趙子棋

　　沈陽(yáng)建筑大學(xué) 遼寧 沈陽(yáng) 110168

　　摘要：通過對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)的探索研究，討論了光伏技術(shù)與建筑屋頂設(shè)計(jì)結(jié)合的幾種形式，并且舉例簡(jiǎn)述其優(yōu)缺點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：光伏建筑、節(jié)能設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能技術(shù)。

　　0引言

　　在新能源應(yīng)用中太陽(yáng)能有著儲(chǔ)量豐富、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于其廣泛的使用成本也相對(duì)較低，應(yīng)用的方式方法也較為多樣，近年來(lái)關(guān)于太陽(yáng)能建筑一體化也多有研究實(shí)踐。太陽(yáng)能一體化建筑最理想的狀態(tài)應(yīng)該是講設(shè)計(jì)、制造、安裝均可以集成化，其中最有必要的是，在設(shè)計(jì)初期的時(shí)候就需要考慮到太陽(yáng)光能源以及建筑二者的有效結(jié)合。[1]現(xiàn)如今太陽(yáng)能與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合的方式有許多，包括太陽(yáng)能屋頂、太陽(yáng)能立面、太陽(yáng)能幕墻等。其中太陽(yáng)能光伏應(yīng)用技術(shù)與建筑屋頂相結(jié)合使用是廣泛使用的一體化設(shè)計(jì)方法，且通過與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合的方式更加多樣。

　　1太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用在建筑方面

　　太陽(yáng)能在建筑中的廣泛應(yīng)用主要可分為光熱應(yīng)用、光電作用。[2]其中光熱作用中可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式這兩類。被動(dòng)式太陽(yáng)能是常規(guī)使用陽(yáng)光能量的方式，利用屋頂，墻壁，門窗等基礎(chǔ)的建筑構(gòu)配件，通過太陽(yáng)輻射熱對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種簡(jiǎn)單利用太陽(yáng)能的技術(shù)稱為被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)。太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)化相比光電轉(zhuǎn)化技術(shù)來(lái)說，發(fā)展更為成熟、應(yīng)用范圍也更廣。而建筑光伏系統(tǒng)主要分為附加形式和建筑一體化形式。其中附加形式是將光伏板直接安裝在現(xiàn)有建筑物的屋頂或者立面，優(yōu)點(diǎn)是可靈活布置。一體化形式是通常將光伏板作為建筑物的一部分構(gòu)件使用。其主要技術(shù)包括設(shè)計(jì)、施工一體化，相對(duì)于附加形式來(lái)說實(shí)現(xiàn)難度更高，而且后期維護(hù)也有一定的困難。

　　2太陽(yáng)能技術(shù)與建筑屋頂一體化設(shè)計(jì)

　　建筑太陽(yáng)能一體化即指在建筑設(shè)計(jì)方案期，利用立面設(shè)計(jì)、懸挑設(shè)計(jì)、遮陽(yáng)防水等，將太陽(yáng)能應(yīng)用主動(dòng)納入設(shè)計(jì)重點(diǎn)，與建筑設(shè)計(jì)完美融合。[3]即經(jīng)過“相加”結(jié)合出一種新的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該把太陽(yáng)能系統(tǒng)涉及到的所有內(nèi)容都添加在建筑設(shè)計(jì)中，并且能在建筑設(shè)計(jì)中與設(shè)計(jì)結(jié)合，讓太陽(yáng)能系統(tǒng)不與整個(gè)建筑設(shè)計(jì)分割，太陽(yáng)能系統(tǒng)不只是建筑設(shè)計(jì)落成之后的附加條件。[4]以下是對(duì)目前關(guān)于太陽(yáng)能技術(shù)與建筑屋面一體化設(shè)計(jì)方式的相關(guān)整理：

　　2.1完全覆蓋方式

　　完全覆蓋式是在建筑屋面上增加一個(gè)完整的”外殼”，用玻璃和太陽(yáng)能電池板結(jié)合成屋面，這種完整的新屋面類似一個(gè)巨大的盒子，可以將多棟建筑形成跨越式覆蓋。其大范圍覆蓋的屋面結(jié)構(gòu)可以完全獨(dú)立于舊建筑，同時(shí)增建于舊建筑之上。其優(yōu)點(diǎn)是太陽(yáng)能屋面可利用面積增加，光伏發(fā)電量可以達(dá)到最大的效率。同時(shí)新屋面覆蓋之下的空間形成“陽(yáng)光房”調(diào)節(jié)內(nèi)部溫度、氣候。例如德國(guó)蒙特賽爾學(xué)院，其作為新能源利用和生態(tài)建筑的象征，已成為國(guó)際著名的地標(biāo)。其建筑面積超過 20000平方米，在木結(jié)構(gòu)玻璃“外殼”建筑內(nèi)，包含有許多休閑娛樂等功能的小單體建筑。設(shè)計(jì)師通過設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)，內(nèi)部形成溫和的氣候，開創(chuàng)了“封閉式微環(huán)境氣候”的建筑設(shè)計(jì)理念。

　　

 

　　2.2加層覆蓋方式

　　加層覆蓋式是在能上人的建筑屋面上增加一層，然后再鋪設(shè)太陽(yáng)能裝置的方式。加層結(jié)構(gòu)建構(gòu)在原有的建筑之上，適用于單棟建筑屋面。其優(yōu)點(diǎn)是完整的太陽(yáng)能屋面可以保護(hù)建筑屋面，減少屋面暴露。同時(shí)這種方式在利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電的同時(shí)還能在原有屋面形成新的空間可用作休息平臺(tái)或溫室，形成新的多功能室內(nèi)空間。例如2010年第四屆世界太陽(yáng)城大會(huì)主會(huì)場(chǎng)日月壇·微排大廈。該建筑節(jié)能達(dá)到 70%以上。作為當(dāng)時(shí)的“全球最大的太陽(yáng)能辦公大樓”，是太陽(yáng)能綜合利用技術(shù)與建筑節(jié)能技術(shù)結(jié)合的經(jīng)典工程案例。屋頂采用傾斜形構(gòu)架，這樣的構(gòu)造方式既能夠讓集光器既充分受光，又可以增加了大量屋頂平臺(tái)溫室。

　　

 

　　2.3架空方式

　　支架架空式是在建筑屋面上只用支架將光伏構(gòu)件構(gòu)筑在屋面之上。同時(shí)這也是應(yīng)用光伏系統(tǒng)最常用的一種方式，優(yōu)點(diǎn)是能夠使光伏板的姿態(tài)符合技術(shù)要求，達(dá)到最高的發(fā)電效率。同時(shí)方便調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)變化的追蹤調(diào)整。缺點(diǎn)是支架式光伏建筑一體化與建筑結(jié)合程度低，并且要注意通風(fēng)等問題。但是只要將光伏構(gòu)件的設(shè)計(jì)排列順應(yīng)建筑走勢(shì)排布，或設(shè)計(jì)以排列組合，依然可以使建筑屋頂產(chǎn)生變化，從而達(dá)到美觀的效果。

　　2.4與屋頂建材結(jié)合方式

　　與屋頂建材結(jié)合方式是在直接將光伏電池的芯片封裝在建筑材料中構(gòu)成建材型光伏組件，例如屋面瓦等結(jié)構(gòu)。光伏組件在施工過程中按模塊的方式進(jìn)行拼接，其優(yōu)點(diǎn)是集中了發(fā)電功能與建材功能于一體，可實(shí)現(xiàn)構(gòu)造一體化，無(wú)論是新建建筑和既有建筑都適合應(yīng)用，更容易表達(dá)一體化的設(shè)計(jì)和施工。

　　

 

　　3結(jié)語(yǔ)

　　太陽(yáng)能與建筑設(shè)計(jì)一體化是技術(shù)與設(shè)計(jì)有意義的結(jié)合。而太陽(yáng)能光伏應(yīng)用技術(shù)與建筑屋頂結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)在不占用額外用地的前提下，不僅可以為用戶就近提供熱能，還可以補(bǔ)充居民用電。太陽(yáng)能技術(shù)既能解決居民居住問題，而且能為工廠、學(xué)習(xí)、運(yùn)輸?shù)裙�共建筑等提供大量供電。因�(yàn)槠涔?jié)能效果明顯，是綠色節(jié)能建筑領(lǐng)域備受關(guān)注的一個(gè)發(fā)展方向。如果我們繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)研究，關(guān)注到太陽(yáng)能光伏建筑與建筑屋頂一體化的相關(guān)設(shè)計(jì)研究，在進(jìn)一步推進(jìn)光伏建筑一體化應(yīng)用的前提下，也可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能減排，同時(shí)兼顧建筑美觀。這些是值得著重關(guān)注與研究的。

　　[參 考 文 獻(xiàn)]

　　[1]徐偉、王雪：《太陽(yáng)能建筑發(fā)展研究探析》，《上海節(jié)能》2020年第08期，第862-865頁(yè)。

　　[2]付靜：《太陽(yáng)能建筑的應(yīng)用技術(shù)與發(fā)展》，《科技視界》2019年第08期，第168-170頁(yè)。

　　[3]向黎：《太陽(yáng)能與建筑應(yīng)用一體化的現(xiàn)實(shí)意義》，《住宅與房地產(chǎn)》2018年第13期，第70頁(yè)。

　　[4]嚴(yán)露：《光伏建筑一體化在我國(guó)高校中的應(yīng)用研究》： 華僑大學(xué), 2016年。

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