西北地區(qū)既有建筑太陽能建筑一體化

1、<p>　　西北地區(qū)既有建筑太陽能建筑一體化</p><p>　　摘 要：太陽能建筑一體化目前正積極地推廣應(yīng)用，在具體的實(shí)施過程中，架設(shè)方式成為爭議的焦點(diǎn)。文章通過結(jié)構(gòu)安全性、抗震安全性、太陽輻射面積等因素的考慮，對太陽能方陣的架設(shè)方式進(jìn)行了詳細(xì)的類比分析，得出架設(shè)方式是最適合西北地區(qū)的的方式。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：既有建筑；西北地區(qū)；太陽能建筑一體化；屋頂架設(shè)方式；墻

2、面壁掛方式 </p><p>　　太陽能是永不枯竭的綠色能源，是21世紀(jì)最具開發(fā)潛力、最清潔環(huán)保的能源之一。我們知道，在所有的能源消耗中，建筑物的建設(shè)與運(yùn)行大約占了其中的50%。因此，如何開發(fā)環(huán)保節(jié)能建筑成為各國科學(xué)家共同研究的課題。毫無疑問，若能將太陽能與建筑結(jié)合起來，將是降低建筑能耗的最佳途徑。因此，太陽能集熱器和太陽能光伏板的建材化生產(chǎn)，建筑一體化太陽能光熱、光伏系統(tǒng)的應(yīng)用是未來節(jié)能建筑的發(fā)展方向。 <

3、;/p><p>　　1 太陽能建筑一體化的基本形式 </p><p>　　1.1 太陽能光熱一體化 </p><p>　　太陽能光熱系統(tǒng)與建筑一體化概括起來講，就是將太陽能光熱系統(tǒng)通過巧妙高效的利用空間，與建筑充分結(jié)合并實(shí)現(xiàn)整體外觀的和諧統(tǒng)一，綜合使用材料，降低了總造價(jià)，減輕建筑荷載，使太陽能與建筑一體化>太陽能+建筑。太陽能光熱一體化形式非常多，除了最基本的太陽

4、能熱水器，還有熱水供暖、制冷等多種功能。 </p><p>　　經(jīng)過一體化設(shè)計(jì)和統(tǒng)一安裝的太陽能系統(tǒng)，在外觀上可達(dá)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(shù)形象。 </p><p>　　1.2 太陽能光伏一體化 </p><p>　　太陽能光伏建筑一體化通常用BIPV表示，（Building Integrat

5、ed Photovoltaic）。簡單地講就是將太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)品安裝在建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面來提供電力，其不但具有外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的功能，同時(shí)又能產(chǎn)生電能供建筑使用。太陽能光伏建筑一體化≠太陽能光伏+建筑。所謂太陽能光伏建筑一體化不是簡單的“相加”，而是根據(jù)節(jié)能、環(huán)保、安全、美觀和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的總體要求，將太陽能光伏發(fā)電作為建筑的一種體系進(jìn)入建筑領(lǐng)域，納入建設(shè)工程基本建設(shè)程序，同步設(shè)計(jì)、同步施工、同步驗(yàn)收，與建設(shè)工程同時(shí)投入使用，同步后期管理，使

6、其成為建筑有機(jī)組成部分的一種理念、一種設(shè)計(jì)、一種工程的總稱。 </p><p>　　太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑中的應(yīng)用由于成本較高，在西方國家已經(jīng)成趨勢性發(fā)展，而發(fā)展中國家的普及率較低。 </p><p>　　2 太陽能建筑一體化的架設(shè)方式 </p><p>　　太陽能建筑一體化用到的太陽能熱水真空管、太陽能集熱器和光伏板一般采用屋面型、墻面型和陽臺型這三種結(jié)合方式。

7、其中的屋面型和墻面型逐漸被廣泛使用。 </p><p>　　墻面或陽臺安裝太陽能系統(tǒng)，也是建筑一體化的發(fā)展趨勢，而對太陽能熱水系統(tǒng)來說，墻面和陽臺的安裝可以減小管路的長度。對于高層住宅是其它安裝方式不能替代的，這也更加符合一體化設(shè)計(jì)的思想。由于與用水端沒有足夠的高差，所以在墻面或陽臺安裝的系統(tǒng)必須采用頂水式管路。而且同坡屋頂一樣，應(yīng)盡量選擇集熱器與儲水箱分離的系統(tǒng)，可以減小墜落傷人的概率。根據(jù)使用情況的不同，構(gòu)件

8、連接可以分為固定式和活動(dòng)式兩種情況。 </p><p>　　3 選擇屋頂架設(shè)方式的合理性 </p><p>　　太陽能建筑一體化一般分為屋頂架設(shè)方式、墻面壁掛型及陽臺型，這些架設(shè)方式在太陽能建筑一體化中已有廣泛應(yīng)用。屋頂架設(shè)方式技術(shù)已經(jīng)非常成熟，壁掛型和陽臺型和建筑有更好的結(jié)合，更能體現(xiàn)建筑一體化。對西北地區(qū)來說，日照足、風(fēng)沙大，地震頻發(fā)，考慮到既有建筑的結(jié)構(gòu)安全等因素，我們認(rèn)為在西北地區(qū)

9、既有建筑應(yīng)用太陽能建筑一體化時(shí)，太陽能組件應(yīng)該采用屋頂架設(shè)方式更安全可靠。因?yàn)槲蓓敿茉O(shè)方式有以下優(yōu)勢： </p><p>　　3.1 太陽日照量相對較大 </p><p>　　西北地區(qū)，日照豐富，多數(shù)市、縣都屬于太陽能資源很豐富地區(qū)。所以，用有限的太陽能組件高效的將太陽能資源轉(zhuǎn)化為熱能、光能，為我們的居住環(huán)境提供方便和舒適感。太陽能組件架設(shè)方式的選取尤為重要。 </p>&l

10、t;p>　　傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角，并希望此夾角是太陽能方陣一年中得熱量或發(fā)電量最大的最佳傾斜角度。對于正南（方位角為0°度），傾斜角從水平（傾斜角為0°度）開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時(shí)，其日射量不斷增加直到最大值，然后再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾斜角大于50°～60°以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時(shí)，得熱量或發(fā)電量下降到最小。 </p>

11、<p>　　對同一棟建筑來說，墻面壁掛型的集熱器或光伏板緊貼墻面，沒有傾角，而屋頂架設(shè)方式有傾角設(shè)計(jì)，相對比較，墻面壁掛型日照量較少，所以對光熱系統(tǒng)或者光伏系統(tǒng)來說，得熱量或發(fā)電量都會相對較低，造成不能最大限度的利用太陽輻射（如圖1）。 </p><p>　　圖1 屋面架設(shè)式和墻面壁掛式與太陽的夾角對比 </p><p>　　從上圖可以看出，屋頂架設(shè)有最佳傾角設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行調(diào)

12、節(jié)，而墻面壁掛式基本上不能調(diào)節(jié)。例如同樣面積大小的太陽能集熱器，分別采用屋頂架設(shè)和墻面壁掛式，同一天的得熱量屋頂架設(shè)方式的明顯較大。 </p><p>　　3.2 均勻建筑物荷載 </p><p>　　對新建建筑來說，做太陽能建筑一體化時(shí)，在設(shè)計(jì)階段已經(jīng)考慮了它對建筑物的荷載。根據(jù)架設(shè)方式的不同，對建筑物的結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行了計(jì)算。但對既有建筑來說，在最初的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒有考慮到太陽能系統(tǒng)的荷載，

13、若在節(jié)能改造時(shí)直接采用墻面壁掛型很可能導(dǎo)致建筑物的荷載不均勻，向一面傾斜，對建筑物自身的安全性帶來隱患。尤其對光伏系統(tǒng)來說，光伏板和基座的重量比較重，對建筑物造成荷載不均勻會表現(xiàn)的更為明顯。若采用屋頂架設(shè)的方式就不存在該類問題。在項(xiàng)目實(shí)施前，對既有建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性論證，在滿足建筑物荷載的前提下，采用屋頂架設(shè)方式。同時(shí)還可對太陽能方陣的最佳傾角進(jìn)行微調(diào)，以分散屋頂?shù)某惺芰?，進(jìn)一步保證既有建筑的結(jié)構(gòu)安全性。 </p><

14、;p>　　所以，從結(jié)構(gòu)安全性的角度來所，既有建筑應(yīng)用太陽能建筑一體化時(shí)，建議采用屋頂架設(shè)的安裝方法。 　　3.3 方便檢修維護(hù) </p><p>　　西北地區(qū)，雖然太陽能資源豐富，但每年的沙塵天氣嚴(yán)重，在太陽能集熱器或光伏板上會有厚厚的塵土，這將降低太陽能集熱器或光伏板的采集和轉(zhuǎn)化效率。對太陽能系統(tǒng)來說，在其壽命使用期內(nèi)保持較高的光熱或光電轉(zhuǎn)換效率，后期的保養(yǎng)和維護(hù)非常重要，需要定時(shí)地對太陽能系統(tǒng)的管路和

15、線路進(jìn)行檢修，并定期清洗集熱器或光伏板。這樣才能使太陽能系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最佳的狀態(tài)。 </p><p>　　若采用墻面壁掛型，給清洗和維護(hù)帶來了挑戰(zhàn)，相比之下屋頂架設(shè)型太陽能系統(tǒng)的檢修維護(hù)就方便很多，只在屋頂進(jìn)行，對工作人員來說相對方便、安全。雖然目前大力倡導(dǎo)“南墻計(jì)劃”，可是我們認(rèn)為，墻面壁掛型太陽能一體化形式，在清洗時(shí)會給太陽能系統(tǒng)管路和線路造成新一輪的漏水、滲水等問題，同時(shí)清洗后的污泥破壞了建筑物的外立面效果

16、。這將造成許多業(yè)主為了降低后期的維護(hù)成本，會減少每年維護(hù)次數(shù)，結(jié)果導(dǎo)致集熱器得熱量降低和光伏板的光轉(zhuǎn)化效率降低，達(dá)不到最初設(shè)計(jì)的要求。 </p><p>　　所以，在西北地區(qū)應(yīng)用太陽能一體化時(shí)，建議選擇后期保養(yǎng)和維護(hù)成本較低的屋頂架設(shè)方式。 </p><p>　　3.4 提高地震區(qū)的太陽能系統(tǒng)的安全性 </p><p>　　中國地震主要分布在五個(gè)區(qū)域：臺灣地區(qū)、西南

17、地區(qū)、西北地區(qū)、華北地區(qū)、東南沿海地區(qū)和23條地震帶上。西北地區(qū)的地震帶主要分布在以下地區(qū)：天山，昆侖山，河西走廊，河套地區(qū)，秦嶺一帶。近年來，2008年四川汶川地震、2010年青海玉樹地震、2013年四川雅安地震和2013年7月甘肅岷縣地震，周邊地區(qū)的震感強(qiáng)烈，對周邊的建筑物有不同程度的破壞。所以在地震多發(fā)區(qū)應(yīng)用太陽能建筑一體化時(shí)，應(yīng)考慮太陽能系統(tǒng)抗震安全性。 </p><p>　　若采用墻面壁掛式時(shí)，在地震時(shí)

18、，樓層越高，震感越強(qiáng)烈，樓體擺動(dòng)的振幅越大，極易造成太陽能集熱器或太陽能光伏板的跌落，對逃生的人群極可能造成二次受傷，而屋頂架設(shè)方式可以相對有效地避免在地震時(shí)太陽能集熱器或光伏板的跌落。 </p><p>　　為了避免該種現(xiàn)象的發(fā)生，提高地震地區(qū)太陽能系統(tǒng)的安全性，在地震多發(fā)區(qū)應(yīng)用太陽能建筑一體化時(shí)，提倡采取安全可靠的屋頂架設(shè)方式。 </p><p><b>　　4 結(jié)語 <

19、;/b></p><p>　　在西北地區(qū)既有建筑應(yīng)用太陽能建筑一體化時(shí)，應(yīng)盡可能從太陽能方陣的最佳傾角、結(jié)構(gòu)安全性、抗震安全性、后期的保養(yǎng)維護(hù)來綜合考慮太陽能系統(tǒng)在建筑物上的架設(shè)方式。在西北地區(qū)既有建筑綜合以上因素，建議采取安全可靠的屋頂架設(shè)方式。 </p><p>　　在能源和環(huán)保壓力的促進(jìn)下，太陽能建筑一體化模式是未來建筑節(jié)能應(yīng)用中最重要的領(lǐng)域之一。未來太陽能與建筑一體化技術(shù)的發(fā)

20、展會擴(kuò)展到不局限于利用太陽能，而是從建筑的各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能，向真正的綠色建筑邁進(jìn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] [美]丹尼爾?D?希拉.太陽能建筑―被動(dòng)式采暖和降溫[C].薛一冰，管振忠，等譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008. </p><p>　　[2] 劉余，徐偉巍.太陽能光熱技術(shù)及建筑