太阳能建筑住宅实现低碳生活很容易

最近一段时间，天津大学建筑学院前的空场上，一座徽派建筑风格的小屋正在如火如荼地搭建中。这座名为“sunflower（太阳花）”的太阳能小屋是将于今年夏天在西班牙举办的“太阳能十项全能竞赛”的参赛项目。这座小屋的诞生证明了，住宅只靠太阳能，一样可以是全功能的、舒适的。

那么这项将太阳能运用到极致的小屋，究竟运用了哪些新科技，这些新科技什么时候能走入我们的家庭呢？为此笔者采访了这个项目团队。

天津大学建筑学院教授高辉：

由于我们的项目本身是参加“太阳能十项全能竞赛”，按照竞赛标准的要求，达到完全太阳能驱动，是一种极端的条件，用太阳能完全满足采暖、制冷、热水、用电等等。在这种要求下，我们以太阳能光电和光热利用技术集成到建筑上，还包括末端的室内环境控制技术、室内环境调节技术等等。这些技术作为一般的民用建筑使用，很多都可以投入实际生产之中，有些已经在推广了。

就光伏发电本身来讲，目前这一系统造价偏高，那么从以后的发展来看，价格会逐渐下降。因为，对于光伏发电产品上游一系列原材料，目前国内基本拥有了自己的生产厂，所以原材料价格都在下降，而且随着光伏发电产品的大批量应用推广，也会导致价格下降。

太阳能与建筑结合是今后解决建筑能源的最主要途径。建筑今后要解决能耗，可以依靠可再生能源，比如地热、风能等等，但这些能源作为建筑能源，不能满足全部的需求，能解决这一问题的主要可再生能源就是太阳能。

21世纪应该是发展太阳能的一个世纪，到21世纪中期，可再生能源要达到总能源利用量的50%，这样与常规能源就可以抗衡了，到本世纪末，太阳能要占到整个人类用能的60%以上。太阳能也是最容易与建筑结合的一种能源，建筑修建到哪里，只要不是背阴的地方，阳光就会照射到哪里。太阳能又有很多利用方式，可以光热利用，可以发电。

此外，太阳能与建筑一体化也是国家能源安全的重要部分。前年南方冰灾，造成大面积停电，那就是集中能源系统容易出现的问题。现在各个国家都在开发分布式能源系统，使能源供给更安全。而太阳能与建筑结合以后，一旦出现问题，影响的部分就很小，有可能只是建筑本身的一部分。

太阳能并网发电也是目前发展的一个趋势，国家有相应的补贴政策，比如“金太阳计划”，单个项目容量在300KWp以上的太阳能发电并网系统，国家补贴整个系统造价的50%。并网系统是指，项目发电容量超过300KWp，这个系统就可以与常规电网连接。当太阳能发电系统自己用电量少、发电量多的情况下，就可以将多余的电量按照可再生能源的价格卖电，到夜晚，不发电的时候，就可以按照常规供电价格用电，这两种电价是有差异的，如今卖电的价格是按照脱硫的火力发电系统电价，是火力发电中最高的电价格。而且目前太阳能发电系统的成本在下降，我们国家有些地区已经做到发一度电的成本不超过1元，这已经与常规能源有竞争的可能性了，随着发展，这个成本还会降低，而常规能源价格将会升高，所以包括太阳能在内的可再生能源将越来越占据优势。

我们这个项目实际上不但展现了太阳能在建筑上的多种高科技应用，而且向公众展示了一种生活方式，在不放弃舒适的条件下，利用可再生能源，达到节能减排的要求。

自动控制与空调结合的控温体系

天津大学自动化学院博士生翟文鹏：

在这个项目中，竞赛要求是室内温度控制在23摄氏度至25摄氏度之间，这是十分苛刻的，所以就对控温系统要求很高。简单地说，需要在室内增加温度和湿度传感器，将信号采集到控制器中，通过编制的程序进行自动运算，将得出的一些控制量传输回执行器，比如阀门、泵等，来控制其运转，调节室内温度。由于资金有限，我们所采用的太阳能电池板工作效率可能与国外的一些先进产品相比有一定差距，这就需要后期系统控制处理方面进行一些创新设计， 来提高其效率。

我们的终端调控装置就是一部触摸屏，上面有简单的温度调节按钮，但是越简单、越人性化的操作，其背后所涉及的电脑程序和机械控制技术越复杂。可以讲是牵一发而动全身。

太阳能辐射板技术

天津大学化工学院博士生尹宝泉：

太阳能辐射板技术是我的导师王一平老师自主研发的一个项目，太阳能集散热辐射板可以作为建筑立面、屋顶或者建筑构件使用，结合了太阳能热水集热技术和低温太空辐射制冷技术。

在竞赛里面，国外的方案光电池面积比较大，所以很多功能用电来直接解决，但是我们的方案由于考虑到建筑风格，就限制了光电池的面积。所以我们只能开源节流，开源方面，在光电池后面加上了太阳能辐射板系统，辐射板吸收光电池的热量，为光电池降温，使其不受温度影响，保证其效率。

在控制系统方面，我们最大的关注点是，功耗最小，耗电量最小，系统优化，做到能源最节省。在这个项目中，墙体、吊顶都安装了辐射板，由于辐射板吸收了光电池的热量，这个热量可以用来帮助维持室内温度，提高供水温度等等。这样我们还能采用低温差技术，保证设备很高的效率。低温差这个概念，打个比方，我们的室内温度要求23摄氏度，采用辐射板技术后的供水温度19摄氏度或20摄氏度，只有几摄氏度温差，而一般空调的供水温度可能在13到14摄氏度，这个温差很大，就会导致设备的效率降低。

此外，这次项目还在试验真空管实现中温烹调技术，真空管就是被大量使用在太阳能热水器上的一种元件，能不能提高其温度达到烹调标准，目前我们还在试验当中。而太阳能辐射板技术在我国已经投入使用了。