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【摘 要】文章从能源节约角度出发，分析了太阳房与建筑节能之间的关系，探讨了在新形势下太阳能光伏—建筑一体（BIPV）化发展的巨大潜力。
【关键词】能源危机；建筑节能；太阳房集热；太阳能光伏—建筑一体化（BIPV）
随着经济的高速发展，常规资源的日益紧张，“太阳能光伏建筑一体化”已成为我国建筑节能领域的重要议题。太阳能作为可再生的绿色资源，取之不尽用之不竭。
从太阳能利用的形式看，主要有三种：非聚合的电磁能转变成聚合电磁能；电磁能转变成热能；电磁能转化成电能。其中第二种形式的太阳能利用较为广泛，也适合住宅太阳能利用的特点，下面主要针对太阳能被动房进行分析。
“被动式太阳能”是指不借助工具而对太阳能进行收集、贮存和再分配的系统。通常是通过建筑朝向和环境的合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和构造的恰当选择使其在冬季能集取、保持、贮存、分布太阳热能，从而解决建筑的采暖问题，同时在夏季又能遮蔽太阳辐射，散逸室内热量从而使建筑降温。
太阳房建筑热工措施期望达到的主要目的是：使房间在冬季有尽量多的太阳得热量，尽量少的热损失及必要的热稳定性，并处理好以上三者的关系，既要使房间的冬季温度符合采暖要求，又要使太阳能热工措施的投资尽量少，单位投资的节能效益尽量显著。对于被动式太阳房建筑设计的技术可行性，应该满足四点：建筑物具有有效的绝热外壳；南向设有足够数量的集热表面；室内布置尽可能多的贮热体；主要采暖房间紧靠集热表面和贮热体布置。
目前较为流行的被动太阳能空间热量采集方式可分为三种：直接受益式、集热蓄热墙和附加日光间。
1.直接受益式
直接受益式是让太阳光通过透光材料直接进入室内的采暖形式。原理是通过增大南向玻璃窗，增加太阳射入房間的热量。冬天阳光通过大面积的南向玻璃窗，直接照射到室内的地面、墙壁和家具上，使其吸收大部分热量而温度升高。被围护结构内表面吸收的太阳能，一部分以辐射和对流的方式在室内空间传递，一部分导入蓄热体内，然后逐渐释放出热量，使房间在晚上和阴天也能保持一定的温度。为了使太阳能采暖房在冬季有较高的室内平均温度和较小的室内空气温度波动，采用这种方法时，房屋南面应安装较大面积的玻璃窗，同时要求窗扇的密封性能较好并配有保温窗帘。另外，要求外围护结构具有较大的热阻，室内要有足够蓄热，性能好的重质材料，以便集热多，热损失较少。在夏季，如果夜晚比较凉爽，则重质材料也能够在白天保持凉爽。这首先是由于它具有热惰性，因为厚实的墙在白天能够阻滞热量传到室内；其次是由于夜间室外空气流进室内，使重质材料冷却。
窗户是利用太阳能的关键部位，所以它的设计非常重要。窗体尺度大，有利于采光，而夜晚散热也大，所以应该有一定的保温措施。在夏天要防止过多的太阳能进入室内，可以考虑加置活动遮阳板在夏季遮挡阳光进入。
2.集热蓄热墙
这种太阳房是利用南向垂直集热蓄热墙吸收穿过玻璃的阳光，把热量传送至室内。集热墙的形式较多：
2.1 实体式集热蓄热墙：一般利用在南向实体墙外覆盖玻璃罩盖，在墙体的上、下部开设通风孔。太阳辐射通过玻璃，除少部分被玻璃吸收外，大部分被集热墙体吸收。集热墙体吸收的太阳辐射通过两种途径传入室内：其一是墙体热传导，把热量从墙体外表面传往墙体内表面，再由内表面通过对流及辐射将热量传入室内；其二由集热墙外表面通过对流方式将热量传给集热墙玻璃罩盖和墙体外表面之间的夹层空气，再由被加热后的夹层空气通过和房间空气之间的对流（经由集热蓄热墙上、下风口），把热量传给房间，达到采暖的目的。夏季关闭集热墙上部的通风口，打开北墙调节窗和南墙玻璃盖层上通向室外的排气窗用夹层的“热烟筒”作用，将室内热空气抽出，达到降温的目的。
2.2 对流环路式集热墙：在南墙设置空气集热器，或在墙体外表面和其玻璃罩盖之间，紧贴墙体外表面敷设保温层及保护层，利用墙体上下通风口和室内进行空气对流循环加热的采暖形式。对流环路式集热墙与集热蓄热墙相比，接受阳光后升温较快，白天向室内供热多，适合于白天使用频率较多的房间。
2.3 水墙式集热蓄热墙简称水墙。作为蓄热材料的水通常置于屋内的一面墙中，称为“水墙”，水墙应该建在房间里一天中大部分时间阳光能够直接照射到的地方。用来建造这种“水墙”容器的材料一般为塑料或金属。主要问题是运行管理比较麻烦。
2.4 相变材料蓄热墙式，常将相变材料装封，设置成垂直集热墙或花格墙，置于阳光能直射到的地方。其主要问题是相变材料的相变温度和时间难以随采暖需要进行控制，技术还不是很成熟，且施工复杂，造价较高。
3. 附加日光间
附加日光间是直接受益和集热墙技术混合的产物，是将日光间建在建筑南侧，中间用一堵墙（带门、窗或通风孔）把建筑主体与日光间隔开。过热的空气可以用于加热相邻的房间，或者贮存起来，在没有太阳照射时使用。实际使用中，附加阳光间内的温度一直都比室外温度高，因此，阳光间既可以供给房间以热能，又可以作为缓冲区，减少房间的热损失。由于阳光间直接得到太阳的照射和加热，所以它本身就是直接受益系统。白天当阳光间内空气温度大于相邻的房间温度时，通过开门（窗或通风孔）将阳光间的热量通过对流传入相邻的房间，其余时间关闭。
与集热蓄热墙式相比，附加阳光间增加地面作为集热蓄热体；与直接受益式相比，采暖房间的温度波动小。在加建日光间中，布置贮热体最容易的位置是地板。混凝土、地砖等都有很大的贮热容量，从而使温度波动减弱。在新建筑中，日光间与建筑物之间的墙体，是设置贮热体最有效的部位。这些墙体在冬季充分接受太阳照射，并把热量一部分传给住宅，一部分用来温暖日光间。用单层玻璃把墙覆盖起来，可以为建筑物收集更多的热量，而使日光间保持较低的温度。
此外，日光间本身可设计为休息活动室或温室花房等，易与整个建筑的功能布局融为一体。尤其像在我国青海、西藏等高海拔，日照充足的地区应用尤为广泛，我院承接的玉树灾后重建居住项目中，日光间的概念被极大的推广到了工程实践中，也收到了良好的效果。
4. 太阳能光伏—建筑一体化（BIPV）
BIPV分成两种形式：光伏屋顶结构和光伏墙系统。BIPV系统由光伏阵列（电池）、阵列与墙面（屋顶）间的空气流道、固定支架、空气入口、空气出口、一级墙体和屋面组成。完整的BIPV系统还应该包括负载，有时还带有蓄电池、逆变器及有利于系统控制盒调节的复杂装置。空气流道在BIPV系统中是不可缺少的，良好的空气冷却是保证光伏发电高效率的有效途径。
不论从建筑、技术或经济角度出发，BIPV均有诸多优点：有效利用围护结构表面，无需占有土地：原地发电、使用，节省送电网投资：增强供电可靠性：可确保建筑全部或大部分用电。如果把光伏阵列墙作为建筑的玻璃幕墙，采用大尺度的新型彩色光伏模块代替昂贵的外装饰材料，不仅降低了建筑造价，还呈现了独特的建筑魅力。
太阳能由于其自身的诸多缺点，常规利用技术还存在很多问题和难点，应该说任何一种太阳能利用技术都不是完全独立的，只有加强各技术间的综合应用，才能够克服单一技术的缺陷，实现更好更高效利用太阳能的目标，随着人们对可再生能源认识的提高以及太阳能市场的逐渐成熟，太阳能光电转换，光热转换以及太阳能热电联用等，在建筑节能上的应用前景十分广阔。
参考文献：
[1]诺伯特.莱西纳. 建筑师技术设计指南-采暖.降温.照明. 北京：中国建筑工业出版社，2004 年8 月
[2]杨宏兴，季节，娄承芝，太阳能光伏建筑一体化（BIPV）[J].新能源。1999，21（1）：27-30
【关键词】能源危机；建筑节能；太阳房集热；太阳能光伏—建筑一体化（BIPV）
随着经济的高速发展，常规资源的日益紧张，“太阳能光伏建筑一体化”已成为我国建筑节能领域的重要议题。太阳能作为可再生的绿色资源，取之不尽用之不竭。
从太阳能利用的形式看，主要有三种：非聚合的电磁能转变成聚合电磁能；电磁能转变成热能；电磁能转化成电能。其中第二种形式的太阳能利用较为广泛，也适合住宅太阳能利用的特点，下面主要针对太阳能被动房进行分析。
“被动式太阳能”是指不借助工具而对太阳能进行收集、贮存和再分配的系统。通常是通过建筑朝向和环境的合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和构造的恰当选择使其在冬季能集取、保持、贮存、分布太阳热能，从而解决建筑的采暖问题，同时在夏季又能遮蔽太阳辐射，散逸室内热量从而使建筑降温。
太阳房建筑热工措施期望达到的主要目的是：使房间在冬季有尽量多的太阳得热量，尽量少的热损失及必要的热稳定性，并处理好以上三者的关系，既要使房间的冬季温度符合采暖要求，又要使太阳能热工措施的投资尽量少，单位投资的节能效益尽量显著。对于被动式太阳房建筑设计的技术可行性，应该满足四点：建筑物具有有效的绝热外壳；南向设有足够数量的集热表面；室内布置尽可能多的贮热体；主要采暖房间紧靠集热表面和贮热体布置。
目前较为流行的被动太阳能空间热量采集方式可分为三种：直接受益式、集热蓄热墙和附加日光间。
1.直接受益式
直接受益式是让太阳光通过透光材料直接进入室内的采暖形式。原理是通过增大南向玻璃窗，增加太阳射入房間的热量。冬天阳光通过大面积的南向玻璃窗，直接照射到室内的地面、墙壁和家具上，使其吸收大部分热量而温度升高。被围护结构内表面吸收的太阳能，一部分以辐射和对流的方式在室内空间传递，一部分导入蓄热体内，然后逐渐释放出热量，使房间在晚上和阴天也能保持一定的温度。为了使太阳能采暖房在冬季有较高的室内平均温度和较小的室内空气温度波动，采用这种方法时，房屋南面应安装较大面积的玻璃窗，同时要求窗扇的密封性能较好并配有保温窗帘。另外，要求外围护结构具有较大的热阻，室内要有足够蓄热，性能好的重质材料，以便集热多，热损失较少。在夏季，如果夜晚比较凉爽，则重质材料也能够在白天保持凉爽。这首先是由于它具有热惰性，因为厚实的墙在白天能够阻滞热量传到室内；其次是由于夜间室外空气流进室内，使重质材料冷却。
窗户是利用太阳能的关键部位，所以它的设计非常重要。窗体尺度大，有利于采光，而夜晚散热也大，所以应该有一定的保温措施。在夏天要防止过多的太阳能进入室内，可以考虑加置活动遮阳板在夏季遮挡阳光进入。
2.集热蓄热墙
这种太阳房是利用南向垂直集热蓄热墙吸收穿过玻璃的阳光，把热量传送至室内。集热墙的形式较多：
2.1 实体式集热蓄热墙：一般利用在南向实体墙外覆盖玻璃罩盖，在墙体的上、下部开设通风孔。太阳辐射通过玻璃，除少部分被玻璃吸收外，大部分被集热墙体吸收。集热墙体吸收的太阳辐射通过两种途径传入室内：其一是墙体热传导，把热量从墙体外表面传往墙体内表面，再由内表面通过对流及辐射将热量传入室内；其二由集热墙外表面通过对流方式将热量传给集热墙玻璃罩盖和墙体外表面之间的夹层空气，再由被加热后的夹层空气通过和房间空气之间的对流（经由集热蓄热墙上、下风口），把热量传给房间，达到采暖的目的。夏季关闭集热墙上部的通风口，打开北墙调节窗和南墙玻璃盖层上通向室外的排气窗用夹层的“热烟筒”作用，将室内热空气抽出，达到降温的目的。
2.2 对流环路式集热墙：在南墙设置空气集热器，或在墙体外表面和其玻璃罩盖之间，紧贴墙体外表面敷设保温层及保护层，利用墙体上下通风口和室内进行空气对流循环加热的采暖形式。对流环路式集热墙与集热蓄热墙相比，接受阳光后升温较快，白天向室内供热多，适合于白天使用频率较多的房间。
2.3 水墙式集热蓄热墙简称水墙。作为蓄热材料的水通常置于屋内的一面墙中，称为“水墙”，水墙应该建在房间里一天中大部分时间阳光能够直接照射到的地方。用来建造这种“水墙”容器的材料一般为塑料或金属。主要问题是运行管理比较麻烦。
2.4 相变材料蓄热墙式，常将相变材料装封，设置成垂直集热墙或花格墙，置于阳光能直射到的地方。其主要问题是相变材料的相变温度和时间难以随采暖需要进行控制，技术还不是很成熟，且施工复杂，造价较高。
3. 附加日光间
附加日光间是直接受益和集热墙技术混合的产物，是将日光间建在建筑南侧，中间用一堵墙（带门、窗或通风孔）把建筑主体与日光间隔开。过热的空气可以用于加热相邻的房间，或者贮存起来，在没有太阳照射时使用。实际使用中，附加阳光间内的温度一直都比室外温度高，因此，阳光间既可以供给房间以热能，又可以作为缓冲区，减少房间的热损失。由于阳光间直接得到太阳的照射和加热，所以它本身就是直接受益系统。白天当阳光间内空气温度大于相邻的房间温度时，通过开门（窗或通风孔）将阳光间的热量通过对流传入相邻的房间，其余时间关闭。
与集热蓄热墙式相比，附加阳光间增加地面作为集热蓄热体；与直接受益式相比，采暖房间的温度波动小。在加建日光间中，布置贮热体最容易的位置是地板。混凝土、地砖等都有很大的贮热容量，从而使温度波动减弱。在新建筑中，日光间与建筑物之间的墙体，是设置贮热体最有效的部位。这些墙体在冬季充分接受太阳照射，并把热量一部分传给住宅，一部分用来温暖日光间。用单层玻璃把墙覆盖起来，可以为建筑物收集更多的热量，而使日光间保持较低的温度。
此外，日光间本身可设计为休息活动室或温室花房等，易与整个建筑的功能布局融为一体。尤其像在我国青海、西藏等高海拔，日照充足的地区应用尤为广泛，我院承接的玉树灾后重建居住项目中，日光间的概念被极大的推广到了工程实践中，也收到了良好的效果。
4. 太阳能光伏—建筑一体化（BIPV）
BIPV分成两种形式：光伏屋顶结构和光伏墙系统。BIPV系统由光伏阵列（电池）、阵列与墙面（屋顶）间的空气流道、固定支架、空气入口、空气出口、一级墙体和屋面组成。完整的BIPV系统还应该包括负载，有时还带有蓄电池、逆变器及有利于系统控制盒调节的复杂装置。空气流道在BIPV系统中是不可缺少的，良好的空气冷却是保证光伏发电高效率的有效途径。
不论从建筑、技术或经济角度出发，BIPV均有诸多优点：有效利用围护结构表面，无需占有土地：原地发电、使用，节省送电网投资：增强供电可靠性：可确保建筑全部或大部分用电。如果把光伏阵列墙作为建筑的玻璃幕墙，采用大尺度的新型彩色光伏模块代替昂贵的外装饰材料，不仅降低了建筑造价，还呈现了独特的建筑魅力。
太阳能由于其自身的诸多缺点，常规利用技术还存在很多问题和难点，应该说任何一种太阳能利用技术都不是完全独立的，只有加强各技术间的综合应用，才能够克服单一技术的缺陷，实现更好更高效利用太阳能的目标，随着人们对可再生能源认识的提高以及太阳能市场的逐渐成熟，太阳能光电转换，光热转换以及太阳能热电联用等，在建筑节能上的应用前景十分广阔。
参考文献：
[1]诺伯特.莱西纳. 建筑师技术设计指南-采暖.降温.照明. 北京：中国建筑工业出版社，2004 年8 月
[2]杨宏兴，季节，娄承芝，太阳能光伏建筑一体化（BIPV）[J].新能源。1999，21（1）：27-30