奥运会设计的，它将被安装在Cotunduba岛上，而且将成为里约热内卢的标志性建筑。它代表着里约热内卢为打造史上第一届“零碳奥运”所做出的努力。

 5、高雄体育馆

太阳能建筑体育馆通常都损耗大量的能量，而且通常被用作可持续建筑的反面典型。然而台湾的这座龙型体育馆是一个例外，它的电能100%由外侧的太阳能电池板提供。高雄的这座体育馆足以为3300个照明灯和2个巨型显示屏供电。

6、芝加哥太阳能大厦

太阳能建筑建筑师为芝加哥设计的这座大厦几乎全部被太阳追踪太阳能电池板所覆盖，它们就像向日葵一样追随太阳的移动。这些太阳能电池板经过了精心安置，在为建筑遮阳的同时不会影响人们的视野。^[2]