光伏屋顶形式优化的实验和理论研究.doc

天津大学硕士学位论文光伏屋顶形式优化的实验和理论研究Experimental and Theoretical Studyon Photovoltaic Roofs学科专业：化工过程机械研 究 生：任建波指导教师：王晓静 副教授王一平 教 授天津大学化工学院二零零六年一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要随着建筑能耗在社会总能耗中的比重越来越大，将太阳能等可再生能源利用技术与建筑物相结合，对于缓解常规能源短缺，改善建筑环境具有重要意义。光伏建筑一体化提出了一种新的可再生能源的利用方式。本文针对现有光伏建筑一体化理论模型的缺点和不足，对三种典型的光伏屋顶，即带有通风流道的光伏屋顶，封闭通风流道的光伏屋顶，不带通风流道的光伏屋顶，以及普通屋顶，提出新的理论模型。该模型将光伏组件分成五层来考虑，从上到下依次为：玻璃盖板、上层 EVA（聚乙烯醋酸乙烯酯）、太阳电池、下层 EVA、背板 TPT（Tedalr 复合氟塑料膜）层，分别考虑各层之间的传热以及光伏组件表面和环境之间的传热；发展了 Sandia 光伏组件电性能模型，考虑光伏组件的电性能；以辐射时间系数（RTS）负荷计算方法为基础，计算通过光伏屋顶的室内冷/热负荷。本文在天津地区建立了三种光伏屋顶和普通屋顶的对比实验台，并分别考察了它们的热性能。将理论计算结果和实验结果进行对比，结果表明所建立理论模型能够很好的预测光伏屋顶的性能。在此基础上，对比了三种光伏屋顶对光伏组件电性能的影响、光伏组件和建筑结合之后对建筑外围护结构保温隔热性能的影响，以及光伏屋顶对建筑室内冷/热负荷的影响。最后，选取我国五个建筑热工分区（严寒地区,寒冷地区,夏热冬冷地区,夏热冬暖地区以及温和地区）典型城市的气象数据，分析了三种光伏屋顶的性能，得出了不同气候条件下最优的光伏屋顶形式。关键词：光伏屋顶 围护结构热性能 建筑冷/热负荷 数学模型ivABSTRACTTo improve building energy efficiency and reduce fossil fuel dependence, it isimportant to combine solar energy technology with energy-efficient constructiontechniques. BIPV (Building Intergraded Photovoltaic) can play a decisive role intransforming building from an energy consumer to an energy producer.To predict accurately the BIPV system performance, new models was developedfor three different building integrations, which are PV roofs with ventilated air gap,non-ventilated, and the close mount, respectively. PV module was regarded as fivelayers: tempered glass cover, upper EVA, solar cell, lower EVA, and TPT. Heattransfer between five layers and between PV module and ambient environment aretaken into account. The new models combined the PV Sandia electrical performancemodel and Radiant Time Series model for building heating and cooing load tocalculate the PV power output and building thermal load through PV roof.Three PV roofs and conventional roof were set up in Tianjin, China and theirthermal performances are analyzed. The experimental values and theoretical valuesare compared and the results show that the model can predict accurately thermalperformance of PV roofs. Then based on the model, the PV power and buildingthermal performance were investigated after installing different PV integrations.Lastly, the appropriate method for PV roof was evaluated in five building zones(severe cold zone, cold zone, hot summer and cold winter zone, hot summer andwarm winter zone, temperate zone).KEY WORDS ： PV roofs, Thermal performance of building envelope,Cooling/heating load, mathematical modeli目 录前 言.1第一章 文献综述.31.1 能源、资源与环境 .31.1.1 化石能源利用现状.31.1.2 太阳能利用技术.41.2 建筑节能与太阳能建筑 .41.2.1 建筑能耗.41.2.2 建筑节能.51.2.3 太阳能建筑.61.3 光伏建筑一体化 .111.3.1 光伏建筑一体化的形式.111.3.2 光伏建筑一体化的发展计划.121.3.3 光伏建筑一体化的研究进展.121.4 建筑能耗分析方法的研究进展 .161.4.1 建筑空调负荷计算方法的研究.161.4.2 建筑能耗模拟软件的发展.171.5 论文工作的提出 .18第二章 光伏屋顶理论模型的建立.202.1 系统建模分析 .202.1.1 传热过程分析.202.1.2 模型假设.212.2 光伏屋顶的热平衡模型 .222.2.1 带通风流道的光伏屋顶.222.2.2 封闭通风流道的光伏屋顶.272.2.3 不带通风流道的光伏屋顶.272.2.4 普通屋顶.282.3 光伏组件的电性能模型 .282.4 冷热负荷计算模型 .29ii2.4.1 围护结构传导得热量的计算.292.4.2 辐射时间系数的计算.292.4.3 冷热负荷的计算.292.5 模拟程序 .302.6 本章小结 .31第三章 光伏屋顶系统热性能的实验研究.323.1 实验系统简介 .323.1.1 对比实验台.323.1.2 光伏模块.333.1.3 屋面保温.333.2 测试系统 .343.2.1 测温点布置.343.2.2 测量方法.353.3 实验数据分析 .353.3.1 带通风流道的光伏屋顶.363.3.2 封闭通风流道的光伏屋顶.393.3.3 不带通风流道的光伏屋顶.403.4 实验结果和理论计算结果对比 .423.4.1 带通风流道的光伏屋顶.433.4.2 封闭通风流道的光伏屋顶.453.4.3 不带通风流道的光伏屋顶.463.4.4 普通屋顶.473.5 本章小结 .49第四章 光伏屋顶系统的性能模拟.504.1 光伏屋顶模型 .504.2 光伏屋顶对系统性能的影响 .514.2.1 对光伏组件性能的影响.524.2.2 对建筑室内冷热负荷的影响.574.3 光伏屋顶对屋顶结构热性能的影响 .604.3.1 屋顶的隔热性能.604.3.2 屋顶的保温性能.624.4 不同气候条件对光伏屋顶系统性能的影响 .634.4.1 对光伏组件性能的影响.65iii4.4.2 对建筑负荷的影响.674.5 本章小结 .70第五章 结论与展望.715.1 结论 .715.2 展望 .71符号说明.73参考文献.76发表论文和科研情况说明.83附 录.84致 谢.87前 言1前 言21 世纪，人类面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已经成为全球热点问题。而能源问题将更加突出，不仅表现在常规能源匮乏不足，更重要的是化石能源的开发和利用带来了一系列的问题，如环境污染、温室效应都与化石燃料的燃烧有关。能源和能源消耗引起的环境问题已经成为制约实现我国可持续发展的重要问题之一。在我国的建筑能耗中，采暖能耗和空调能耗随着国民经济的不断发展及人民生活水平的不断提高，逐步成为建筑能耗中的一个主要部分。据统计 2000 年我国的建筑用能共计 3.56 亿吨标准煤，占社会总能耗的 27.8，位居各类能耗之首。在这种情况下，建筑行业的节能工作引起了全社会的极大关注。从上个世纪 90 年代开始，我国就在居住建筑设计中开始推行节能工作。建筑节能工作包含两部分内容，一部分是加强围护结构的保温隔热能力，从住宅外墙保温、门窗设计和屋顶保温这三方面入手；另一部分就是从供暖、供冷的热源、输送渠道入手，将可再生能源的利用技术和建筑相结合，即“节流”和“开源”。1995 年建设部颁布的建筑节能“九五”计划和 2010 年规划中提出了建筑节能分三步走的奋斗目标，第一步是从 1986 年开始，在原有住宅能耗水平（1981年住宅能耗水平）的基础上节能 30；第二步是从 1996 年开始，再节约 30，即在原有住宅能耗的基础上节约 50；第三步是从 2005 年开始在二步节能的基础上再节约 30，即在原有的基础上节约 65。但是三步节能只是降低了建筑所需要的能耗，处于“节流”阶段，为了实现可持续发展将太阳能等可再生能源利用技术和建筑物相结合，大力发展零能耗、负能耗的生态建筑，使建筑物减少对常规能源的依赖，是今后建筑节能工作开展的重要方向。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技的进步，大规模地开发和利用可再生能源。光伏建筑一体化提出了一种新的可再生能源的利用方式，在为建筑物提供电能的同时，改变了建筑外围护结构的热性能，降低了建筑能耗，创造了一个舒适的室内环境。本文在大力开发可再生能源与建筑相结合的背景下对光伏建筑一体化系统进行了研究，建立了新的光伏屋顶的理论模型，并建立了三种光伏屋顶以及普通屋顶的对比实验台，将实验测试结果和理论模型的计算结果进行对比，结果表明所建立的理论模型比较准确；在此基础上，研究了不同形式的光伏屋顶对于光伏组件性能以及建筑室内冷热负荷的影响；最前 言2后对我国五个建筑热工分区典型城市中的光伏建筑一体化系统进行研究，确定不同气候条件下最优的光伏建筑形式，为光伏建筑一体化系统的设计提供了理论依据。天津大学硕士学位论文 光伏屋顶形式优化的实验和理论研究3第一章 文献综述1.1 能源、资源与环境能源是经济和社会发展的重要战略资源之一，是发展工业、农业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要物质基础。随着常规能源的枯竭和环境的日益恶化，新能源和可再生能源的开发和利用对于缓解能源危机和改善环境问题都具有重要的意义。太阳能以其独具的优势，必将得到长足的发展，并将在世界能源结构转移中担当重任，成为 21 世纪后期的主导能源。1.1.1 化石能源利用现状20世纪以来，世界范围内一次能源消费量大幅度增长，2004年BP公司发布的2004年全球能源展望中指出，2003年世界一次能源消费量已经达到97.4亿吨油当量1。2005年6月15日发布的2005年全球能源展望中指出，2004年全球一次能源消费需求同比增长4.3，这是自1984年以来全球能源消费需求量最快的一年2。据美国能源信息署（EIA）最新预测结果显示，随着世界经济和社会的发展，未来世界能源需求量将继续增加，预计到2010年世界能源需求量将达到105.99亿吨油当量，2020年达到128.89亿吨油当量，2025年达到136.50亿吨油当量，年均增长率为1.234。可以说，现代社会的发展是建立在常规能源巨大消费基础之上的。随着世界能源消费量的增大，二氧化碳、氮氧化物、灰尘颗粒物等环境污染物的排放量逐年增大，化石能源对环境污染和全球气候的影响日趋严重。据EIA统计，1990年世界二氧化碳的排放量约为215.6亿吨，2001年达到239.0亿吨，预计到2010年将为277.2亿吨，年增长率为1.853。鉴于此，越来越多的国家在制定本国的能源政策时，已将环境因素放在了优先考虑的地位，而且由于化石能源的利用造成的环境污染问题已经提到全球的议事日程，有关国际组织已经召开多次会议，限制各国温室气体的排放量5。从长远来看，人们必须及早进行能源消费结构的转型，大力发展太阳能、水电、风能、生物质能等各种可再生能源，大力推广节能降耗技术，采取能源多元化和开源节流等多种措施，实现能源的可持续发展，已经成为全球的共识。太阳能在可再生能源的发展中占有重要的地位，据有关专家预测：到21世纪中叶，太第一章 文献综述4阳能发电所占比重将增加到50，在2100年占世界一次能源构成的50以上6。1.1.2 太阳能利用技术自古以来，人类就在利用着太阳能（如晒盐、晒谷），但是太阳能作为一种能源来利用仅有 300 多年的历史，由于长期以来人们都没有充分认识到能源储量的有限性和常规能源使用对于环境污染的严重性，太阳能利用技术发展很缓慢。1973 年以来的世界能源危机，以及全球环境污染的日益严重，促进了可再生能源利用技术的快速发展。太阳能以其储量的无限性、存在的普遍性、使用的清洁性、利用的经济性，在可再生能源利用技术中占有重要的地位。2004年全世界光伏电池产量为1195MWp，比2003年增加577，而且在今后的5年内仍将以30以上的速度增长，同时光伏组件的价格也大幅度下降，晶体硅电池大约为30元/Wp8，预计到2010年世界光伏产量将达到5.3GWp9，据欧洲光伏产业协会（EPIA）统计，截止到2003年世界范围内已经有35000人使用光伏发电10。截止到2003年底，我国太阳能光伏发电系统总装机容量约为55MWp，主要为边远地区居民供电。我国太阳能热水器从80年代开始起步，发展较快，从90年代开始我国的太阳能热水器产量已经在世界市场上占有最大的份额。截止到2003年，我国太阳能热水器使用量为5200万m2，年产量约为1200万m2，年产值近110亿元，年增长率为30左右，生产厂家超过1000家，从业人数超过20万人11。到2004年我国各类太阳能热水器产量达1300万m2，2004年底我国太阳能热水器保有量为6000万m2，为1997年的5倍，占世界总量的70以上12。除此之外，我国太阳能热发电、太阳能海水淡化、太阳能制氢等技术也有了长足的发展。由于建筑能耗在全社会总能耗中所占比例的急剧增大，将太阳能利用技术与建筑相结合已经成为国内外学者研究的重点。1.2 建筑节能与太阳能建筑随着人们生活水平的提高，对于人均住房面积、居住室内舒适度的要求也不断提高。建筑面积急剧增加以及采暖和空调的使用越来越普遍，使得建筑能耗在全社会总能耗中的比例也急剧增加。随着太阳能利用技术的进步，太阳能利用技术与建筑物结合对于降低建筑能耗，改善建筑室内环境具有重要的意义，太阳能建筑的研究引起了人们普遍的关注。1.2.1 建筑能耗建筑能耗可以有两种定义方法：一种是狭义建筑能耗（或称为建筑使用能天津大学硕士学位论文 光伏屋顶形式优化的实验和理论研究5耗），它是指建筑物在使用过程中所消耗的能量，其中包括用于供暖、通风、照明、家用电器、输送、动力、烹饪、给排水和热水供应等的能耗13。另一种是广义建筑能耗，是指从建筑材料生产制造、建筑物建设施工，一直到建筑物使用的全过程所消耗的能量。与国际上的认识和统计方法相一致，我国目前所称的建筑能耗，是指狭义建筑能耗，即建筑使用能耗。美国能源部 2000 年调查资料显示，目前欧美等发达国家的建筑能耗占社会总能耗的 40左右14。其中，法国建筑能耗占社会总能耗的比例最高，达到 45；以下依次为英国、加拿大、德国、美国、意大利和日本。在我国的建筑能耗中，采暖、空调能耗占有很大的比例。目前我国单位建筑面积的采暖能耗约比发达国家高两倍以上。我国的严寒和寒冷地区都是采暖区，包括东北、华北和西北地区的 14 个省、市、自治区以及其它 4 个省的部分地区，这些地区的总面积达 680 万 km2，占全国国土面积的 70.8。随着人民生活水平的不断提高，人们对于建筑室内舒适度要求也不断提高，现在采暖区已经开始向我国南部地区扩展，并且空调在我国城镇地区的安装率急剧增加，据统计全国城镇每 100 户居民家庭空调的拥有量，从 1991 年的 0.71 台增加到 2000 年的 30 多台，而空调住宅能耗约为一般住宅能耗的 6-7 倍15。另外，在全面建设小康社会目标的指引下，我国城市化将加速发展，每年建成的房屋达 16-20 亿 m2，到 2002年底我国城乡房屋建筑面积共计 388 亿 m2，其中城市面积为 131.8 亿 m2，但是不仅现有的建筑中 99为高能耗建筑，而且新建建筑中的 95以上属于高能耗建筑，单位面积建筑能耗为同等气候条件国家的 3-5 倍16。据统计，2000 年我国的建筑能耗为 3.56 亿吨标准煤，占全国总能耗的 27.817，其中采暖和空调能耗占建筑总能耗的 5518。按照目前建筑能耗水平发展，到 2020 年，我国的建筑能耗将达到 10.89 亿吨标准煤，超过 2000 年的 3 倍，空调负荷相当于 10 个三峡电站的满负荷16，如果不给予高度重视，不采取坚决的措施，将对我国经济社会的发展产生严重的障碍，对能源安全和大气环境造成重大威胁。1.2.2 建筑节能建筑节能包含两部分内容，一部分是加强围护结构的保温隔热能力，加大住宅外墙保温、门窗设计和屋顶保温这三方面的研究力度，另一部分就是从供暖、供冷的热源、输送渠道入手，大力发展可再生能源与建筑相结合的技术，即“节流”和“开源”。从 1970 年在世界范围内发生能源危机以来，各国政府都非常重视建筑节能工作的开展，纷纷制定了建筑节能标准和相应的政策。德国建筑节能体系及技术在欧洲乃至全世界都处于领先地位，其建筑节能的政策体系和技术措施对中国发第一章 文献综述6展节能建筑应有一定借鉴作用。从 2002 年 2 月 1 日起德国开始实行新的建筑节能规范 EnEV2002，其核心思想是从控制单项建筑围护结构（如外墙、外窗、屋顶）的最低保温隔热指标，转化为对建筑物真正能量消耗量的控制，从而达到严格有效的能耗控制19。日本在建筑节能方面的政策制定、法规实施与监管方面有很多值得借鉴和总结的经验。早在 1979 年日本政府就颁布了关于能源合理化使用的法律并于 1992 年和 1999 年进行了两次修订，2001 年日本又提出了“建筑的节能与环境共存设计”的概念，其思想是建筑设计时必须把长寿命、与自然共存、节能、节省资源与能源的再循环等因素考虑进去，以保护人类赖以生存的地球环境，构筑大家参与的“环境行动”的氛围，同时对住宅也提出了类似的概念“环境共生住宅”20。美国、英国等其它国家也纷纷制定了自己的建筑节能相关政策。我国从上个世纪 90 年代开始推定节能工作并制定了建筑节能“九五”计划和 2010 年规划，提出了建筑节能分三步走的奋斗目标，第一步是从1986 年开始，在原有住宅能耗水平（1981 年住宅能耗水平）的基础上节能 30；第二步是从 1996 年开始，再节约 30，即在原有住宅能耗的基础上节约 50；第三步是从 2005 年开始在二步节能的基础上再节约 30，即在原有的基础上节约 6521。为实现这一建筑节能目标，先后编制了建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）和夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准。这些工作都为我国的建筑节能事业奠定了基础。但是绝大多数建筑节能标准和法规的颁布都是围绕加强建筑外围护结构的保温隔热能力进行的，仅仅降低了建筑物所需要的能源消耗，处于建筑节能工作的节流阶段。将太阳能等可再生能源利用技术和建筑物相结合，在为建筑物提供能源的同时，改变了建筑外围护结构的保温隔热性能，是今后建筑节能工作开展的重点方向。1.2.3 太阳能建筑所谓太阳能建筑是指综合考虑社会进步、技术发展和经济能力等因素，在建筑物的策划、建造、设计、使用、以及改造等活动中，主动与被动地利用太阳能的建筑22。自古以来我们的祖先在修建房屋时，都尽可能坐北朝南，以充分利用太阳的光和热，这种太阳能的利用是感性的、自发的、处于低级的阶段。随着煤、石油等天然资源的开发和利用，人们对太阳能的依赖程度相应降低，使得太阳能在建筑中的利用技术发展缓慢。20 世纪 70 年代以来的能源危机和环境恶化使人们意识到太阳能在建筑中的重要性，从而把太阳能建筑的研究、应用、开发推向了新的阶段。天津大学硕士学位论文 光伏屋顶形式优化的实验和理论研究71.2.3.1 被动式太阳能建筑被动式太阳能建筑是通过建筑朝向和周围环境的合理配置以及建筑材料和结构的恰当选择，依靠房屋本身来完成采集、存储和分配太阳能的建筑形式。被动式太阳能建筑的冬季采暖主要是依靠建筑热工措施，收集、存储和分配由太阳能转换的热能，使室内温度维持一定的水平，以满足冬季采暖需求。Trombe 墙是被动式太阳能建筑的代表23242526，白天利用厚墙外表面吸收太阳能，加热透明盖板和厚墙外表面之间夹层的空气，通过热虹吸使之流入室内给室内供热，同时墙体通过导热储存部分能量或直接通过墙体热传导向室内传热；夜间，储存于墙体内的能量慢慢地释放到室内。当环境温度较低的情况下，传统 Trombe 墙对环境的热损失是比较大的，国际上一般在传统的 Trombe 墙后面再增加一绝热墙，间隔有空气层，形成复合 Trombe-Michel 墙，以减少对环境的热损失27。另外，在夏季利用太阳能被动通风技术，可以降低室内温度，提供相对舒适的室内环境28。自 1975 年在甘肃威武地区建成了我国第一座小型被动式太阳能建筑以来29，我国的太阳能建筑取得了长足的发展，据统计截止到 2000 年底我国累计建成被动式太阳房 1000 多万 m230。被动式太阳能建筑是一种经济、有效地利用太阳能的方式，但是随着人民生活水平的不断提高，效率低下、室内舒适性差的被动式太阳能建筑已经不能满足人类对室内居住舒适度的要求，加之所需集热体面积大、浪费建筑空间等缺点，迫切需要将太阳能“主动”利用技术与建筑物相结合。1.2.3.2 太阳能建筑一体化在充分利用被动式太阳能建筑优点的基础上，将太阳能集热、太阳能光伏发电、太阳能采光等多种太阳能利用技术与建筑物本身相结合，为建筑供热、供冷、供电以及提供室内采光等形成太阳能建筑一体化体系。太阳能建筑一体化提高了太阳能利用效率；并且室内温度稳定舒适，日波动小；相对于常规太阳能利用技术，将太阳能利用与建筑相结合不破坏建筑景观，而且能够替代一部分建筑材料，使建筑外观更具魅力。因此，太阳能建筑一体化在世界范围内得到了广泛的发展。1）国外太阳能建筑一体化的发展状况早在1989年国际能源组织（IEA）就启动了Task13：新式低能耗太阳能建筑（Advanced Solar Low Energy Building），Task13的重点就是充分利用“主动”和“被动”太阳能技术为住宅建筑供暖，同时还包括供冷、通风、采光，以及使用光伏电池为建筑提供照明和设备用电，并通过能量储存降低冷热负荷31。Task13执行期间，欧洲的许多国家都建立了自己的太阳能建筑一体化系统，其中最为著第一章 文献综述8名的是在瑞士吉恩乌（Geneve）西部建造的单元住宅建筑，该太阳能建筑在屋顶的南面用太阳能热水器替代了传统的屋顶材料，改善了该建筑的经济性，同时屋顶采用柔和的曲面型设计，增加了建筑整体的美学效果，该太阳能建筑能够稳定的供暖和提供生活热水32。随后国际能源组织又启动了一系列的项目，绝大多数项目都是为了促进太阳能在建筑上的应用，2005年1月1日又启动了Task35：光伏/光热太阳能系统（PV/Thermal Solar Systems），其目的是促进高性能的光伏/光热系统的发展，以及光伏/光热系统在建筑行业的应用33。英国建筑研究中心 BRE（Building Research Establishment）的环境楼为 21世纪的办公建筑提供了一个绿色建筑样板，可以说是近几年来太阳能建筑最突出、最成功的例子。该大楼为三层框架结构，建筑面积 6000m2，其设计新颖，环境健康舒适，不仅提供了低能耗舒适健康的办公场所，而且用作评定各种新颖绿色建筑技术的大规模实验设施。它每年的能耗和二氧化碳排放性能指标定为：燃气 47kWh/m2；用电 36kWh/m2；二氧化碳排放量 34kg/m2。该大楼最大限度利图 1-1 英国建筑研究中心环境楼Fig.1-1 BRE environmental building用日光，南面采用活动式外百叶窗，减少阳光直接射入，既控制眩光又让日光进入，并可外视景观；采用自然通风，尽量减少使用风机；采用新颖的空腔楼板使建筑物空间布局灵活，又不会阻挡天然通风的通路；顶层屋面板外露，避免使用空调。白天屋面板吸热，夜晚通风冷却；埋置在地板下的管道利用地下水进一步帮助冷却；安装综合有效的智能照明系统，可自动补偿到日光水准，各灯分开控制；建筑物各系统运作均采用计算机最新集成技术自动控制；用户可对灯、百叶天津大学硕士学位论文 光伏屋顶形式优化的实验和理论研究9窗、加热系统的自控装置进行摇控，从而对局部环境拥有较高程度的控制。环境建筑配备 47m2建筑用太阳能薄膜非晶硅电池，为建筑物提供无污染电力34。环境楼如图 1-1 所示。另外，德国弗莱堡（Freiburg）太阳能住宅工程、爱森 RWE 办公楼、柏林的新议会大厦、旋转式太阳能房屋、法兰克福商业银行、柏林 Marzahm 区节能住宅、文德堡青年教育学院学生宿舍，英国诺丁汉税务中心，丹麦 KAB 咨询所设计的斯科特帕肯低能耗建筑、科灵市郊区住宅开发项目，法国巴黎的联合国教科文组织(UNESCO)的办公楼、美国匹兹堡的 CCI 中心，澳大利亚悉尼的奥林匹克村，荷兰 Delfut 大学图书馆、日本九州绿色高层住宅等，这些建筑通过精妙的总体设计，结合自然通风、自然采光、太阳能等可再生能源利用技术，充分展示了太阳能建筑的魅力和广阔的发展前景。2）我国太阳能建筑一体化的发展状况我国的太阳能建筑一体化发展在很长一段时间内相对比较落后，但是近几年来随着太阳能利用技术的不断提高，太阳能建筑一体化有了长足的发展。2004 年 9 月上海市首幢生态办公示范楼竣工，该示范楼座落于上海市建筑科学研究院莘庄实验园区，占地面积 904m2，建筑面积近 2000m235。该生态示图 1-2 上海市莘庄生态办公示范楼Fig.1-2 Ecology Architecture in Shanghai范楼设计中，在加强了墙面、屋顶、门窗保温隔热性能的同时结合了太阳能通风、太阳能集热器、太阳能空调、太阳能光伏并网发电等多种太阳能应用技术。该生态建筑示范楼的综合耗能仅是同类建筑的四分之一，可再生能源利用率占建筑使第一章 文献综述10用耗能的 2036，室内环境达到了健康、舒适的指标。作为 2008 北京绿色奥运的重点示范工程，2005 年 3 月清华超低能耗示范楼落成，如图 1-3 所示。超低能耗楼将太阳能发电和太阳能采光技术与建筑本身完美结合，在示范楼的屋顶上安装了一套碟式聚光热发电系统，系统通过双轴