主动太阳能在旧工业建筑改造中的利用

目前广泛使用的主动太阳能技术包括太阳能热水技术和太阳能光伏发电技术［5］。太阳能热水技术是我国发展较为成熟、应用较为广泛的太阳能技术，目前主要用于住宅建筑。随着产品研发的日益成熟，太阳能热水技术已经从住宅建筑扩展到其他建筑类型，并在旧工业建筑改造中得到了推广和应用。在改造沈阳电表厂时，王兰芳将太阳能集热器放置在工业建筑屋顶上，为工厂提供热水，充分利用太阳能资源［6］。在苏州工业园区星海街9号改造中［7］，由于苏州是太阳能资源的一般区域，选择高效的太阳能集热板产品，利用太阳能热水系统提供建筑健身淋浴和餐饮厨房热水。然而，由于太阳能热水系统的负荷和体积较大，当需要布置集热器时，应充分考虑现有建筑本身的结构、负荷、方向等一系列问题，合理安装，同时满足技术要求，确保其美观。太阳能光伏技术的发展可以追溯到19世纪，但直到20世纪50年代，恰宾和皮尔松在贝尔实验室成功制造出光电转换效率为6%的实用单晶硅太阳能电池，太阳能光伏技术才开始走向实用阶段［8］。随着光伏技术的不断进步，光伏发电在21世纪被列为重要的能源替代品［9］。由于旧工业建筑在建筑和结构上的特殊性，太阳能光伏技术的应用主要是将光伏材料与建筑的屋顶和立面相结合。例如，在上海当代艺术博物馆的改造中，保留了原南电厂主要工业建筑屋面斜面的形式，并将光伏板与屋面板结合起来［10］（见图1）使建筑外围结构与太阳能光伏系统形成复合整体，不仅提高了光电转化率，而且提高了建筑改造的完整性。早期，太阳能光伏组件是不透明材料。随着光伏技术的逐步发展，可透明光伏板开始出现，半透明光伏集成天窗开始出现并流行起来［11］。柳州工业博物馆改造中柳州工业博物馆［10］，光伏板与原工业建筑锯齿形天窗相结合，在保持原工业建筑立面形状的同时，实现了形式与功能的良好结合（如图2所示）。既能保证视觉美观，又能为建筑运行提供能源支撑。虽然光伏天窗也有很多问题，如眩光、夏季过热和维护，但光伏天窗可以解决大跨度工厂的自然照明问题，也可以利用太阳能发电，降低建筑能耗，特别是安装光伏天窗对旧工业建筑的原始风格影响较小，不会影响建筑本身的结构，更适合具有历史保护价值的旧工业建筑，可见光伏天窗将是未来旧工业建筑的转型趋势之一。

从以上案例可以看出，各种形式的太阳能技术在旧工业建筑改造中得到了越来越多的应用。对于只需要轻微变化的旧工业建筑改造项目，可以以集热墙的形式进行改造，而附加阳光的使用可以使现有的工业建筑在平面和立面的形式上更加灵活。被动太阳能技术虽然简单易用，但在使用中也要注意当地的气候条件，尤其是夏热冬冷或夏热东暖地区，增加必要的遮阳构件和通风设计。随着主动太阳技术的快速发展，主动太阳能技术在旧工业建筑改造项目中得到了越来越广泛的应用。光伏发电技术可以结合建筑的屋顶和立面，通过新的光伏板材料与旧的建筑材料进行比较，使建筑形式发生变化，实现生态效益。与被动太阳能技术一样，在采用主动太阳能时，也要充分掌握旧工业建筑的建筑结构信息和当地的地理气候条件。比如安装太阳能热水装置时，要充分考虑安装位置、结构荷载、维护等问题。使用可照明光伏玻璃时，需要考虑室内照明、夏季过热和通风。

太阳能是一种清洁的可再生新能源，资源总量巨大，分布广泛，是最具竞争力、最具发展前景的永久性能源［12］。根据2018年中国绿色能源产业的现状和发展前景分析，光伏产业的市场容量将呈现逐年增长的趋势。由此可见，太阳能光伏技术将成为旧工业建筑改造的主要趋势。与其他类型的建筑相比，由于其独特的建筑、结构和照明形式，旧工业建筑可以更好地利用主动和被动的太阳能技术，在有效降低建筑能耗的同时，也可以结合这些技术创造丰富的绿色建筑语言。但在实际应用中，也应结合当地气候、地理条件和现有工业建筑的实际情况，根据当地情况采取措施，不适合使用，将太阳能利用技术与旧工业建筑改造有机结合。笔者希望通过本文总结的旧工业建筑研究和改造案例，为后续的太阳能利用提供一定的参考意义。