當(dāng)前，建筑節(jié)能已成為我國節(jié)能戰(zhàn)略的必然選擇，太陽能與建筑一體化推廣勢在必行。太陽能與建筑一體化，是將太陽能利用設(shè)施與建筑有機結(jié)合，利用太陽能集熱器替代屋頂覆蓋層或替代屋頂保溫層，既消除了太陽能對建筑物形象的影響，又避免了重復(fù)投資，降低了成本。太陽能與建筑一體化優(yōu)點在于把建筑、技術(shù)和美學(xué)融為一體，太陽能設(shè)施成為建筑的一部分，取代了傳統(tǒng)太陽能結(jié)構(gòu)所造成的對建筑外觀的影響。

目前很多專家認(rèn)為，由于建筑行業(yè)對太陽能系統(tǒng)缺乏了解，建筑設(shè)計部門往往沒有深入介入太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計，對太陽能熱水器在不同氣候條件、不同季節(jié)的熱水產(chǎn)量沒有掌握可靠的技術(shù)依據(jù)。而另一方面，太陽能行業(yè)技術(shù)研發(fā)力量比較薄弱，有限的資源投放在產(chǎn)品的更新?lián)Q代和市場競爭上，缺乏太陽能與建筑一體化的技術(shù)研究。盡快開發(fā)出與建筑結(jié)合比較好的太陽能產(chǎn)品系統(tǒng)變得尤為重要。

新技術(shù)促進集熱模塊光熱轉(zhuǎn)化

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院副院長季杰和他的團隊，致力于太陽能建筑一體化的研究，在材料、外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、建筑接口技術(shù)以及制造工藝上都有突破和創(chuàng)新。通過采用選擇性涂層、集熱模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)（采用H型L型翅片、雙流道、孔板結(jié)構(gòu)等），實現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，大大提高了太陽能集熱模塊的光熱轉(zhuǎn)化效率。在光伏光熱模塊的研制中，他們創(chuàng)新了光伏電池和金屬集熱板的激光焊接工藝，解決了金屬導(dǎo)熱基板和電池的層壓技術(shù)中的選材、焊接、應(yīng)力變形等方面的問題。太陽能集熱模塊采用構(gòu)件化和接口設(shè)計，改善集熱模塊的外觀，解決了在建筑設(shè)計建造中難以采用和匹配的問題。他們建立了太陽能集熱模塊的數(shù)值模擬方法，為技術(shù)推廣應(yīng)用中的建筑節(jié)能評估提供了依據(jù)。

如何解決太陽能空氣集熱模塊與建筑圍護結(jié)構(gòu)的一體化及同壽命問題？太陽能基于空氣集熱、熱壓通風(fēng)原理的被動采暖、降溫模塊及技術(shù)研究尤為重要。季杰和他的團隊通過不懈的努力，申請發(fā)明和實用新型專利20項，研發(fā)出多功能平板集熱器、整板型管板式光伏熱水模塊、自然通風(fēng)型太陽能光伏窗等，可以使建筑模塊的集熱性能在符合國家集熱器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，滿足新建或既有建筑圍護結(jié)構(gòu)的各項性能指標(biāo)，并為建筑中的太陽能復(fù)合能量系統(tǒng)提供能源供應(yīng)，使用壽命大于等于20年。建筑采用之后可提高建筑節(jié)能指標(biāo)30%以上，新增投資不多于建筑總投資的10%。

設(shè)備創(chuàng)新推動了平板集熱器發(fā)展

季杰和他的團隊研發(fā)取得的創(chuàng)新突破包括新型被動采暖空氣集熱裝置、高效太陽能空氣集熱器、新型孔板型太陽能建筑模塊、空氣集熱器中高溫測試平臺。他們研制了多種新型被動采暖空氣集熱裝置，包括PV-Trombe、雙效集熱器和百葉式Trombe系統(tǒng)。該裝置充分利用墻體圍護面積，實現(xiàn)多功能化，并改善Trombe墻的外觀，以促進太陽能被動采暖的大面積應(yīng)用，實現(xiàn)了模塊化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、多功能化。除了被動采暖，該裝置系統(tǒng)的不同形式還分別具有太陽能發(fā)電、非采暖期制熱水和被動冷卻的功能，從而進一步減少了建筑能耗，提高了系統(tǒng)的全年利用率。

由于空氣的密度、比熱較小，對流換熱系數(shù)低，平板太陽能集熱器普遍存在效率低、升溫困難的問題。而他們所研發(fā)的高效太陽能空氣集熱器采用了雙空氣管道、H型或L型集熱結(jié)構(gòu)和吸熱板表面鍍選擇性吸收材料的新技術(shù)。這種新型的太陽能空氣集熱器不僅具有高效的太陽能轉(zhuǎn)化效率，而且保持了成本低廉的特點。

傳統(tǒng)太陽能空氣集熱裝置存在室內(nèi)升溫非常慢的問題。他們所研制的新型孔板型太陽能集熱器在流道中引入孔板結(jié)構(gòu)，改善了空氣流動的性質(zhì)，促進了對流換熱，提高了太陽能集熱效率，并提出了優(yōu)化的運行控制策略，即通過對太陽能集熱建筑模塊中空氣流量的調(diào)節(jié)，控制熱輸送方式，達到提升室內(nèi)溫度的最佳工作效率。

通過優(yōu)化風(fēng)機設(shè)計，空氣集熱器中高溫測試平臺實現(xiàn)了在最高進口溫度150攝氏度、最大流量150立方米/小時、引風(fēng)機最大風(fēng)壓5000帕的設(shè)計要求下，保證空氣流量精度控制；設(shè)計開發(fā)出適合中高溫?zé)峥諝饨橘|(zhì)的恒溫電加熱器，同時保證靜壓穩(wěn)流的單元設(shè)備，實現(xiàn)了氣流均勻性控制。

季杰和他的團隊所研發(fā)的太陽能集熱模塊和構(gòu)件在東北、西南等地區(qū)的建筑中進行了實驗研究，建立了兩條年生產(chǎn)能力120萬平方米的高效平板集熱器生產(chǎn)線。對于未來的推廣應(yīng)用，他們認(rèn)為，還需要深入與建筑設(shè)計和建設(shè)單位進行交流，進一步做好太陽能集熱模塊和建筑接口技術(shù)開發(fā)。