太阳能技术与建筑屋顶一体化设计形式

　　赵子棋

　　沈阳建筑大学 辽宁 沈阳 110168

　　摘要：通过对太阳能技术的探索研究，讨论了光伏技术与建筑屋顶设计结合的几种形式，并且举例简述其优缺点。

　　关键词：光伏建筑、节能设计、太阳能技术。

　　0引言

　　在新能源应用中太阳能有着储量丰富、无污染的优点，同时，由于其广泛的使用成本也相对较低，应用的方式方法也较为多样，近年来关于太阳能建筑一体化也多有研究实践。太阳能一体化建筑最理想的状态应该是讲设计、制造、安装均可以集成化，其中最有必要的是，在设计初期的时候就需要考虑到太阳光能源以及建筑二者的有效结合。[1]现如今太阳能与建筑设计结合的方式有许多，包括太阳能屋顶、太阳能立面、太阳能幕墙等。其中太阳能光伏应用技术与建筑屋顶相结合使用是广泛使用的一体化设计方法，且通过与建筑设计结合的方式更加多样。

　　1太阳能技术应用在建筑方面

　　太阳能在建筑中的广泛应用主要可分为光热应用、光电作用。[2]其中光热作用中可分为主动式和被动式这两类。被动式太阳能是常规使用阳光能量的方式，利用屋顶，墙壁，门窗等基础的建筑构配件，通过太阳辐射热对室内温度进行调节，这种简单利用太阳能的技术称为被动式太阳能技术。太阳能光热转化相比光电转化技术来说，发展更为成熟、应用范围也更广。而建筑光伏系统主要分为附加形式和建筑一体化形式。其中附加形式是将光伏板直接安装在现有建筑物的屋顶或者立面，优点是可灵活布置。一体化形式是通常将光伏板作为建筑物的一部分构件使用。其主要技术包括设计、施工一体化，相对于附加形式来说实现难度更高，而且后期维护也有一定的困难。

　　2太阳能技术与建筑屋顶一体化设计

　　建筑太阳能一体化即指在建筑设计方案期，利用立面设计、悬挑设计、遮阳防水等，将太阳能应用主动纳入设计重点，与建筑设计完美融合。[3]即经过“相加”结合出一种新的设计方案，设计人员应该把太阳能系统涉及到的所有内容都添加在建筑设计中，并且能在建筑设计中与设计结合，让太阳能系统不与整个建筑设计分割，太阳能系统不只是建筑设计落成之后的附加条件。[4]以下是对目前关于太阳能技术与建筑屋面一体化设计方式的相关整理：

　　2.1完全覆盖方式

　　完全覆盖式是在建筑屋面上增加一个完整的”外壳”，用玻璃和太阳能电池板结合成屋面，这种完整的新屋面类似一个巨大的盒子，可以将多栋建筑形成跨越式覆盖。其大范围覆盖的屋面结构可以完全独立于旧建筑，同时增建于旧建筑之上。其优点是太阳能屋面可利用面积增加，光伏发电量可以达到最大的效率。同时新屋面覆盖之下的空间形成“阳光房”调节内部温度、气候。例如德国蒙特赛尔学院，其作为新能源利用和生态建筑的象征，已成为国际著名的地标。其建筑面积超过 20000平方米，在木结构玻璃“外壳”建筑内，包含有许多休闲娱乐等功能的小单体建筑。设计师通过设计调节，内部形成温和的气候，开创了“封闭式微环境气候”的建筑设计理念。

　　

 

　　2.2加层覆盖方式

　　加层覆盖式是在能上人的建筑屋面上增加一层，然后再铺设太阳能装置的方式。加层结构建构在原有的建筑之上，适用于单栋建筑屋面。其优点是完整的太阳能屋面可以保护建筑屋面，减少屋面暴露。同时这种方式在利用太阳能进行发电的同时还能在原有屋面形成新的空间可用作休息平台或温室，形成新的多功能室内空间。例如2010年第四届世界太阳城大会主会场日月坛·微排大厦。该建筑节能达到 70%以上。作为当时的“全球最大的太阳能办公大楼”，是太阳能综合利用技术与建筑节能技术结合的经典工程案例。屋顶采用倾斜形构架，这样的构造方式既能够让集光器既充分受光，又可以增加了大量屋顶平台温室。

　　

 

　　2.3架空方式

　　支架架空式是在建筑屋面上只用支架将光伏构件构筑在屋面之上。同时这也是应用光伏系统最常用的一种方式，优点是能够使光伏板的姿态符合技术要求，达到最高的发电效率。同时方便调整，可实现对太阳变化的追踪调整。缺点是支架式光伏建筑一体化与建筑结合程度低，并且要注意通风等问题。但是只要将光伏构件的设计排列顺应建筑走势排布，或设计以排列组合，依然可以使建筑屋顶产生变化，从而达到美观的效果。

　　2.4与屋顶建材结合方式

　　与屋顶建材结合方式是在直接将光伏电池的芯片封装在建筑材料中构成建材型光伏组件，例如屋面瓦等结构。光伏组件在施工过程中按模块的方式进行拼接，其优点是集中了发电功能与建材功能于一体，可实现构造一体化，无论是新建建筑和既有建筑都适合应用，更容易表达一体化的设计和施工。

　　

 

　　3结语

　　太阳能与建筑设计一体化是技术与设计有意义的结合。而太阳能光伏应用技术与建筑屋顶结构相结合，可以实现在不占用额外用地的前提下，不仅可以为用户就近提供热能，还可以补充居民用电。太阳能技术既能解决居民居住问题，而且能为工厂、学习、运输等公共建筑等提供大量供电。因为其节能效果明显，是绿色节能建筑领域备受关注的一个发展方向。如果我们继续进行相关研究，关注到太阳能光伏建筑与建筑屋顶一体化的相关设计研究，在进一步推进光伏建筑一体化应用的前提下，也可以进一步实现建筑节能减排，同时兼顾建筑美观。这些是值得着重关注与研究的。

　　[参 考 文 献]

　　[1]徐伟、王雪：《太阳能建筑发展研究探析》，《上海节能》2020年第08期，第862-865页。

　　[2]付静：《太阳能建筑的应用技术与发展》，《科技视界》2019年第08期，第168-170页。

　　[3]向黎：《太阳能与建筑应用一体化的现实意义》，《住宅与房地产》2018年第13期，第70页。

　　[4]严露：《光伏建筑一体化在我国高校中的应用研究》： 华侨大学, 2016年。

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