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太陽能熱利用技術(shù)在建筑中應(yīng)用是降低建筑能耗的重要措施，本文在分析太陽能熱利用技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對建筑中應(yīng)用較多的太陽能集熱技術(shù)、太陽能供熱采暖技術(shù)、太陽能空調(diào)技術(shù)、太陽能光伏光熱綜合利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，總結(jié)了近幾年建筑太陽能熱利用技術(shù)的重要突破，*后提出了太陽能熱利用技術(shù)在建筑中應(yīng)用的發(fā)展方向及應(yīng)用前景。

作　者

張昕宇，邊萌萌，李博佳，何　濤，王　敏，黃祝連，張　磊

建筑安全與環(huán)境國家重點實驗室，北京 100013

中國建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑環(huán)境與能源研究院，北京 100013

中國建筑科學(xué)研究院有限公司 國家建筑工程技術(shù)研究中心，北京 100013

建科環(huán)能科技有限公司，北京 100013

０引言

2021年，“碳達峰碳中和”工作首次被寫進政府工作報告，我國已制定2030年前碳排放達峰行動方案。大力發(fā)展太陽能等可再生能源成為降低碳排放，促進能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要途徑。

截至2021年，我國建筑總量約660億m2，每年新建建筑約為20億m2，建筑全過程碳排放總量約為50億tCO2，占全國碳排放的比重為50.6%。

從用戶端降低建筑用能需求、發(fā)展可再生能源建筑應(yīng)用是促進建筑領(lǐng)域綠色低碳發(fā)展的重要組成部分。太陽能具有綠色、低碳、取之不盡用之不竭的特點，在全世界得到了廣泛應(yīng)用。

在世界范圍內(nèi)，太陽能熱利用技術(shù)因其形式多樣、易與建筑結(jié)合等優(yōu)點成為應(yīng)用量前三的可再生能源技術(shù)之一。我國對太陽能熱利用技術(shù)的研究始于1958年，從上世紀90年代開始進入快速發(fā)展階段。目前，我國已經(jīng)是世界上*大的太陽能熱利用產(chǎn)品生產(chǎn)國和*大市場。近幾年，隨著“雙碳”工作及清潔取暖的進一步推動，建筑太陽能熱利用的技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展迅速，在技術(shù)方面，*集熱技術(shù)、蓄熱技術(shù)及供熱采暖技術(shù)均產(chǎn)生了多項突破；在應(yīng)用方面，應(yīng)用形式逐步從分散的太陽能熱水發(fā)展到大型太陽能供熱、太陽能供暖空調(diào)，應(yīng)用規(guī)模不斷增大。

本文根據(jù)近年來國內(nèi)外建筑太陽能熱利用技術(shù)*新發(fā)展情況，從應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)創(chuàng)新和工程實例等幾方面總結(jié)了*新研究成果，并對建筑太陽能熱利用技術(shù)的未來發(fā)展趨勢和推廣應(yīng)用前景進行了展望。

1 應(yīng)用情況

1.1 國際情況

根據(jù)國際能源署太陽能供熱制冷委員會（IEA SHC）的*新統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2021年底，全球范圍內(nèi)太陽能熱利用系統(tǒng)的累計保有量為522 GW（約合集熱器面積7.46億m2），2021年當年的供能量為425 TWh，可減少二氧化碳排放1.48億t，為降低溫室氣體排放做出重要貢獻。

從應(yīng)用形式來看，建筑中太陽能熱利用方式主要有太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能供熱采暖系統(tǒng)及太陽能空調(diào)系統(tǒng)。此外，光伏光熱綜合利用技術(shù)在近幾年得到迅速發(fā)展。目前，太陽能熱水系統(tǒng)仍為太陽能熱利用技術(shù)的主要應(yīng)用形式，占新增裝機量的比例為86%，太陽能供熱采暖及空調(diào)系統(tǒng)占新增裝機量的比例約為8%，與上一年的5%相比，增長顯著。由此可見，太陽能熱水應(yīng)用已趨向飽和，為滿足進一步節(jié)能降碳需求，技術(shù)研發(fā)與推廣應(yīng)用的重點已逐步從太陽能熱水轉(zhuǎn)向太陽能供熱采暖及空調(diào)。

從系統(tǒng)規(guī)模來看，小型太陽能熱利用系統(tǒng)仍是全球范圍內(nèi)裝機容量*大的熱利用系統(tǒng)形式，戶用及分布式太陽能熱水及供熱系統(tǒng)年新增裝機容量約占總裝機容量的60%。但近幾年受國家支持政策的影響及光伏和熱泵行業(yè)的沖擊，戶用及分布式太陽能熱利用系統(tǒng)的增長速度放緩。隨著大型集熱技術(shù)、規(guī)模化蓄熱技術(shù)成熟和區(qū)域多能互補供熱場景不斷增加，大型太陽能供熱技術(shù)將快速發(fā)展，截至2021年底，全世界范圍內(nèi)約299個大型太陽能區(qū)域供熱系統(tǒng)已投入運行，總裝機量1.6 GW。

除太陽能光熱利用外，目前國際上應(yīng)用較多的還有光伏熱水器、太陽能光伏光熱系統(tǒng)等。光伏熱水器利用光伏直流電加熱熱水，在非洲等發(fā)展中國家應(yīng)用較多，隨著光伏技術(shù)的進一步發(fā)展，發(fā)展?jié)摿薮螅?021年中國和澳大利亞聯(lián)合發(fā)起了“面向2030的太陽能熱水系統(tǒng)”研究項目，光伏熱水器亦是研究的重點之一。太陽能光伏光熱系統(tǒng)可以同時輸出熱能和電能，裝機量總體呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢。截至2021年底，太陽能光伏光熱組件總安裝面積約144萬m2（熱功率和峰值電功率分別為751 MW和254 MW），其中占全球市場份額*大的是歐洲、亞洲（除中國外）和中國。目前，太陽能光伏光熱技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點，但現(xiàn)有的應(yīng)用多為試點示范，僅相當于光熱應(yīng)用的0.2%，距規(guī)?；瘧?yīng)用還有一定的距離。

1.2 國內(nèi)情況

隨著太陽能熱利用產(chǎn)品生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，我國已經(jīng)連續(xù)16年成為世界*大的太陽熱利用產(chǎn)品生產(chǎn)國和安裝國。截至2021年底，我國太陽能熱利用系統(tǒng)累計運行量為337.4 GW，約占全球市場份額的64.6%。廣泛安裝使用的太陽能熱利用系統(tǒng)為建筑節(jié)能減排已經(jīng)且正在做出巨大貢獻，但缺少相關(guān)評價標準作為依據(jù)。我國已立項開始編制太陽能熱利用系統(tǒng)溫室氣體減排量評估標準，可以為太陽能熱利用系統(tǒng)碳減排*評價提供有效、可靠、可量化的手段和工具，準確衡量太陽能熱利用系統(tǒng)的溫室氣體減排量，促進太陽能熱利用行業(yè)發(fā)展從“量”到“質(zhì)”轉(zhuǎn)變，進而為建筑領(lǐng)域碳達峰、碳中和目標實現(xiàn)提供科學(xué)合理的標準依據(jù)。

從產(chǎn)品形式來看，真空管型太陽能集熱器仍是我國熱利用市場的主流產(chǎn)品。近年來，平板型太陽能集熱器因其安全性更好，更易于建筑結(jié)合等優(yōu)勢，在集熱器市場中所占比例逐年加大，2021年我國平板型太陽能集熱系統(tǒng)新增集熱面積710.7萬m2，占集熱器市場的26.3%，與2020年同比增長2.2%，而2021年真空管型集熱器銷量同比下降0.68%。

從應(yīng)用規(guī)模來看，我國太陽能熱利用市場已經(jīng)基本實現(xiàn)從零售市場到工程市場的轉(zhuǎn)型。根據(jù)圖3可知，我國太陽能熱利用工程市場占比從2006年的25%增加到2021年的71.9%，工程市場占據(jù)主要地位。太陽能熱水工程作為我國建筑中應(yīng)用*普遍的太陽能熱利用系統(tǒng)形式得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，2021年新增酒店等公共建筑用太陽能熱水工程占工程總項目的88.5%左右。此外，太陽能區(qū)域供熱系統(tǒng)的新增裝機量集中在中國西藏地區(qū)，隨著西藏浪卡子縣及仲巴縣等地相繼建成大型太陽能區(qū)域供熱系統(tǒng)，太陽能保證率達到100%，極大地推動了太陽能熱利用逐步從生活熱水向供暖采暖等形式多元發(fā)展。

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2 太陽能熱利用技術(shù)*新研究進展

2.1 太陽能集熱技術(shù)

太陽能集熱器是影響太陽能熱利用系統(tǒng)*的*關(guān)鍵部件。我國是世界上太陽能集熱器生產(chǎn)企業(yè)*多，集熱器產(chǎn)量和應(yīng)用安裝量*多的國家，然而生產(chǎn)的太陽能集熱器產(chǎn)品長期以滿足生活熱水需求的低溫型集熱器為主。目前，為了滿足供暖空調(diào)、區(qū)域供熱等多種太陽能熱利用形式需要，太陽能集熱技術(shù)向中高溫方向發(fā)展，當前研究主要以提高集熱溫度、降低成本為目標，優(yōu)化中高溫真空管型太陽能集熱器性能以及研發(fā)高性能平板集熱器。

對于真空管太陽能集熱器的研究主要集中在通過結(jié)構(gòu)和換熱材料優(yōu)化實現(xiàn)高溫工況下集熱效率的提升，以滿足中高溫用熱需求。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，張昕宇等人通過在吸熱板背部添加鋁制內(nèi)遮光板降低熱管式真空管集熱器熱損失，與不帶遮光板的集熱器相比，凈輻射傳熱熱損降低22.7%，背部輻射熱損可降低57%；王祥瑞等人提出在熱管式真空管集熱器內(nèi)翅片和熱管之間填充導(dǎo)熱膠，降低熱阻，在600 W/m2的輻照條件下，實現(xiàn)集熱效率提高12.7%，集熱溫度提高37℃；相關(guān)產(chǎn)業(yè)化進程也不斷加快，近年來許多企業(yè)與科研院所合作，優(yōu)化真空管集熱器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)集熱溫度的逐步提升，但尚不能完全滿足我國日益增長的中溫熱利用市場需求。此外，相變材料與集熱器結(jié)合也成為目前研究的熱點，毛凌波等人對集熱器的相變傳熱工質(zhì)進行了實驗研究，制備了石蠟質(zhì)量分數(shù)為30%、并摻入0.1%Cu納米粉末的復(fù)合相變石蠟乳狀液體，與普通納米流體相比，其導(dǎo)熱系數(shù)高、粘度低，適合用作太陽能集熱器的傳熱工質(zhì)，其日平均集熱效率可達60%以上，同時由于其相變特性，可作為儲熱工質(zhì)減緩在無輻照條件下的溫降；劉艷峰等人通過模擬與實驗驗證相結(jié)合的方式研究了工質(zhì)流動時相變材料對U型真空管集熱器熱性能的影響，結(jié)果表明，與無相變材料的集熱器相比，相變材料對集熱器的總有效集熱量影響不大，但可使集熱器的有效運行時間延長1.0~3.7 h。相變材料在真空管型集熱器中的創(chuàng)新應(yīng)用，可以有效延長集熱器的工作時間，同時降低過熱風險，是目前研究的熱點之一，但實驗室研究較多，大規(guī)模工程應(yīng)用的實測*研究較少，未來還需進一步完善。

平板型太陽能集熱器受到越來越多的關(guān)注，市場占比逐年提高，在技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化方面均取得了重要突破。李博佳等人研究了平板型太陽能集熱器的三維動態(tài)傳熱模型，可用于瞬時傳熱過程分析和全年運行性能預(yù)測，為集熱器性能優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。王登甲等人在“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題中，對大尺寸平板集熱器的集熱性能進行了理論和實驗研究，發(fā)現(xiàn)與并聯(lián)常規(guī)平板集熱器相比，單一大尺寸平板集熱器集熱效率約增大4%。在產(chǎn)業(yè)化方面，中國建筑科學(xué)研究院有限公司和日出東方控股股份有限公司聯(lián)合研發(fā)了耐高溫、耐凍并易于安裝的大尺寸平板型太陽能集熱器，大幅減少集熱器過熱、凍裂等故障及現(xiàn)場安裝工作量，保證太陽能集熱系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行，根據(jù)國家太陽能熱水器質(zhì)量檢驗檢測中心（北京）的測試結(jié)果，基于采光面積的瞬時效率曲線截距為0.81，熱損系數(shù)為3.8 W/(m2·K)，遠高于國家標準的要求（不大于6.0 W/(m2·K)），并已在示范項目中應(yīng)用。由于此種平板型太陽能集熱器集熱效率高、面積大，實現(xiàn)同樣的總安裝面積，較普通的平板型集熱器接口數(shù)量少，提升了集熱系統(tǒng)的可靠性，目前國內(nèi)一些大型太陽能集熱器產(chǎn)品制造商已有類似的產(chǎn)品，但成本較高。結(jié)合太陽能中高溫應(yīng)用需求，進一步提高集熱溫度、降低集熱成本是當前集熱器技術(shù)的發(fā)展方向。

2.2 太陽能供熱采暖技術(shù)

我國“六五”~“八五”期間在太陽能供暖領(lǐng)域的研究集中在被動式太陽能采暖、太陽能集熱器等關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)方面；進入21世紀后，我國的主動式太陽能供熱采暖技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用開始逐漸加速，太陽能供熱采暖綜合應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)和工程示范成為重點研究方向，應(yīng)用*較好的太陽能供暖工程項目大多集中在太陽能資源豐富的西部地區(qū)。

當前，太陽能供熱采暖系統(tǒng)的精細化設(shè)計方法和*運行策略成為研究熱點。太陽能供熱采暖系統(tǒng)集熱場設(shè)計、蓄熱系統(tǒng)容量匹配及系統(tǒng)設(shè)計方法對太陽能供熱采暖系統(tǒng)的運行*具有重要影響。針對集熱場設(shè)計方法，杜曉羽針對集熱場流動阻力不均引起的局部過熱問題，建立了集熱場熱性能數(shù)學(xué)模型，研究了集熱器布局、流量、入口溫度對集熱場阻力及集熱效率的影響，揭示了不同串并聯(lián)排布下集熱場熱力水力平衡特性，并提出了一種集熱器布局和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法。針對蓄熱水箱容積設(shè)計，袁俊等人提出了一種短期蓄熱太陽能供熱采暖系統(tǒng)中太陽能貯熱水箱的半經(jīng)驗設(shè)計計算方法，可有效預(yù)測非采暖期太陽能集熱器陣列可能出現(xiàn)的過熱現(xiàn)象并采取相應(yīng)的措施。在太陽能供熱采暖系統(tǒng)設(shè)計方法方面，中國建筑科學(xué)研究院有限公司建立了太陽能供熱系統(tǒng)“集-蓄-供”多環(huán)節(jié)的綜合設(shè)計方法，研發(fā)了太陽能供熱采暖空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計軟件，編制了國家標準《太陽能供熱采暖工程技術(shù)標準》GB 50495-2019，提高了太陽能供熱系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性與準確性。通過“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目“藏區(qū)、西北及高原地區(qū)利用可再生能源采暖空調(diào)新技術(shù)”研究，針對西北及高原地區(qū)供熱采暖需求，提出了圍護結(jié)構(gòu)*保溫、被動節(jié)能技術(shù)、主動采暖空調(diào)系統(tǒng)、供暖空調(diào)末端等多環(huán)節(jié)的全鏈條設(shè)計方法，有效提升西北及高原地區(qū)太陽能供熱采暖系統(tǒng)科學(xué)性與經(jīng)濟性。綜上所述，我國當前太陽能供熱采暖設(shè)計方法正在由經(jīng)驗/半經(jīng)驗設(shè)計計算方法向基于逐時模擬的設(shè)計方法轉(zhuǎn)變，推動了太陽能供熱采暖工程的大規(guī)模推廣應(yīng)用，未來還需在精細化設(shè)計工具開發(fā)方面進一步發(fā)展。

在工程應(yīng)用方面，我國相繼建成了西藏浪卡子縣、仲巴縣太陽能集中供熱采暖工程，根據(jù)國家建筑節(jié)能質(zhì)量檢驗檢測中心的測試結(jié)果，集熱系統(tǒng)日平均集熱效率大于50%，供暖期內(nèi)平均太陽能保證率可達100%。大型太陽能供熱采暖技術(shù)主要分布在我國太陽能資源較好的西藏地區(qū)，以政府投資的民生工程為主。在清潔取暖背景下，我國太陽能熱供暖技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，未來應(yīng)進一步提高太陽能供熱采暖技術(shù)的經(jīng)濟性，以市場為主導(dǎo)推動太陽能供熱采暖技術(shù)的大規(guī)模推廣。

2.3 太陽能空調(diào)技術(shù)

我國在上世紀70年代開始進行太陽能制冷空調(diào)的研究，1979年中國建筑科學(xué)研究院在原北京市第三棉紡織廠設(shè)計了我國第一套實用性太陽能空調(diào)系統(tǒng)，采用氨-水吸收式制冷，此后太陽能空調(diào)技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，效率不斷提升?！笆濉逼陂g，太陽能空調(diào)技術(shù)的發(fā)展重點為進一步提升太陽能空調(diào)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和效率。

太陽能空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢在于季節(jié)匹配性較好，與太陽能供暖、熱水結(jié)合，可以較好的實現(xiàn)太陽能的全年綜合應(yīng)用，但成本較高是制約發(fā)展的重要因素，也是導(dǎo)致太陽能空調(diào)技術(shù)應(yīng)用規(guī)模較小的主要原因。目前太陽能空調(diào)技術(shù)的研究重點是結(jié)合相關(guān)技術(shù)研究的進展，提升太陽能集熱/制冷效率、優(yōu)化系統(tǒng)控制策略及高性能蓄能材料和裝置開發(fā)，核心是降低太陽能空調(diào)系統(tǒng)成本，提升系統(tǒng)運行效率。

太陽能光伏空調(diào)技術(shù)的研究主要圍繞外部氣象因素影響機理、內(nèi)部能流互補特性及系統(tǒng)集成設(shè)計等方面，為了保證穩(wěn)定供冷并提高運行經(jīng)濟性，太陽能空調(diào)技術(shù)通常與蓄冰或蓄電裝置結(jié)合。如上海交通大學(xué)研究了光伏空調(diào)系統(tǒng)的外部源荷耦合機理和內(nèi)部能流耦合機理，在基于室溫調(diào)節(jié)的空調(diào)運行控制策略中引入光伏發(fā)電與空調(diào)能耗的功率差信號，提出了一種太陽能光伏空調(diào)的自適應(yīng)PID控制方法，提高空調(diào)制冷量與建筑冷負荷的匹配性，此外，建立了光伏蓄冰空調(diào)系統(tǒng)日前調(diào)度的非線性優(yōu)化模型，對提升光伏發(fā)電、蓄冰儲能與建筑用能之間的協(xié)調(diào)性具有重要作用。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)構(gòu)建了一種采用冰蓄冷的離網(wǎng)光伏直驅(qū)制冷系統(tǒng)，并探究了壓縮機轉(zhuǎn)速控制模型參數(shù)、光伏電池參數(shù)、太陽輻照強度等因素對于光伏系統(tǒng)性能的影響，提出了壓縮機轉(zhuǎn)速隨太陽輻照強度線性變化的壓縮機轉(zhuǎn)速控制模型，相比于定轉(zhuǎn)速運行模式，可將系統(tǒng)的全天總制冷量提升32.76%；同時，進一步搭建了PV/T直驅(qū)冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，實現(xiàn)了光電光熱的綜合利用，在合肥地區(qū)典型夏季氣候條件下全天太陽能綜合利用率可達到45.5%。目前針對光伏直驅(qū)空調(diào)系統(tǒng)的研究，主要以建筑用能需求為基礎(chǔ)，通過負荷預(yù)測、冰蓄冷等技術(shù)實現(xiàn)供冷量與冷負荷的一致性。負荷預(yù)測與控制模型的研究多為模擬或?qū)嶒炑芯?，系統(tǒng)的長期運行穩(wěn)定性需進一步研究，同時建筑用能需求不僅僅是冷負荷，還應(yīng)考慮熱電需求，進一步開展儲熱/冷/電耦合應(yīng)用方面的研究，以更好的匹配建筑用能需求。

在產(chǎn)業(yè)化方面，光伏直驅(qū)變頻離心機、光伏直驅(qū)變頻空調(diào)等產(chǎn)品已經(jīng)面世，相比于常規(guī)光伏驅(qū)動交流空調(diào)系統(tǒng)，由于節(jié)省兩次電能的轉(zhuǎn)換過程，能源轉(zhuǎn)換效率提升6%~8%，目前相關(guān)標準規(guī)范編制工作也正在進行中。

太陽能熱驅(qū)動制冷技術(shù)近幾年發(fā)展較為緩慢，由于太陽熱能品質(zhì)較低、太陽能熱驅(qū)動制冷系統(tǒng)效率通常較低，當前研究較多的是通過多級壓縮等方式實現(xiàn)熱能的梯級利用，從而提高制冷效率。如上海交通大學(xué)針對太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的不匹配性和不穩(wěn)定性，構(gòu)建了一種變效吸收式制冷循環(huán)，實驗結(jié)果表明，該循環(huán)可以在95℃到120℃的發(fā)生溫度工況下得到0.69到1.08的實驗COP；宋夢宇等人提出了一種冷量梯級利用的太陽能吸收/壓縮復(fù)疊雙溫制冷系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的太陽能溴化鋰單效吸收制冷系統(tǒng)和太陽能吸收/壓縮復(fù)疊制冷系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)可減少集熱面積，且運行能耗較低。但總的來說，受限于熱能品質(zhì)太陽能熱驅(qū)動的制冷系統(tǒng)能效不高，采用多級壓縮等方式會增加系統(tǒng)復(fù)雜度，難以大規(guī)模推廣。

太陽能光伏光熱組件可以同時提供電能與熱能，將光伏光熱組件與熱泵結(jié)合時，利用光伏工作過程中的伴生熱量可以提高熱泵機組冷凝溫度，提高熱泵運行能效。北京工業(yè)大學(xué)將微熱管陣列與通有制冷劑的多孔微通道扁管貼合，組成新型光伏直膨式太陽能/空氣能多能互補熱泵系統(tǒng)，典型工況下太陽能熱源、耦合運行以及空氣能熱源這三種運行模式下，系統(tǒng)COP分別為4.8、4.2和3.8之間，驗證了光伏光熱組件與熱泵結(jié)合的節(jié)能性。當前，太陽能光伏光熱熱泵尚處于實驗室階段，尚未大規(guī)模量產(chǎn)，此外由于太陽能資源的不穩(wěn)定性，通常需要在多種模式下運行，太陽能熱源、空氣能熱源以及多能互補耦合運行模式的切換條件或調(diào)控方法相關(guān)研究較少。

總的來說，降本增效仍是當前太陽能空調(diào)技術(shù)的發(fā)展方向。太陽能熱驅(qū)動空調(diào)技術(shù)發(fā)展較為緩慢，難以克服熱驅(qū)動制冷技術(shù)能效較低的障礙；光伏直驅(qū)空調(diào)及太陽能光伏光熱熱泵技術(shù)可以同時滿足建筑冷熱電需求，是太陽能空調(diào)技術(shù)重要的發(fā)展方向，應(yīng)進行深入研究，進一步提高該項技術(shù)的經(jīng)濟性。

2.4 太陽能光伏光熱綜合利用技術(shù)

太陽能光伏光熱綜合利用技術(shù)可以在光伏發(fā)電的同時回收熱能并加以多元利用，是提高太陽能利用率的重要途徑。我國太陽能光伏光熱綜合利用技術(shù)的研究始于20世紀末，“十一五”期間，結(jié)合我國供暖和多功能應(yīng)用的需要開展了太陽能光伏光熱組件的研究，與常規(guī)光伏組件相比在組件結(jié)構(gòu)上有所創(chuàng)新；“十二五”期間，相關(guān)研究主要集中在太陽能光伏光熱技術(shù)工作機理及光伏光熱建筑一體化應(yīng)用等方面，取得了一系列理論、概念、設(shè)計突破；“十三五”期間，我國光伏光熱綜合利用技術(shù)進入到應(yīng)用研發(fā)階段，主要以降低成本，保證性能，提高可靠性和穩(wěn)定性為目標。當前，我國已完成了從理論研究到應(yīng)用示范的過程，但產(chǎn)業(yè)化方面仍處于起步階段。

近年來，太陽能光伏光熱綜合利用技術(shù)的研究主要集中在組件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、產(chǎn)品研發(fā)和評價方法等方面。如上海交通大學(xué)代彥軍教授團隊提出了六邊形與棋盤型流道耦合的流道結(jié)構(gòu)及單向進出的流動方法，并通過實驗研究發(fā)現(xiàn)與常規(guī)直線型流道相比，組件工作溫度降低36℃，發(fā)電效率提升19.9%，為光伏光熱組件的設(shè)計提供新思路。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)季杰教授團隊也是較早開始太陽能光伏光熱綜合利用技術(shù)研究的團隊之一，研發(fā)了不同種類光伏電池以空氣/水/制冷劑為冷卻介質(zhì)在聚光/非聚光條件下的多種PV/T模塊，提出全光譜梯級利用理論體系，研發(fā)了光伏通風窗技術(shù)和太陽能光伏光熱/除醛殺毒技術(shù)等太陽能光伏光熱建筑一體化技術(shù)，并在某徽派民居建筑中應(yīng)用，模擬結(jié)果表明，太陽能光伏光熱綜合利用技術(shù)可實現(xiàn)夏季降溫、冬季采暖的作用，夏季冷負荷可降低20.4%，冬季熱負荷降低18.3%，具有顯著的節(jié)能*。太陽能光伏光熱建筑一體化系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用也需要因地制宜，不同氣候區(qū)定量化的設(shè)計方法尚還需進一步研究。目前，太陽能光伏光熱產(chǎn)品的性能測試與評價方法尚未出臺，中國建筑科學(xué)研究院有限公司張昕宇等人基于太陽能系統(tǒng)監(jiān)測經(jīng)驗及太陽能光伏光熱組件的性能測試結(jié)果，提出基于歸一化溫差的發(fā)電效率、集熱效率，以及系統(tǒng)?效率作為評價指標，為太陽能光伏光熱產(chǎn)品的測試與評價提供基礎(chǔ)。

在工程應(yīng)用方面，上海交通大學(xué)與中國建筑科學(xué)研究院有限公司共同承擔“低碳社區(qū)、建筑清潔能源冷熱電聯(lián)供關(guān)鍵技術(shù)及示范”，針對應(yīng)用太陽能光伏光熱熱泵系統(tǒng)為社區(qū)供熱供冷供電實現(xiàn)低碳排放的關(guān)鍵技術(shù)開展系列研究。截止目前，項目已完成新型光伏光熱組件、高溫空氣源熱泵的開發(fā)并編制了團體標準《太陽能光伏光熱熱泵系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》T/CECS 830-2021，從設(shè)計、施工、檢驗調(diào)試及驗收等各個環(huán)節(jié)對太陽能光伏光熱與熱泵結(jié)合的系統(tǒng)進行規(guī)定。太陽能光伏光熱綜合利用技術(shù)可以有效提高太陽能利用率、與建筑的冷熱電需求相協(xié)調(diào)，對太陽能光伏光熱的高質(zhì)量應(yīng)用具有推動作用，是未來太陽能熱利用行業(yè)重要的發(fā)展方向之一。

3  太陽能熱利用技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 以太陽能為主的多能互補系統(tǒng)

太陽能熱利用的涵蓋范圍不僅僅是太陽能熱水器、太陽能集熱器等產(chǎn)品，更多的廣泛應(yīng)用于全世界各地的單體建筑或區(qū)域供熱水、供熱采暖和空調(diào)工程中，是風能、光伏之后的第三大可再生能源應(yīng)用形式，節(jié)能減碳*非常明顯。在歐洲、加拿大等地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，受到高度重視。而我國相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)標準較少，往往認為太陽能熱利用僅僅是太陽能熱水器，對于相關(guān)技術(shù)應(yīng)用支持不夠。

由于太陽能資源的不穩(wěn)定性，太陽能熱利用系統(tǒng)通常與其他可再生能源或化石能源結(jié)合應(yīng)用，通過多能互補保障供能穩(wěn)定性，如太陽能光伏直驅(qū)空調(diào)、太陽能光伏光熱組件與熱泵耦合等應(yīng)用形式可以有效解決太陽能因不穩(wěn)定性和季節(jié)性特點而造成的能量損失，充分發(fā)揮太陽能的節(jié)能潛力。

3.2 太陽能熱利用逐步從太陽能熱水向供暖空調(diào)、綜合利用等多元化利用方式拓展

當前我國太陽能熱利用系統(tǒng)以太陽能熱水系統(tǒng)為主，隨著建筑綜合用能需求的提升，以及雙碳目標的進一步推進，太陽能成為降低碳排放、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途經(jīng)，太陽能供暖空調(diào)、太陽能綜合利用等方式相繼成為重要發(fā)展趨勢，并列為國家發(fā)改委針對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的鼓勵類別。當前已建成一批示范工程，運行*較好，未來應(yīng)以技術(shù)為依托，以示范為引領(lǐng)，加快我國太陽能熱利用市場的轉(zhuǎn)型。

我國自2017年開始實施清潔取暖示范，在清潔取暖過程中煤改氣、煤改電和熱電聯(lián)產(chǎn)等是應(yīng)用較多的清潔取暖方式，太陽能供熱采暖等可再生能源供暖技術(shù)僅開展小規(guī)模示范應(yīng)用，未來隨著太陽能供熱采暖技術(shù)的進一步完善及經(jīng)濟性的提升，太陽能供熱采暖技術(shù)將成為重要的清潔取暖措施之一。

4 總結(jié)與建議

本文對建筑太陽能熱利用技術(shù)研究進展及工程應(yīng)用情況進行了深入的分析和總結(jié)，得到以下結(jié)論：

1) 我國是世界上*大的太陽能熱利用系統(tǒng)安裝和生產(chǎn)國，太陽能熱利用系統(tǒng)的溫室氣體減排量評估方法得到重視，并已開始編制相應(yīng)標準，將為太陽能熱利用的節(jié)能減排量統(tǒng)計建立依據(jù)。

2) 在清潔取暖與雙碳目標背景下，太陽能熱利用系統(tǒng)正逐步從太陽能熱水向太陽能供暖空調(diào)、綜合利用等方向發(fā)展；隨著大型集熱場設(shè)計建設(shè)技術(shù)的完善和區(qū)域多能互補供熱場景不斷增加，大型太陽能供熱技術(shù)將快速發(fā)展。

3）太陽能光伏直驅(qū)空調(diào)技術(shù)及太陽能光伏光熱熱泵技術(shù)可以滿足同時建筑的冷/熱/電需求，是太陽能空調(diào)技術(shù)的重要發(fā)展方向，應(yīng)進行深入研究，進一步提高該項技術(shù)的經(jīng)濟性。

引用本文

本篇文章發(fā)表于《建筑科學(xué)》2022年第10期

引用需標注：張昕宇,邊萌萌,李博佳,何濤,王敏,黃祝連,張磊.建筑太陽能熱利用技術(shù)研究進展與展望[J].建筑科學(xué),2022,38(10):268-274

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