六、國外太陽能與建筑結合的應用現(xiàn)狀

  在國外，太陽能熱水器已開始在建筑領域中得到越來越廣泛的應用，太陽能應用比較發(fā)達的國家，太陽能熱水器利用已經(jīng)從僅用于單層小型建筑向多層大型建筑發(fā)展，從僅用于居住建筑向公共建筑發(fā)展。就太陽能在建筑中的應用，各國政府也都給于了極大的重視和扶持，如：政府配套的優(yōu)惠政策，使得這些發(fā)達國家在太陽能熱水器與建筑整合一體化設計方面已經(jīng)有了一些有益的探索和嘗試，更傾向與系統(tǒng)的功能性以及與建筑美觀的協(xié)調。其太陽能熱水器與建筑結合的方式主要為：

  (1)現(xiàn)有建筑物安裝，盡量不破壞原建筑的立面及整體形象；

  (2)全天候運行系統(tǒng)；

  (3)太陽能系統(tǒng)部件與建筑物構件結合設計，使之成為建筑構件的一部分。如德國一幢小住宅坡屋頂上放置了太陽能集熱板，與窗戶有機地結合在一起形成一個整合構件，鑲嵌在坡屋頂?shù)奈菝嫱咧校柲芗療嵯到y(tǒng)與坡屋面、窗戶緊密結合渾然一體；

  (4)集熱器形式以平板型為主，安裝部位有屋面、墻面、地面，可替代屋面板(德國、挪威)與屋頂窗結合(丹麥)，易于與建筑結合；

  (5)集熱器及其部件標準化、模數(shù)化，便于維修更新；

  (6)多元化組合能源系統(tǒng)(燃氣、燃油、燃木屑、生物質能、電等)

  在國外，太陽能已開始在建筑領域中得到越來越廣泛的應用。特別是美國、德國、希臘、以色列、日韓國等國家，太陽房已從被動太陽房向主動太陽房發(fā)展，叢僅用于偏遠地區(qū)向城市地區(qū)發(fā)展，從僅用于單層小型建筑向多型大型建筑發(fā)展，一從僅用于居住建筑向公共建筑發(fā)展。

  這些國家自70年代能源危機之后，就開始尋找新能源，并開始發(fā)展可再生能源。至80年代，由于石油價格依然十分低廉，因而減緩了對可再生能源的研究速度，但是，他們始終對節(jié)能保持高度草視。直至90年代里約熱內盧會議以后，環(huán)境問題已成為全球的熱門話題，各國都認識到，本國的環(huán)境不僅是本國的問題，而是殃及鄰國乃至全球的大間題，因此，可再生能源的研究和發(fā)展又一次被提上重要議事日程。之后，各國紛紛制定中長期可再生能源研究和發(fā)展計劃，目標是減少常規(guī)能源消耗和二氧化碳的排放。

  被動太陽能技術在歐洲國家普遍被看好，一些國家集中力量開發(fā)利用先進透明裝置的節(jié)能窗。法國和意大利在開發(fā)電子調光的透明裝置。法國的研究人員估計，這種技術每年可為南部地區(qū)節(jié)約高達45%的能源需求。在太陽房技術和應用方面歐洲處于領先地位，特別是在玻璃涂層、窗技術、透明隔熱材料等方面居世界領先地位。英國利物浦附近的沃拉西的圣喬治郡中學，則是直接受益式太陽房最大和最早的樣板之一。德國正在繼續(xù)其1993年開始的太陽能供熱計劃，該計劃的目的是促進大型建筑物使用的太陽能輔助中央供熱系統(tǒng)。按照這個計劃將在公共建筑物上安裝多達100套大型太陽能輔助中央供熱系統(tǒng)，并對它們進行監(jiān)測。

  1、美國建筑中太陽能能源利用的現(xiàn)狀

  美國作為一個發(fā)達國家，建筑用能已占全國總能耗的30%-90%，對經(jīng)濟發(fā)展形成了一定的制約作用。因此，美國太陽能建筑的發(fā)展極為迅速。

  美國于80年代初就山新墨西哥洲的洛斯阿拉莫斯科學實驗室編制出版了被動式太陽房設計手冊。此外，美國還出版了許多實用的被動太陽房建筑圖集，既有介紹成功的設計實例，也有對太陽房原理、構造的詳細說明。這些工具書的發(fā)行和一些樣板示范房屋的建立，對美國公眾接受太陽房起到了很好的促進作用。美國是世界上能量消耗最大的國家，國會先后通過了“太陽能供暖降溫房屋的建筑條例”和“節(jié)約能源房屋建筑法規(guī)”等鼓勵新能源利用的法律文件，在經(jīng)濟上

  也采取有效措施，不僅在太陽能利用研究方面投入大量經(jīng)費，而且由國會通過一項對太陽能系統(tǒng)買主減稅的優(yōu)惠辦法。因此，美國太陽能建筑的發(fā)展極為迅速，無論是對太陽能建筑的研究、設計優(yōu)化，還是材料、房屋部件結構的產(chǎn)品開發(fā)、應用，以及真正形成商業(yè)運作的房地產(chǎn)開發(fā)，美國均處于世界領先地位，并在國內形成了完整的太陽能建筑產(chǎn)業(yè)化體系。

  為了減少能耗，降低污染、調整能源結構，實現(xiàn)環(huán)境保護的可持續(xù)發(fā)展，美國對太陽能作了積極的探索，其中“百萬太陽能屋頂計劃”就是規(guī)模最大、涉及部分最多、正在逐步實現(xiàn)的項目計劃。該計劃是美國面向21世紀的一項由政府倡導、發(fā)展的中長期計劃。這一計劃的實施，到2010年將在100萬個屋頂或建筑物其他可能的部位安裝太陽能系統(tǒng)，包括太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能空氣集熱系統(tǒng)。這一計劃的實現(xiàn)，太陽能技術的應用將進一步擴大，達到減少溫室氣體排放，擴展能源選擇，創(chuàng)造新的高新技術工作崗位等目的，給美國帶來相當可觀的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。到2010年，百萬屋頂計劃將生產(chǎn)相當于2-3個燃煤發(fā)電廠的電力，不僅滿足建筑物自身的電力需求，而且有的地方已經(jīng)在出售由太陽能所產(chǎn)生的電力。

  美國太陽能產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEIA)的主席Rhone Resch，“在奧馬巴總統(tǒng)任職期間，美國由太陽能供電的住宅、商業(yè)建筑和軍事基地的總量增長了400%，從2008年的1.1GW提高到目前的5.7GW，”他表示，“隨著經(jīng)濟的復蘇，美國需要更加多元化的能源結構，其中就包括太陽能。”

  最近，美國科學家又把尋找新能源的目光投向了浩瀚太空。科學家設想，通過向太空發(fā)射帶有能量搜集裝置的衛(wèi)星，裝置在巨型衛(wèi)星上的太陽能電池板可以搜集太空能量，并將其搜集的能量轉化為微波傳送回地球，再轉化為直流電，從而為人類提供“廉價、清潔、安全、可靠、可持續(xù)、可增加”的能源。

  2、日本建筑中太陽能能源利用的現(xiàn)狀

  作為世界第二大經(jīng)濟體，日本是世界上主要能源消耗大國，而且其能源嚴重依賴進口。但是近年來日本節(jié)能技術使能源利用效率大幅提高，新能源開發(fā)利用出現(xiàn)扭虧為盈的、倍增趨勢。

  在太陽能利用領域，日本居民光伏屋頂系統(tǒng)到2003年底，總計安裝88.7萬千瓦，日本政府計劃到2010年總計安裝482萬千瓦。

  在日本，普通的居住小區(qū)對節(jié)能十分重視，太陽能利用比較普遍。對居住小區(qū)的節(jié)能工作由日本建設省頒布建筑法規(guī)與規(guī)范做了明確的規(guī)定。在建筑物的保暖節(jié)能方面，規(guī)范中對建筑物的圍墻結構、分層厚度及選用保暖材料等均作出具體的規(guī)定。在采光方面，也有許多具體的節(jié)電措施。在節(jié)電方面，日本居住小區(qū)中比較普遍地應用太陽能，它大多屬于被動式太陽房系統(tǒng)。通過屋頂吸陽板高效率地采集太陽能，通過自身的太陽能電池自動控制系統(tǒng)，根據(jù)室內房間需要自動地向室內輸入熱(冷)風同時可以供應熱水。居住小區(qū)的太陽能利用不僅可以節(jié)省電能，同時也可以改善、保護和優(yōu)化環(huán)境，是一種新的綠色能源，也是小區(qū)建設中符合可持續(xù)性發(fā)展節(jié)能的一個方向，因此備受日本政府的重視、支持和鼓勵。

  3、歐洲各國建筑中太陽能能源利用的現(xiàn)狀

  歐洲各國對太陽能開發(fā)和利用走在世界的前列。在太陽能的利用過程中，熱利用技術是很重要的一塊內容，針對太陽能熱水系統(tǒng)初始投資大，回收時間較長，尚未制定用于太陽采暖的標準以及一些決策者對太陽能知識不了解，太陽能熱水系統(tǒng)還未完全被消費者接受等問題，歐洲一些國家克服障礙，推動太陽能熱水器的應用。

  現(xiàn)在歐洲一些國家普遍認為被動式太陽能采暖技術將成為本世紀建筑設計的趨向，世界上普遍認為使用“熱泵”具有節(jié)約能源、節(jié)約材料、減輕城市空氣污染等優(yōu)勢，對建筑供熱是一種很有發(fā)展前途的熱源設備。將熱泵與太陽能集熱器聯(lián)合運行，這樣可以解決冬季太陽能供熱中存在的水溫低、利用時間短、利用經(jīng)濟性差等問題。

  德國太陽能產(chǎn)業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)顯示，2012年德國共有約130萬套太陽能設備為約800萬戶家庭供電，同比增長4.5%。德國為發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)所付出的努力，迄今初見成效。光伏發(fā)電目前已經(jīng)能滿足德國5%的用電需求，在電力供應中所占比例三年內翻了四番。德國建筑學家設計制造成功一種向日葵式的旋轉房屋。它裝有如同雷達一樣的紅外線跟蹤器，只要天一亮，房屋上的馬達就開始啟動，使房屋迎著太陽緩慢轉動，始終與太陽保持最佳角度，使陽光最大限度地照進屋內。夜間，房屋又在不知不覺中慢慢復位。這種建筑能夠充分利用太陽能，保證房屋的日常供熱和用電，又能將光能儲存起來，供陰雨天和夜晚使用。

  法國對太陽能的利用也逐步發(fā)展。法國國家實用技術研究所最近發(fā)明的一種建筑外墻玻璃可以同時起到太陽能熱水器的作用，這一研究成果非常適合目前法國提倡的建筑節(jié)能要求。法國政府通過改善房屋結構和利用自然能源。達到節(jié)省電能和保護環(huán)境的目的。利用太陽能將水加熱是法國政府重點支持的建筑節(jié)能技術之一。

  目前，許多國家都取得了許多新成就。除了各種利用太陽能的被動太陽房外，還研制成許多新型太陽能熱利用的產(chǎn)品，并采用光伏發(fā)電，發(fā)展了與光電技術相結合的建筑。德國弗萊堡著名的“完全自足太陽房”就是一座完全依靠太陽能采暖、發(fā)電，而不依賴常規(guī)能源的零消耗建筑。它既滿足了建筑和能源方面的高要求，又不以犧牲居住舒適度為代價。該房已引起各界人士的密切關注，希望通過此項研究能使人類找到一條利用可再生的清潔能源的新路。

  塞浦路斯等國家還發(fā)展了在建筑規(guī)劃和設計中利用太陽能的軟件，以便在房屋建筑的最初階段一規(guī)劃階段就考慮太陽能的利用，并在建筑設計中，對房屋的造型、朝向、形狀、平面布局，乃至材料的選擇等，都與太陽能的利用結合在一起，使太陽能的利用與建筑功能緊密結合。

  各國還紛紛開展了各種示范工程的試點研究工作。丹麥在一個僅有1500居民的稱為馬斯塔爾的小島上，建成了世界上最大的與區(qū)域供熱網(wǎng)相連的太陽能商業(yè)供熱工廠，它能滿足大約260戶丹麥家庭的平均用熱要求。這個小島沒有天然氣供應，生物量也受到限制，太陽能供熱是一種可取的替代能源。他們首先在1994年，通過一個采用75 m2太陽能板向一個游泳池提供熱量的示范工程，對太陽能供熱的潛力和可行性進行試驗。在此示范工程的基礎上，建造了這個8000 m2的太陽能供熱工廠，每年能產(chǎn)生3250MWH/a(11.7TJ/a)電，代替了350t廢油，大約能滿足12%的區(qū)域用熱要求。

  總之，國外對建筑的太陽能利用研究開展較早，從概念到個案，從實驗到實測以及計算機模擬方面做了相關層次上的研究，且己經(jīng)取得相當?shù)某晒?/p>