太陽能建筑一體化技術(shù)村鎮(zhèn)建筑應(yīng)用調(diào)查研究

同濟(jì)大學(xué) 李崢嶸 李 星 李 鵬

0 前言

隨著建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村進(jìn)程的推進(jìn)與村鎮(zhèn)居民收入水平的提高（圖1），村鎮(zhèn)建筑面積逐年增加，居民居住、生活和消費(fèi)習(xí)慣也在發(fā)生著改變，由此導(dǎo)致能源供應(yīng)模式和消費(fèi)水平進(jìn)入新的歷史階段。村鎮(zhèn)建筑商品能源供應(yīng)量增加（圖2），用能經(jīng)濟(jì)成本與社會(huì)成本對(duì)能源、資源和環(huán)境必將產(chǎn)生巨大的影響。如果傳統(tǒng)商品能源的消耗可以被太陽能等可再生能源部分替代，則可在一定程度上緩解現(xiàn)階段能源緊張的局面。而太陽能建筑一體化技術(shù)在城市居住建筑中應(yīng)用較多，在村鎮(zhèn)建筑中應(yīng)用還處于起步階段。為此，作者在上海市、山東省和福建省的村鎮(zhèn)隨機(jī)選擇住戶走訪調(diào)研，對(duì)村鎮(zhèn)居民用能現(xiàn)狀與太陽能利用狀態(tài)進(jìn)行分析，為新農(nóng)村規(guī)劃建設(shè)和太陽能建筑一體化技術(shù)推廣應(yīng)用提供參考。

1 建筑概況與用能現(xiàn)狀分析

在山東、上海、福建三個(gè)省份的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)水平和當(dāng)?shù)刭Y源直接影響了村鎮(zhèn)居民的居住條件、用能方式和生活熱水的使用。從經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)到較發(fā)達(dá)，村鎮(zhèn)居民的建筑形式在逐漸改變，住宅面積在逐漸擴(kuò)大，用能方式也由煤炭、秸稈向較為方便清潔的燃?xì)?、電能和太陽能轉(zhuǎn)變，用能開支也相對(duì)增加。

經(jīng)濟(jì)水平較為落后的地區(qū)，村鎮(zhèn)居民仍住在建造時(shí)間較早的老宅中（圖3），居住較為分散，房屋多為自行設(shè)計(jì)和組織施工，平面布置大多照搬或模仿，造型單調(diào)，院落布置凌亂。而且，人均建筑面積較小，家用電器種類較少，生活用能以煤炭和秸稈為主、燃?xì)夂碗娔転檩o，熱水使用較少，年用電和用水費(fèi)用較低。有些村落由于地理位置偏僻，引用自來水費(fèi)用高，仍自打井水作為生活用水，政府對(duì)用水安全的監(jiān)管、宣傳力度不夠，農(nóng)民用水安全意識(shí)較為淡薄，井遮蓋設(shè)施簡陋，經(jīng)常有生活垃圾飄到井中，水質(zhì)得不到保障，同時(shí)也是對(duì)自然資源的浪費(fèi)。

經(jīng)濟(jì)水平較發(fā)達(dá)的地區(qū)，村鎮(zhèn)居民大部分住進(jìn)了新宅（圖4）。新宅以集中住宅小區(qū)為主，在建造之前有詳細(xì)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，不僅注重住宅的方便實(shí)用性，還考慮住宅與自然的和諧及文化內(nèi)涵，院落布置較為規(guī)整，人均建筑面積較大，家用電器種類較為齊全。遮陽通風(fēng)措施、雙層玻璃、鍍膜玻璃等建筑節(jié)能技術(shù)也有一定范圍的使用。用能以方便潔凈的燃?xì)?、電能和太陽能為主，用能結(jié)構(gòu)中商品能比例較高，生活熱水除用于洗澡還用于日常洗刷。年用能、用電、用水開支較高。

在福建省的一些村落，當(dāng)?shù)厮Y源較為豐富，在村鎮(zhèn)政府的指引下，建造了一些小型水力發(fā)電站（圖5），因而當(dāng)?shù)仉妰r(jià)較低，村鎮(zhèn)居民使用電能較多，這在一定程度上影響當(dāng)?shù)鼐用裼媚芙Y(jié)構(gòu)和用能開支。

2 太陽能熱水系統(tǒng)使用現(xiàn)狀分析

表1 太陽能熱水系統(tǒng)使用統(tǒng)計(jì)表

調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，目前村鎮(zhèn)居民使用的太陽能熱水器主要為平板式、真空管式和悶曬式三種（表1所示）。悶曬式太陽能熱水器（圖6）主要是一個(gè)黑色塑料制成的長方形水袋或水桶，一般放置在屋頂或者雨篷等陽光充足的地方。早晨的時(shí)候人工把水灌入，在夏季日照比較充足的情況下，經(jīng)過一天的悶曬，晚上水溫一般能達(dá)到50°C左右，適當(dāng)兌些涼水即可滿足一家人洗澡所需。悶曬式太陽能熱水器價(jià)格在15-50元不等，便宜而使用方便，對(duì)水質(zhì)要求不高，在村鎮(zhèn)居民中受到普遍歡迎。但這種熱水器只能在6-10月使用，容易受到天氣變化影響，保溫效果差，熱損失較大。部分居民在使用太陽能熱水器之后，洗澡次數(shù)變多、時(shí)間變長，這也在一定程度上改善了村鎮(zhèn)居民的生活衛(wèi)生習(xí)慣，提升了生活質(zhì)量。

太陽能熱水器的使用，不僅滿足村鎮(zhèn)居民洗澡熱水的生活需要，還解決日常洗刷等生活用熱水的難題。隨著煤炭、石油、天然氣傳統(tǒng)能源價(jià)格的持續(xù)走高，村鎮(zhèn)居民能源消耗成本不斷加大，增加的生活成本難以消化。使用太陽能熱水器得到健康、廉價(jià)的熱水，不僅改善村鎮(zhèn)居民的生活質(zhì)量，也降低能源消耗成本，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和生態(tài)效益，這對(duì)提升生活質(zhì)量、改善村容村貌、促進(jìn)鄉(xiāng)村文明都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

然而，由于村鎮(zhèn)居民收入水平較低，選擇的太陽能熱水器以當(dāng)?shù)匦」S產(chǎn)品為主，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。大部分太陽能熱水器只滿足春夏秋三季使用要求或者僅能在夏季使用，只有少部分滿足全年使用要求。在不能滿足使用要求的冬季，大部分村鎮(zhèn)居民選擇到公共浴室，或自己在家燒熱水，洗澡次數(shù)大大減少。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，太陽能熱水器安裝隨意，由此導(dǎo)致故障率高，有近70%使用太陽能的居民維修過，基本每年維修一次，每次維修費(fèi)用幾十元到幾百元不等。這在一定程度上影響了太陽能熱水器在村鎮(zhèn)建筑中的推廣發(fā)展。此外，村鎮(zhèn)建筑中太陽能熱水器只是建筑完工后購買的附屬產(chǎn)品，布置雜亂無序，嚴(yán)重影響建筑的整體美觀與村鎮(zhèn)風(fēng)貌。因此，村鎮(zhèn)建筑中推廣太陽能建筑一體化技術(shù)具有美學(xué)與實(shí)用的雙重價(jià)值。

3 太陽能建筑一體化技術(shù)在村鎮(zhèn)建筑中推廣應(yīng)用前景分析

3.1 太陽能建筑一體化技術(shù)在村鎮(zhèn)建筑中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，村鎮(zhèn)居民已經(jīng)不再僅滿足于吃得飽、住得下、穿得暖的基本生存需求層次，而是有著更高更美的精神文化需求。隨著國家新農(nóng)村建設(shè)進(jìn)程的實(shí)施，部分村鎮(zhèn)采取集中建房形式，在建房之前統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)，糅合了傳統(tǒng)民居的內(nèi)涵和現(xiàn)代生活的理念，在房屋建造初期將選址、布局、朝向、圍護(hù)結(jié)隔熱與保溫、太陽能熱水器安裝等建筑節(jié)能理念融合到住房建造過程中，將住房實(shí)用性與舒適性提升到新的高度。

太陽能建筑一體化技術(shù)不是將太陽能熱水器和建筑進(jìn)行簡單的相加，而是通過建筑的建造技術(shù)與太陽能的利用技術(shù)的集成，整合出一個(gè)嶄新的現(xiàn)代節(jié)能建筑。建筑在最初規(guī)劃設(shè)計(jì)的時(shí)候，將太陽能系統(tǒng)所包含的所有內(nèi)容作為建筑不可或缺的設(shè)計(jì)元素加以考慮，“因地制宜”巧妙地將太陽能系統(tǒng)的各個(gè)部件融入到建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)專業(yè)內(nèi)容中，同步規(guī)劃設(shè)計(jì)、同步施工安裝、同步驗(yàn)收、同步后期管理，使太陽能系統(tǒng)成為建筑組成不可分割的一部分，不是建筑的附加構(gòu)件，與建筑外觀和諧一致。

村鎮(zhèn)建筑在長期的發(fā)展過程中積淀傳承地域文化，與城市建筑相比具有獨(dú)特的風(fēng)貌和景觀。與城市高層高密度建筑相比，村鎮(zhèn)建筑在太陽能建筑一體化技術(shù)使用方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：

1）規(guī)劃優(yōu)勢(shì)：傳統(tǒng)村鎮(zhèn)建筑大多數(shù)為獨(dú)門獨(dú)院的單層建筑，院落稀疏?，F(xiàn)代新農(nóng)村建筑統(tǒng)一規(guī)劃，以連體別墅和低層建筑為主，一般都是坐北朝南布置，日照間距較大，屋頂采光面積充足，不存在建筑遮擋的困擾，具有足夠的可利用空間，不必考慮太陽能建筑南立面整合的問題，技術(shù)難度相對(duì)較低；

2）環(huán)境優(yōu)勢(shì)：村鎮(zhèn)地區(qū)以農(nóng)業(yè)和產(chǎn)品粗加工為經(jīng)濟(jì)支柱，污染源相對(duì)較少，灰塵粒子密度較小，太陽光線透射率高，大氣透明度較高，有利于太陽能的利用。

3.2 太陽能建筑一體化技術(shù)推廣應(yīng)用效益

1）經(jīng)濟(jì)效益

我國現(xiàn)在有72135萬[4]人口居住在農(nóng)村和小城鎮(zhèn)，按照60%的家庭安裝太陽能、每人每日用60°C熱水60L[5]、自來水全年平均溫度按照15°C進(jìn)行估算，每天大約因生活熱水需要耗能

Q=72135 ×104×60 ×1 ×4.2 ×（60-15）KJ=8.18×109MJ

這些耗能60%由太陽能熱水器提供，則每天節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤

m=Q ×60%/qnet=8.18×109×60%/29306=1.675×105t

2）環(huán)境效益

按照上述太陽能建筑一體化技術(shù)在村鎮(zhèn)建筑中推廣比例，每天可減少排放二氧化碳3.13×105t、二氧化硫888t和氮氧化物1015t。

隨著村鎮(zhèn)建筑面積和商品能源消耗量增加，城市能源供應(yīng)模式不可能解決村鎮(zhèn)的能源和環(huán)境問題。太陽能建筑一體化技術(shù)的使用，考慮能源消費(fèi)的地域特色同時(shí)促進(jìn)村鎮(zhèn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，是建設(shè)生態(tài)村鎮(zhèn)和降低碳排放量的有效技術(shù)措施。

3)社會(huì)效益

新農(nóng)村建設(shè)中的太陽能建筑一體化整合設(shè)計(jì)應(yīng)該是通過建筑內(nèi)外空間的各種生態(tài)因素在建筑生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部有秩序地循環(huán)轉(zhuǎn)換，達(dá)到生產(chǎn)、生活的高度統(tǒng)一和自然融合、共生的過程：

（1）自然一體化與建筑的愉悅：太陽能熱水系統(tǒng)的顏色與建筑材料協(xié)調(diào)一致，工程細(xì)節(jié)巧妙處理，太陽能熱水系統(tǒng)形成建筑的設(shè)計(jì)元素與邏輯單元，成為接觸建筑的閃亮之筆，技術(shù)整合之后新農(nóng)村建筑更具吸引力；

（2）引領(lǐng)節(jié)能生活：村鎮(zhèn)居民的收入增加導(dǎo)致商品能源的消費(fèi)量上升，因此推進(jìn)太陽能建筑一體化技術(shù)會(huì)促使建筑全生命周期內(nèi)材料數(shù)量達(dá)到最低水平、碳排放量盡可能降低，減少村鎮(zhèn)商品能源的消費(fèi)，喚起村鎮(zhèn)居民的節(jié)能降耗意識(shí)。

3.3 村鎮(zhèn)建筑中推廣太陽能建筑一體化技術(shù)存在的困難

作為一種清潔的新能源，太陽能具有環(huán)保、安全、使用費(fèi)用低的特點(diǎn)，然而太陽能建筑一體化技術(shù)在村鎮(zhèn)建筑中推廣發(fā)展存在著一定程度的困難。

1）建筑結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)村鎮(zhèn)建筑屋頂材料以石棉瓦、青瓦、木板等材料為主，屋頂結(jié)構(gòu)承重強(qiáng)度較差，安裝太陽能需要采取加固措施，增加安裝成本，不利于技術(shù)的推廣。在新村鎮(zhèn)建筑規(guī)劃建設(shè)中，屋頂材料一般采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆或水泥預(yù)制板，承重強(qiáng)度較高，安裝條件較好。

2）水源問題

由于城鄉(xiāng)發(fā)展二元結(jié)構(gòu)的存在，我國村鎮(zhèn)用水的保障優(yōu)先性低于城市和工業(yè)用水。近年來，雖然許多村鎮(zhèn)家庭開始用上了自來水，但這種自來水多半自制自用，或自建水池存放，或直接引自山泉水，用水器具質(zhì)量差和供水效率低，處理設(shè)施簡陋，缺乏必要的衛(wèi)生防護(hù)措施，水質(zhì)安全得不到保證，水垢問題嚴(yán)重，村鎮(zhèn)居民用水安全隱患重重。在一些地理位置較為偏僻的地區(qū)，村鎮(zhèn)居民用水仍自打井作為生產(chǎn)生活用水，更是對(duì)對(duì)自然資源的浪費(fèi)。

水質(zhì)問題嚴(yán)重影響太陽能集熱器的效率，容易導(dǎo)致集熱器出現(xiàn)故障。因此需要根據(jù)當(dāng)?shù)靥厥馑|(zhì)情況和水垢狀況，加設(shè)太陽能專用除垢劑進(jìn)行除垢循環(huán)，這又增加使用成本，影響技術(shù)的推廣。

系統(tǒng)掌握權(quán)威、客觀、準(zhǔn)確的地理國情信息，是制定和實(shí)施國家發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、優(yōu)化國土空間開發(fā)格局和各類資源配置的重要依據(jù)。地理國情普查作為建國以來首次對(duì)地理空間要素的完整調(diào)查，其內(nèi)容涵蓋了社會(huì)發(fā)展和資源環(huán)境的方方面面，其普查統(tǒng)計(jì)分析就是將地理國情普查要素與經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息相融合，科學(xué)揭示社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源的空間分布規(guī)律，準(zhǔn)確判斷發(fā)展趨勢(shì)，這對(duì)于服務(wù)科學(xué)決策、加強(qiáng)科學(xué)管理具有重要意義。

3）產(chǎn)品質(zhì)量

目前太陽能熱水器的使用壽命約為15年，而普通居住建筑的使用壽命約為50-70年。也就是說，在建筑的使用周期內(nèi)，太陽能熱水器要更換三到五次。這與村鎮(zhèn)居民的傳統(tǒng)消費(fèi)觀念相沖突。村鎮(zhèn)建筑中太陽能集熱器一般布置于建筑物向陽坡屋面或平屋頂上，因此對(duì)建筑一體化的太陽能集熱器的壽命要求較長，故障率要低。這就要求太陽能集熱器生產(chǎn)廠家改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長太陽能集熱器的使用壽命。

4）政策問題

近年來我國農(nóng)村能源建設(shè)有了重大進(jìn)展，但總體上農(nóng)村能源建設(shè)投入不足，除戶用沼氣、農(nóng)村電力建設(shè)外，其他農(nóng)村能源建設(shè)沒有得到國家財(cái)政支持，一定程度上制約了農(nóng)村太陽能的推廣利用。我國部分城市強(qiáng)制新建建筑使用太陽能建筑一體化技術(shù)，也只是一些地方政策，沒有宏觀政策支持，在村鎮(zhèn)建筑中更沒有優(yōu)惠政策推廣太陽能建筑一體化技術(shù)。這在一定程度上影響了村鎮(zhèn)建筑太陽能建筑一體化技術(shù)的推廣使用。

太陽能光熱建筑一體化技術(shù)稅收激勵(lì)政策有效、易行，其直接受益者是太陽能光熱設(shè)備的生產(chǎn)和銷售企業(yè)，最終的受益者是用戶和整個(gè)市場(chǎng)及整個(gè)社會(huì)。因此，有必要出臺(tái)在村鎮(zhèn)建筑中太陽能建筑一體化使用的優(yōu)惠政策。

4 結(jié)論

1）經(jīng)濟(jì)水平直接影響村鎮(zhèn)居民的建筑形式、住宅面積、用能方式和用能開支。

2）經(jīng)濟(jì)水平的高低影響家用熱水器類型的選擇、熱水使用量和使用時(shí)間。村鎮(zhèn)居民使用太陽能熱水器解決了洗澡和日常洗刷的熱水需要，但存在可用時(shí)間短、故障率高等問題。

3）村鎮(zhèn)建筑在長期的發(fā)展過程中積淀傳承地域文化，具有獨(dú)特的風(fēng)貌和景觀。太陽能建筑一體化技術(shù)在村鎮(zhèn)建筑中推廣具有城市建筑難以超越的優(yōu)勢(shì)，由此帶來良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和生態(tài)效益，但在建筑結(jié)構(gòu)、水質(zhì)問題、產(chǎn)品質(zhì)量和政策支持方面存在困難。

隨著新農(nóng)村建設(shè)的進(jìn)行，太陽能建筑一體化技術(shù)在村鎮(zhèn)建筑中的推廣發(fā)展，在優(yōu)化能源使用結(jié)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)村鎮(zhèn)建筑耗能、商品能源供應(yīng)系統(tǒng)以及生態(tài)環(huán)境都將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

[1]中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局.中華人民共和國2009年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào).十一人口、人民生活和社會(huì)保障

[2]中國統(tǒng)計(jì)年鑒2009.6-13人均生活能源消費(fèi)量

[3]孫治安等.中國可能太陽總輻射的氣候計(jì)算及其分布特性[J].太陽能學(xué)報(bào)，1988，9（1）

[4]中國統(tǒng)計(jì)年鑒2009.3-1人口數(shù)及構(gòu)成

[5]鄭瑞澄.民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005，10

[6]黃海耀.LCA法比較太陽能熱水器和燃煤鍋爐系統(tǒng)的環(huán)境效益[D].天津：天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，2004.1