时间：2023-10-10 15:58:15
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关键词:建筑物节能;太阳能建筑;能源建筑物;综合应用
中图分类号：S210文献标识码： A
建筑节能成为日益关切的大问题,当今社会十分关注建筑工程的能耗及建筑物使用过程中长期的能耗,因此要根据建筑设计的节能要求,尤其是利用太阳能建筑技术的推广应用。
1、建筑物的节能技术
建筑节能是技术进步的重要标志,新能源利用是实现建筑可持续发展的重要环节。在目前条件下,建筑节能主要采取以下五项技术措施:
1.1减少建筑物的外表面积。建筑物的外表面积的衡量值是体形系数。控制建筑物体形系数的重点是平面设计,当平面凸凹过多,建筑物外表面积就会增加。如住宅建筑设计中,经常会遇到卧室及卫生间开窗问题,由于卫生间靠内开窗要凹进平面很多,无形中增加了建筑物外表面积,另外还有飘窗,晒台等构造对节省能源很不利。所以对平面设计时,要综合考虑多种因素,在满足使用功能的同时,使建筑物体形系数控制在有合理效范围内。另外在立面造型,层高控制方面也会影响到建筑物体形系数。进入21世纪许多高层建筑采取矩形平面及矩形组合,使建筑物外表面积相应减小,整体尺寸较和谐,也保持了建筑物的外观,对建筑节能是有益的。体现了建筑设计理念的新思维。
1.2重视围护结构体设计。建筑物的能源和热工消耗,主要反映在护结构上。围护结构设计主要包括:选择围护结构材料和构造,确定围护结构传热系数,外墙受周边冷热桥影响下其平均传热系数的计算,围护结构热工性能指标及保温层厚度的计算等。在外墙外侧或者内侧增设一定厚度的保温材料,以提高墙体的保温性能,是现阶段墙体节能的重要措施。目前外墙保温多数采用聚苯乙烯泡沫塑料板类材料。在施工过程中按照保温材料的施工程序,加强保温板的粘结及固定牢固,保证边缘及底部的质量,才能达到保温效果。同时屋面是热量波动最大的部位,需要采取有效措施增加保温隔热效果和耐久性。
1.3合理控制窗墙面积比例。同自然环境接触面大的还有外门窗。许多分析和试验表明,门窗占全部热能耗的50%左右。对门窗进行节能设计就会明显提高节能效果。必须选择热阻值高的门窗框体材料。现在许多门窗框体材料常用塑料内衬托钢架,断热铝合金框,低辐射镀膜中空玻璃。窗户的气密性要好,认真控制窗墙面积比例,北向不留大窗和飘窗,其它朝向也不宜使用飘窗。在工程实践中,建筑物为了立面效果,许多住宅建筑采取大面积窗户。在无法减小窗户大面积的情况下,也要采取措施:如尽量把窗户安排南侧,增加窗户的固定扇,加强框及扇边缘的密封,根据规定进行权衡判断计算,以达到建筑物的整体节能效率。
1.4加强其它部位的保温隔热措施。其它一些部位的保温隔热措施如地板,楼板,栏板及冷热桥部位进行保温隔热处理。寒冷及严寒地区建筑物四周内外地面处理,不采暖楼梯间墙面及透光窗,单元门入口处理,阳台楼地面及门窗口处理。需要引起注意的是:遇外界接触的门要选择保温门,外飘窗要采用上下挑板及侧板的,凡是遇外界接触的板都必须进行保温节能处理。现在建筑采用专门用的节能设计软件,通过综合计算满足各项热工指标。要根据热工指标采取相应的构造措施,使建筑物整体达到节能要求。
1.5采取其它节能措施,综合实现节能目标。另外采取其它一些节能控制措施如安装热量表,热量控制开关等,使温度保持均衡,也是减少能耗的必要手段。事实上建筑节能的主要内容除采暖空调外,应该包含通风,家用电气,热水及照明等。假如家庭所有电气都是节能产品,那节能的潜力更大效果更明显。
2、太阳能建筑技术
太阳能建筑可分为主动式和被动式两个类型。利用机械装置收集和储存太阳能,并在需要时向房间提供热能的建筑,被称为主动式太阳能建筑;根据当地气候条件,在很少使用机械设备条件下,通过建筑物布局,构造处理,选择性能好的热工材料,使建筑物本身能够吸收和储存太阳能量,从而达到采暖, 空调,供热水的建筑物,称为被动式太阳能建筑。
太阳能建筑的平面布置应尽量将长边作为南北方向。使集热面处于正南方向正负30ο以内。并根据当地的气象条件及所处位置,做出恰当调整,以达到最佳的阳光照射效果。集热和蓄热墙间接受的热是被动式太阳能建筑的一种形式。它充分利用南方向太阳辐射热大的特点,在南向墙面上加设一层透光外罩,使透光外罩与墙体之间形成一道空气层。为了使透光外罩内最大限度得到太阳照射,在空气夹层内壁表面涂上吸热材料。当太阳照射的时候加热了空气夹层内的空气和墙体,这时吸收到的热量分为两部分。一部分气体加热后利用温差压形成气流,通过与室内相连的上,下通风口,与室内空气进行循环对流,从而使室内温度上升;另一部分热量使墙体受热后,利用墙体的蓄热能力贮存热量,当夜晚到后气温降低时墙体蓄存热向室内释放,从而达到昼夜温度适宜的程度。
从被动式工作原理可以看出,材料性能在太阳能建筑中占有重要的位置。透光材料传统使用的是玻璃,透光率一般达到65～85%之间,而现在使用的采光板,透光率达到92%。蓄热用材料:采用一定厚度的墙体,或改变墙的材质,如采取水墙做蓄热体以增加墙体的蓄热量。另外设置贮热间也是一种蓄热方法,贮热间的传统作法是,将卵石堆放在贮热间内,热空气流过贮热间时加热卵石,进入夜晚或是阴雨天,可将卵石散出的热量再输送到室内。由于被动式太阳能建筑简单易行,太阳能建筑得到广泛采用,如多层建筑,通信台站,民宅等。现在高层建筑也采用这一原理:将玻璃幕墙分层设置,在外墙楼板上下联接处设可控式进出通风口,这样既采用了太阳能又美化了建筑立面,是太阳能技术的具体体现。
主动式太阳能建筑就是利用机械设备,将收集到的热能输送到各个房间。这样就可以扩大太阳能的吸收面,如屋顶,坡面及院落等处凡是太阳光照射强的地方,都可以作为太阳能的吸收面。同时还可以在需要的地方设置贮热间。这样把采暖系统,热水供应系统组合成一体,应用有效的热能控制设备,使太阳能利用更加合理。
主动式太阳能采暖系统的运行过程是:该系统装有两台风机,一台是太阳能集热器风机,另一台为供热风机。当依靠太阳辐射直接采暖时两台风机同时运行,使房间里的空气直接进入太阳能集热器。然后再回到房间,如阴雨天时间较长热量较低时采用辅助加热,此时贮热间不工作。热空气系统使用电动风门控制气流,当直接采暖时空气控制器中两个电动风门转向使空气流入房间位置。在太阳能集热器出口处设热水盘管可以使房间的热水供应系统与太阳能采暖系统成为一体。
当太阳能集热器收集到的热量超过房间的需要时,集热器风机开动而采暖机风机停止。通向房间的电动机门关闭。从太阳能集热器出来的热空气向下流向贮热间的卵石层,把热量贮存在卵石里,直至卵石层全部被加热,使贮热间蓄热达到饱和状态。进入夜晚没有太阳辐射时,就要从贮热间里取热。此时关闭空气控制器中第一个电动风门,打开第二个电动风门,启动供暖风机,使室内的空气循环由下向上通过贮热间卵石层加热,再返回到供暖调节系统。当贮热间有充足的热量时,进入空气调节器的空气温度只比从太阳能集热器直接出来的气温低一些。这一循环过程将持续到贮热间卵石层的热量差不放完。然后若是设有附助加热器时,要启动附助加热器。如果贮热间蓄热达到饱和状态或者夏季无采暖要求时,太阳能集热器仍然工作,用于加热使用热水供给系统。
3、能源建筑物的期望
太阳能的集取只能在有太阳的时候才能进行,阴天及夜晚是采集不到热量的,因此采集的热量也是有限,但是阴雨天及夜间往往是需要热量的时间,这就影响了太阳能建筑的发展。如果把地热资源与太阳能结合起来使用,取长补短,采取有效技术措施转换能源,合理的热控技术,优良的热工材料,那么,环保节能的新型建筑会得到大力发展。由此可见,环保节能的应用是一个综合性很强的技术,要想得到大力发展还要解决一些具体问题。
3.1节能措施要切实可行:新能源的利用是以节能措施为依托的应用,建筑围护结构的保温性能就显得非常重要。因此,外墙及外门窗,凡是与外界接触的梁,楼板部部位也要采取保温,这是冷桥部位。总之要满足规范,规程及行业保温要求。
3.2要解决好热能综合利用控制技术;而单独的太阳能,地热能的利用都有一定局限性。新能源的利用要根据当地自然资源状况,进行综合应用才有效果。再加上必要的辅助热源,才能保证正常的供热。而综合控制技术是根据建筑物室内温度需求和热源的供应情况,自动转换对房间的热量供给,达到温度的稳定。根据现在自动化控制技术的进步,热工材料,热交换设备,热电气元件功能,解决这些技术是完全可能的。
3.3节能和新能源中最佳选择仍然是太阳能,而节能和太阳能的应用对建筑物的外观有一些影响,为此在建筑物设计中,处理好建筑物立面,屋顶收集热源的外观构造,不仅关系到热效率,同时也是关系到建筑物的整体效果。
综上所述,建筑节能是技术进步的重要标志,新能源利用是实现建筑可持续发展的重要环节,也是世界上所有国家采取的节能措施。在今后的发展中,太阳能的应用和新型的节能建筑,只能以最低的能量消耗,使居住环境更舒适,更清浩,而节能及社会效益更好。
参考文献
[1]龙惟定.国内建筑合理用能的现状及展望.能源工程，2001，(02)1-6.
[2]龙惟定.我国的能源形势和建筑节能.第十一届全国空调技术信息网大会论文集.中国建筑工业出版社，2001，(05).
[3]贾怀东. 开发节能住宅是企业进化的标志.城市开发，2007， (22).
【论文摘 要】 建筑节能是技术是反映一个国家先进的重要标志，新能源利用是实现建筑可持续发展的重要环节。本文对建筑物的节能和太阳能建筑技术的推广应用进行分析探讨。
建筑节能成为日益关切的大问题，当今社会十分关注建筑工程的能耗及建筑物使用过程中长期的能耗，因此要根据建筑设计的节能要求，尤其是利用太阳能建筑技术的推广应用。
1建筑物的节能技术
建筑节能是技术进步的重要标志，新能源利用是实现建筑可持续发展的重要环节。在目前条件下，建筑节能主要采取以下五项技术措施:
1.1减少建筑物的外表面积。建筑物的外表面积的衡量值是体形系数。控制建筑物体形系数的重点是平面设计，当平面凸凹过多，建筑物外表面积就会增加。如住宅建筑设计中，经常会遇到卧室及卫生间开窗问题，由于卫生间靠内开窗要凹进平面很多，无形中增加了建筑物外表面积，另外还有飘窗，晒台等构造对节省能源很不利。所以对平面设计时，要综合考虑多种因素，在满足使用功能的同时，使建筑物体形系数控制在有合理效范围内。另外在立面造型，层高控制方面也会影响到建筑物体形系数。进入21世纪许多高层建筑采取矩形平面及矩形组合，使建筑物外表面积相应减小，整体尺寸较和谐，也保持了建筑物的外观，对建筑节能是有益的。体现了建筑设计理念的新思维。
1.2重视围护结构体设计。建筑物的能源和热工消耗，主要反映在外围护结构上。围护结构设计主要包括:选择围护结构材料和构造，确定围护结构传热系数，外墙受周边冷热桥影响下其平均传热系数的计算，围护结构热工性能指标及保温层厚度的计算等。在外墙外侧或者内侧增设一定厚度的保温材料，以提高墙体的保温性能，是现阶段墙体节能的重要措施。目前外墙保温多数采用聚苯乙烯泡沫塑料板类材料。在施工过程中按照保温材料的施工程序，加强保温板的粘结及固定牢固，保证边缘及底部的质量，才能达到保温效果。同时屋面是热量波动最大的部位，需要采取有效措施增加保温隔热效果和耐久性。
1.3合理控制窗墙面积比例。同自然环境接触面大的还有外门窗。许多分析和试验表明，门窗占全部热能耗的50%左右。对门窗进行节能设计就会明显提高节能效果。必须选择热阻值高的门窗框体材料。现在许多门窗框体材料常用塑料内衬托钢架，断热铝合金框，低辐射镀膜中空玻璃。窗户的气密性要好，认真控制窗墙面积比例，北向不留大窗和飘窗，其它朝向也不宜使用飘窗。在工程实践中，建筑物为了立面效果，许多住宅建筑采取大面积窗户。在无法减小窗户大面积的情况下，也要采取措施:如尽量把窗户安排南侧，增加窗户的固定扇，加强框及扇边缘的密封，根据规定进行权衡判断计算，以达到建筑物的整体节能效率。
1.4加强其它部位的保温隔热措施。其它一些部位的保温隔热措施如地板，楼板，栏板及冷热桥部位进行保温隔热处理。寒冷及严寒地区建筑物四周内外地面处理，不采暖楼梯间墙面及透光窗，单元门入口处理，阳台楼地面及门窗口处理。需要引起注意的是:遇外界接触的门要选择保温门，外飘窗要采用上下挑板及侧板的，凡是遇外界接触的板都必须进行保温节能处理。现在建筑采用专门用的节能设计软件，通过综合计算满足各项热工指标。要根据热工指标采取相应的构造措施，使建筑物整体达到节能要求。
1.5采取其它节能措施，综合实现节能目标。另外采取其它一些节能控制措施如安装热量表，热量控制开关等，使温度保持均衡，也是减少能耗的必要手段。事实上建筑节能的主要内容除采暖空调外，应该包含通风，家用电气，热水及照明等。假如家庭所有电气都是节能产品，那节能的潜力更大效果更明显。
2太阳能建筑技术
太阳能建筑可分为主动式和被动式两个类型。利用机械装置收集和储存太阳能，并在需要时向房间提供热能的建筑，被称为主动式太阳能建筑;根据当地气候条件，在很少使用机械设备条件下，通过建筑物布局，构造处理，选择性能好的热工材料，使建筑物本身能够吸收和储存太阳能量，从而达到采暖， 空调，供热水的建筑物，称为被动式太阳能建筑。
太阳能建筑的平面布置应尽量将长边作为南北方向。使集热面处于正南方向正负30ο以内。并根据当地的气象条件及所处位置，做出恰当调整，以达到最佳的阳光照射效果。集热和蓄热墙间接受的热是被动式太阳能建筑的一种形式。它充分利用南方向太阳辐射热大的特点，在南向墙面上加设一层透光外罩，使透光外罩与墙体之间形成一道空气层。为了使透光外罩内最大限度得到太阳照射，在空气夹层内壁表面涂上吸热材料。当太阳照射的时候加热了空气夹层内的空气和墙体，这时吸收到的热量分为两部分。一部分气体加热后利用温差压形成气流，通过与室内相连的上，下通风口，与室内空气进行循环对流，从而使室内温度上升;另一部分热量使墙体受热后，利用墙体的蓄热能力贮存热量，当夜晚到后气温降低时墙体蓄存热向室内释放，从而达到昼夜温度适宜的程度。
当夏季高温到来时，将透光外罩内的空气层与室外连接的通风口开启，与室内连接的通风口关闭。室外通风口上部通向大气，下部通风口最好处于与周围空气温度低的位置连接，如晒不上太阳阴凉处或地下空间。这样当空气层的温度加热后，气流迅速向上部通风口处流动，将热空气排向室外，随着空气的不停流动，通过下部通风口的凉空气进入空气层，这时空气层内的温度低于室外温度，室内热气通过墙体向空气层散热，从而达到夏季降低室温的作用。
从被动式工作原理可以看出，材料性能在太阳能建筑中占有重要的位置。透光材料传统使用的是玻璃，透光率一般达到65～85%之间，而现在使用的采光板，透光率达到92%。蓄热用材料:采用一定厚度的墙体，或改变墙的材质，如采取水墙做蓄热体以增加墙体的蓄热量。另外设置贮热间也是一种蓄热方法，贮热间的传统作法是，将卵石堆放在贮热间内，热空气流过贮热间时加热卵石，进入夜晚或是阴雨天，可将卵石散出的热量再输送到室内。由于被动式太阳能建筑简单易行，太阳能建筑得到广泛采用，如多层建筑，通信台站，民宅等。现在高层建筑也采用这一原理:将玻璃幕墙分层设置，在外墙楼板上下联接处设可控式进出通风口，这样既采用了太阳能又美化了建筑立面，是太阳能技术的具体体现。
主动式太阳能建筑就是利用机械设备，将收集到的热能输送到各个房间。这样就可以扩大太阳能的吸收面，如屋顶，坡面及院落等处凡是太阳光照射强的地方，都可以作为太阳能的吸收面。同时还可以在需要的地方设置贮热间。这样把采暖系统，热水供应系统组合成一体，应用有效的热能控制设备，使太阳能利用更加合理。
主动式太阳能采暖系统的运行过程是:该系统装有两台风机，一台是太阳能集热器风机，另一台为供热风机。当依靠太阳辐射直接采暖时两台风机同时运行，使房间里的空气直接进入太阳能集热器。然后再回到房间，如阴雨天时间较长热量较低时采用辅助加热，此时贮热间不工作。热空气系统使用电动风门控制气流，当直接采暖时空气控制器中两个电动风门转向使空气流入房间位置。在太阳能集热器出口处设热水盘管可以使房间的热水供应系统与太阳能采暖系统成为一体。
当太阳能集热器收集到的热量超过房间的需要时，集热器风机开动而采暖机风机停止。通向房间的电动机门关闭。从太阳能集热器出来的热空气向下流向贮热间的卵石层，把热量贮存在卵石里，直至卵石层全部被加热，使贮热间蓄热达到饱和状态。进入夜晚没有太阳辐射时，就要从贮热间里取热。此时关闭空气控制器中第一个电动风门，打开第二个电动风门，启动供暖风机，使室内的空气循环由下向上通过贮热间卵石层加热，再返回到供暖调节系统。当贮热间有充足的热量时，进入空气调节器的空气温度只比从太阳能集热器直接出来的气温低一些。这一循环过程将持续到贮热间卵石层的热量差不放完。然后若是设有附助加热器时，要启动附助加热器。如果贮热间蓄热达到饱和状态或者夏季无采暖要求时，太阳能集热器仍然工作，用于加热使用热水供给系统。
太阳能建筑种类较多，工作原理基本相似。有的建筑以水为媒介进行热交换。这样系统内的所有设备在同样热效应下，体积减小同时还可以与其它能源共同使用一个热水系统。这是用水做媒介的最大优点。另一种能源是利用地热做热源，工作过程是将地下水热量提取后，通过采暖系统将热量送到房间，制冷时反向运行，工作原理如同空调机组。其不足是机组连续工作时间较长时，热量可能供应不足。因此在地热资源丰富地方比较适用。
3能源建筑物的期望
太阳能的集取只能在有太阳的时候才能进行，阴天及夜晚是采集不到热量的，因此采集的热量也是有限，但是阴雨天及夜间往往是需要热量的时间，这就影响了太阳能建筑的发展。如果把地热资源与太阳能结合起来使用，取长补短，采取有效技术措施转换能源，合理的热控技术，优良的热工材料，那么，环保节能的新型建筑会得到大力发展。由此可见，环保节能的应用是一个综合性很强的技术，要想得到大力发展还要解决一些具体问题。
3.1节能措施要切实可行:新能源的利用是以节能措施为依托的应用，建筑围护结构的保温性能就显得非常重要。因此，外墙及外门窗，凡是与外界接触的梁，楼板部部位也要采取保温，这是冷桥部位。总之要满足规范，规程及行业保温要求。
3.2要解决好热能综合利用控制技术;而单独的太阳能，地热能的利用都有一定局限性。新能源的利用要根据当地自然资源状况，进行综合应用才有效果。再加上必要的辅助热源，才能保证正常的供热。而综合控制技术是根据建筑物室内温度需求和热源的供应情况，自动转换对房间的热量供给，达到温度的稳定。根据现在自动化控制技术的进步，热工材料，热交换设备，热电气元件功能，解决这些技术是完全可能的。
3.3节能和新能源中最佳选择仍然是太阳能，而节能和太阳能的应用对建筑物的外观有一些影响，为此在建筑物设计中，处理好建筑物立面，屋顶收集热源的外观构造，不仅关系到热效率，同时也是关系到建筑物的整体效果。
综上所述，建筑节能是技术进步的重要标志，新能源利用是实现建筑可持续发展的重要环节，也是世界上所有国家采取的节能措施。在今后的发展中，太阳能的应用和新型的节能建筑，只能以最低的能量消耗，使居住环境更舒适，更清浩，而节能及社会效益更好。
关键词：烟台 太阳能与建筑一体化 真空管太阳能集热器 平板太阳能集热器 集中集热分户储热 分散式集热储热
太阳能是节能减排的关键技术之一。中国计划到2020年，太阳能发电达到180万kW，太阳能热水器总面积达到3亿m2。为探索一条适合烟台市太阳能与建筑一体化应用的道路，自2011年10月20日起，烟台市建筑设计研究院接受烟台市住建局的委托，开始了为期10个月的太阳能与建筑—体化应用的研究任务。
1、调研目的
1.1 利用太阳能制备热水达到节能的需要
《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》规定，日照时数大于1400h/年、年太阳辐射量大于4200MJ/m2及年极端最低气温不低于-45℃的地区，宜优先采用太阳能作为热水供应热源。
烟台年平均温度12℃左右，平均日照时间2551.9h，太阳能辐射总量年平均值5049.09Md/m2，全年日照百分率58%，是太阳能资源较丰富地区，完全可以优先采用太阳能作为热水供应热源。晴天时，太阳能热水器可以达到4h以上的光照；阴雨天时，水温也能升高20℃～30℃，和电热水器相比，全年可节省80%～90%的电能。
1.2 贯彻有关节能的方针政策需要
根据规定，烟台全市县级以上城市规划区内新（改、扩）建的12层及以下住宅建筑，必须采用太阳能热水器，新建12层以上的高层住宅建筑，太阳能热水器应用比例要达到总户数的50%，鼓励太阳能与建筑一体化设计、施工。
1.3 示范工程积累的经验教训
到2011年末，烟台市区已经完成500多万m2太阳能集热面积，其中太阳能示范工程已竣工300多万m2。5年的太阳能示范工程积累了一定的经验，也发现了许多问题。针对出现问题，烟台市住房和城乡建设局于2011年7月7日出台文件明确规定了太阳能热水系统要实行同步设计、同步施工、同步交付使用。
2、研究方法
对烟台市区已完工的第一批太阳能示范工程（约300多万m2）及山东省、北京几大太阳能主要厂家进行调研，深入工程第一现场，搜集资料，发现及研究问题，同时与使用单位及太阳能施工企业座谈讨论，并参观太阳能厂家生产车间、观摩产品展示及相关工程，记录和拍照搜集材料。
3、调查数据统计及分析
3.1 太阳能品牌使用情况
本次调研的工程为烟台市五区第一批太阳能示范工程，总集热面积约310万m2。参加示范工程的多数是信誉较好的地产商，以力诺瑞特、桑乐、皇明等山东省品牌产品为主，另有北京海林、四季沐歌、昌日及史密斯等。多层普遍采用直插式太阳能，因为准入门槛较低，涉及的太阳能厂家很多，本地企业产品较多。
3.2 调研项目采用的太阳能系统汇总
（1）多层：90%运用屋顶直插式太阳能系统（图1），其中80%是有序排列，10%～20%为无序排列或屋面暴露管线较多影响美观或后期安装存在漏水现象，部分项目存在没有专用管井、管线走墙体或挤占其他位置的情况。也有个别重视品质的建筑选用阳台壁挂分散式太阳能热水系统（图2）。
（2）小高层：9～11层采用屋面与阳台壁挂相结合的分散式太阳能热水系统（图3），颜色、形式与外立面和谐统一。
（3）中高层：12～18层采用阳台分体壁挂分散太阳能热水系统（图4）。
（4）大高层：18层以上80%～90%使用太阳能分体壁挂的分散式太阳能热水系统，集热器安装部位为阳台、栏杆；约占10%的住宅采用屋顶集中集热、分户储热或屋顶集中集热、集中储热两种系统（图5～7），前者投资小，运行费用低，用户免费使用，后者用户反映问题较多。
（5）公共浴室都采用屋顶集中集热、集中储热太阳能热水系统。
纵观住宅建筑中的太阳能运用，尚处于初级阶段，大多数为一家一户的分散热水供应及事后安装。
4、调研项目所采用的集热器
示范工程中，集热器以真空管为主，占70%，平板占30%。
4.1 集热器的种类及发展趋势
4.1.1 分体集热器的种类
集热器主要包括全玻真空管太阳能、U形真空管太阳能、热管太阳能、平板太阳能等。目前国外集热器市场以平板太阳能为主，而我国却相反，以真空管为主。在两这种系统中，基于安全方面的原因，壁挂系统优先采用平板太阳能，可考虑逐步减少真空管太阳能在高层建筑外墙外挂的形式（有挑板保护的除外）。
4.1.2 平板集热器的优点
（1）轮廓面积相同时，有效集热面积大。在1m2轮廓的集热器条件下，真空管集热器有效采光面积约0.55m2，而平板集热器有效采光面积达到0.92m2。
（2）系统得热量高。国标热性能要求：在17MJ/m2光照条件下，“日有用得热量”要达到7MJ/m2。U形真空管集热器的产品很难达标。
（3）夏季可防止过热损害。在夏季，由于平板集热器表面不是真空，所以70%以上散热加剧，空晒最高温度很难达到80℃以上，即使住户外出数日，平板集热器也不会产生过热损害。
（4）安全性好，适合与建筑结合。平板集热器可以实现紧凑式或无间隙安装，形成建筑模块，是太阳能系统与建筑一体化的理想构件。同时集热器还可以兼备保温、隔热、遮光、防水的功能；可取代部分或全部屋面，为立面建筑构件提供基础，并且集热器的尺寸可灵活设计适应需要，容易与建筑结构达到较好的相容性。
（5）平板集热器是船用级镀铝锌板整体冲压成型，盖板是低铁专用太阳能玻璃，寿命大于25年。
4.2 平板太阳能集热器与真空管的比较
真空管易损坏，碎片呈锐角易伤人，虽然有些品牌厂家有一定保护措施，但在大高层外挂，还是有一定的风险（图8）。
高级平板太阳能集热器具有以下优良性能：1）采用激光焊接技术，太阳能集热器外框采用无铆钉结构，整洁美观；2）整板吸热涂层焊接工艺，采用德国Tinox涂层（高吸收率，低发射率），而国内最普遍的工艺还集中在铜铝复合或镀黑铬涂层；3）色彩有蓝色、金色，从不同方向观测，色彩会有丰富的变化；4）瞬时集热效率为86%；5）不存在真空管爆裂问题；6）可以直接当做建筑外墙材料使用，有非常广阔的发展前景。调研中参观了北京海林的机械化洁净平板太阳能生产流水线（图9，10）。
5、调研项目所采用的太阳能水箱
5.1 太阳能水箱的分类
按材料，分体水箱一般有不锈钢和搪瓷内胆材料；按换热结构，分为换热盘管和换热套水箱；按太阳能工作方式，分为自然循环和强制循环。容量有80L、90L，主流100L、120L。分体式太阳能水箱多半安装在阳台或卫生间内部，对建筑外立面影响不大，且不存在安全隐患。
5.1.1 不锈钢内胆与搪瓷内胆的比较
（1）不锈钢水箱：致命缺点是在高温和压力环境下，不锈钢耐腐蚀能力急剧下降，寿命短；搪瓷水箱：主流电热水器都采用搪瓷水箱，分体太阳能热水器分体水箱的工作环境比电热水器要求还高，所以必须用搪瓷水箱。
（2）搪瓷内胆水箱以其突出的抗冲击性、抗腐蚀性、抗热变性，实现了热水器内胆的历史突破，要采用整体特殊拉伸与无缝焊接工艺，才能保证内胆不易漏水与吸瘪。搪瓷内胆主要由瓷层及专用搪瓷钢板两种原材料组成，搪瓷钢板的选择非常挑剔，其膨胀系数与搪瓷的膨胀系数必须相吻合。
5.2 安装形式
5.2.1 卧式水箱
需要定制。优点是阳台内高置不影响其他设备；缺点是影响太阳能循环，使用时混水层多（图11）。
5.2.2 立式水箱
主流产品，由电热水器工艺转变而来。优点是太阳能循环好，使用时混水少：缺点是阳台占用使用空间（图12）。
5.3 无水箱太阳能热水器
无水箱太阳能热水器由全玻璃真空集热管、金属流道（不锈钢水管）、框架、智能控制系统、电辅助加热系统等组成。类型有无水箱太阳能阳台栏板、无水箱太阳能保温窗、无水箱太阳能围栏。优点是不占建筑面积，与建筑变成一体；缺点是因为冷媒和水为一体，断面较厚，外形粗大，不精致，且重量大。因内胆为不锈钢，存在不锈钢内胆的缺点。作为建筑构件，要满足门窗的气密性、水密性要求，还有待于继续改进探索。目前主要是一些小厂家生产，没有形成大的规模（图13，14）。
6、太阳能价格统计汇总
太阳能热水系统每户安装的太阳能集热面积为2～3m2，集热器的系统增投资1200～3000元/m2，每户的太阳能热水系统增投资为2400～10000元不等。按烟台市住宅每户平均建筑面积为100～120m2计算，折合到每平方米建筑面积太阳能热水系统的增投资为30～40元/m2。
一般屋顶直插式太阳能价格1800～2500元/户（100升）。示范工程中的壁挂式真空管、平板太阳能价位绝大多数在5000～7000元/户（水箱100L），真空管中的铜管循环系统和进口蓝膜平板太阳能略贵。不过示范工程中少有突破7000元的。
每平方米热水器在适当的管理下每年可节约的能量相当于标准煤60～100kg，可减少二氧化碳180～300kg。太阳能与建筑一体化用1%的建筑成本弥补了10%的建筑能耗，既节能减排，又实现了能源自给。
7、调研发现的问题
7.1 集热器的安装问题
在公共建筑中，太阳能应用多为集体浴室集中太阳能热水系统，因为集热器放在屋顶，集中管理，没有发现安全及其他隐患；在住宅建筑中，太阳能集热器多以角铁支架安装形式为主，特别是外挂系统，基本都是角铁支架配合螺栓或扁铁固定，现在看来问题不大，随着时间推进，支架、螺栓、连接扁铁是否会疲劳破坏以及使用寿命多少都是未知数，现场看部分铁件有生锈迹象（图15～17）。
7.2 太阳能集热器的寿命
信誉好的企业承诺15年，大多数只承诺3～5年。有的住户刚人住太阳能就不能使用，而通常开发商与施工企业及用户签的是双向合同，损坏后找不到人来维修。太阳能产品的检测标准亟待解决，保修期及合理使用年限亟待确定。
山东潍坊规定太阳能产品使用年限15年以上，既然好的产品能够达到15年的使用年限，我们就应该明确规定采用的产品使用年限应为15年以上。太阳能热水器产品应在政府、企业、设计、施工等各部门的通力配合下，使其产品更规范化、标准化。
7.3 水箱和集热器整合挂外墙
《居住建筑太阳能热水系统一体化应用技术规程》（J11859-2011）中只提到，储热水箱可设置在设备间、建筑屋面、平台、阳台、厨房、地下室，没有规定不能采用水箱和集热器整合挂外墙。此种方式对外墙、锚固件等的受力要求都不利，安全隐患尤其大（图18）。
7.4 太阳能产品出现问题以后的维修及更换问题
这是涉及到太阳能能否长期普及使用的问题。调研中发现没有条件维修和维修困难的情况较多，特别是在高层建筑中，室外集热器安装在窗台下部，窗户的底部是固定扇的大玻璃，从窗口处操作，基本够不到集热器，每个集热器重量在50kg左右，水箱加集热器重量在150kg左右，正常维修较困难。
7.5 从规划阶段考虑太阳能设计的建筑数量微乎其微
绝大多数是从扩初、施工图阶段开始考虑太阳能设计的（特别是外地设计单位做方案设计的项目），因为不能破坏建筑外立面效果，只能选择固定在栏杆上。其次，因为太阳能设计增加了责任和工作量，设计费用并没有增加，设计师主观上参与方案设计的积极性不高；加上一些开发商对选择太阳能厂家不及时、不积极，所以绝大多数项目是施工图都结束了，也没有确定生产厂商，不能做到太阳能与建筑完全—体化。
7.6 用户反映的集中式太阳能系统的优劣
对于大高层，集中集热、分户储热系统很好，因为每家分配的热量是一定的，一家的热水用完了不会影响其他用户。造价每户只比分体式多1000元，运行费用很低，用户基本不用交钱，设在大高层屋顶也很安全。
集中集热、集中储热的形式因为用户之间相互影响，且水温不稳定，还有物业收水费困难等因素，难以维持下去。这种形式比较适用于公共浴室，对住宅则不太适合。
7.7 太阳能设计不能因地制宜
如有些大高层的壁挂集热器，其下几层每天的光照为1～2h，达不到4h的要求。因此这些集热器的设置不够合理，仅靠辅助电加热或另外安装电热水器，势必造成浪费。
多层住宅存在屋面管线过长、后期人为改造痕迹突出、影响美观的问题，这是因为管井和上面的集热器位置不对应。
7.8 规范产品
需要取得技术认证的产品，固定支架的使用年限、集热器、水箱等的使用年限确认，这样产品安全性才能有保障，烟台市住建局已出台相关文件。
7.9 安装凭经验较多，缺乏理论计算数据
通过对栏杆上固定集热器进行测算，发现集热器固定在栏杆的不同部位以及固定点的数量变化都会引起栏杆的壁厚及截面变化，所以从安全角度出发，甲方或厂家在确定栏杆尺寸及节点后，应交给设计院对栏杆的荷载受力情况及安全性进行复核。
8、结论及建议
8.1 提倡同步规划、同步设计、同步施工、同步验收、同步管理的“五同”太阳能与建筑一体化的应用思路
8.1.1 同步规划
太阳能与建筑一体化都是绿色建筑的内容，如果能从规划人手是最理想的选择，可以综合考虑所在地区的地理纬度、气候状况、场地条件及周围环境，确定群体建筑太阳能热水系统的规模及形式，确定相应的单体建筑布局、朝向、间距、群体组合，以满足太阳能热水系统设计和安装的技术要求，避免其他障碍物对投射到太阳能集热器上的阳光造成遮挡，为接收较多的太阳能创造条件。
8.1.2 同步设计
把建筑、技术和美学融为一体，太阳能热水器与住宅建筑设计有机结合，改变传统太阳能的结构对建筑外观形象造成的影响，并使施工安装方便、用户使用方便及管理维修方便。在结构上，妥善安装，确保建筑物的承载；在管线布置上，安全、隐蔽且相对集中、合理有序、美观，减少热损耗，考虑好太阳能管道的保温和冬季正常运行问题；还可以使太阳能与其他能源加热设备的匹配合理，尽可能实现系统的智能化和自动控制。
8.1.3 同步施工
安装不规范，客观上会影响工程效果的发挥，同时影响美观。太阳能一体化同步施工，可以考虑施工步骤的优化，并且由多方同步施工，不但可以使两者有机结合，更能减少重复施工的现象，从而节省人力、物力，在保证质量的同时降低成本。
8.1.4 同步验收
从规划、设计、施工阶段就同步验收，保证质量，可以保证太阳能系统合理、稳定、安全，达到系统运行效率高，易于安装、检修、维护、管理。
8.1.5 同步管理
太阳能建筑一体化验收完成之后，后期维护管理的服务是必不可少的，针对设备损坏的维修、物业沟通的缺失等有必要实行同步管理。从设备上来说，可以引进逐级承诺制度。开发商要向业主承诺，太阳能企业要向开发商承诺……比如，要承诺热水供应的时间，热度和吨水成本，并且还要承诺太阳能产品的使用寿命是20年，还是30年或者更久。若达不到承诺标准要有一个什么样的补偿。这都是互相制约的必要条件。如果有了这样的利害关系，用户才会用着放心，开发商装着安心，太阳能建筑一体化才会发展壮大。
8.2 建议
8.2.1 集热器安装位置建议
建议如下：1）紧贴斜屋面安装；2）紧贴阳台围栏安装或用太阳能装置直接代替阳台、围栏（图19，20）；3）紧贴南墙立面安装，附近能检修、下有托板（图21）；4）紧贴南墙立面采光槽开口处安装（图22）；5）做成建筑物构件在屋顶上安装，如德州蔚莱城项目，把屋顶飘板做成皇明太阳能集热器，既满足了集热器的采光需要，又形成了建筑优美的造型元素（图23，24）；6）把平板太阳能集热器作为外墙，如北京海林办公楼外墙设计（图25）；7）在建筑物南墙外挑飘板或者在另设型钢立柱的立面上安装。
8.2.2 太阳能的系统选择
在不同的居住建筑中，应根据不同的供水要求和条件选用合理的太阳能热水系统：1）在别墅及排屋住宅中，宜采用分离承压式强制循环的分户式系统（图26，27）；2）低层及多层住宅中，宜优先选用分离承压式强制循环太阳能热水系统，在建筑造型允许的前提下，可采用自然循环的整体式太阳能热水系统；3）当太阳能热水系统中的用水点设有冷热水混合器或混合龙头时，冷热水供应系统在配水点处应有相近的水压；4）低层及多层住宅的太阳能热水系统中应视具体条件选择分户式、半集中式或集中式系统；5）分户式太阳能热水系统各户管道独立，管线数量较多，管线的布置应考虑检修的可行性，并且要求任何一组（根）管线检修或更换时不影响其他管线的正常使用；6）集中集热、分户储热的半集中式太阳能热水系统，为便于热水的计量和循环加热，宜采用间接式加热系统，但应有可靠的技术措施保证户内的热量（水）不外流至管网；7）集中集热、集中储热的集中式太阳能热水系统应适当控制系统规模，避免管线过长，热损失量过大；8）高层建筑在屋面资源不能满足集热器布置要求的前提下，可以采用分段供应热水的方法部分满足上部建筑的太阳能热水系统的集热要求，或采用栏板式、阳台式集热器制取生活热水，但应保证集热器全年能充分地采集阳光，保证冬AE]热水器采光面上的累积日照时数不少于4h。
8.2.3 安全设计要求
安全设计要求如下：1）建筑的主体结构或结构构件应能够承受太阳能集热系统传递的荷载和作用；2）应对集热器安装形式的重力荷载、风荷载和地震作用效应进行校核，确保集热器安装的安全；3）当集热器作为建筑围护结构的一部分时，应对其强度进行复核，确保其能实现相关建筑性能；4）应根据集热系统设计单位提供的集热器运行重量和储水水箱重量，对安装位置进行结构荷载校核；5）集热器安装所需钢构件所使用的钢材、连接材料和涂料材料应具有质量合格证书，并应符合设计文件的要求和国家现行有关规范、标准的规定；6）新建建筑安装集热器前，应在混凝土结构构件内预埋支座，不可后打膨胀螺栓固定，不可安装固定于非结构构件（如窗台填充墙等）之上；7）集热器支架安装所有钢材表面的原始腐蚀等级不得低于B级，其除锈等级应满足《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923-88）相关要求；8）集热器埋入混凝土的钢埋件表面、现场焊接处及构件剖口焊接部位均不许涂刷油漆或有油污，待现场安装完毕后，再按设计要求补防锈漆或防火涂料。
关键词：太阳能，太阳能热水器
引言 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源。太阳能的推广应用意义深远，前景广阔。总体来说，太阳能的热利用主要有间接利用和直接利用两种形式。而太阳能热水器是目前太阳能热直接利用中最具有代表性的一种装置，它技术成熟、成本低廉、用途广泛、形式多样。其中，我们最熟悉的一种形式是设在多层建筑屋顶的传统太阳能热水器，仅为人们提供春、夏、秋季的生活洗浴热水，冬季另辅以电热水器作为补充。论文参考网。
太阳能热水器的全寿命期费用大大低于电热水器和燃气热水器。据测定，1平方米面积的太阳能热水器可供2-3人使用，相比电热水器年节约500元左右，长期效益十分可观。反言之，一年四季完全利用高品味的电能制取低品味的卫生热水也是与当前的能源政策相背的。
因此，为引领、推动这一符合国家产业政策的朝阳行业在聊城地区的正确发展，我们专业人员共同参与、多方调研，对这一新技术的应用推广进行了一番探索、分析。现就主要结果向大家作简单汇报，希望大家多提宝贵意见：
一、首先，有必要简单介绍一下上述的传统太阳能热水器。
1、它是一种非承压式供水系统，集热器与蓄水箱组合为一体，热水箱为与大气相通的开式系统，其内胆与集热器均不承压。冷水上水管与热水取水管是同一根管路，上水时靠自来水的压力充水，下水（供应热水即取水）时以太阳能热水器的水箱产生的静压力为动力，同时，设一根溢流管以观察热水箱是否充满水（因溢流管仅作为信号管，设计时为降低造价其规格比上水管小一号）。因此，该形式又称为“落水式”系统。
2、经分析，认为该系统存在以下问题：一是用户使用不便，上水时需用心关照，用水时又担心热水是否够用，如水箱缺水使真空管处于干烧状态，则会降低其使用寿命――因此，太阳能热水器水箱不宜缺水；二是下层用户有较大的冷水损失（须把立管内的冷水放尽才能用热水）；三是热水箱内冷热水因密度差异而上下分层――热水在上冷水在下，这样造成设于水箱底部的下水管取用的是水箱内最低温度的那部分水，热利用效率低，尤其在少量洗刷用水时特别不便。
3、为解决用户上水不便的问题，可在太阳能上水管上安装电磁阀，根据水箱水位自动控制上水及停水，取消信号管。其造价约700元左右。更加智能的电磁阀还可根据水箱水温控制进水量，使用户水温恒定。
4、上述第二和第三个方面的问题可在使用和设计时采取措施改进：当少量洗刷用水时，可通过开启上水管阀门，而使用溢流管的热水－－类似于承压系统的“顶水式”。因溢流管管口设于热水箱顶部，故使用的是最高温度的热水，另溢流管下水无冷水损失。但同时，使用时也要注意两个方面的问题：一是因为上水的压力（自来水压力）大于溢流管下水压力（水箱与用水点的高差产生的静压力），加上溢流管管径较小，为防止屋顶溢流损失，上水阀不可全开；二是由于水箱内水位波动和溢流立管容积的蓄水量，溢流管出水较上水管阀门操作有一定的延迟性。
5、对应于上述使用方法，设计时亦应有所改进：
1）、上水管（阀）与溢流管应在同一个房间（最好在常用的卫生间）。
2）、溢流管末端应考虑放置移动式受水容器的空间条件，附近应有地漏。末端不宜加水嘴，以防操作不当造成溢流损失。移动式受水容器较之固定式卫生器具的优点主要是使用灵活，便于清洁。
3）、为便于使用，设计时可考虑溢流管与上水管同径甚至大一号。
6、针对非承压式系统存在的问题，有些厂家研制开发出承压式系统（依然是落水式），热水箱为闭式系统，内胆和真空管应能承受0.5MPa的压力。上水管从水箱底部进水，出水管从从水箱上部顶压出水。但该系统由于价格太高，对于适应传统太阳能热水器的用户不易接受，其推广应用受到限制。
二、对相当一部分场所如：高层住宅、宾馆客房、高校宿舍，由于受屋顶面积、上水压力、管路布置及运行管理等诸方面的制约，传统太阳能热水器已不能满足需要。论文参考网。目前，市场上已有多种分体式太阳能热水器投入使用，其主要特点是太阳能真空管集热器与储热水箱分开设置，太阳能真空管集热器根据需要设于屋顶或南向立面上，储热水箱置于屋顶水箱间、室内卫生间或阳台上，集热器与水箱之间通过自然或机械循环加热冷水，另水箱内设有电辅加热器，以弥补冬季太阳能热利用的不足。现以十二层的小高层住宅为例，对几种新型的太阳能热水器系统进行论证分析：
1、据初步了解，目前应用最广泛、技术最成熟的形式是集中式太阳能热水系统，其基本工作原理是：将集热器直接置于楼顶平面或在楼顶专门制作用于安装集热器的钢结构飘板，兼顾了建筑风格的美学要求；屋面露天或水箱间内放置蓄热水箱；水箱内用浮球阀控制水位，随用随补；集热器与热水箱之间通过机械循环泵完成冷热水的交换，为减少无效冷水损失，热水箱与用户之间也设有循环泵，以保证末端热水供应的可靠性，循环泵均采用定时定温自控措施，以节约运行费用；各用户设有水表进行用水计量。
该系统形式的主要优点是：便于集中管理，运行安全可靠；造价较低，户均初投资约3500元；因是机械循环，无效损失少；便于与建筑构件整合设计，增加整体的美观效果。
该系统形式最大的缺点是当入住率较低时，其总体运行管理费用（主要是管理人员和循环泵）分摊给30％以内的用户，就非常不合算，增加了物业管理的困难。例如：青岛市千禧龙花园就是一个典型的例子。
因此，该系统形式比较适合于集体公寓、学生宿舍、医院病房及宾馆客房等集中性强的场所，系统使用率高，末端用户计量又不要求十分精确。据调查，应用该系统的主要工程有：青岛市千禧龙花园；省交警培训中心；省建筑大学梅园1＃学生宿舍；济南市金马大酒店；聊城市公安交警小区（正施工中，尚未运行）等。
2、为避免邻里之间相互干扰，方便物业管理，针对开发住宅入住率低的特点，很多厂家研发生产了分户独立的承压式太阳能热水器，且已有大量的用户正在使用，技术可靠，运行稳定。论文参考网。其基本工作原理是：将集热器壁挂于每户南向阳台拦板或窗间墙上，热水箱根据需要置于阳台或卫生间内；加热介质在集热器与水箱内加热盘管间封闭循环，按其循环动力又可分为带水泵的机械循环形式和不带泵的自然循环形式；加热盘管间接加热水箱冷水，用户可利用自来水压力把水箱内加热后的热水顶压至器具配水点，管路暗敷于地面垫层或墙内，不影响室内美观。
该系统形式的主要优点是：各住户分散独立管理，互不影响；集热器与建筑南立面有机结合，充分利用空间，点缀装饰，效果突出；循环管路短，顶压出水，热利用率高。两种循环方式（集热器与水箱内加热盘管间的循环）相比，机械循环系统其技术更加成熟，运行更可靠，热水量及水温更加有保证，实际用户更多，经实测，循环泵采用定时定温自控措施后，其电力费用也非常有限。对自然循环系统而言，由于受层高的制约，其由位能形成的循环动力非常有限，太阳辐射强度对系统的影响很大，热水量及水温波动大，对更适合的介质尚处于研究阶段，用户较少。
据初步调查，机械循环系统形式的分户太阳能热水器每套价格约8000元左右；自然循环系统形式的分户太阳能热水器每套价格约5000元左右。对开发成本而言相对较高。
该系统形式较适合于无屋面集热器安装面积的别墅、开发的高档多层住宅及高层住宅。据调查，应用该系统的主要工程有：济南军分区高层住宅，皇明集团职工公寓。在北京及南方城市有较多用户。
3、经分析认为：对建科置业小高层住宅工程，如屋面面积足够、卫生间内管道布置条件许可，则传统落水式太阳能系统应用在小高层住宅中的方案从技术上是可以解决的。具体设计原理和应用流程为：高区（上五层）从户内系统直接引出太阳能上下水管，其用法同多层住宅；低区（下五层）户内其它器具配水直接由市政供水系统供应，太阳能上（下）水管可从高区供水主立管通过单独水表引入户内，其操作方式同多层住宅。该系统形式投资低，操作方式已得到适应，运行管理方便。但其缺点是下几层的冷水损失较大，上几层卫生间内管道较多。
三、其实，太阳能应用正开启了多元化发展的局面。就太阳能直接供暖系统来说，随着节能建筑的实施和节能技术的深入推广，这一技术应用逐步成为可能，据权威部门测定，以聊城地区的五层住宅建筑而言，当仅在屋面设置集热器时，利用太阳能采暖可节能73.72％，当在屋面和南墙面面积的1/2均设置集热器时，利用太阳能采暖则可节能85.05％。太阳能光伏发电技术而今也有很成功的试验成果，随着科技进步，相信这一利国利民的技术应用会离我们越来越近，零能耗建筑已不是个别先例；间接利用的太阳能热泵技术应用也有了实质性的进展。
结语 太阳能应用推广功在当代，利在千秋。建筑由于有了太阳能热水器，不仅具备了高科技内容，也有了相应的高科技气息的外在表现形式。同时，太阳能热水器与建筑的整合、一体化设计又是不同方面的参与者，包括太阳能系统的制造企业、房地产开发商、建筑师及各专业的设计师之间的互动过程，因此，需要大家的积极关注、共同探索，才能创造出更多的以人为本的和谐建筑精品出来。
关键词：智能建筑，光电建筑，太阳能，新能源
Abstract: with the green building continuously thorough popular feeling, low energy consumption and low pollution, the construction of the new type of intelligent building and environmental protection and photoelectric building has become the social issues of common concern. In this paper, the solar energy technology in the green building energy saving design are studied, and the solar energy technology in our country the future development of green architecture is made in this paper.
Keywords: intelligent building, photoelectric buildings, solar energy, new energy
中图分类号：TK511文献标识码：A 文章编号：
随着社会经济的不断发展，人们对降低建筑能耗的重要性。采用新型的建筑节能技术，可以减轻建筑污染，改善建筑热环境，实现建筑业的绿色发展的重要途径。由传统的高消耗型发展模式转向节能环保型模式成为必然的趋势，绿色建筑的概念应运而生。
绿色建筑，是指在建筑物的全生命周期中，最少程度地占有和消耗地球资源，最小且高效率地使用能源，最少产生废弃物并最少排放有害环境物质，成为与自然和谐共生、有利生态系统与人居系统共同安全、健康且满足人类功能需求、心里需求、生理需求及舒适度需求的可持续建筑物。因此，以太阳能光电技术为首的新能源在绿色建建筑中的应用，得到了人们广泛的重视。
一、太阳能光电技术简介
太阳能作为一种全新的清洁能源，在绿色建筑中，主要可以从光热转换技术或光电转换技术两条路径应用。目前，光热转换技术已经较为成熟，太阳能热水供应系统、太阳能温水游泳池系统和太阳能地板采暖系统等已经得到了广泛的应用，解决了人们生活的热水和取暖等问题。
随着太阳能光电转换技术的进一步成熟，以及太阳能光电板成本的进一步降低，太阳能光电建筑必然也将逐渐走入人们的生活。太阳能光电建筑，是指从规划、设计、施工到使用过程中，将太阳能利用设施与建筑有机结合起来，使光伏发电材料成为建筑体的有机组成部分。其中，建筑内照明、空调及生活所需的大部分能源依靠其自身的太阳能光伏发电材料产生的能源来满足，基本摆脱对常规能源的依赖，做到能源消耗既清洁又环保。
太阳能光伏发电被公认为一种极好的新型替代能源，它的开发利用有利于降低二氧化碳的排放，保护环境。在很多国家，如，美国、日本、印度、中国等，都在研究将太阳能发电和建筑结合起来的利用形式，并相继开发出光伏太阳能建筑。1997年美国和欧洲相继宣布“百万屋顶光伏计划”，而日本在1997年仅用于补贴屋顶光伏计划的经费就高达9200万美元。
近年来，国家对新能源利用的政策不断出台，促使太阳能、风能、光热发电等一系列新能源产业日益兴起，尤其是对太阳能的开发利用更是备受人们的关注。但由于太阳能产业尚未规模化，太阳能技术还不十分成熟，从而导致太阳能光电建筑的成本较高，这是制约太阳能建筑发展的主要因素。
二、太阳能光电技术在建筑节能中设计
光伏与建筑的结合有如下两种方式，都可以通过并网逆变器、控制装置与公共电网联接起来组成并网发电系统。一种是建筑与光伏系统相结合，把封装好的的光伏组件（平板或曲面板）安装在居民住宅或建筑物的屋顶上，组成光伏发电系统；另外一种是建筑与光伏器件相结合，是将光伏器件与建筑材料集成化，用光伏器件直接代替建筑材料，即光伏建筑一体化（BIPV），如将太阳光伏电池制作成光伏玻璃幕墙、太阳能电池瓦等，这样不仅可开发和应用新能源，还可与装饰美化合为一体，达到节能环保效果，是今后的发展光伏建筑一体化的趋势。
1、光伏并网发电方式
光伏并网发电设计太阳能光伏并网发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。 目前，太阳能光电建筑的发电系统设计容量可以从几千瓦到几百千瓦，甚至上兆瓦，由于国内的光伏与建筑结合形式各种各样，设备的选型需根据光伏阵列安装的实际情况（如组件规格、安装朝向等）进行优化设计，大致可分为。集中式并网发电和分布式并网发电两种并网发电方式。其中前者适合于在建筑物上安装朝向相同且规格相同的光伏阵列，在电气设计时，采用单台逆变器集中并网发电方案实现联网功能。后者适合于在建筑物上安装不同朝向或不同规格的的光伏阵列，在电气设计时，可将同一朝向且规格相同的光伏阵列通过单台逆变器集中并网发电，采用多台逆变器分布式并网发电方案实现联网功能。
2、光伏阵列的设计
并网发电系统的光伏阵列设计需要考虑以下几点：
（1）光伏阵列朝向。光伏阵列正向赤道是其获得最多太阳辐射能的主要条件之一。一般情况下，方阵朝向正南。系统的光伏阵列处于北半球，一般应按正南偏西。
（2）光伏阵列倾角。在并网发电系统中，光伏阵列相对于水平面的倾斜角度一般应该按照使阵列获得全年最多太阳辐射能的设计原则。电池板厂商将根据不同地区的地理位置及气象环境，会提供最佳的安装角度。
（3）光伏组件串联设计。逆变器在并网发电时，光伏阵列必须实现最大功率点跟踪控制，以便光伏阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出。在设计光伏组件串联数量时，应注意接至同一台逆变器的光伏组件的规格类型、串联数量及安装角度应保持一致。此外，需考虑光伏组件的最佳工作电压和开路电压的温度系数，串联后的光伏阵列的最佳工作电压应在逆变器范围内，开路电压应低于逆变器输入电压的最大值。
（4）光伏系统的避雷技术要求。对于光伏系统的避雷设计，主要考虑直击雷和感应雷的防护：光伏阵列安装在室外，当雷电发生时可能会受到直击雷的侵入，直击雷的防护通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过作引下线的金属导体导引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地。感应雷的防护需要考虑太阳能电池板四周铝合金框架与支架应等电位接地，以及交直流输电线路和逆变器等感应雷的防护，防护措施可采用防雷保护器。防雷防护国家现在还没有专门针对光伏系统的设计规范，在项目设计时是要委托专业的设计单位来设计。
3、接入电网方案
光伏并网发电系统的电网接入有低压接入和高压接入两种方案。前者中，并网系统接入三相400V或单相230V低压配电网，通过交流配电线路给当地负荷供电，剩余的电力馈入公用电网。根据是否允许向公用电网逆向发电来划分，分为可逆流并网系统和不可逆流并网系统。后者中，并网系统通过升压变压器接入10KV或 35KV 高压电网，升压并网系统应采用单独的上网变压器，向上级电网输电。高压并网发电系统应由供电部门进行接入系统的设计，高、低压开关柜应设有开关保护、计量和防雷保护装置，实际并网的发电量应在高压侧计量。
4、系统的安全性设计
太阳能光电建筑设计时，安全性设计有几点需要注意：屋顶和建筑作为安装太阳能发电系统的场所，要有荷重（自重、积雪、风压）的承能力。阵列的安装考虑到漏雨的问题，确保不给房屋系统造成破坏。支架等安装材料的耐用性。太阳能组件到室内的配线性能及保护方法。施工作业的安全防护。系统的防雷安全保护措施。
三、太阳能光电技术的应用前景
目前，我国太阳能光电建筑的建设已经得到了大量的发展：上海世博会中国馆就是太阳能光电建筑一体化工程，中国馆的太阳能装机容量达302千瓦，主题馆屋顶的太阳能总装机容量高达2825千瓦，有望成为亚洲单体建筑中最大的光伏建筑一体化电站。当前，随着太能能储能技术和太阳能电池技术的不断进步，太阳能光电技术必然能在建筑中有更加广阔的应用前景。
参考文献
【关键词】 太阳能表皮光热光电采光遮阳
中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
（一）概况
建筑高耗能问题已成为世界通病，全球能源调查报告显示,每年的建筑能耗约占总能耗的30% ~40%。我国情况更为严重，建筑能耗约占社会总能耗的31％，单位建筑能耗是发达国家的3倍。针对建筑能耗过高的问题，欧美国家不断深化与自然和谐共存的可持续发展的概念理念和技术，推广环保节能概念，利用清洁能源--太阳能与建筑结合的设计水平日益成熟。
我国自上世纪80年代起，各种节能政策和管理条例鼓励和督促建筑师转变思路，尝试环保节能建筑的设计，自本世纪以来不同类型竞赛与示范性建筑纷纷亮相，显示我国对太阳能与建筑一体化的重视程度，同时也表明太阳能建筑已逐渐成为当今建筑界的一个重要潮流之一（图1 ）。
（二）问题
目前在我国，建筑与太阳能系统的结合仍然普遍存在以下问题：
1、利用形式单一。国内利用太阳能的主要方式是太阳能热水器， 1999年，全世界的太阳能热水器面积达5400万平方米，我国则高达到400万平方米，居全球之首。2008年全球太阳能光伏系统装机总量已累计达15GW，而国内光伏系统的累计装机容量仅为10万千瓦（100MW）。
2、安装使用粗放。太阳能热水器安装缺乏统一规划：规格各异、位置参差不齐、管道布置零乱；施工困难，太阳能装置易破坏屋顶防水层，无预设管道，管线长期暴露；建筑的防水、防雷、防风、承重方面造成安全隐患。
3、设计缺乏考虑。建筑师对于太阳能利用技术与建筑本身相互结合欠缺考虑。建筑外观处于杂乱无章的无序状态，形成视觉污染。
二、建筑表皮与新能源结合
太阳能与建筑一体化是建筑节能的重要途径，也是科技水平的综合运用。它是将太阳能利用技术与先进的建筑节能技术和节能产品等优化组合，调整建筑耗能比例结构、提高太阳能保证率，为建筑提供采暖、制冷和热水，营建低能耗、高舒适性的使用环境。
（一）光电系统与表皮结合
主动式太阳能建筑往往由于建筑师设计与施工方安装不同步不协调而显得相互间格格不入。“一体化设计，统一施工”就是建筑方案设计之初，将光伏电池系统作为美学一部分纳入设计思路中，并做到从技术层面使之可行、可用，从艺术方面可观、可赏（图2 ）。
光伏电池的物理特性为隔热保温，防水防潮，可作为玻璃幕墙成为建筑表皮的一部分；当光伏电池位于屋顶与墙壁等护结构时，彩色光模块与造型光模块可以成为屋面或墙体的构成材料，不仅节约外装，同时使建筑外观更具魅力。
（二）光热系统与表皮结合
国家《可再生能源中长期发展规划》要求，将太阳能热利用作为可再生能源发展的重点领域。大幅度提高太阳能供热系统能力，不仅提供热水，还可为家用采暖系统提供热力辅助，将太阳能与建筑的结合推向更深的层次。预计到2020年，太阳能热水器总集热面积将达到3亿平方米，可替代约5000万吨标准煤，总产值会超过3000亿元。
辐射板技术建筑一体化 图3辐射板技术与建筑表皮融为一体
在建筑的墙面和屋顶上安装具有选择性吸收涂层的辐射板，提高建筑护结构的保温隔热性能，利用太阳能、空气源和低温太空源，通过显热储存系统短期调节自然条件对系统性能的影响，建立超低能耗的可再生能源综合利用建筑，既可降低建筑所需能耗，又可减少对大气和环境的污染。辐射板系统可以满足建筑的外观材质与颜色的需要，管道藏于墙内，可替代暖气与空调，做到与建筑表皮融为一体（图3）。
2、结构与构件蓄热
为了贮存热量，把建筑物的围护结构里皮，装以蓄热材料，作成“特隆布墙”，将蓄热体直接设置在南面窗户的后面，当蓄热体吸收太阳辐射，加热后能再通过辐射和对流方式加热房间内部空气。
新型建筑外墙双层中空玻璃可以同时起到太阳热水器的作用，玻璃40%的面积是透明的，余下部分被盘旋状的可以通水的铜管以及银反射管所覆盖，覆盖物位于玻璃内层双层中空玻璃可以吸收太阳能，并把水加热，对于一个大楼来说，仅仅利用外墙玻璃就能把热水问题解决，每年可节省大量的电力和煤气。
（三）采光遮阳与表皮结合
据统计，建筑的空调系统与公共建筑的照明耗费的能源数据相当惊人。国内建筑由于文化传统考虑自然通风与采光，但国外一直以来崇尚机械通风采光。在节能为首的基础上，越来越多建筑师通过不同的采光与遮阳手段展现建筑的魅力。
1、导光系统与表皮结合
通过外部构件的设置，使得外部光线合理的引入内部空间，避免强光，同时也为背光侧引入太阳光。（图4）这样就使整个建筑呈现一种类似于“暖水保温瓶”的现象，在一定程度上实现了建筑物的单向热传导性，降低建筑内热能或冷能的流失，减少建筑的整体能耗。
遮阳系统与窗结合（图5） 图5 遮阳系统 不仅可以调节室内光
线的强度，更可以创造出令人震撼的建筑
表皮效果。
在室外或室内甚至双层体系中增加可调遮光百叶或安装倾斜角度可控的钢制遮阳板。此类建筑的前期投入并不比普通建筑高很多,但在长期运营过程中,却能取得很好的节能效益。
三、结语
国内利用太阳能方兴未艾，在已颁发的《可再生能源法》中明确规定：国家鼓励单位、个人安装和使用太阳能热水系统、供热采暖和制冷系统、光伏发电系统等设施，太阳能成为了最佳的替代性能源。如果太阳能系统中各种色彩和肌理的组件，也可以取代和节约昂贵的外饰材料(如玻璃幕墙等)，使建筑物的外观统一协调，增加建筑美感。建筑与太阳能结合一举多得，建筑的表皮同样可以用蕴含的能量巨大的太阳能设施。不同学科对此问题思考的越多，对社会的贡献越大。
【参考文献】
[1]宣晓东.太阳能光伏技术与建筑一体化应用初探[D]..合肥工业大学硕士学位论文,2007.4
[2]艾明星.变相储能材料的研究[D].河北工业大学硕士学位论文,2003.3
[3]张扬.建筑遮阳设计研究[D] .同济大学硕士学位论文,2006.2，
关键词：太阳能技术；绿色建筑；节能
目前世界上所采用的主要能源有：煤、天然气、石油等，这些能源是大自然在几十亿年中逐渐积累形成的财富，但是，它们的储藏量有限，并且不可再生。随着人类对能源的需求日益增长，大量利用这些不可再生的能源会导致资源枯竭和环境污染。许多国家从70年代开始寻找可再生的替代能源，例如，太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢能、生物能等。对这些新能源的开发和利用，既保护了环境，又使支持经济发展的能源可循环使用，对人类社会的持续发展具有重要意义[1]。
1绿色建筑的概念
绿色建筑词意的关键在于绿色，它不是传统意义上绿色的建筑，用绿色来表征健康的、可持续、环保和节能。我国建设部 2006 年的《绿色建筑评价标准》GB 50378 对绿色建筑作了明确定义：绿色建筑是指在建筑的全生命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材），保护环境和减少污染，为人们提供健康，适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。从这个定义中可以看出，绿色建筑的含义包括三个层面的意思：一是最大限度的节约资源，也就是概念中所说的四节：节约能源、节约用地、节约用水、节约材料；二是保护环境和减少污染，尽可能的避免对环境的影响，尽可能避免对环境的改变，尽可能减少污染；三是适用性，要求对人身体健康无损害，高使用率、与自然和谐相处，创造生态文明。
2太阳能在绿色建筑中的开发可行性
太阳能是一种清洁、环保能源，是一种可再生资源，同样也是一种可持续发展的能源和绿色的能源。太阳能是节能和环保的资源，取之不尽用之不竭。能源为经济发展提供源源不断动力，经济发展又依赖于能源的开发和有效利用。现代社会能源的发展进程直接制约着经济的发展速度和发展规模。我国的能源资源虽然较丰富，但是后备储量不足，人均资源量非常有限，并且目前我国的能源利用率偏低，为35%左右。因此，经济发展与能源需求的矛盾、能源的短缺与能源利用率低的现实对新能源的开发，提出了迫切的要求。可再生能源属于绿色能源，对环境和人类的发展提供持续的动力支撑，绿色能源既能满足人类长久生存和发展的需要，在满足人类生存发展需求的同时也不会造成环境上的负担和后续的问题，利用非可再生资源在有些层面上是以生态环境的破坏为代价换取经济的发展，就近看似乎促进了经济的发展，但从长远和宏观的层面看实际上不利于经济的发展，甚至为人类的发展造成了严重的后果。当前，房地产业已经成为了经济发展的重要产业，同时也是消耗能源较大的行业[2]。
由于太阳能建筑的节能、环保、经济和主体需求价值在社会生活的方方面面源源不断的体现，太阳能建筑在当今社会发展中的重要性益发明显，因此，为了实现可持续发展的需要，大力提倡发展太阳能建筑的举措，变得越发的紧迫。
3太阳能技术在绿色建筑中的应用及节能
绿色建筑在于绿色能源的墙壁、门窗等建筑的外在结构，创新绿色建筑体系结构，采用高效的新型保温材料，或是在墙体的建设上加入能够利用太阳能的材料提高建筑的保温效益，减小能量的损耗。在建筑的屋顶或阳台架设太阳能装置供太阳能热水器或太阳能空调、太阳能采暖设备使用以控制室内的温度，建立健康而节能的生活环境。
3.1太阳房
以被动式太阳能利用中的直接受益式太阳房为例，阳光通过采光窗直接照入室内，通过“温室效应”提高室内温度。太阳房构造上的矛盾在于：建筑冬季，为了取暖要尽可能多地引入太阳辐射；夏季，又要为了防晒尽量避免室内光照。解决这一矛盾的措施通常是设置遮阳板，而融入适应性设计的太阳房建筑能够达到更加有效地降低建筑的运行成本。如位于德国的盖尔森基兴科技园设计，方案在建筑临湖的西侧设计了一座长约300 m的长廊作为室内外的气候缓冲区，长廊倾斜的幕墙由可随季节变换进行调节的玻璃窗组成，玻璃幕处于关闭状态，长廊形成一个温室，依靠它所储存的热量使与之毗邻的各层空间保持温暖，夏季时，白天为了防晒，长廊玻璃幕上的布帘遮阳板打开，同时下部玻璃窗滑动至上方，主导风从湖面上吹来，冷却过的新鲜空气从开启处吹入室内，受热了的空气再通过“烟囱效应”从顶部排出。板下的水循环系统视情况向室内补充白天储存在其中的热量。
3.2太阳墙
太阳墙是一种与建筑结构融为一体的新型太阳能集热系统，蓄热板材覆于建筑外墙的外侧，上面开有小孔，与结构墙的间距一般在200mm左右，形成的空腔与建筑内部通风管道相连，管道中设置风机，用于抽取空腔内的空气。冬季，白天室外空气通过小孔进入空腔，在流动过程中获得板材的太阳辐射热，受热压作用上升，进入建筑的通风系统，然后由管道分配输送到各层空间。板材底部不密封，保持了内腔的干燥，同时起到排水作用。夜晚向外散失的热量被空腔内的空气吸收，在风扇运转的情况下被重新带回室内。这样保持了新风量，又补充了热量，使墙体起到了热交换器的作用；夏季时，室外热空气会从太阳墙板底部及空洞进入，风扇相应停止运行，热量从上部和周围的孔洞流出，不进入室内[3]。
3.3太阳能热水系统
目前，太阳能热水系统在绿色建筑中得到了广泛应用，尤其是在江苏省等地，国家已在某些省市强制要求12层以下的建筑必须使用该系统。建筑行业的大趋势就是以低能耗、低污染为基点的绿色经济模式，太阳能资源正具备很大的发展潜力。在国家政策的大力扶持下，预计到2020年，全国太阳能热水系统总集热面积将达到3亿平方米。我国太阳能资源丰富，年平均总日照小时数比较充裕，足以说明太阳能热水系统在未来有着美好的发展前景和利用空间，希望该系统能与绿色建筑紧密结合，能够使建筑节省更多的能源，促进绿色建筑的可持续发展。从整体而言，中国太阳能光热利用在全世界所占的比例都比较大。
3.3太阳能光电系统
太阳能发电系统通过太阳能电池板产生电能，在其最初的应用领域一卫星的供电系统中，电池板到了使用时才全部打开，靠旋转来捕获尽可能多的阳光。建筑的太阳能光电系统由于没有热水系统中上下水管和蓄水箱的束缚，其建筑适应性设计要比后者更加灵活。
像卫星一样获取阳光的太阳能建筑已经不是纸上谈兵，建于德国的波茨坦能源中心就成功的把这一构想变为了现实，为太阳能建筑的适应性设计开辟了一条新思路。该建筑创造性的设计了一座高25 m能源塔，塔顶安有被称之“电池帆”的太阳能光电转换器。该设备的面积约30 m2，通过它获得的太阳能可为全楼节约3 kW.h的电能。“电池帆”的特点在于自动随太阳照射角度发生旋转，是一个智能的接收器，可以最大程度的接受太阳能。驱动“电池帆”转动的能源也来自太阳能，通过电动机的作用使其随风向调整，当遇到暴风时“电池帆”会停止追踪阳光，以防设备损坏。
结论
在我国资源和能源正面临日益短缺的严峻形势下，人类在其发展的道路上，只有不断地提高认识，把握自己的天然资源和优势，才能创造出一条适合自己的可持续发展道路。太阳能建筑是一个崭新的充满生命力的领域，随着太阳能应用技术的不断发展完善与提高，太阳能建筑必将会发挥它无与伦比的价值和作用，实现经济效益、生态环保效益和社会效益的协调统一。在政府的全面推行、学术界的研发研究已进入如火如荼阶段的大趋势下，我们相信，绿色建筑必将得到大规模的推行和广泛的运用，在保护环境建设生态文明的过程中发挥不可替代的作用。
参考文献：
[1] 申 雪. 绿色建筑将依靠太阳能采暖[J]. 建材发展导向，2013，03：31.
[2] 郭 文. 太阳能绿色建筑一体化设计[J]. 工程建设与设计，2013，07：107-108.
【关键词】太阳能；建筑节能；采暖
一、前言
在全世界的能源消耗中，建筑能耗在总能耗中约占30%～40%。在我国，建筑能源问题更为紧迫。据国家最新统计，我国每年城乡新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80%以上为高耗能建筑。我国建筑能耗在能源总消耗量中所占比例已经从1978年的10%上升到2001年的27.45%，根据发达国家的经验将逐步提高到35%左右。而且我国单位建筑面积能耗是发达国家的2至3倍，对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染，已经成为制约我国可持续发展的突出问题。因此，有效降低建筑尤其是大量性民用建筑的能耗已经变得愈发具有现实意义。发展太阳能建筑技术可以节约非可再生能源，减小环境污染和对自然资源的破坏，这将直接关系到国家资源战略、可持续发展和环境保护。我国具有丰富的太阳能资源，全年日照时间最长的有2800～3300h，年日照时数大于 2200h即每天日照时数大于 6h的地区，占国土面积的 2/3以上。而且绝大部分采暖地区均分布在长日照区域内，这些地区日照时数每天≥6h 的年总出现天气大都在 200 天以上，多的可达 300 多天。全国年辐照总量大约 3340～8360MJ/，每平方米每年可产生相当于 110～280kg 标准煤的热量。这就为利用太阳能采暖技术进行建筑节能提供了便利。
二、太阳能采暖技术在建筑节能中的应用
太阳能采暖技术总体可分为两大类――被动式和主动式，每一类都包括多种形式。
1、被动式太阳能采暖
被动式采暖设计是通过建筑朝向和周围环境的合理分布、内部空间和外部形体的巧妙处理、以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使其在冬季能集取、保持、储存、分布太阳热能，从而解决建筑物的采暖问题。该设计的基本思想是控制阳光和空气在恰当的时间进入建筑并储存和分配热空气。其设计原则是要有有效的绝热外壳，有足够大的集热表面，室内布置尽可能多的储热体，以及主次房间的平面位置合理。被动式设计应用范围广、造价低，可以在增加少许或几乎不增加投资的情况下完成，在中小型建筑或住宅中最为常见。
（1）直接受益式。直接受益式是应用最广的一种方式，构造简单，易于安装和日常维护；与建筑功能配合紧密，便于建筑立面的处理；室温上升快，但是室内温度波动较大。采用该形式需要注意以下几点：建筑朝向在南偏东西 30°以内，有利于冬季集热和避免夏季过热；根据热工要求确定窗口面积、玻璃种类、玻璃层数、开窗方式、窗框材料和构造；合理确定窗格划分，减少窗框、窗扇自身遮挡，保证窗的密闭性；最好与保温帘、遮阳板相结合，确保冬季夜晚和夏季的使用效果。
（2）集热蓄热墙式。属于间接受益太阳能采暖系统，向阳侧设置带玻璃罩的储热墙体，墙体可选择砖、混凝土、石料、土、水等储热性能好的材料。墙体吸收太阳辐射后向室内辐射热量，同时加热墙内表面空气，通过对流使室内升温。如果墙体上下开有通风口，玻璃与墙体之间加热的空气可以和室内冷空气形成对流循环，促使室温上升。该形式与直接受益式相结合，既可充分利用南墙集热，又可与建筑结构相结合，并且室内昼夜温度波动较小。墙体外表面涂成深色、墙体与玻璃之间的夹层安装波形钢板或透明热阻材料，都可以提高系统集热效率。可通过模拟计算或选择经验数值确定空气间层的厚度及通风口的尺寸，这是影响集热效果的重要数值。
（3）附加阳光间式。在向阳侧设透光玻璃构成阳光间接受日光照射，是直接受益式和集热蓄热式的组合。阳光间可结合南廊、入口门厅、休息厅、封闭阳台等设置，可作为生活、休闲空间或种植植物。该形式具有集热面积大、升温快的特点，与相邻内侧房间组织方式多样，中间可设砖石墙、落地门窗或带槛墙的门窗。阳光间内中午易过热，应该通过门窗或通风窗合理组织气流，将热空气及时导入室内。另外，只有解决好冬季夜晚保温和夏季遮阳、通风散热，才能减少因阳光间自身缺点带来的热工方面的不利影响。冬季的通风也很重要，因为种植植物等原因，阳光间内湿度较大，容易出现结露现象。夏季可以利用室外植物遮阳，或安装遮阳板、百叶帘，开启甚至拆除玻璃扇。
（4）屋顶池式。屋顶上放置有吸热和储热功能的贮水塑料袋或相变材料，其上设可开闭的盖板，冬夏兼顾，都能工作。冬季白天打开盖板，水袋吸热，夜晚盖上盖板，水袋释放的热量以辐射和对流的形式传到室内。夏季工况与冬季相反。该形式适合冬季不太寒冷且纬度低的地区。因为纬度高的地区冬季太阳高度角太低，水平面上集热效率也低，而且严寒地区冬季水易冻结。另外系统中的盖板热阻要大，贮水容器密闭性要好。使用相变材料，热效率可提高。
2、主动式太阳能采暖
主动式设计是以太阳能的集热器、管道、散热器、风机或泵以及储热装置等组成强制循环的太阳能采暖系统。按照集热器与集热介质的不同，可以分为多种系统形式。相对于被动式系统而言，主动式系统较为复杂，造价较高，多应用于大型公共建筑。
（1）空气集热式。以空气作媒介源自被动式太阳能采暖技术的基本思路，但是因为增加了需要动力的风机和引导气流的风管，有的还包括了储热部分，所以将其归为主动式设计手法，而且随着技术和材料的发展，该类型出现了多种形式。a.传统形式。在建筑的向阳面设置太阳能空气集热器，用风机将空气通过碎石贮热层送入建筑物内，并与辅助热源配合。由于空气的比热小，从集热器内表面传给空气的传热系数低，所以需要大面积的集热器，而且该形式热效率较低。b. 集热屋面。把集热器放在坡屋面、用混凝土地板作为蓄热体的系统，冬季，室外空气被屋面下的通气槽引入，积蓄在屋檐下，被安装在屋顶上的玻璃集热板加热，上升到屋顶最高处，通过通气管和空气处理器进入垂直风道转入地下室，加热室内厚水泥地板，同时热空气从地板通风口流入室内。该系统也可在加热室外新鲜空气的同时热室内冷空气，但是需要在室内上空设风机和风口，把空气吸入并送到屋面集热板下。夏季夜晚系统运行与冬季白天相同，但送入室内的是凉空气，起到降温作用。夏季白天集聚的热空气能够加热生活热水。
（2）液体集热式。一般用水做介质，也可以使用高沸点油或防冻剂。建筑顶层设置太阳能集热器，结合水泵、水箱、辅助热源供热、供水。其中供热的散热方式有多种：在地板或顶棚铺设盘管，进行低温辐射采暖；将热水先送入中央风机盘管热交换器，变成管道热风后再送入房间；利用房间的风机盘管散热器散热；利用房间的板式散热器散热。根据水温不同，该系统可以起到采暖和降温的不同作用。作为供应生活热水系统，该方式已经得到了普遍推广。
三、结语
总之，太阳能采暖在设计和使用时往往不同形式相结合，以求合理与最优化。在条件允许的情况下，应优先选用被动式太阳能技术，或者设计一些缓冲性的房间，而主动式太阳能技术的采用则作为利用太阳能的补充部分。今后在加强宣传的同时，应当发展多层次、全方位的太阳能技术，并与建筑全面结合。相信随着太阳能技术的大力推广，在我国终将出现建筑面积总量不断增加、房屋舒适度逐步提高、建筑总能耗下降的趋势。
参考文献：
[1] 宋德萱，节能建筑设计与技术。上海：同济大学出版社，2008.
[2] 王长贵，新能源在建筑中的应用。北京：中国电力出版社，2007.
介绍传统养猪行业存在的污染问题，阐述高架网床生态养猪技术的概念及特点，重点分析其基本工艺流程，并对高架网床生态养猪技术的优势及前景进行了展望，希望对促进广西地区高架网床节能减排生态养猪技术的推广有所裨益。
关键词
高架网床；节能减排；生态养猪技术
笔者所在的广西博白县历来就有悠久的养猪传统，是全国生猪调出大县，但伴随着养猪业的发展，养殖污染及环境保护问题愈加突出，成了困扰养猪业发展的一大瓶颈[1]。在县领导的推动及对欧美先进国家养猪技术发展考察基础上，结合县域气候地理条件特点，通过技术攻关，积极探索节能环保、高效益的养殖新方法，创立出了高架网床节能减排生态养猪这一契合南方特点的新型养猪技术，为从源头上降低养殖污染并最终实现零排放目标，打下了坚实基础。
1传统养猪行业存在的污染问题
长期以来，“脏、臭、累”是我国生猪饲养行业所无法回避的一个严峻问题。我国是猪肉消费大国，也是生猪饲养大国，年产猪肉量几千万吨，占全球产量的一半以上。据实地测算，饲养一头生猪需要用水0.05t，需排废水0.04t，碳排放量等同于19个身体健康的成年人，其氨氮排放量严重超过土地承载能力。按国家标准，废水处理最低需20元/t，这对规模化养猪企业来说，无疑是个天文数字。特别是2015年被称为史上最严环保法的出台，更是使广大养殖企业雪上加霜。但生猪饲养不等同于其他污染企业，这些企业往往集中于不发达地区，事关广大农民的经济效益，且其污染特点不是急剧性的，不能简单采取关闭就了事；同时，生猪饲养是关系民生工程的大事，必须慎重对待之。即使部分地区采用了水泡粪饲养模式可以节约部分用水量，但因为广西地区气候高温湿热，虫蛆蚊蝇较多，各种有害气体很难得以排除，加之生猪粪污量比较大和区内山区较多实际情况，配套设置难以大面积展开建设的实际情况很难得到克服，为此，高架网床生态养猪模式成为了必然的选择[2]。
2高架网床生态养猪技术的概念及特点
2.1高架网床生态养猪技术的概念针对传统养猪模式中的弊端，特别是对外在环境产生的巨大污染，生态养猪模式正日益受到社会各界人士的广泛重视。其中，高架网床技术是目前发展较好的一种新型养猪模式。该模式主要包括高架网床、通风道和排污道等主要设施。该技术将猪舍分为2层：底层为集粪区，表面要用水泥进行硬化，高度设置成1.9～2.5m，并安装好控湿、控温和控风设备；二层为饲养区，生猪在这一层进行饲养，高架网床由全漏缝地板编织成，围栏将其分为几个猪圈，二层的入口处应设置有降温通风设备，内部高度应为2.4～3.5m。
2.2高架网床生态养猪技术的特点同传统养猪技术相比，高架网床技术能够使每头生猪饲养成本降低约200元，排污量减少约90%，通过林木和鱼塘的消纳，实现零排放、零污染的目标。同时，还尽量少的占用耕地，不使养殖规模扩大过度；实现了栏舍的免冲洗，减排节能效果很好；全漏缝，使猪群远离粪便污染，尽量降低猪患病概率；实现了集约化生猪养殖，通过高度自动化，降低了人工成本；设计了固液分离、干清粪和雨污分流，结合微生物发酵、沼气及林木消纳，确保了良好的治污效果。表1为高架网床同传统生猪饲养模式对比表，从表1中可以看出，高架网床生态养猪模式有其自身显著的特点。
3高架网床生态养猪技术的工艺
高架网床生态养猪技术对工艺上的要求并不是很高，猪在网床上方饲养，通过下方的全漏缝将排泄物全部落到底层地面。底层的水泥硬化地面设计成30°～40°的斜度，通过人工就可以很方便地将粪便进行收集。猪尿通过30cm×30cm的收集沟进入固液分离池进行处理，猪粪在这一环节实现了脱水处理，使猪粪渣同猪尿有效分离开[3]。一般情况下，猪粪渣都能够控制在60%以下的含水量，这就便于后期的打包外运工序，使其非常方便地用于农田有机肥。另外，工序中所产生的污水还能够通过沼气池的发酵用在经济林木等的喷灌上，更加节约了种植业成本。猪舍设计有雨污分流，通过屋顶的集雨槽和栏舍边的雨水沟，使雨水得以直接外排，防治污水进入污水池形成二次污染，而污水沟内污水经过专用管道进入到固液分离系统中。有的养殖企业还将微生物技术配以适宜饲料配比以除去猪粪臭味，从而降低粪便对环境污染，或者采取自动刮干粪技术，克服了现有机械刮粪方式下粪尿水一起刮的传统模式，确保了清粪技术高效有序。
4高架网床生态养猪技术的优势及前景
高架网床生态养猪技术的优势非常明显，其应用前景非常广阔。一是实现了真正意义上的节能减排。所养生猪排泄的粪便由漏缝板漏到底层地面，使生猪同粪尿实现了有效分离，使养殖过程中所用栏舍实现了免冲洗，养殖所用水量降低了90%以上，污染处理系统压力大大降低，从源头上控制了整体排污量。同时，栏舍的用电量比较少，每个猪舍平均只需100元左右水电费进行运转，降低了额外养殖成本。二是提高了生猪整体抗病免疫力。生猪在高架网床的上方生活，使其远离了氨气等有害气体的不良影响，使空气保持了较好的控制质量，生猪的抗病力显著提高，死亡率明显降低，患病猪的出现大为降低，并最终降低了药品，特别是抗生素等的滥用。另外，由于猪身上的汗腺不是很发达，自身很难通过排汗的方式排出体内所产生的毒素，而排泄物又是毒素积累的主要地方，高架网床饲养模式下，生猪远离了粪污，自然就会减少疫病发生；同时，清洁的环节也保证了饲料较高的转化率，实现了集约增效。三是获得了较高的养殖效益。经过实际测算，肉料比达到了（1∶2.75）～（1∶2.5），明显高于传统养猪业（1∶3.5）～（1∶3）的肉料比，普遍可以提前约半个月，即在4个月时达到120kg时生猪就可以出栏，缩短了出栏时间，生猪的平均饲养密度达到了0.8m2/头。平均测算单头生猪可节约1～1.5kg饲料，至生猪出栏每头可以最多节约七八十千克饲料，很明显可以有效提高生猪饲养利润。四是有效降低了人工成本。因高架网床模式下并不需要经常对栏舍进行冲水，从而使工作人员的工作量明显降低。如果条件好的养殖户或企业再辅之以自动投料设备，则单个工人就可以喂养三四千头生猪，这是传统养猪业所无法比拟的优势。经过养殖户实际工作，采用高架网床饲养方式，平均猪肉降低成本最低为2元/kg，提高了经济效益。
5结语
当前，广西全区特别是笔者所在的博白县养猪业正处在转型升级提高的关键时期，由于高架网床所具有的产业增效明显、污染减排效果良好的显著优势，势必得到业界及广大养殖户的高度关注，也是传统生猪养猪业的必然发展方向，这对未来建立生猪饲养中心下全程兼顾有益微生物菌群的微生态现代农业系统，并进而逐步推广至肉牛奶牛、肉鸭肉鸡养殖等方向，意义将会是十分积极的。
参考文献
[1]宣苏哲.生态养猪新模式：高架网床技术[N].中国畜牧兽医报,2015-11-22.
[2]丘毅.陆川县高架网床养猪技术集成模式评析[J].猪业科学,2014(4).
