可再生能源在建筑设计中的利用探微

陶雪

摘 要：能源是社会经济发展和人民生活的必需品和基本保障，然而当前能源和资源的短缺问题已经摆在了我们的面前，要实现高速度的经济发展，就离不开强大的动能来源，所需要消耗的能源更是一个未知数。因此人们更加注重可再生的资源和能源，希望能够替代很多传统型、不可再生的能源，而在建筑设计工作中，人们大量利用包括太阳能在内的新型清洁能源就是其中的典型代表，太阳能的合理使用说明了开发新型能源的重要性和必要性。

关键词：可再生；能源；建筑设计；太阳能

1 前言

我国是世界上的能源消费大国，对于能源的需求比其他很多国家都要迫切，这就促使我们尽快将新型能源的开发利用提上工作日程。在当前的建筑工程建设中，由于建筑项目的施工以及后续的管理维护都需要消耗很多的资源和能源，为了减少损耗和浪费，启用可再生的能源作为人们生活居住所需要的主要能量来源，这种情况已经极为普遍，人们希望能够在此基础上进一步提升能源的利用率。本文主要以太阳能在建筑设计中的应用作为论述对象。

2 太阳能资源在建筑中的应用概述

我国共有近600亿平米建筑， 目前城镇化正处在快速发展时期， 每年建成的房屋面积近20亿平米 97%以上都是高能耗建筑， 预计到2020年， 全国高耗能建筑面积将达700亿平米。建筑总耗能占社会总耗能的比重已经从20世纪70年代的10%增加到30%， 预计未来会上升到35%。

3 建筑利用太阳能存在的问题

建筑工程在设计工作中，设计人员更为注重科学合理的配套规划方案，目的是为了让资源得到更为充分的利用，减少不必要的消耗和浪费。虽然近些年来在建筑设计规划中我们开始意识到提高能源利用率和防止浪费的重要性，但是在实施过程中依然会遇到很多困难和问题。

就以现如今比较贴近人们生活的太阳能技术的发展应用为例，虽然太阳能电池或者热水器等生活中常用到的设备已经迅速普及，应用极为广泛，但是在基础应用技术的研究方面还处于较低的水平，还在发展中的关键阶段，对于太阳能的有效利用水平并不高，还有待进一步挖掘这种可再生能源的潜力，因为这种能源在一定时期内可以说是取之不尽用之不竭的。可是在实际应用过程中，会由于技术发展水平的制约被限定在某个领域之中，很难在多个领域中真正发挥太阳能的功效和优势作用。

总之，当前在建筑领域内的设计工作中，主要的设计内容还是以利用太阳能来对水进行加热方面的分析，研究太阳能电池板和充电器材究竟该怎么摆放才能提高能源的利用率，但是在其他方面还不能有效发挥出太阳能技术的优势和潜力，比如光伏发电，在这个领域涉及到的相应技术方法还在深入研究中。

4 如何在建筑中合理应用可再生能源

中国大部分地區太阳能资源丰富， 我国每年获得的太阳能约为3.6×10J， 相当于1.2万亿t标准煤的热值。约占全国国土面积2/3的地区年平均辐射总量在3 340～8 400 MJ/m， 其年日照时数超过2 200 h， 具有利用太阳能的良好条件。按照辐射量的多少， 可以将我国划分为四个区域， 分别为一类区 （资源丰富区） 、二类区 （资源较丰富区） 、三类区 （资源可利用区） 和四类区 （资源贫乏区） 。

（1）在太阳能资源一、二类区， 屋面面积较大的大型公共建筑和多层住宅适合采用BAPV太阳能发电系统和太阳能热水系统；

（2）在太阳能资源一、二类区， 轻钢厂房或者仓库适合采用BIPV太阳发电系统；

（3）在太阳能资源三类区， 屋面面积较大的大型公共建筑和多层住宅适合采用太阳能热水系统， 如果需太阳能光伏系统， 那么做充分可行性研究， 论证后如果可以采用太阳能光伏发电系统， 那么应采用BAPV太阳能发电系统；

（4）在太阳能资源三类区， 轻钢厂房或者仓库适合采用太阳能热水系统， 如果需太阳能光伏系统， 那么做充分可行性研究， 论证后如果可以采用太阳能光伏发电系统， 建议优先采用BIPV太阳能发电系统。

5 太阳能光伏系统及其组件的应用情况

目前由于政府的政策导向， 太阳能光伏发电工程在我国进入飞速发展期。同样， 太阳能光伏发电技术也在建筑中得到了大量的应用。太阳能光伏发电建筑从一开始无序发展， 慢慢地发展到现在有条理的发展。

太阳能光伏建筑系统即BMPV （Building Mounted Photovoltaic） ， 可以分为两类：一是太阳能光伏建筑一体化系统， 即BIPV （Building Integrated Photovoltaic） ；二是安装在建筑上的太阳能光伏发电系统， 即BAPV （Building Attached Photovoltaic） 。

太阳能光伏组件可以安装在建筑的屋顶处和建筑外墙处。安装在建筑外墙的太阳能光伏组件， 由于受到朝向和周边建筑物遮挡的原因， 在通常情况下， 发电效率很低， 成本较高。太阳能光伏组件更适合安装在建筑的屋顶上。因此， 塔式高层建筑由于屋面面积和建筑外墙比值较小， 所以不适合安装太阳能光伏组件；而屋面面积和建筑外墙比值较大的建筑、多层住宅， 适合安装太阳能光伏系统。

BIPV即太阳能光伏组件可以直接作为建筑外维护结构构件。BIPV建筑安装光伏组件后， 在同样位置不需要安装其他建筑维护结构构件。常见的BIPV组件形式有光伏幕墙、光伏屋面板。BIPV建筑物能省去光伏系统的支撑结构和其他维护材料， 节约了建筑材料， 非常符合绿色建筑的理念。BIPV建筑组件和建筑可以统一协调设计， 使建筑更为美观， 不让光伏组件显得突兀。但是， BIPV建筑存在很多问题， 最大的问题是光伏组件寿命和建筑寿命不统一。光伏组件寿命一般为25年， 而建筑寿命一般为50年。所以， 在运行期的第26年到第50年， 光伏组件材料的转换效率、材料的耐久性和组件间的密封性能都是不可控的， 如果维修或者更换组件， 对建筑物本体就会带来很大的影响。所以， BIPV建筑不适用于作为住宅类建筑和大型公共建筑的主体建筑维护材料， 其比较实用于一些门式钢架厂房的屋顶、一些大型停车场的屋顶等对使用年限和耐久性等要求不是很高的建筑， 还可应用到一些非主要建筑维护结构件上， 如雨棚、遮阳篷等。

BAPV是二次安装在建筑上的相对独立的光伏组件。BAPV相对于BIPV浪费组件支架材料。BAPV建筑的整体美观性不如BAPV， 但是对BAPV建筑光伏组件维护和更换完全不影响建筑本身。所以， BAPV更适合用在多层住宅建筑和屋顶面积较大的大型公共建筑上。

结语

建筑利用可再生能源的普遍化， 已经是一种不可逆转的社会发展趋势。在利用可再生能源时， 人们应该注意其合理性。可再生能源分很多种， 建筑也分很多种， 不是所有建筑都适合利用各种可再生能源。因此， 针对不同的地区和不同种类的建筑， 人们必须选择合适的可再生能源。

参考文献：

[1] 郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2] 任永平，董利科.太阳能光伏与建筑一体化研究[J].新材料产业，2013（2）：34～36.

[3] 吕慧萍.光伏建筑一体化的特点和设计思考[J].浙江建筑，2013（6）：50～52.