前 言
随着经济建设和人民生活水平的提高，城市花园住宅已经成为潮流，同时能源危机和环境的恶化也在不断加剧，为此，既清洁又取之不尽的太阳能产品的开发和利用亟需普及，让太阳能产品助推城市花园化住宅实现既环保又节能，让未来住宅都太阳能化。随着国内太阳热水器行业的发展，消费者对生活热水的要求，越来越高，而且对建筑的美观越来越重视，原有的闷晒式、紧凑式已不能满足人们的需求。太阳能作为一种无处不在、取之不尽、用之不竭的，洁净无污染的能源正日益受到重视，它的广泛应用对于节约不可再生的矿物能源，保护环境，改善人类生存空间，实现经济社会的可持续性发展具有重要的意义。
目前，我们可以看到屋顶各种形式的太阳热水器，它就象冰箱、彩电一样已逐渐成为人们生活的基本消费品，然而，目前的太阳能热水器只考虑自身的结构和功能，没有考虑到建太阳能热水器几乎无一例外的破坏了建筑的整体形象。事实上，太阳能集热器本身具有防水隔热的作用，这与建筑物屋顶的作用具有相似之处，即可以利用太阳能集热设施部分或全部代替屋顶覆盖层的作用，从而可节约投资。因此，若能把建筑物与太阳能设施放到一起考虑，实现相互间的有机结合，便可节约投资，保持建筑物的整体美观性不受破坏，又可最大限度的利用设施与建筑的一体化问题，一般简称作“太阳能与建筑一体化”。
一、太阳能与建筑一体化技术现状
一直以来，太阳能等可再生能源在建筑技术上的完美应用都是企业梦寐以来的追求，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得更自然更环保，而且能节能能减污，对实现社会可持续发展具有重大意义。在人类面临生存环境破坏日益严重和能源危机的今天，如何开发利用环保节能的住宅配套部品就成了一个焦点话题。太阳能——作为一种免费、清洁的能源，在住宅建筑中的利用，将关系到可持续发展的战略，可谓意义深远。经过数年的研究和开发，太阳能的利用已取得显著成果并转化为生产力。在我国，太阳能热水器在全行业中现已拥有企业超过千家，推广应用范围也在不断扩大。而太阳能与建筑的结合，也在住宅建设中越发呈现出其不可替代的地位，并成为住宅建设中的一个最新亮点。
早在1999年召开的世界太阳能大会上就有专家认为，当代世界太阳能科技发展有两大基本趋势，一是光电与光热结合；二是太阳能与建筑的结合。太阳能源建筑系统是绿色能源和新建筑理念的两大革命的交汇点，专家们公认，太阳能是未来人类最适合，最安全，最理想的替代能源。目前太阳能利用转化率约为10%—12%，太阳能的开发利用潜力十分巨大，据报载，目前，世界各国都在设施自己的“阳光计划”，如去年德国政府就宣布推行“十万屋顶”计划，即在建筑顶部大规模地铺设太阳能发电装置，既节省电力又利于环保。在欧洲的能源消费中，约有1/2用于建筑的建设和运行，而交通运输耗能只占能源消费的1/4，因此建筑物利用太阳能成为各发达国家政府极力倡导的事业，太阳能利用设施与建筑的结合自然是人们所关注的问题，主要是太阳能的光伏利用与建筑的结合上。
太阳能与建筑一体化有他独特的特点：一是把太阳能的利用纳入环境的总体设计，把建筑、技术和美学融为一体，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影响；二是利用太阳能设施完全取代或部分取代屋顶覆盖层，可减少成本，提高效益，三是可用于平屋顶和斜屋顶，一般对平屋顶而言用覆盖式，对斜屋顶用镶嵌式，四是该技术属于一项综合性技术，涉及太阳能利用，建筑，流体分布等多种技术领域。另外，在云南昆明还建成了一个平屋顶结构的太阳能与建筑一体化温水游泳馆，该游泳馆屋顶面积约700平方米，屋顶结构为轻钢网架结构，屋顶覆盖层完全由特别的太阳能平板集热器代替。这是我国第一个在平屋顶上实现太阳能与建筑一体化的实验性工程。联合国能源机构最近的调查报告显示，太阳能与建筑一体化将成为21世纪的市场热点，成为21世纪建筑节能市场的亮点。
二、太阳能与建筑一体化的发展方向
目前，建筑物空气温度调节消耗着大量的能量。在我国，它要占到建筑物总能耗的约70%。用空调机和燃煤来控制室温不仅消耗能量，带来的外界的环境污染，而且并不能给室内人员带来健康的环境。在太阳能用于采暖方面，除造价较高的被动式太阳房有一些示范建筑外，还没有大规模的采用。主动式太阳能供能由于成本更高，与我国的经济发展也是远不相适应。因此，建筑供能的主动与被动相结合的思想及太阳能与常规能源相结合单位思想，按照房间的功能，采用不同方案的配合及交叉，这样可以大大降低太阳能用于建筑功能的一次投资和运行成本，使得整个方案在商业化的意义下具有可操作性。
太阳能供能设备的非定常性，对气象条件和辐照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做出设备投资和节能效益最佳的选择。建筑室内温度及气流的预测方法和预测软件CFD/NHT是太阳能与建筑的结合的理论和应用基础，也是世界目前建筑空气调节的又一大方面，但是我国目前在该方面的水平和从事人数还远落后于世界先进国家。在当代，太阳能与建筑的发展必须有一定的策略与之相适应，一是成熟的被动太阳能技术与现代的太阳能光伏光热技术的综合利用；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和理念的融合；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的渗透；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相关因素。
综合考虑社会进步，技术发展和经济能力等因素，在建筑物的策划、建筑设计、使用、维护以及改造等活动中，主动与被动的利用太阳能的建筑统称为太阳能建筑。我国太阳能建筑领域中技术最成熟，应用范围最广，产业化发展最快的是家用太阳能热水器。在云南昆明，陆良等地，在一些别墅式建筑的屋面，尝试把平板太阳能集热器镶嵌在具有瓦屋面的斜屋顶上，热水箱则隐蔽在斜屋顶的阁楼中，使太阳能热水器与建筑有机结合，外观形象是比较漂亮的，只是适合此类结构的建筑较少，推广应用受到局限。多功能休闲亭集太阳能热水器，光电板和纳凉休闲功能于一体，流线型设计既美观又减少亭子结构的风力和承重荷载，优美的造型为屋顶，建筑物和周围环境增添了一道亮丽的风景，打造出一座别致美丽的楼顶花园，成为融合建筑美学，园林设计和人本文化内涵的典范之作，而且结构简单灵活，安装方便的特点，使之能够自然地与庭院，泳池，花园等场所融为一体。
三、太阳能与建筑一体化存在的问题和解决问题的思路
太阳能与建筑一体化问题是多科学，多层面参与和合作的综合性事业，需要国家政策法规部门、建筑主管部门、太阳能厂商、房地产开发商、建筑设计单位的共同努力，太阳能热水器的推广应用离不开建筑师的参与，建筑师作为建筑的设计者，应根据不同的热水器类型，技术要求，使用目的以及不同地理纬度和气候特点，建筑类型等，对建筑的造型，平面布局和功能等进行综合考虑，另一方面太阳能热利用设备的设计和生产厂家反过来也应从建筑师那里获得建筑对其设备要求的反馈信息，只有这样才能使设备的设计和生产与建筑的使用达到完美的统一，推动太阳能在建筑上的运用，太阳能厂商一定要在技术上解决与建筑一体化的难题，要使太阳能系统成为建筑的一个构件，同时产品要标准化、系列化、配套化，这是推行太阳能与建筑一体化的根本问题。
对于安置在屋顶的建筑一体化太阳能热水器，其基本特征是集热器沿屋面布置，集热器作为屋顶覆盖层的一部分或全部。如此结构与传统技术比较，存在的主要问题是“系统的循环问题”、“集热器的形成和结构问题”等。一是对于斜屋顶而言，集热器可以沿屋面倾斜布置，循环问题与传统技术上没有差别；二是对于平屋顶，集热器几乎呈水平布置，基本循环方式虽然仍为自然循环和强制循环两种，但对技术要求有很大的差别。
目前，国内外太阳能与建筑完美结合的形势并不乐观，太阳能的普及率仅为7.6%，尽管国家经贸委已规划未来15年内我国太阳能热水器普及率达到25%，但是面临的困难很多，需要国家的大力支持和社会各界的努力。太阳能热水器虽有诸多优点，但是与建筑完美结合进程缓慢，太阳能热水器还没有有机地大规模溶入建筑设计与施工中，市场刺激和国家立法都有待加强，太阳能热水器整体水平有待提高，以便适应与建筑结合的要求，如果太阳能热水器产品标准不统一，给建筑应用带来困难。
现代城市的核心是能源系统、营养系统、文化系统组成的，绿色生态人居——太阳能与建筑结合设计要求将这三者和谐统一。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，而不是孤立的设置构筑物；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。
另外，太阳能热水器与建筑的完美结合需解决的问题值得注意的是太阳能热水器要与建筑完美结合，必须做到：根据建筑特点形式，生产与之配套的太阳能热水器；规范太阳能热水器在建筑物上放置和安装；与建筑商协调搞好管路的预留；结合建筑与地区特点，搞好太阳能防风、防雪、防雷等安全防护等。
太阳能与建筑结合目前仍有许多问题需要解决：应以法律法规的形式将太阳能热水器纳入建筑设计规划，加大太阳能热水器结构形式与建筑物适应性的研究力度；制定完善规范的太阳能热水器产品统一标准，提高产品技术水平；国家制定在建筑物上安装太阳能热水器的优惠政策，鼓励安装太阳能；要求太阳能热水器与建筑结合的相关技术标准规范。
绿色生态住宅寻求自然、建筑与人三者之间的和谐统一。在“以人为本”的基础上，利用自然条件和人工手段创造一个有利于人们舒适、健康的生活环境。在住宅健康化发展态势下，太阳能与建筑一体化也日益成为房地产业关注的焦点。中国建筑科学研究院的郑瑞澄教授指出，目前太阳能热水器系统的建筑一体化在各地的发展还不平衡，存在着一些认识上的误区，有相当多的技术问题亟待解决。
四、 太阳能热水器与建筑一体化的前景
太阳能热水器属于一次性投资，虽然购买时比电、燃气热水器等贵，但在使用过程中不再投资，且安全可靠，操作简单方便，综合计算，太阳能热水器投资最少。而众多小区物管公司认为：屋顶安装太阳能热水器既不安全又影响了整个小区统一的建筑风格。大好形势下隐藏着诸多不利因素，是应该引起业内外人士注意的，对隐藏的问题尽早采取措施，才能保证大好形势健康发展，使太阳能事业在发展过程中少走弯路 。
随着行业的发展，技术的进步和人民生活水平的提高，建筑能耗也随之的提高，日益成为能源供给的沉重负担，因此建筑物对太阳能的充分利用具有重要的经济、社会意义和能源安全的战略意义，太阳能热水器的性能已经可以满足用户全天候24小时随心所欲的使用要求。太阳能热水器与建筑结合的方式也是多种多样，可分为屋面隐藏型、墙体型两大类；用途上也很广泛，既可以产生热能或电能，又可以当作防水和绝热材料，还可以作表面装饰材料使用。如果房产开发商从设计、建设开始就像对火、电那样，把太阳能（光热、光电）与房屋融为一体，这样既可以增添商房的功能，也可以满足住户的实际需求，自然会提高商房的销售量。房产开发是一行巨大的产业，同其它行业一样，谁拥有了新技术和新产品，谁就拥有了用户和市场。所以，我们希望广大的房产开发商精心设计商房，优化资源配置，把太阳能与商房巧妙地结合起来，既起到装点效果，又节能环保，一劳永逸，利国利己，造福子孙。
太阳能与建筑一体化，它属于太阳能利用技术的重大革新，已经引起政府部门和科技、产业部门的高度重视，让21世纪的太阳能技术上一个新的台阶，让21世纪的建筑成为绿色生态的太阳能建筑！
