关键词： 节能结构一体化技术应用
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
引言
我国正处于城镇化高速发展阶段，在当前乃至今后几年间无疑是建筑业发展的鼎盛时期，也是建筑节能大发展的历史机遇期；同时，也是墙体保温技术发展的黄金时期。目前，在我国新建建筑及既有建筑节能改造的墙体保温市场中，外墙外保温技术占据绝对优势，它为我国建筑节能事业的发展起到了非常重要的作用。但目前外墙外保温市场存在生产企业规模小、技术水平低、价格竞争失衡、工程监管不到位等问题，致使外墙外保温工程开裂、脱落、火灾等问题时有发生，工程质量存在诸多安全隐患。发展建筑节能与结构一体化技术，不仅能丰富建筑结构体系，确保建筑节能工程质量与消防安全，更重要的是有效解决了保温系统与建筑墙体同寿命的关键问题，对于推动建筑节能工作健康发展具有十分重要的意义。
1.建筑节能与结构一体化技术的含义及分类
1.1建筑节能与结构一体化技术，是指集建筑保温隔热功能与墙体围护功能于一体、墙体不需要另行采取保温措施即可满足现行建筑节能标准要求的新型建筑结构体系，不但保温防火性能优良、质量安全可靠，而且能够实现建筑保温与墙体同寿命，符合国家节能减排和产业发展的相关政策，对于实现转方式、调结构、促发展、保民生的发展目标，建设资源节约型、环境友好型社会具有十分重大的意义。
1.2 目前，建筑节能与结构一体化技术体系有：CL结构体系、FS外模板现浇混凝土复合保温体系、IPS现浇混凝土剪力墙结构自保温体系、砌块自保温体系（包括承重和非承重体系）、夹心复合墙砖砌块保温结构体系等，这些建筑节能与结构一体化技术已经非常成熟，并已开始大量的应用。
1.3建筑节能与结构一体化技术相关标准规范的为一体化技术产品的生产、设计、施工、验收等提供了有力技术依据。目前，已实施《CL结构体系技术规程》、《FS外模板现浇混凝土复合保温系统应用技术规程》、《非承重砌块自保温体系应用技术规程》、《SK装配式墙板自保温体系应用技术导则》、《承重混凝土多孔砖自保温结构体系应用技术导则》、《居住建筑夹芯保温复合砖砌体结构体系应用技术导则》、《AESI装配式墙板自保温体系应用技术导则》等七项标准规范。
近年来，在国家节能减排政策的大力推动下，我国的节能建筑得到了快速的发展。据不完全统计，全国累计完成节能建筑40余亿平方米。其中新建建筑和既有建筑节能改造的外墙体主要采用外墙外保温技术，占工程应用量的95%以上，外墙外保温技术为建筑节能工作的发展做出了积极贡献。
2. 推行建筑节能与结构一体化技术的必要性
2.1外墙外保温技术存在的主要问题
我国自推行外墙外保温技术以来，人们的居住环境、生活质量得到了明显提高和改善。但伴随之而来的墙体保温与结构能否同寿命，墙体保温与安全防火能否兼顾，保温施工后空鼓、裂、脱落、火灾安全隐患较大等问题已成为亟待解决又关乎民生的重大问题。目前普遍采用的建筑墙体保温技术，其理论寿命为25年（在保证产品质量、按规范施工的前提下），远低于建筑主体50—70年左右的设计寿命。25年后外墙保温极可能出现的脱落，如何维修等问题已被人们日益重视。那如何解决以上问题呢？——大力推广建筑节能与结构一体化技术。
2.2建筑节能与结构一体化技术的优点
与传统的外保温技术相比，一体化技术具有四大突出优点。一是节能保温措施与墙体同步施工，实现了与建筑物同寿命，保温层不再需要多次维修、更换；二是保温材料置于墙体之中，采用现场装配或混粘土浇筑等方式施工，有效避免了外保温工程存在的空鼓、开裂、脱落等质量问题，最大限度地消除了工程消防安全隐患；三是具有良好的保温隔热性能，完全能够满足我国现行建筑节能设计标准，通过采取进一步的技术措施还可达到更高的节能要求；四是可以有效缩短施工工期，减少人工和材料消耗，从而降低建筑成本，具有较好的综合效益。
2.3建筑节能与结构一体化技术主要创新点
（1）实现建筑材料防火向建筑结构防火的转变；
（2）实现建筑保温二次施工向同步施工的转变；
（3）实现保温寿命周期二十五年向与结构同寿命的转变；
（4）实现工程施工现场湿作业向工厂化、产业化转变。
3.推行建筑节能与结构一体化技术的重要意义
建筑节能与结构一体化技术，通俗地讲，就是不再给建筑“套棉衣”，而是通过采取一定的技术措施，采用相应的墙体材料及配套产品，使墙体本身的的热工性能等指标达到节能标准要求，实现集保温隔热功能与围护结构功能于一体的建筑节能技术，不仅能有效解决保温体系与建筑主体同寿命问题，而且在抗震、安全等性能方面也得到了加强，能同时满足建筑、防火等要求，是建筑节能发展的方向。随着我国建筑节能工作的不断深化，加快建筑节能与结构一体化技术推广、逐步限制淘汰已经明显落后的传统外墙外保温技术已势在必行。
4.加快我国建筑节能与结构一体化技术推广工作的建议
4.1加大建筑节能与结构一体化技术产品的引进和研发力度。大力推进建筑节能与结构一体化技术产品的引进和研发，为该技术的全面推广奠定基础，促进我国建筑节能产业结构调整和转型升级。要充分发挥勘察设计及建设类企业和各建材生产商的潜能，引导和鼓励相关企业推广建筑节能与结构一体化技术，不断加大建设科技投入力度，积极研究、发展新型墙材。
4.2加强领导，落实责任，确保推广应用工作落到实处。推广建筑节能与结构一体化技术是我国创建低碳经济发展模式的的重要内容，建议选择部分项目进行示范并给予政策扶持，各相关单位要充分认识到推广建筑节能与结构一体化技术的必要性和紧迫性，落实责任，确保推广应用工作落实。
5.结论
建筑节能与结构一体化技术是对传统建筑节能设计和施工工艺的一次重大变革。推广、应用建筑节能与结构一体化技术，有利于进一步激发广大建设科技工作者开展科技创新的积极性、促进科技成果转化为现实生产力，有利于提升建筑行业的科技含量、推动建筑业转型升级，有利于带动钢筋、混粘土、保温材料等相关产业的发展壮大，是一件意义重大的好事。
参考文献：
关键词:民用建筑;建筑一体化;建筑节能
中图分类号:C93 文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)28-0213-02
一、太阳能与建筑一体化概念
太阳能与建筑一体化是指根据节能、环保、安全、美观和经济适用的总体要求,将太阳能利用设施与建筑有机结合,利用太阳能集热器替代屋顶覆盖层、保温层或独立的构架,实现与建筑的同步设计、同步施工、同步验收、同步后期管理,使其成为建筑有机组成部分的一种理念、一种设计、一种工程的总称。既消除了太阳能对建筑物形象的影响,又避免了重复投资,降低了成本,是未来太阳能技术发展的方向。具有以下的特点:(1)把太阳能的利用拉入环境的总体设计,把建筑、技术、美学融为一体,太阳能设施成为建筑的一部分,相互间有机结合,取代了传统太阳能的结构所造成的对建筑的外观形象的影响。(2)利用太阳能设施完全或部分取代屋顶,可减少成本,提高效益。(3)可用于平屋顶、斜屋顶或各种构筑物,一般对平屋顶而言用覆盖式,对斜屋顶用镶嵌式或天窗式。
二、太阳能与建筑一体化现状
一直以来,太阳能等可再生能源在建筑技术上的完美应用是企业梦寐以求的追求,太阳能与建筑结合创造的低能耗高舒适度的健康居住环境,不仅让住户家庭生活的更自然更环保,而且能节能减污,对实现社会可持续发展具有重大意义。太阳能――作为一种免费、清洁的能源,在民用建筑中的应用,将关系到可持续发展的战略,经过多年的开发利用,太阳能的利用已取得显著的成果,推广应用的范围也在不断扩大,而太阳能与建筑的一体化结合,也在民用建筑中越发呈现出其不可替代的地位,并成为民用建筑中的一个新亮点。
三、太阳能与建筑一体化的发展方向
目前,太阳能的利用越来越受到人们的关注和依赖,但太阳能供热设备的非定常性,对气候条件和辐射条件的依赖性等特点,要求我们必须对建筑用能负荷进行准确的预测,才能够在设备与建筑的匹配上作出设备投资和节能效益的最佳选择。综合考虑社会进步,技术发展,太阳能与建筑一体化的发展方向,一是成熟的太阳能技术在坡屋面和立面上的综合利用;二是保温隔热的维护结构技术与自然通风采光遮阳技术的有机结合;三是传统建筑构造与现代技术理念的融合;四是建筑的初投资与生命周期内投资的平衡;五是生态驱动设计理念向常规建筑设计渗透;六是综合考虑区域气候特征、经济发达程度、建筑特征和人们的生活习惯等因素。
四、太阳能与建筑一体化示范项目
位于西安市铁塔寺路的“五一锦苑”项目,该工程为三栋住宅楼,该住宅楼每栋楼为地上十七层,一层4户,共68户。设计安装太阳能中央热水系统,全自动化控制,设计安装楼内热水主管道及分支管道的埋入户到卫生间和厨房,太阳能热水系统与建筑完美结合采用集中集热,分散供热的一体化设计及施工。
集热器的选用型号为:采用HXLJG-26/Φ58型竖插式模块(Φ58×1.8m×30支,28块)。集热器布置在坡屋面构架上,倾角与构架边框等同,与原建筑坡屋面镶嵌式一体化结合,倾斜角度为200(如下页图所示)。
五、太阳能与建筑一体化技术若干问题的思考
(一)结合形式趋于多样化
以上工程中虽然体现了镶嵌式完美的结合,但太阳能集热器的安装倾角为200,并不是太阳能安装的最佳角度,但我们充分考虑了面积的补偿。随着建筑物的不同,太阳能与建筑真正的一体化结合,形式有很多,一般二十层以下的建筑物完全利用屋面所提供的集热面积就可满足用户的的热水需要,可做成飘板式、廊架式、集群式、阵列式等等,只要与建筑物的构件有机结合,达到安全、实用、美观、大方的要求即可。当建筑物超过二十层,屋面所提供的有效面积往往不能满足用户的要求,最佳的方案就是利用南立面墙(包括阳台等)分散集热和屋面集中集热的方式共同解决高层建筑中的热水供应问题。在宾馆、学校、医院等需要热水的多层建筑中利用太阳能热水系统,往往屋顶面积较大,结合形式简单,利用率高。所以,多角度、多方位的太阳能与建筑一体化产品必将成为未来绿色、环保、节能建筑不可或缺的元素之一。
(二)存在的问题
虽然一体化示范项目比较成功地解决了高层建筑中的太阳能热水问题,但还存在以下诸多问题:(1)太阳能集热器和建筑物一体化完美结合,往往角度不是最佳吸热角度,朝向不是正南等问题最为突出,应该对计算的集热面积进行补偿,但国家标准《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》中没有明确的规定,给太阳能与建筑一体化的设计应用带来极大的不便;(2)一是人才缺乏交互性,二是研发缺乏整体性,三是推广缺乏群众性,四是效果缺乏可评性;(3)设计和利用的过程中还存在很多问题,针对某些特定的地区,有好多参数不明确,范围太大,比如年日照时数,水平面上年太阳能辐射照量,太阳能保证率等。
六、如何真正实现太阳能与建筑一体化
太阳能与建筑设计理论强调设计形态的动态与变化,而不是僵死的形式;强调设计的系统性,而不是单一项目的自我表现;强调与环境的关系,而不是孤立的设计构筑物;强调环境科学、技术与文化艺术结合,而不是满足某些人对建筑成就或象征性表达的片面追求。要求无论在屋面、阳台、墙面上,都要使太阳能热水器成为建筑的一部分。同时,确保建筑物的承重、防水等功能不受影响,使太阳能具有抵御强风、暴雪和冰雹的能力。在设计时、要合理布置太阳能循环管路,事先留出所有管路的通口。并保证系统易于安装、检修、维护,运行安全、可靠和稳定,尽可能实现系统控制的智能化。是一项系统工程,需要综合考虑。
将太阳能热水系统纳入建筑设计规划,加大太阳能热水系统结构形式与建筑适应性的研究力度;制定完善规范的太阳能热水系统统一标准,提高产品技术水平;国家制定在建筑物上安装太阳能热水系统的优惠政策,鼓励安装太阳能;制定太阳能与建筑结合的相关技术标准、规范。尤其是针对不同地区的地方性、区域性标准。
参考文献:
[1]郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[K].北京:化学工业出版社,2005.
[2]建筑施工手册编写组.建筑施工手册[K].北京:中国建筑工业出版社,2003.
Discussion of Civil Building Integrated Solar Technology
GUO Wen
(Construction Institute,Shanxi Vocational & Technical College,Xi’an 710000,China)
关键词：太阳能； 光伏发电；一体化； 建筑
中图分类号： TK511 文献标识码： A
（一）太阳能光伏与建筑一体化技术发展的时代背景
近现代人类对传统能源的利用不断地加剧，人居环境和能源问题日益严峻， 拿我国近几年的例子来说，大气污染所造成的危害让城市的人们饱受煎熬，创造适宜的人居环境与能源节约成为当今建筑、环境领域的热点问题。根据住建部统计，建筑运行能耗约占全社会总能耗的三分之一，做好建筑节能工作对人居环境的可持续发展至关重要。 建筑能耗主要指采暖、空调、 热水供应、炊事、照明、家用电器、电梯及通风等方面的能耗。 目前，我国正处于房屋建筑的高峰期，建筑规模之大，在中国和世界历史上都前所未有，这些建筑在未来的使用期间内，将大量消耗能源，能源短缺问题将成为我国未来经济、社会可持续发展的重要限制因素。再者，如果现今的建筑、生活能耗还全部依赖传统的煤、电能源的话，对人居环境、自然环境将继续造成不可修复的伤害。在这样的时代大背景下，大力发展太阳能热在建筑中的推广应用， 也是解决我国能源短缺问题和环境污染问题的关键。
现代化的太阳能利用技术在我国可以追溯到上世纪七十年代，但由于技术和应用成本的制约，出现过短暂的停滞，直到九十年代末期，我国在太阳能的利用上才迎来全新的发展及应用。时至今日，国内绝大多数建筑及居民使用的太阳能产品还是相对单一，比如太阳能热水器，太阳能照明等，没有形成多功能系统，并且没有与建筑物同时设计，同时施工。太阳能利用还是相对粗糙，而且独立的集热系统安装没有经过统一的规划、设计，严重影响城市建筑美观。本文主要探讨在往后的建筑太阳能利用中，大力发展太阳能光伏与建筑一体化技术，从项目规划、决策、设计阶段，便引入太阳能光伏与建筑一体化技术的应用。
（二）太阳能光伏建筑一体化的工作原理及特点
太阳能光伏建筑一体化（BIPV）的原理
所谓的太阳能光伏建筑一体化技术，即将太阳能发电(光伏)产品集成或结合到建筑上的技术。BIPV即Building Integrated Photovoltaic，其不但具有护结构的功能，同时又能产生电能供建筑使用。光伏与建筑一体化（简称BIPV）是“建筑物产生能源”新概念的建筑，是利用太阳能可再生能源的建筑，太阳能光伏建筑一体化不等于太阳能光伏＋建筑。所谓太阳能光伏建筑一体化不是简单的‘相加’，而是根据节能、环保、安全、美观和经济实用的总体要求，将太阳能光伏发电作为建筑的一种体系进入建筑领域，纳入建设工程基本建设程序，同步设计、同步施工、同步验收，与建设工程同时投入使用，同步后期管理，使其成为建筑有机组成部分的一种理念、一种设计、一种工程的总称。光伏建筑一体化主要是光伏发电系统通过光伏组件用于建筑屋顶（光电屋顶）、墙面（光电幕墙）、遮阳（光电遮阳板）来获取电能的一种方式，其工作原理是光伏系统工作时，安装在建筑物上光伏组件产生直流电源，通过接线盒与逆变器连接，将直流转换成交流，给建筑物负载供电或给建筑物以外其他负荷供电。光伏建筑一体化的发电主要有两种方式，一种是独立的供电系统，即所发电能直接用于建筑物内部分负载，过剩时采取蓄电池储存。带有蓄电池的可以独立运行的PV系统是独立光伏系统。并网光伏发电系统是与电网相连，并向电网馈送电力的光伏发电系统。从长远的角度来看，并网光伏发电系统更有优越性。
（图1）太阳能光伏建筑一体化应用案例
2、太阳能光伏建筑一体化（BIPV）应该具备的特点
1）、 生态驱动设计理念向常规建筑设计的渗透：建筑本身应该具有美学形式，而PV系统与建筑的整合使建筑外观更加具有魅力。建筑中的pv板使用不仅很好的利用了太阳能，极大的节省了建筑对能源的使用，而且还丰富了建筑立面设计和立面美学。BIPV设计应以不损害和影响建筑的效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则，任何对建筑本身产生损害和不良影响的BIPV设计都是不合格的设计。
2）、传统建筑构造与现代光伏工程技术和理念的融合；引入建筑整合设计方法，发展太阳能与建筑集成技术。建筑整合设计是指将太阳能应用技术纳入建筑设计全过程，以达到建筑设计美观、实用、经济的要求。BIPV首先是一个建筑，它是建筑师的艺术品，其成功与否关键一点就是建筑物的外观效果。建筑应该从设计一开始，就要将太阳能系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以设计，巧妙地将太阳能系统的各个部件融入建筑之中一体设计，使太阳能系统成为建筑组成不可分割的一部分，达到与建筑物的完美结合。
3）、关注不同的建筑特征和人们的生活习惯；普通的太阳能光伏系统，没有太多的考虑与建筑物的合理结合，集热板尺寸也是由厂家统一规格制作，安装到各式建筑物上便显得极不协调。而建筑一体化PV板的比例和尺度必须与建筑整体的比例和尺度相吻合，与建筑的功能相吻合，这将决定PV板的分格尺寸和形式。PV板的颜色和肌理必须与建筑的其他部分相和谐，与建筑的整体风格相统一。例如，在一个历史建筑上，PV板集成瓦可能比大尺度的PV板更适合，在一个高层的建筑单元中，工业化的PV板更能体现建筑的性格。
4）、保温隔热的围护结构技术与自然通风采光遮阳技术的有机结合；精美的细部设计，不只是指PV屋顶的防水构造，而要更多关注的是具体的细部设计，pv板要从一个单纯的建筑技术产品很好的融合到建筑设计和建筑艺术之中。光伏系统和建筑是两个独立的系统，将这两个系统相结合，所涉及的方面很多，要发展光伏与建筑集成化系统，并不是光伏制作者能独立胜任的，必须与建筑材料、建筑设计、建筑施工等相关方面紧密配合，共同努力，才能成功。
三、太阳能光伏建筑一体化的综合效益
1、太阳能光伏建筑所带来的经济效益
由于太阳能能量密度较低并且高度分散，为了提供所需的能源，必须有足够的接受面积。据测算，为了满足 2009年全球电力的需求，以太阳能电池平均转换率 10%计算，需要的面积相当于德国和意大利两个国家面积总合的 1.5倍。我国 2009年的发电量约为3亿 MW ・h，如果全部用太阳能电池发电，其接收面积约为37500km2，是大连市面积的三倍之多。 光伏建筑一体化的诞生，恰恰解决了以上问题，促使人们向“屋顶要能源”，充分利用建筑物的面积，将清洁能源与建筑艺术紧密结合。产生的电能可以补充业主的电力需求，在正常的工作状态下，太阳能光伏建筑一体化只需一次性投入，后期则在建筑的寿命期内，节约了大量的电费。
2、太阳能光伏建筑所带来的社会效益
由于使用传统能源引起的全球气候、环境问题正开始迅速影响我们普通老百姓的生活，也越来越受到全球的高度重视。气候变化已使全球自然灾害发生的频率和烈度不断增加。使用太阳能光伏发电替代部分常规矿物能源发电 100千瓦时，可省燃油 26升或省煤50千克，这也意味着少排放 57千克的二氧化碳、71克的二氧化硫和 75克氮的氧化物。间接地创造出显著的社会经济效益。
四、我国推广应用太阳能光伏建筑一体化的必要性
1、建筑更新高峰期，BIPV技术的应用将改变能源利用格局
当前我国正处于城镇化建设的高潮期，每年的建筑总量达 20亿平方米之多，超过了世界上发达国家同期建筑之总和。而且此阶段还将持续 30年以上，总的建筑量将翻番。未来 30年我国的建筑总量将超过历史形成的既有建筑之总量。这些建筑的能源使用效率将决定我国能耗和二氧化碳气体排放的水平。正因为这一“空前绝后”的建设机遇和太阳能建筑一体化的推广将引发建筑学新的革命，并且改变传统能源利用的格局。
（图2）太阳能光伏建筑一体化应用案例
2、新能源发展必然趋势
据各国可靠数据，如果按现在人类开发和使用传统的石油，天然气的速度，我们大约还可以开发50年左右，在这样的必然趋势下，我们必须赶上新能源研究开发，并实际大规模投入使用的步伐，我国目前正处于建筑物新建的高峰期，如果能把握住这次机遇，太阳能光伏建筑一体化的应用将迎来巨大变革，进一步促使建造成本的下降。成本、只有成本，才是光伏产业发展的真正动力。无论是景气也好，不景气也好，光伏产业中各个环节的价格必须不断下降，所以，我国应该效仿发达国家在这方面的政策引导，在目前这种环境下，给以太阳能光伏产业必要的优惠政策，促进光伏建筑一体化在整个建筑领域的普遍使用。
五、结论
我国现在的开发商，为什么对使用太阳能光伏建筑一体化技术的应用不太积极？原因很简单，开发商只想着迅速投资，然后在尽可能短的时间内把房子推向市场，获取利益。当然，也不能说开发商都黑心，这是自由市场的共性，在这种情况下，政府就要坚决站出来，采取一系列优惠政策引导建筑行业向这方面发展，在时机成熟的条件下，甚至应该强制性要求所有城镇新建、扩建工程应用太阳能光伏建筑一体化技术。
至于成本问题，在大面积推广肯定会降下来，在不久的未来，太阳能光伏建筑一体化技术和成本将取得突破性的进展，彻底消除使用障碍，太阳能光伏建筑一体化绿色电能源将替代传统电能来源，引领新一轮能源革命。所以我们既要把发展太阳能光伏建筑一体化作为技术革新的重要举措，又要把太阳能光伏建筑一体化应用提高到国际竞争的战略制高点的位置。这也是未来最大的历史性机遇与社会发展方向。在可以预见的未来，我国太阳能光伏建筑一体化应用将迎来发展的春天。
参考文献：
【1】杨梅林：《民用建筑节能技术发展趋势探讨》，2011（2）；
【2】牛双国李淑芳：《2 MWp太阳能光伏发电工程技术研究》，建筑技术第44卷第7期；
本文浅析的“改性岩棉板永久性、自固定现浇混凝土保温外模板术”，已获得国家专利（名称为：一种现浇混凝性复合岩棉保温外模板，专利号：ZL201620010463.0）授权。目前全国正在全面深化改革，大力推进十三五各项计划，按照创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，创新转型升级，大力推进发展海绵城市、绿色建筑，广泛开展被动房示范工程建设，对于全面完成“十三五”国家强制性节能减排目标，执行新提升的《建筑设计防火规范》和节能率75%的标准，是适应新常态，有效应对全球气候变化，缓解资源能源对经济社会发展的约束具有重要作用；同时在新常态下提升城镇化发展质量、效益、改善人民生产、生活条件，建设资源节约型，社会环境友好型，推动可持续发展，有着重要的意义。在新常态的发展中，盲目追求量的增长和粗放型的发展是达不到现代化的标准要求，现行建筑节能保温主要采用外墙外保温的结构形式，经十几年的实践应用证明有如下弊端：使用的有机保温材料具有易燃性，且燃烧时会释放出大量有毒气体，并在使用施工现场防火管理不规范的环境下容易出现火灾，给人民生命财产造成巨大损失；而且该形式施工工艺相对较复杂，施工工期长，施工质量难以控制，出现保温层龟裂、渗水、起鼓、脱落、伤人、火灾等一系列问题。并且使用期间必须要维护、维修、更换、造成城市更换、改造施工二次污染严重，仍存有安全隐患；并导致资金，资源的双重浪费；不能与建筑物同寿命；更达不到建筑节能75%和新的防火规范及绿色建筑的标准要求，工程质量达不到百年大计终身负责的法制标准。因而研发更环保，更安全，成本低，防火无隐患、防震结构性能高，与建筑结构同寿命的节能保温与建筑结构一体化的新技术、新产品、新工艺、新材料替代现行相关保温材料技术尤为重要。新型“CX现浇混凝性复合岩棉保温外模板”是建筑节能与结构一体化技术的一种重要结构，是建筑节能保温与建筑结构融为一体；并与建筑物同寿命，达到新的消防规范技术要求和防震技术要求的创新型A级建材。实现了建筑节能、安全防火双达标技术的绿色建材。
二、岩棉板的性能特点
岩棉板问世已有20多年历史，该产品问世以来广泛应用于工业、石化、农业、电力、船舶、建筑等领域，其性能是用无机材料制作而成，其特点燃烧性能达到A级，耐火极限达至2小时；保温隔热具有一定效果，吸音、降噪、减震等均有较好的功能特点。在新常态下，岩棉板应用于建筑节能外墙保温还存有不足之处，由于生产工艺和其材料本质所定，自身体积松散所致压缩强度达不到外墙保温，粘结、拉拔结构强度技术要求；憎水性、吸湿率两项性能不足，做建筑外墙保温经过长期的自然气候的浸蚀及雨雪影响，吸水率高而导致达不到抗冻融技术标准，使保温建筑结构耐候性达不到与建筑同寿命的严重技术问题，为此岩棉板在现有性能特点的基础上，需要创新研发，以新的技术改性解决自身存在问题，使其发挥固有的性能指标，以便全面达到做外墙保温外模板的新一代绿色新型建材。
三、岩棉板的改性制造技术
岩棉板是以优质的天然玄武岩为主要原材料，经熔炉大于1450℃的高温融化后，以摆锤法均匀铺棉。经固化炉固化而制成岩棉板。但是该工艺制成的岩棉板用作建筑外墙做保温板的性能指标远远达不到建筑外墙保温和建筑结构技术要求，满足不了建筑耐候性能指标的标准。为此经过从原材料性能的物理检测分析，生产工艺的调整，经过多次研制，测试该产品材料在融化的岩浆中喷入专用适量的固化剂和特效专用增水剂，热固性粘合剂和专用添加剂等，经固化后使该产品纤维细长，渣球含量低，保温绝热性能优异，解决了做建筑外墙保温材料不足的性能指标。其改性技术指标特点如下：1、保温隔热性能优异岩棉纤维细长，平均直径、渣球含量等指标均能达到国家标准，经实测导热系数为0.040w/m•k。2、防火岩棉板以天然玄武岩为主要原材料，是不燃A级防火保温材料，耐高温性能优越，高温下导热系数低，能有效延缓火势蔓延；在火灾中不产生有毒气体或熔融滴落物。3、防水岩棉板憎水率、短期吸水量、长期吸水量均达到标准要求，如产品被高压水浸湿，干燥后不影响其性能，不会膨胀。4、防潮岩棉板制品在温度50℃时，按照国标GB/T25975—2010测试，质量吸湿率小于1%。5、透气性好岩棉板的纤维结构，具有良好的透气性，水蒸汽可以自由透过，能很好的配合砖混墙体或砼墙体的呼吸作用，使室内保持舒适的干湿度环境。6、化学和物理性能稳定岩棉制品的酸度系数——衡量岩棉板化学稳定性耐久性的重要指标，改性后的岩棉板具有良好的高湿热稳定性、耐久性及抵抗高温收缩的能力。
四、岩棉板压缩强度的改性
由于岩棉板材质性能和生产工艺所致，体积松散、压缩强度，吸水率满足不了做建筑外墙模板的技术要求，为此对岩棉板经过专用自动化机械将松散的材质按技术要求压实，使松散的岩棉板增强了密实度，有效提高了自身压缩强度，降低了吸水率，并满足了做建筑外墙模板的自身支撑力，抗弯、抗折、抗拉强度的技术标准要求，吸水率的降低增强了抗冻融的功能，对于模板的耐候性能起到重要作用。只有进行技术创新改性才能使岩棉板达到做保温外模板的技术要求。
五、岩棉板的结构改性框架网
按照现浇混凝土复合岩棉板保温外模板的结构技术标准，在岩棉板上下两面铺设加强玻纤网；按结构布局进行铺设多根受力拉接线，经过横向按一定间距上下拉接，使其连接成为整体分格框架网状，将岩棉板永久牢固的固定于框架网之中，形成外模板夹心网架状的整体。
六、现行复合保温外模板施工安装技术
现行结构一体化保温外模板施工安装技术，保模板运至施工工地后，按照设计施工图纸和施工技术交低，先将保模板进行弹线切割配料达到图纸设计结构需要的模块标准，之后再在保模板上按照结构布局弹线，用专用手电钻打固定连接件孔，孔打好后模板到位，支撑校正，再有模板外侧一人向内穿连接件，模板内侧一人在连接杆上拧紧固定卡，以保证连接件不位移、不歪斜。随之支内侧模板，，支撑牢固校正不歪斜即可浇筑混凝土。总之，以上施工技术需要弹线钻孔、立板安装、穿件拧卡的工艺。上述工艺存在的问题是：在外模板上打孔设置连接件，施工中很难监控连接件孔布局是否合理、足量达标的问题；连接件对保模板之起着建筑结构的重要技术作用，如固定件连接出现问题，就等于建筑工程主体结构出现问题；同时施工安装锚固件连接，按现行施工工艺要多花费大量工时；耗用大量锚固件（6万件/1万平方米）、再加上人工工资，大大提高了工程造价。总之上述工艺存在“工程造价高、施工量大、工期长、施工质量隐患”等问题。为解决这一问题，经过反复技术创新研制成功了改性复合瓦楞槽形自固定现浇混凝土岩棉保温外模板。该技术即在经过各项性能指标满足建筑外墙技术要求的岩棉板上设置玻纤网为整体加强层，按设计要求铺设高强聚合物砂浆，通过专用自动化制造机械制造而成瓦楞槽形，即形成保模板与建筑现浇混凝土的结构结合层，该瓦楞槽使用高强聚合物砂浆物理性能与混凝土的物理性能相容，强度标号一致，通过施工浇注工艺，浇注混凝土与保温外模板融为一体，浇注混凝土自身经过水化凝固增强，而形成外模板整体面积与混凝土科学的牢固的固化结合为一体，不用采取任何技术措施便形成永久性、自固定，节能保模板与建筑结构一体化的创新专利技术。
七、自固定岩棉复合保温外模板的科学性
岩棉板经生产制造工艺、材料配方的创新改进，使普通岩棉板改性达到建筑外墙保温的技术性能标准；经过专用技术进行岩棉板体积压实增强密实度提高压缩强度，降低吸水、吸湿率，提高加强了整体耐候性能；岩棉板进入高效玻璃纤维丝经专利技术组成的玻纤框架网，使其克服了自身的抗拉、抗弯、抗折、抗撞击的技术性能指标不足的差距，达到了现浇混凝土支撑模板的技术标准；岩棉板经过系统改性后，板两面铺设高强玻纤网，增强整体结构的刚度、强度，玻纤网与高强聚合物砂浆牢固的粘结握裹为一体，保模板内侧由专利技术制作成瓦楞槽形，成为与现浇混凝土永久性自固定的结合层，经过浇注混凝土施工工艺浇注，混凝土经过水化增强凝固，科学的将保模板与建筑结构永久的固定为一体。综上所述，自固定改性岩棉板经过一系列技术改性，即能保证良好的保温效果，又能达到A级防火标准，使建筑节能、安全、防火、双达标；创新研制的瓦楞槽形保温模板永久性自固定专利技术，自动结合免用现行的锚固链接件，即节约了大量支撑模板固定链接件，又节约了施工安装固定件大量用工，提高施工效率，加快了施工进度，有效降低了工程造价，缩短了工期，使建筑节能保温与结构永久一体，真正实现了建筑节能保温，安全防火，安全防震，与建筑结构同寿命的一体化技术。
八、自固定现混凝土岩棉保温外模板的环保性
CX现浇混凝性复合岩棉保温外模板是由防火专用岩棉板(A)，标准抗裂砂浆，标准玻纤网格布，经过工厂化生产，由专用自动化机械一次上线成型；原材料，生产制造过程无污水、废气、废渣、不扬尘、无噪音，该产品无毒、无放射性公害的绿色低碳新型建材；应用于建筑工程与建筑物同寿命，不做任何维护、维修或更换，避免了给城市造成多次投资或再次污染城市环境。总之该产品实现了保温防火、模板双功能，节约耗能，节约资源，抗自然气候侵蚀、施工工艺简便、缩短工期，不采取任何技术措施便能达到建筑节能75%的各项技术指标要求，防火燃烧性能达到A级，是一种安全、节能、环保的新型绿色建材，是一种良好的绿色低碳环保建材，具有较好的广泛的应用前景。
九、自固定改性岩棉保温外模板板的发展前景
[关键词]建筑工程 机电一体化 技术 应用 发展前景
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0048-01
一、机电一体化和建筑的关系概述
为了在建筑工程中更好地发挥机电一体化的作用，我们要明确工程的性质，对其进行全面的分析。随着人力施工渐渐退出施工的舞台，机械化作为一种主导力量广泛地运用于建筑当中，这样既可以减少人力成本，同时也可以有效地提升施工的效率，对电子管理系统方面的探索及应用更进一步地推进了机电一体化的发展进程，使得机械工程方面的信息化、现代化和智能化的实现成为可能。
在工程机械不断发展的当下，机电一体化应用为了更好地适应建筑行业的发展，要逐渐向走合技术方向靠拢，先进的技术应用在建筑施工当中，可以更大程度地满足人们对居住的需求。
在具体的施工建筑当中，尤其是小高层的建筑，机电一体化的施工技术可以对建筑进行实时监测和故障检测，在一定程度上为施工人员提供了加强的便利。而电子控制设备体现其高效、经济和安全的特点，广泛地应用于建筑工程当中。建筑施工给机电一体化的使用也提供了广阔的空间市场。根据调查结果显示，近些年来我国的工程机械的销售以及其质量都在明显成上升的趋势，而在这种情况下，建筑工程的发展势头也十分迅猛，可以说二者是相互推进，相辅相成的。在今后的发展道路上，二者更需要紧密联系，共谋发展。
二、建筑施工中常使用到的机电一体化技术
1.半自动化技术
半自动化技术作为机械工程施工中的重要技术组成部分，它的使用范围、划分标准是不同的。通常情况下，施工的机械可以分为作业装置、行走机构以及设备运行速度这几个方面的自动化，为了更好地掌握机械自动化的操作要领，通常都是以最高标准来要求实现自动化的。
2.监控技术
建筑施工现场的环境比较复杂，不可预知的突况比较多，施工人员人身安全得到不保证。为此，建筑领域引入监控技术来完成某种高危险的施工。监控技术作为一种利用微电子技术而实现得对机械本身展开的外部控制。在机械运行的过程中，其液晶屏幕上会现实施工状态，根据施工的具体需求发出声音或者遇到一些问题紧急停止。这种监控装置一般会安放在推土机、挖掘机以及装载机械上面。例如起重机上面所安装的限制监测器就是为了对起重机的状态进行实时监控。随着现代科学技术水平的不断提高
，推动了起重机械的操作系统向智能化方向转变。当前，智能起重机配备有红外线、微电脑及超声波传感器。可快速地探测到施工现场是否存在有影响施工的障碍物。更先进的监控技术，例如安装在盾构掘进机上面的检测工具可以测量机械的作业对象，在确定好具体的目标后，将有关的图像传送到机械控制的系统当中，利用控制操作来完成相应的施工任务。
3.全自动技术
在施工的过程中，机电一体化实现全自动会涉及到部件化的技术领域的相关操作。针对建筑施工的全自动化，并不是指对整个施工工程进行全盘的施工操作自动化，而是要依靠一些技术人员通过相关的自动化编程最终完成自动化操作，让机械人按照相关的编程去完成相应的施工任务，这就是在建筑施工中的自动化体现。
三、机电一体化技术在建筑施工中应用的发展前景
1.实现与网络技术的融合
机电一体化的相关产品与技术，需要有可靠的质量与完善的功能来进行保证，这样才能够在市场竞争中屹立不倒并且得到迅速的普及。随着网络信息技术在我们生活中的作用越来越明显，我们处于网络环境下，就需要与这个领域相融合。网络技术被广泛地运用在各个领域当中，而机电一体化在未来的发展趋势，必然也是与之相关。利用网络技术，实现机电一体化技术的“互联网+”融合，实现远程监控技术的进一步发展。
2.实现与微电子融合
机电一体化在未来要与微电子融合，这一趋势是结合当下的“微时代”特点，走向这一领域会大大减小产品的尺寸，让产品向更优化、更精简甚至到纳米级的方向去发展。这种产品有着高质量、轻重量，它可以被运用到诸多领域当中，并且有着不容忽视的优点。微机机械技术就是实现这一工程的基础，只有通过不断完善微机技术，以此作为机电一体化走向纳米级的前提，才有可能真正地实现机电一体化技术的高质量、轻重量的发展。到目前为止，可以被运用的只有光刻、蚀刻这两种技术，在未来的发展中，还会有更多新型技术出现。
3.实现与传感器融合
当下，传感器被广泛地应用于机械工程当中，例如发电机中装置的机油压力传感装置，这项装置可以调节其工作状态，并对其工作状态进行实时监控。在沥青摊铺机中装置传感器，不仅可以让其自动找平，还可以让其达到自动前进，从而进一步调整平度标准。当下的传感器技术得到飞速的发展，有着多元化和集约化的特点，由此我们可以想象，在未来，传感器会被更加广泛地应用于建筑施工当中。传感器将走向高品质、多元化和复合型、综合性、微小型的方向，研究新型的材料，探索新颖的方法，将传感器逐步发展到智能感知的领域当中，这是未来我们需要发展研究的方向。寻找新的敏感材料，研究新的感知方法，这将意味着我们的感知范围在不断扩大，可选择性也在不断增强。
结语：
随着经济的不断发展，建筑行业对技术领域的需求越来越迫切。机电一体化对建筑工程的发展有着重要意义，它不仅改善了当下机械发展的面貌，同时也优化了机械的进程，能适当调节施工功率，具有节能作用，节省了较多的资源，显著提升了机械的运转效率。它和建筑工程的融合也是为来发展不容忽略的趋势。所以，为了更进一步迎合建筑工程施工不断更新的技术需求，机电一体化技术需要大胆创新和尝试，将机电一体化技术推向更高、更好的层面。
参考文献
[1] 李正吾.关于机电一体化微电子技术在电机、电器产品中的应用发展问题[J].电工技术杂志，1986，02：5-11.
关键字：光伏发电；光伏建筑一体化(BIPV)；光伏组件；智能电网
中图分类号：U665文献标识码： A
1.引言
光伏建筑一体化（BIPV，Building Integrated Photovoltaic），即将太阳能光伏电池板铺设在建筑物的外表面，使辐射的太阳能通过变换装置转换为电能，为建筑物及近端负荷提供电能，它是开发应用太阳能发电的一种重要形式。1954年，世界上第一块实用的光伏电池问世，人类展开了应用太阳能的新纪元。1978年，波斯顿一栋高层建筑上建成了美国历史上第一个光伏并网系统。随着国家对发展分布式发电、智能电网和新能源的逐步重视，近年来光伏建筑一体化在我国得到了一定的应用并处于推广阶段。
2.BIPV的基本原理与特点
典型的一个光伏建筑一体化系统如图1所示，该系统为一户用屋顶光伏系统，太阳能光伏阵列铺设在屋顶，其发出的直流电通过初级DC-DC变换器升压并进行最大动率点跟踪，然后经过逆变装置转化为与电网同频同相的交流电并网。其发出的电能大多被建筑内负荷的用电设备消耗，多余的电能注入电网，而在光伏发电出力较小情况下，建筑内负荷可从电网取电。据《上网电价法》，一般对光伏发电的上网收购价和民用电进行单独定价，因此安装了两套电能计量装置，一套用于计量光伏发电总量，另一套计量建筑内负荷的用电量。从优化电源结构配置、提高供电可靠性、提倡节能环保、增加建筑美观程度等方面，光伏建筑一体化（BIPV）都具有优点，具体而言：
（1）利用光伏发电可以减少二氧化碳和二氧化硫的排放，有助于构建低碳、节能、环保的供用电系统；
（2）光伏组件在建筑物表面，不占用地面空间，这对于人口密集、土地资源昂贵的城市建筑尤为重要；
（3）由于光针电池与建筑材料高度集成，减少了建设和安装成本，不仅降低了建筑物整体造价，而且增加了建筑的艺术魅力；
（4）光伏建筑一体化（BIPV）主要为近端负荷(多数情况下为建筑内部的用电设备)供电，减轻了负荷对电网的依赖，可以降低供电线路上的输电损耗，增加供电可靠性；
（5）光伏发电在夏季和白天出力较多，对于工厂、办公建筑光伏系统，可以利用这一特性起到削峰的作用，缓解高峰用电需求；
（6）建筑表面的光伏电池吸收太阳能并转换为电能，减少了墙体或屋面得热，有助于降低建筑室内空调装置的热负荷，起到隔热作用；
（7）光伏发电系统既有直流部分，又有交流部分，有利于结合直流变换技术直接接入目前正在兴起的直流微网，为直流负荷直接供电，从而减少变换环节，提高效率。
3.BIPV的技术发展
早期的建筑光伏系统中，光伏阵列通常是通过固定的支架安装在建筑物的顶部或墙面，仅仅起发电的作用。后来光伏电池与建筑的集成概念越来越深，太阳能电池除了发电以外，还能起到建筑构材和建筑美观的作用。1991年，德国慕尼黑的一次建筑业界的展会上，旭格公司推出了“光电幕墙”，此后，将太阳能光伏阵列作为建筑构体与建筑艺术的空间构体相结合，德国、日本、美国、西班牙等国家已经建成了大量的光伏建筑一体化系统工程。我国开展建筑光伏一体化于本世纪初期，2004年建设的深圳园博园和北京天普工业园是我国光伏建筑一体化的开篇之作，此后若干BIPV项目开工建设并投入使用，目前我国已经是光伏组件第一生产大国。
经过三十年左右的发展，BIPV技术不断深化和进步，与建筑集成化的程度越来越高，光伏电池也由早期的单晶硅、多晶硅，发展到现代的薄膜电池、以及与钢化玻璃集成的光伏阵列。总的来说，光伏建筑一体化（BIPV）技术的发展经历了三个阶段：
（1）第一代BIPV技术。光伏阵列依靠额外的支撑和固定装置安装在建筑物表面，不需要占用额外的土地，但是与建筑本体的集成度低。
（2）第二代BIPV技术。光伏组件与墙、瓦等建筑表面材料合为一体，既作为光电转换单元发电，又起着建筑表面构成材料的作用。这一集成技术一方面降低了建筑和电站成本，另一方面还能美化建筑外观。但是由于建筑表面复杂，各个阵列输出电能互不相同，需要大量的电力电子变换装置和串并联连线来满足供电要求，电气接线复杂，可靠性不够高，维护成本大。
（3）第三代BIPV技术。第三代BIPV技术是智能电网技术的主要组成部分，它通过将光伏电池、建筑材料和电能变换装置等配套系统的有机结合，首先构建高度集成的新型光伏建筑材料，再以此为基本发电单元，辅以先进的数据管理和通信技术，构建建筑集成的光伏发电系统。电能变换装置被集成到光伏阵列与建筑表面材料中，使其具备抗阴影能力和较强的参数匹配能力，系统电气连接简单，具备智能电网要求的即插即用特性。
从光伏建筑一体化（BIPV）的发展历史来看，BIPV技术涉及材料学、建筑学和电力电子学三个领域的内容。在材料学领域，BIPV技术研究的主要问题为高性能、低成本的适合建筑集成的光伏电池材料及其生产工艺；在建筑学领域，BIPV技术的研究内容包括集成了光伏组件和部分配套系统的新型光伏建筑材料以及集成了光伏发电系统的新型建筑的美学及工程设计问题等；在电力电子学领域，BIPV技术研究的核心问题为系统的能量变换和控制技术。而逆变器作为BIPV发电系统中能量变换的核心设备，对系统的转换效率和可靠性具有举足轻重的地位。因此，需要给光伏组件配置相应的电力控制设备(如最大功率追踪器)，根据光伏组件的运行状况输出最大的能量和高品质的电能。
4.BIPV的主要形式
目前光伏建筑一体化应用比较多的是拥有大面积屋顶的建筑，例如会展中心、交通枢纽、大型的商业中心等。事实上，随着太阳能电池的成本降低，技术的进步和幕墙的结合，光伏建筑一体化还可以应用在公寓、办公、酒店、道路广场等方面。BIPV的应用已经从早期的屋顶扩展到墙面、并且产生了光伏遮阳板、采光板、电子树等多种形式：
4.1.1光伏屋顶或墙体(Photovoltaic proof or façade)。
这是一种最常见的光伏建筑一体化形式，一般是在建筑物建造完成后在其表面加装光伏发电系统。光伏电池的安装主要考虑承受的风向应力，并结合当地的地理位置信息确定安装朝向。常见的光伏屋顶电站就属于这种形式，它对于光伏电池没有特殊的要求，使用普通光伏电池即可。
由中国华电新能源投建的上海华电都市型工业园光伏项目1.2MW光伏电站是这种形式的典型应用。整套工程将太阳能面板铺设在工业园区内邻近的30个建筑屋顶。电站采用集中并网的模式，建有专门的逆变机房，由6台55kW的逆变器并联组成一台330kW的逆变器，4台这样的330kW逆变器组成1.2MW变换装置，一共并联了24台逆变器，再共用一台变压器并入10kV工业配电网。
4.1.2光伏采光屋顶(Roof-integrated photovoltaic)。
这是一种光伏电池与建筑材料高度集成的应用形式，光伏电池安装在建筑物的顶部，不仅需要起到光电转换的作用，还要兼顾建筑物的采光性能，同时作为建筑材料承受应力。因此对于光伏材料的要求较高，应用最广泛的是钢化玻璃夹层结构和中空结构，他们都是将光电转换单元夹在玻璃种，后者在玻璃之间留有一定的间隙，起到一定的隔声和绝热的作用。
由铁道第三勘察设计院设计的北京南站采光顶光伏建筑一体化发电项目，主体建筑及站台采光顶采用带光伏发电的透光材料，在半数的采光带内集成了装机容量为350kW的光伏电池，总面积约6700平方米。该建筑还同时实现了候车厅及站台的自然采光，吸收光能发电的同时营造出了舒适和谐的室内光环境。此外，德国的柏林火车站、我国的青岛火车站等交通枢纽也采用了这种建筑光伏一体化的方式。
4.1.3光伏幂墙系统(Façade-integrated photovoltaic)。
它可以应用在朝向较好、且有大面积幕墙的公寓、办公、酒店等建筑上。随着薄膜太阳能电池的应用，太阳能电池与玻璃幕墙结合得越来越完美。传统幕墙的很多表现形式可以用光伏幕墙来代替。光伏幂墙可分为不透明幂墙和半透明幂墙。前者多采用单晶硅或多晶硅光伏电池，发电效率较高；后者可采用非晶硅薄膜电池或调整光伏电池单体的间隙来调节透光度，价格较低。
2007年，我国在上海崇明前卫村建成了兆瓦级10kV集中并网型太阳能光伏电站示范工程。建设总容量为1051kW，总共敷设了普通单晶硅电池组件、普通多晶硅电池组件、HIT(非晶硅错混合型异质结) 复合单晶硅电池组件、建筑一体化瓦片型、幕墙型等多种类型的光伏组件共7786m²左右。系统由33个相对独立的子系统组成，每个子系统分别由光伏组件、逆变控制器等组成。每个逆变器带3-24组不等的光伏组件，容量由4-42kW不等。逆变器400V输出，用变压器升压至10kV并网。
4.1.4光伏遮阳板(Shadow photovoltaic system)。
这是光伏组件与建筑物的遮阳结构进行集成的一种形式，它具有吸收光照充分、有效降低建筑内部受热、节省建筑材料成本的作用。在许多地区，因为气候和节能的因素，遮阳被广泛应用在建筑元素上。如果这些遮阳板上安装太阳能电池，则是新能源、功能和艺术的合，可以应用在任何需要遮阳板的建筑上。
台北淡水公交枢纽中心的站台遮阳顶采用了光伏遮阳板，总共在公交枢纽站台顶部遮阳板中集成安装了10kW的光伏电池，并使用墙挂式逆变器并网，主要为公交枢纽的广告牌、信号指示装置供电。遮阳板不仅起到了减少公交枢纽站台日光直射的作用，而且还将其转化成了电能，同时其透明的外观设计还增加了建筑美感。
4.1.5电子树(Photovoltaic tree)
它以钢结构模仿树枝的形态，支撑顶棚，而顶棚部分采用太阳能电池板，可以模拟树叶在阳光下斑驳的阴影效果，适用于广场、园林、人行道等地区，实现这样发电两不误的效果。
5.BIPV的一些问题
经过几十年的发展，太阳能光伏组件生产企业通过减少耗材、提高光伏电池的光电转换效率，大大缩短了光伏系统的投资回收期；另外，光伏电池的成本也持续下降并保持了继续下降的趋势，光伏电池的形式也从传统的单晶硅、多晶硅发展到薄膜电池、与建筑材料一体化的光伏建筑一体化瓦片型、幕墙型光伏组件；同时，国家实施了《可再生能源法》，“太阳能屋顶计划”，“金太阳工程”，财政部和住房建设部联合对BIPV项目进行补贴，促使近年来BIPV在我国开始蓬勃发展。
但是，由于技术和政策方面的原因，仍然有一些不利因素阻碍着BIPV的推广，同时BIPV项目推广中也出来了一些新的问题需要解决，主要体现在：
5.1.1光照不均引起的多峰值问题
对于建筑的表面，为了最大程度的接受光照，不同部位的光伏电池最佳倾角不尽相同，同时由于阴影遮挡等因素，各处的光伏阵列外特性不尽一致，其组合产生的功率输出曲线是一条多峰值曲线，而变换器采用常规的最大功率点跟踪方法无法寻找到全局最大功率点。
5.1.2热斑效应威胁
同样是受光不均或部分遮挡情形下，此时受光较低的部分相当于负载，随着热耗的增加将产生大量的热量，形成局部热点，即热斑效应。某些光伏电池受到高温、高反压和高功耗综合作用可能会发生永久性短路甚至烧毁。据国际电工技术委员会（IEC）统计，2009年上半年，欧洲已发生10余起光伏电站起火事故。右图为2009年7月德国Buerstadt屋顶光伏电站阵列起火现场，造成事故的主要原因就是热斑效应积累、电弧、以及开关频繁启动等。严重的是，由于光伏阵列高压带电，灭火困难。
5.1.3发电量受众多因素影响小于预期
光伏阵列的输出特性与运行温度密切相关，随着温度升高，短路电流略为增加，开路电压大幅度降低，最大功率点的电压降低，最大输出功率也降低。需要指出的是，BIPV光伏阵列表面温度远高于气温，且难以测量，在此条件下其发电能力大大降低。右图为BIPV光伏电站在高温的夏季某天的输出功率随时间变化的情况，光伏阵列温升过高导致其出力大幅降低，在太阳辐射最强的时间段内，系统却不能有效发电。此外，逆变器与阵列的匹配，阵列的污垢也将导致出力降低。
5.1.4电能质量与电网接纳
光伏发电并网逆变器容易产生谐波和三相电流不平衡等问题，同时输出功率不确定性易造成电网电压波动和闪变。目前谐波问题是制约光伏并网的最主要问题之一，并且在光照较弱的条件下更为严重。浙江某一250kW屋顶示范工程在10kV接入、400V接入、220V接入系统中，都检测到谐波电流总畸变率偏高的问题，且实测最大功率变化率为每分钟达20％。
5.1.5建筑美观性与光伏发电协调问题
由于BIPV光伏组件的安装受建筑屋面朝向影响，BIPV施工中要防止相同功率不同朝向、不同形状、不同规格的太阳能电池组件串联在一个回路中，造成功率不匹配，导致发电效率降低。同时由于建筑外观的多样性，为了获得较高的太阳能转换效率同时又兼顾建筑的外形美观，所以太阳能电池板安装也具有多样性，但是建筑物的外表面有可能是由一些大小、形状不一的几何图形组成，这就会与建筑美观存在一定的矛盾，需要设计师将其巧妙地融入一体化设计中，达到与建筑物的完美结合。同时，光伏组件的颜色 形状 布局等也要与建筑物相协调。
6.前景与展望
随着能源问题的日益严峻，人类对利用可再生能源的探索已经开始并取得了重大成效，太阳能是一种丰富、清洁的能源，BIPV以其特有的优势已经成为就近分布式发电的重要形式。虽然目前由于价格、法规、政策和技术方面的一些制约，BIPV在短期内还难以大规模商业化普及，但是随着光伏组件成本的持续降低、光伏发电技术的不断革新，以及智能电网和微电网的阶段性建设，在节能和环保的双重压力下，BIPV在未来几十年内得到广泛推广是大势所趋，光伏发电技术也是人类走可持续发展道路的必然选择。
参考文献：
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[3] 蒋阿华. BIPV光伏玻璃组件介绍. 第十届中国太阳能光伏会议论文集. 2008.
[4] 张鸣; 蔡亮; 虞维平. BIPV系统经济性分析. 应用能源技术. 2007(11).
[5] 赵争鸣, 雷一, 贺凡波 等. 大容量并网光伏电站技术综述. 电力系统自动化, 2011(12).
[6] 候国青，吴转琴，刘景亮 等. BIPV与绿色建筑. 阳光能源, 2010(12).
【关键词】光伏发电 清洁能源 太阳能
0、引语
近些年来，大屋面建筑如雨后春笋般大范围出现，特别是公共建筑，比如大型剧院、大型体育场馆，大型交通枢纽集散中心、大型卫生机构、大型商业综合体等等。它们有一个共同点――大屋面。从本世纪初开始，随着经济全球化，中国的光伏产业逐渐成为崛起的新秀，但光伏发电技术，虽然具有众多优势，但在民用方面，才刚刚兴起。如果能将光电建筑一体化（BIPV）技术广泛应用，则不仅能产生经济效益，还能社会效益。可以进一步指明清洁能源才是未来能源技术的趋势。
1、光电建筑一体化技术的原理
1.1 概论
光伏发电就是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。具有较少受地域控制、安全可靠、无噪音、低污染、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等优点。
光电建筑一体化（BIPV）技术即将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术。BIPV即Building Integrated PV，PV即Photovolta-ic。光伏建筑―体化（BIPV）不同于光伏系统附着在建筑上（BAPV：Building Attached PV）的形式。
1.2 光电与建筑一体化技术的特点
光电与建筑一体化系统由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池（组）、组件支架、汇流箱、配电柜、逆变器、变压器、环境监测仪、工控机组成。太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能控制器在温差较大的地方，具备温度补偿的功能。
2、 实际应用
2.1 项目情况
该项目建设地点位于浙江省南部某地级市，为浙江省属三级甲等综合医院，占地500余亩、建筑面积约35万平方米，医院为框架结构组成，属于新建、公建建筑。
2.2 光伏建筑一体化技术应用情况
该项目可安装光伏组件的面积为21950.6平米米，4幢楼顶共计安装光伏组件11592块，峰值功率2.03MWp。工程总造价约8000万。
2.3 目标及主要内容
本项目的主要特点：1.光电材料与医院建筑结构相结合，开辟了一条在公共建筑大规模利用可再生能源的新途径；2.建设光电项目，应尽最大可能提高系统发电量，用可再生能源取代常规电力，节省开支和保护生态环境。本项目的技术要点和示范目标主要有：
1、光伏电站生产的电力直接为医院消耗，达到“自产自用”就近消费，避免远距离送电的损耗和对电网的干扰。
2、采用WINFAST技术，系统的监控设备将监控到每一块电池组件的运行状况。这比国内现有太阳能发电系统仅监控到每一串（18块组件串联）的监控方式更为先进，也更有效。WINFAST技术是国际上光伏领域中最新技术之一，本项目的应用将提升我国光电建筑的技术水平。
3、 技术方案
3.1 设计原则
①光伏与建筑的完美结合
在光伏并网电站的建设中运用了光电建筑组件作为医院屋顶的一部分，充分体现了材料的无重复利用，即节约了常规的屋顶建设材料又节约了光伏建筑用地。该光电建筑组件在符合光电转换效率的同时又完全符合建筑结构的强度。
②美观性
太阳能与建筑一体化是建设在市区，故有一定的公众影响力，美观与否非常重要；光伏组件的安装均与医院屋顶结构密切配合，保持整个光伏系统的风格和美观，保持建筑的整体性与统一性，将光伏组件与屋顶结构相结合，形成统一的整体，在视觉美观性上达到和谐统一。
③光电建筑的牢固性
该光伏系统建筑应充分考虑光电建筑组件自身负荷和抗风、抗冰雹冲击能力等应用问题；还要考虑其发电功能以及其建筑结构功能，如防水，遮阳，承重等，保证光伏系统与建筑的安全可靠。
3.2 光伏阵列设计和配置方案
3.3 太阳能电池方阵的主要特点：
（1）采用高效率晶体硅太阳电池片，转换效率高：≥16.5%；
（2）使用寿命长：≥25年，衰减小；
（3）采用角键紧固铝合金边框，便于安装，抗机械强度高（符合风/雪压要求）；
（4）采用高透光率钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；
4、系统能效分析
4.1 太阳能电池方阵的效能衰减：
由于晶体硅太阳能电池组件安装运行以后，会持续的出现效率衰减情况，预计太阳能光电系统效率约为80%。年发电量估算约2140305（KWh）
4.2 技术经济分析
火电煤耗按2007年全国平均值334g/kWh计算，本项目装机容量为2.0286MWp，年平均上网电量为2140305kWh；若采用本太阳能发电系统25年可节约标煤：714.9吨×25= 17872.5吨。
5、结束语
太阳能光伏发电在城市推广利用的最佳形式就是与公共电网并网并且与建筑结合：即光伏建筑一体化。并网光伏发电系统比离网的独立光伏系统更科学和环境友好；从屋顶系统到与建筑结合或光伏建筑一体化：从单纯的将光伏组件安装在屋顶上发展成为太阳电池组件作为建筑材料的一部分。
光电建筑并网发电系统是城市太阳能发电的发展方向之一，代表了二十一世纪最具吸引力的能源利用技术。目前国家财政部和建设部推出的光伏系统补贴政策，将会极大的促进太阳能与建筑一体化的发电项目的推广。
参考文献：
[ 1] 王文静主编.中国光伏产业发展研究报告[ R] .北京：中国可再生能源发展项目办公室， 2004 .
