铮议|太阳能建筑多功能立面系统挑战和趋势

原创陈讲运可再生供热2021-12-19 12:46

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将太阳能系统整合到建筑的内部正受到建筑行业利益相关者的关注，比如建筑师和立面系统制造商。尽管有一些障碍阻碍了这些解决方案快速渗透到建筑设计的共同实践中，但越来越多的概念和解决方案正在开发中，一些产品已经进入市场。

为暖通空调和照明建造集成太阳能建筑外围系统收集了行业和研究机构所面临的挑战以及未来几年市场的趋势。这是一项具有挑战性的任务，因为它所采用的各种技术，包括任何使用和/或控制太阳能的多功能信封系统，从而影响热能需求、热能消耗和建筑的舒适性。因此，这些技术包括构建集成的太阳能热和光伏解决方案以及太阳光控制技术。SHC任务56的专家进行的分析考虑了美学和建筑方面，同时解决了建筑暖通空调工厂的集成和社会经济问题。

从回顾市场上的太阳能围护系统开始，就有可能识别出开发多功能立面系统的制造商和研究人员所认为的共同威胁和机遇：

建筑规范和建筑集成：集成到建筑围护结构中的太阳能技术必须符合建筑规范和标准，这在大多数情况下是为传统的围护元件开发的。缺乏足够的测试方法和参考文献，以及监管方面存在的差距，阻碍了创新集成产品的传播。然而，科学界的努力和立面制造公司的游说行动可以导致标准化过程和新规范的发展，就像对构建集成光伏(BIPV)解决方案所做的那样。

保守的建筑业：与其他行业相比，建筑市场总体上是保守的。虽然光遮阳元素目前在新建的三级建筑中得到了综合应用，但外围护综合光伏和太阳能热产品仍然是一个利基市场。太阳能创新很难在建筑实践中找到一席之地来展示成功安装的既定历史。决策者支持使公共建筑能够使用这些技术，可以在促进公共和私营部门采用太阳能封皮解决方案方面发挥重要作用。

建筑施工过程：实现太阳能组件的最佳建筑集成需要调整传统的设计过程和角色，这反过来可能会改变“运行良好”的程序，并首先遇到怀疑。根据太阳能外壳产品的类型、立面制造商、暖通空调安装人员、室内设计师等的传统角色。在建筑设计过程中以及太阳能包络元件的制造和安装过程中都可以重叠。角色和责任、信息和材料流量、责任和保证，以及维护成为必须清理和计划的相关多方面问题。虽然这似乎会给参与建设过程的公司带来额外的负担，但好处是，基于创新的商业模式和公司之间的合作关系，可以产生新的机会。

政府政策：国家或超国家机构所采取的政策被认为是促进采用建造综合太阳能封皮系统的决定性因素。然而，由于该部门高度多样化，解决方案从光伏和太阳能热系统到先进的遮阳解决方案和采光管理，它不容易通过单一的方案或政策行动来针对。可能采取的行动包括支持太阳能生产、能源效率、日光和视觉舒适的政策。

意识的提高：在过去几年中，建筑业和公众对建筑的生命周期可持续发展和人类舒适性的兴趣日益浓厚。这些举措是采用太阳能包络套的驱动因素，而且在分散的绿色能源生产、节能、停电安全和用户舒适等方面往往会得到回报。与此同时，建筑建筑业，特别是建筑设计师，正逐渐更加意识到太阳能封皮解决方案所提供的可能性，并更加了解新建筑和改造建筑的可行选择。

流明管BIPV系统示范立面的向上视图（来源：wellsun）

新材料和应用：新材料进入市场正在推动产品创新。例如，在建筑集成收集器中用作吸收器的高效聚合物和在发光BIPV窗口中新的光转移物种的发展。然而，太阳能立面技术的进步并不局限于创新材料；它还在推动现有材料的制造和组装的进步，从而导致新概念的发展，现有技术的改进和从旧概念设计新的应用。一个例子是在住宅到商业部门使用太阳能封皮技术进行日光管理和电力或热能发电。

适应性：许多太阳构件解决方案可以使其行为或特征适应当地的气候条件。适应过程可以发生在非常不同的时间尺度上，例如，从季节性过程到瞬时过程，如在透明表面使用到日光遮阳的电致变色玻璃。通过这样做，它们在提供节能机会和改善室内环境质量之间创造了一种平衡。

多功能：立面技术的一个流行趋势是多功能，其中构件元素的设计超过了外部天气的屏障，并包括额外的功能。在SHCTask56中分析的大多数太阳能封皮概念集成了RES产生或先进的日光控制和太阳能保护。在一些解决方案中，这将进一步推动了取代（部分）建筑的中央服务，如人工照明系统或暖通空调系统的整个部分。

预制：在制造现场的一个结构上组装各种组件的做法是所分析的太阳能封皮解决方案中最常见的做法之一。与传统的施工方法相比，预制施工具有减少施工/改造时间、降低制造工艺成本、提高产品质量等诸多优点。这些方面与太阳能围护结构的解决方案特别相关，因为在现场的围护结构中安装太阳能组件将需要多名专业人员（即立面安装人员、水管工和电工）进行合作。由于预制工作，这可以由训练有素的技术人员在受控制的工业条件下进行。

自动化与被动方法：太阳能封皮系统中几个元素的操作是通过自动控制逻辑执行的，基于各种输入（例如，室内气温、太阳照射、占用）集成在一个房间、地板、建筑或多个建筑的组件层。在某些情况下，封皮组件将成为智能建筑技术的数据源。

同时，恰恰相反，有完全被动组件的趋势，一旦安装，它们不需要任何 类型的主动控制。这种解决方案通常被宣传为低技术、自我调节和低/免 费维护。由于是完全被动的，它们通常是持久的，不受用户可能的滥用。

建筑集成：正如许多生产商所强调的那样，建筑集成（外观和设计的灵活性）对于建筑部门的接受至关重要。为了吸引建筑师和建筑设计师，许多太阳能构件生产商正在投资于提供一系列颜色、安装选项和尺寸（甚至纹理、透明度和材料）的产品，以允许无缝集成和突出的安装。从这个意义上说，BIPV是一个很好的例子，说明了该行业正在如何发展，以满足建筑师和建筑设计师对建筑集成解决方案的需求。

随着更多的创新产品进入市场，现有的太阳能构件解决方案逐渐成为建筑施工实践的一部分，未来几年有很多值得期待的地方。总的来说，随着建筑业经历工业化的趋势，由于创新公司之间的合资企业和新的商业模式，建设整个建筑过程将获得更大的市场份额。