建筑一体化技术范文

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第1篇

关键词：太阳能； 光伏发电；一体化； 建筑

中图分类号： TK511 文献标识码： A

（一）太阳能光伏与建筑一体化技术发展的时代背景

近现代人类对传统能源的利用不断地加剧，人居环境和能源问题日益严峻， 拿我国近几年的例子来说，大气污染所造成的危害让城市的人们饱受煎熬，创造适宜的人居环境与能源节约成为当今建筑、环境领域的热点问题。根据住建部统计，建筑运行能耗约占全社会总能耗的三分之一，做好建筑节能工作对人居环境的可持续发展至关重要。 建筑能耗主要指采暖、空调、 热水供应、炊事、照明、家用电器、电梯及通风等方面的能耗。 目前，我国正处于房屋建筑的高峰期，建筑规模之大，在中国和世界历史上都前所未有，这些建筑在未来的使用期间内，将大量消耗能源，能源短缺问题将成为我国未来经济、社会可持续发展的重要限制因素。再者，如果现今的建筑、生活能耗还全部依赖传统的煤、电能源的话，对人居环境、自然环境将继续造成不可修复的伤害。在这样的时代大背景下，大力发展太阳能热在建筑中的推广应用， 也是解决我国能源短缺问题和环境污染问题的关键。

现代化的太阳能利用技术在我国可以追溯到上世纪七十年代，但由于技术和应用成本的制约，出现过短暂的停滞，直到九十年代末期，我国在太阳能的利用上才迎来全新的发展及应用。时至今日，国内绝大多数建筑及居民使用的太阳能产品还是相对单一，比如太阳能热水器，太阳能照明等，没有形成多功能系统，并且没有与建筑物同时设计，同时施工。太阳能利用还是相对粗糙，而且独立的集热系统安装没有经过统一的规划、设计，严重影响城市建筑美观。本文主要探讨在往后的建筑太阳能利用中，大力发展太阳能光伏与建筑一体化技术，从项目规划、决策、设计阶段，便引入太阳能光伏与建筑一体化技术的应用。

（二）太阳能光伏建筑一体化的工作原理及特点

太阳能光伏建筑一体化（BIPV）的原理

所谓的太阳能光伏建筑一体化技术，即将太阳能发电(光伏)产品集成或结合到建筑上的技术。BIPV即Building Integrated Photovoltaic，其不但具有护结构的功能，同时又能产生电能供建筑使用。光伏与建筑一体化（简称BIPV）是“建筑物产生能源”新概念的建筑，是利用太阳能可再生能源的建筑，太阳能光伏建筑一体化不等于太阳能光伏＋建筑。所谓太阳能光伏建筑一体化不是简单的‘相加’，而是根据节能、环保、安全、美观和经济实用的总体要求，将太阳能光伏发电作为建筑的一种体系进入建筑领域，纳入建设工程基本建设程序，同步设计、同步施工、同步验收，与建设工程同时投入使用，同步后期管理，使其成为建筑有机组成部分的一种理念、一种设计、一种工程的总称。光伏建筑一体化主要是光伏发电系统通过光伏组件用于建筑屋顶（光电屋顶）、墙面（光电幕墙）、遮阳（光电遮阳板）来获取电能的一种方式，其工作原理是光伏系统工作时，安装在建筑物上光伏组件产生直流电源，通过接线盒与逆变器连接，将直流转换成交流，给建筑物负载供电或给建筑物以外其他负荷供电。光伏建筑一体化的发电主要有两种方式，一种是独立的供电系统，即所发电能直接用于建筑物内部分负载，过剩时采取蓄电池储存。带有蓄电池的可以独立运行的PV系统是独立光伏系统。并网光伏发电系统是与电网相连，并向电网馈送电力的光伏发电系统。从长远的角度来看，并网光伏发电系统更有优越性。

（图1）太阳能光伏建筑一体化应用案例

2、太阳能光伏建筑一体化（BIPV）应该具备的特点

1）、 生态驱动设计理念向常规建筑设计的渗透：建筑本身应该具有美学形式，而PV系统与建筑的整合使建筑外观更加具有魅力。建筑中的pv板使用不仅很好的利用了太阳能，极大的节省了建筑对能源的使用，而且还丰富了建筑立面设计和立面美学。BIPV设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则，任何对建筑本身产生损害和不良影响的BIPV设计都是不合格的设计。

2）、传统建筑构造与现代光伏工程技术和理念的融合；引入建筑整合设计方法，发展太阳能与建筑集成技术。建筑整合设计是指将太阳能应用技术纳入建筑设计全过程，以达到建筑设计美观、实用、经济的要求。BIPV首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，其成功与否关键一点就是建筑物的外观效果。建筑应该从设计一开始，就要将太阳能系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以设计，巧妙地将太阳能系统的各个部件融入建筑之中一体设计，使太阳能系统成为建筑组成不可分割的一部分，达到与建筑物的完美结合。

3）、关注不同的建筑特征和人们的生活习惯；普通的太阳能光伏系统，没有太多的考虑与建筑物的合理结合，集热板尺寸也是由厂家统一规格制作，安装到各式建筑物上便显得极不协调。而建筑一体化PV板的比例和尺度必须与建筑整体的比例和尺度相吻合，与建筑的功能相吻合，这将决定PV板的分格尺寸和形式。PV板的颜色和肌理必须与建筑的其他部分相和谐，与建筑的整体风格相统一。例如，在一个历史建筑上，PV板集成瓦可能比大尺度的PV板更适合，在一个高层的建筑单元中，工业化的PV板更能体现建筑的性格。

4）、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；精美的细部设计，不只是指PV屋顶的防水构造，而要更多关注的是具体的细部设计，pv板要从一个单纯的建筑技术产品很好的融合到建筑设计和建筑艺术之中。光伏系统和建筑是两个独立的系统，将这两个系统相结合，所涉及的方面很多，要发展光伏与建筑集成化系统，并不是光伏制作者能独立胜任的，必须与建筑材料、建筑设计、建筑施工等相关方面紧密配合，共同努力，才能成功。

三、太阳能光伏建筑一体化的综合效益

1、太阳能光伏建筑所带来的经济效益

由于太阳能能量密度较低并且高度分散，为了提供所需的能源，必须有足够的接受面积。据测算，为了满足 2009年全球电力的需求，以太阳能电池平均转换率 10%计算，需要的面积相当于德国和意大利两个国家面积总合的 1.5倍。我国 2009年的发电量约为3亿 MW ・h，如果全部用太阳能电池发电，其接收面积约为37500km2，是大连市面积的三倍之多。 光伏建筑一体化的诞生，恰恰解决了以上问题，促使人们向“屋顶要能源”，充分利用建筑物的面积，将清洁能源与建筑艺术紧密结合。产生的电能可以补充业主的电力需求，在正常的工作状态下，太阳能光伏建筑一体化只需一次性投入，后期则在建筑的寿命期内，节约了大量的电费。

2、太阳能光伏建筑所带来的社会效益

由于使用传统能源引起的全球气候、环境问题正开始迅速影响我们普通老百姓的生活，也越来越受到全球的高度重视。气候变化已使全球自然灾害发生的频率和烈度不断增加。使用太阳能光伏发电替代部分常规矿物能源发电 100千瓦时，可省燃油 26升或省煤50千克，这也意味着少排放 57千克的二氧化碳、71克的二氧化硫和 75克氮的氧化物。间接地创造出显著的社会经济效益。

四、我国推广应用太阳能光伏建筑一体化的必要性

1、建筑更新高峰期，BIPV技术的应用将改变能源利用格局

当前我国正处于城镇化建设的期，每年的建筑总量达 20亿平方米之多，超过了世界上发达国家同期建筑之总和。而且此阶段还将持续 30年以上，总的建筑量将翻番。未来 30年我国的建筑总量将超过历史形成的既有建筑之总量。这些建筑的能源使用效率将决定我国能耗和二氧化碳气体排放的水平。正因为这一“空前绝后”的建设机遇和太阳能建筑一体化的推广将引发建筑学新的革命，并且改变传统能源利用的格局。

（图2）太阳能光伏建筑一体化应用案例

2、新能源发展必然趋势

据各国可靠数据，如果按现在人类开发和使用传统的石油，天然气的速度，我们大约还可以开发50年左右，在这样的必然趋势下，我们必须赶上新能源研究开发，并实际大规模投入使用的步伐，我国目前正处于建筑物新建的高峰期，如果能把握住这次机遇，太阳能光伏建筑一体化的应用将迎来巨大变革，进一步促使建造成本的下降。成本、只有成本，才是光伏产业发展的真正动力。无论是景气也好，不景气也好，光伏产业中各个环节的价格必须不断下降，所以，我国应该效仿发达国家在这方面的政策引导，在目前这种环境下，给以太阳能光伏产业必要的优惠政策，促进光伏建筑一体化在整个建筑领域的普遍使用。

五、结论

我国现在的开发商，为什么对使用太阳能光伏建筑一体化技术的应用不太积极？原因很简单，开发商只想着迅速投资，然后在尽可能短的时间内把房子推向市场，获取利益。当然，也不能说开发商都黑心，这是自由市场的共性，在这种情况下，政府就要坚决站出来，采取一系列优惠政策引导建筑行业向这方面发展，在时机成熟的条件下，甚至应该强制性要求所有城镇新建、扩建工程应用太阳能光伏建筑一体化技术。

至于成本问题，在大面积推广肯定会降下来，在不久的未来，太阳能光伏建筑一体化技术和成本将取得突破性的进展，彻底消除使用障碍，太阳能光伏建筑一体化绿色电能源将替代传统电能来源，引领新一轮能源革命。所以我们既要把发展太阳能光伏建筑一体化作为技术革新的重要举措，又要把太阳能光伏建筑一体化应用提高到国际竞争的战略制高点的位置。这也是未来最大的历史性机遇与社会发展方向。在可以预见的未来，我国太阳能光伏建筑一体化应用将迎来发展的春天。

参考文献：

【1】杨梅林：《民用建筑节能技术发展趋势探讨》，2011（2）；

【2】牛双国李淑芳：《2 MWp太阳能光伏发电工程技术研究》，建筑技术第44卷第7期；

第2篇

Review of Building Attached Photovoltaic technology

Chen yaaiWang liang

( North China University of Technology,Mechanical Engineering)

Abstract: BAPV(Building Attached Photovoltaic) technology has been more and more applied in the field of new energy-saving building. BAPV technology not only can effectively provide part of the electric power building, at the same time compared with traditional coal-fired power has no pollution, no obvious advantages such as feed of fuel. The thesis is on the existing solar building integrated technology application results analysis, summary and systematic basis, respectively from the system composition, design, economic benefits, and other aspects were summarized, and the domestic situation, put forward some opinions for solar photovoltaic building integrated technology the application to provide reference.

关键词： 太阳能;光伏建筑；一体化;节能；

中图分类号：TK511文献标识码： A 文章编号：

1.前言

太阳能作为一种新的能源，越来越多地应用于发电、热水系统等领域中。而光伏发电作为太阳能一种主要的应用形式，其拥有可靠、无噪声、无污染、无需消耗燃料、可方便地与建筑物相结合等优点，使光伏建筑一体化技术越来越多地应用在智能化建筑物中，为建筑物提供清洁、可再生的能源。

1986年，世界能源组织提出“太阳能光伏建筑一体化”的概念。中国翻译过来被称为“BIPV”(Building Integrated Photovoltaic)，其通常的意义为集成到建筑物上的太阳能光伏发电系统。

目前在中国，对“BIPV”具有广义和狭义两种理解。广义的理解，安装在所有建筑物上的太阳能光伏发电系统均称为“BIPV”。 狭义的理解，与建筑物同时设计、同时施工、同时安装并与建筑物完美结合的太阳能光伏发电系统才能称之为“BIPV”。由于二者容易混淆，在建筑系统中，我国将广义的方式称为“BAPV”(Building Attached Photovoltaic),而将狭义的方式称为“BIPV”加以区分[1][2][16]。

2.太阳能光伏建筑一体化技术发展现状

在我国内，“安装型”太阳能光伏建筑一体化系统又被称为BAPV（Building Attached Photovoltaic），具有造价低、效率高的特点，其主要形式是在建筑物屋顶安装太阳能电池板[1][4][5][7][8][9][10]。该系统在国内主要应用于大型厂房等屋顶面积较大的光伏建筑一体化系统中，如：京东方8代线产房、珠海东澳文化中心等。

“构件型”和“建材型”太阳能光伏建筑一体化系统在国内又被称为BIPV(Building Integrated Photovoltaic)，即狭义上的BIPV。“构件型”和“建材型”太阳能光伏系统造价较高、效率一般，但与建筑结合较好，比较美观；“构件型”系统其主要形式是光伏组件构成的雨棚构件、栏板构件等；“建材型”系统其主要形式为光伏瓦、光伏砖等[1][4][7][8][9][10][12]。该系统通常应用于办公楼等综合建筑体，如：首都博物馆新馆、国家体育馆等。

本文从广义的太阳能光伏建筑一体化技术出发，着重对现有的应用成果进行综述。

3.太阳能光伏建筑一体化系统的组成

光伏建筑一体化系统主要由光伏阵列、光伏接线箱、蓄电池、光伏逆变器等设备组成。

根据文献[3]中规定，光伏系统主要有两种类型，即并网光伏系统和独立光伏系统,其组成形式如图1及图2所示。

由于独立光伏系统造价较高，蓄电池占用空

间较大，且结合我国电网的实际情况，城市中光伏建筑一体化系统基本选用的是并网光伏系统中的无逆流无存储装置的系统。在我国偏远山区，由于电网不发达或不稳定，一般采用独立光伏系统中的无逆流有存储装置的系统。

3.1光伏阵列

光伏阵列中的光伏电池将光子能量转换成电能，通过控制器和逆变器向建筑物内的电网输送电能。

光伏电池作为光伏阵列的基本组成部分，现

阶段在建筑物上应用的产品主要有硅太阳电池和化合物电池两种。

硅太阳电池主要分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池几种。

化合物电池主要由碲化镉太阳电池和铜铟镓硒薄膜太阳电池组成。表1列出了各种太阳电池性能。

表1 光伏电池性能对比

由表1可以看出，现阶段硅太阳电池的应用明显要好于化合物电池。单晶硅和多晶硅太阳能电池由于光电转换率较高且价格适中，在我国的光伏建筑一体化系统中得到广大应用。

3.2光伏接线箱

光伏接线箱是指保证光伏组件有序连接和汇流功能的接线装置。该装置能够保障光伏系统在维修、检查时易于分离电路，当光伏系统发生故障时减少停电范围。

3.3.蓄电池

蓄电池是独立型太阳能发电系统和防灾型系统不可缺少的储能部件。其主要功能是当日照量减少或夜间不发电时补充负荷要求的功率。当太阳能发电功率下降时，蓄电池可以起缓冲作用，保证电压稳定。

文献[2]总结了在光伏建筑中，目前应用最多的密封型铅酸蓄电池的种类和特征，如表2所示。

3.4.充、放电控制器

第3篇

关键词：供暖系统；空调制冷系统；太阳能与建筑一体化技术

1.引言

太阳能是分布广泛、使用清洁的可再生能源，我国拥有着非常丰富的太阳能资源。但是近年来能源危机和环境恶化的问题越来越突出，面对节能压力，太阳能的利用越来越受到青睐，有望在未来社会能源结构中发挥更加重要的作用。文中就太阳能应用及太阳能与建筑一体化技术进行了探讨。

2. 太阳能采暖系统

太阳能采暖系统是指以太阳能作为采暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能转化成热能，供给建筑物冬季供暖和全年其他用热系统。太阳能采暖方式可分为主动式和被动式两种方式。

2.1太阳能采暖系统原理

被动式太阳能采暖主要是通过对建筑物朝向和周围环境的合理布置，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，使建筑物在冬季能充分收集、存储和分配太阳辐射热。主动式太阳能采暖系统主要由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其他能源辅助加热、换热设备集合构成，相比于被动式太阳能采暖具有热转换效率高、保温效果好、室内温度稳定、多用途等特点，但一次性投入费用较大、系统集成复杂、使用管理要求较高。

2.2太阳能采暖系统设备

太阳能采暖系统设备主要有集热器、辅助热源和采暖末端。

常见的太阳能集热器有平板型和真空管型两种，平板集热器结构简单，适合承压运行，而且整体外观、结构强度、安装运行等都适合与建筑相结合，尽管保温性能不如真空管集热器，但其有效采光面积大于真空管集热器，因此热效率高于真空管集热器。真空管集热器在非采暖季易发生爆管、真空度降低等问题，因此，平板型集热器更多运用于太阳能采暖工程中。

太阳辐射存在较大的间歇性和不稳定性，因此太阳能采暖系统必须设置辅助热源。常用的辅助热源主要有小型燃油（气）锅炉，城市热网或区域锅炉房、工业废热、电锅炉、电热管、地源热泵及生物质燃料等。辅助热源要根据当地太阳能资源条件，常规能源的供应状况，建筑物热负荷和周围环境条件等因素进行综合经济性分析，以确定适宜的辅助热源及合理的太阳能供暖比例。

目前太阳能采暖系统普遍采用地板辐射散热系统作为末端。普通散热器热媒温度要求高（70℃以上），太阳能系统很难达到该出水温度要求。而地板采暖所需低温热水在35―55℃之间，太阳能集热器正好能提供适宜温度。地板采暖系统以整个地面作为散热面，以辐射方式传播热量，与以对流散热为主的散热器系统相比，舒适性好，更符合人体生理学调节特点，节省供热能耗。

3. 太阳能空调制冷系统

3.1 太阳能空调制冷系统

很好的季节匹配性是太阳能空调制冷的最大优点，太阳辐射越好，太阳能制冷系统的制冷量越大。实现利用一套太阳能集热器做到冬季采暧、夏季空调、四季热水供应等是太阳能规模化、低成本应用的理想途径之一。

3.2太阳能制冷技术原理

太阳能制冷系统主要有吸附式、吸收式、除湿空调和喷射式制冷四大类，其中前三种研究应用最广。它们的工作原理是利用太阳能集热器产生的热能驱动制冷装置产生冷冻水或调节空气送往建筑环境内进行空调。

(1)太阳能吸收式制冷：用太阳能集热器收集太阳能来驱动吸收式制冷系统，是目前示范应用最多的太阳能空调方式。多为溴化锂-水系统，也有的采用氨-水系统。

(2)太阳能吸附式制冷：利用吸附制冷原理，以太阳能为热源，采用的工质对通常为活性碳-甲醇、分子筛-水、硅胶-水及氯化钙-氨等，可利用太阳能集热器将吸附床加热后用于脱附制冷剂，通过加热脱附-冷凝-吸附-蒸发等几个环节实现制冷。

(3)太阳能除湿空调系统：是一种开放循环的吸附式制冷系统，基本特征是干燥剂除湿和蒸发冷却。

(4)太阳能蒸汽喷射式制冷：通过太阳能集热器加热使低沸点工质变为高压蒸汽，通过喷管时因流出速度高、压力低，在吸入室周围吸引蒸发器内生成的低压蒸汽进入混合室，同时制冷剂在蒸发器中汽化而达到制冷效果。

4. 太阳能与建筑一体化技术

平板式太阳能集热器设置在建筑物阳光充足的部位。坡屋顶可以把集热器镶嵌于坡屋面、平铺于屋脊，和建筑融为一体；平屋顶利用太阳能平板集热器替代屋顶覆盖层或保温层，符合住宅造型要求，降低成本；还可以与阳台、飘窗、外墙面结合，实现太阳能最大化利用，为住宅的立面设计提供了新的方式方法，达到一物多用的目的。运行以分体式双循环承压运行为主，将储热水箱设在地下室、阁楼或楼梯间、阳台等部位隐藏放置，不占室内空间，避免屋顶、阳台和外墙承重；辅助能源选用燃气炉、壁炉或电加热器，确保全天候热水供应。

5.结语

太阳能在建筑节能领域的应用越来越广泛，实现太阳能供暖系统和太阳能集热转换及与之匹配的制冷空调方式是未来太阳能制冷空调技术领域研究和应用的重点。同时太阳能与建筑一体化技术的广泛应用前景，势必会促进人们对可再生能源利用的热情，加大技术创新和开发力度。

参考文献：

[1]王如竹，代彦军．太阳能制冷[fM]．北京化学工业出版社，2007

[2]．Aitken D W．走向拥有更多可再生能源的未来[R1．国际太阳能协会fLl皮书，2004．

[3]Henning H M．Air conditioning with solar energy[R]．

SERVITEC．Barcelona．2000―1 0．