摘要：2003年建成的北京市大兴区天普工业园的一幢建筑面积8 000m2的综合利用新能源的生态建筑示范工程，经过近一年的运行后，于2004年6月全面通过验收，被专家评议为“我国第一幢综合利用太阳能解决能源问题的建筑示范工程”。这座太阳能建筑含有政府立项的三个科研项目。一项是北京市科委奥运科技专项，题目为《新能源综合利用建筑研究示范》，另两项是国家科技部“十五”科技攻关项目，题目为《50kWp大型屋顶光伏并网示范电站》和《大型太阳能空调示范系统》。
概述
2003年建成的北京市大兴区天普工业园的一幢建筑面积8000m2的综合利用新能源的生态建筑示范工程，经过近一年的运行后，于2004年6月全面通过验收，被专家评议为“我国第一幢综合利用太阳能解决能源问题的建筑示范工程”。
这座太阳能建筑含有政府立项的三个科研项目。一项是北京市科委奥运科技专项，题目为《新能源综合利用建筑研究示范》，另两项是国家科技部“十五”科技攻关项目，题目为《50kWp大型屋顶光伏并网示范电站》和《大型太阳能空调示范系统》。
承担项目的单位有中科院广州能源所、中科院电工所、北京天普太阳能工业有限公司、北京中科能源高科技有限公司和全国节能协会。她们各自发挥自己的强项技术优势，强强联合，团结协作，促进了三个科技项目有机结合和系统集成，达到太阳能建筑较高的整体水平。整幢建筑由太阳能提供采暖空调、热水和部分电力，达到低能耗、零排污的效果；1200 m2太阳集热器和50kWp太阳电池组件与建筑一体化结合；控制系统自动化、网络化、无人值守，并实现远程数据采集、监控。建筑物室内环境舒适，光环境、声环境和空气质量得以改善。该示范建筑为北京奥运会建筑及全国绿色生态建筑提供了宝贵的经验，成为全国太阳能与建筑结合的科普宣传窗口，中央和地方的众多媒体已做了大量报道，国内外众多人士参观访问，发挥了很好的示范作用。下面是示范楼的三项科研项目完成情况和专家组验收意见介绍。
1 《新能源综合利用建筑研究示范》
这是北京市科委组织的奥运科技专项，由北京天普太阳能工业有限公司承担。
1.1 完成情况
1.1.1 节能建筑设计及建筑能源系统。新能源示范建筑是一座具有公寓住宅、餐饮娱乐、游泳健身、展览会议、办公商务活动等多功能的综合楼，五层框架结构，地下一层，附半地下游泳池，总建筑面积8000m2，按建筑节能设计规范设计，充分体现新能源和节能的思想，建筑墙板采用190mm轻质陶粒混凝土空心墙体，加贴厚度60mm的泡沫塑料板外墙保温，屋顶北坡屋面采用200 mm聚苯板保温，外窗采用低耗能玻璃窗。建筑采暖及空调负荷比普通建筑分别降低40%和28%。采暖空调末端采用地板辐射供冷/热，夏季供冷温度20℃/25℃，冬季供热温度40℃/35℃。
1.1.2 建筑能源系统组成。为满足示范楼冬季采暖温度19±2℃，夏季25±2℃的指标要求，能源系统由太阳集热器陈列、太阳能溴化锂制冷机组、水源热泵机组、蓄能水池和自动控制系统等几部分组成。这个系统为天普公司协助中科院广州能源所完成。示范楼办公用电部分由50kWp太阳能光伏并网屋顶发电系统提供，这部分工作以中科院电工所为主，天普公司协作完成。生活热水系统，全部由安装在南墙的真空集热器提供。
1.1.3 几项技术创新
大型太阳集热器模块与建筑斜屋面一体化。结合供采暖和制冷空调的热源由采光面积1 200 m2的太阳真空管集热器提供，真空管集热器由U型管和热管两种组成，将32支真空管半包灌固于硬质聚氨酯泡沫基板中，构成每片4m2的无边框集热器模块，将近300块模块无间隙地附贴在斜屋面上。这一工程安装后已通过两年考验。
双端出口的真空管集热器与建筑南墙一体化结合。示范楼生活热水由镶嵌于南墙上的太阳真空管热水器供应。该热水器由72个模块组成，每个模块采用直径102mm、长度3.6m的5支半包灌固于聚氨酯泡沫板内。它的特点是双端开口的螺旋直通储热式，不设置水箱，生产热水与储存热水兼于一身，没有机架和边框，又能给建筑立面提供外观装饰美。日产45℃热水10t。可满足示范楼24小时热水供应。
1.1.4 太阳阳光板和真空集热器。示范楼一楼中庭屋顶采用被动式太阳房原理，安装太阳玻璃管式空气集热器255 m2，中庭南墙安装150 m2太阳空气集热器，形成热缓冲中庭，起到保温节能作用，夏季阳光顶玻璃管内的空气流动，能迅速带走热量，降低屋顶温度和室内冷负荷，冬季辅助加热室内温度，降低室内建筑热负荷。
1.1.5 大容量地下储热水池。示范楼配置的地下储能水池容积1 200m3，冬季储热水、夏季储制冷水。由于储能水池建于地下，水容量大减少了储能的耗散，对建筑采暖空调起调节作用。通过储能水池对太阳能的储存中转，集热器全年工作，跨季节储能，太阳集热器利用率大大提高。
1.2 专家组验收意见
太阳能示范楼在运行一年之后于2004年5月20日通过北京市科委组织的专家验收。验收意见为“该项目是我国第一个综合利用太阳能来解决建筑用能问题的建筑示范工程，实现了太阳能的合理利用，可再生能源系统的利用节约了建筑能源费用支出，降低了常规能源的消耗，具有较好的推广价值。”
“新能源示范大楼建筑面积8 000m2，集成利用了太阳能光热、光电、自然采光、通风和建筑节能技术，充分利用建筑屋顶、南立面安装太阳热水器、光伏电池板，实现了建筑与太阳能利用结合有益的尝试。”
“新能源示范大楼的设计采用了低温热水驱动的溴化锂吸收式制冷机生产夏季空调冷水，设置了储能水池调节负荷，安装了水源热泵补充冬夏季太阳采暖空调负荷，采用了真空管空气集热器在夏季组织通风、冬季产生热空气来解决中厅的热环境问题，有效地解决了太阳在建筑空调和热水供应中的利用问题，有显著的示范作用，为今后的太阳能与建筑结合利用提供了丰富的借鉴经验。
“新能源示范楼安装的50kWp太阳能光伏发电系统与南向玻璃窗、墙面、屋顶融为一体，实现了并网运行和智能检测、控制，是我国目前与建筑结合装机容量最大的并网电站工程，示范工程系统在技术上有一定的创新，提供了非常宝贵的经验”。
2 《50kWp大型屋顶光伏并网示范电站》
国家科技部“十五”科技攻关计划项目，主持单位：中科院电工所。
2.1 完成情况
2.1.1 50kWp太阳能电池组件与建筑一体化结合，最大化地利用建筑向阳面，设计了6种不同角度分别在示范楼的楼顶中庭钢球网架、楼顶花园屋面（替代屋顶）、挑檐及建筑物前庭玻璃幕墙和弧形阳光南窗玻璃。采用的光伏组件包括常见的单晶硅和多晶硅光伏组件，还有国内应用不多的半透明和不透明的多结非晶硅光电池、硅带电池和光电转换效率高的硒铟铜光伏电池，以及国际上最新开发出的与建筑材料相结合的建筑一体化电池组件。在光伏电池玻璃幕墙采用了半透明的组件封装技术，既满足了发电的需要，同时也满足了采光的需要。在50kWp光伏组件中，屋顶占3/5，玻璃幕墙占2/5。其中晶体硅占73%，非晶硅、硒铟铜电池等占27%。所有光伏组件与建筑完美结合；突出了光伏组件与建筑屋面的双功效性能，展示了最新光伏发电技术和安装技术的多样性。
2.1.2 示范电站展示了几种不同设计思路光伏并网逆变器，有单台功率较大的20kW集中型逆变器，还有直接与光伏电池组件配套使用的250W光伏逆变器模块。
2.1.3 示范电站建立了一套监控系统，实时记录和存储相关数据。为了满足向公众展示的需要，电站监测系统使用一块大屏幕LED显示屏，实时显示电站参数（电流、电压、当前功率、当日发电量及累计发电量）和环境参数（室内温度、室外温度、风速、太阳辅射能）
2.1.4 电站的总体电效率高，供电质量高，安全保护措施完善，运行稳定可靠，2003年11月并入黄村镇公共电网，运行情况良好。当月发电2 500kWh。估计年发电量40 000kWh。
3 专家组验收意见
太阳能光伏示范电站通过了由科学院高技术研究与发展局组织的专家验收委员会验收。验收意见如下：
“并网光伏电站充分考虑了光伏技术与建筑物结合的特点，研究开发出兼顾光伏发电和采光性能的玻璃幕墙，实现了光伏组件与建筑的一体化；采用了9种不同材料和封装工艺的光伏组件，设计了6种不同的安装角度，为实验研究不同光伏组件、不同安装方式的光伏系统发电性能提供了条件。对与建筑相结合的并网光伏系统推广起到很好的示范作用。”
“该课题研究开发出20kW集中型并网光伏电站用逆变器样机，采用了不同种类的光伏组件或不同角度的光伏组件分别连接输入、分别进行最大功率跟踪控制的多支路式并网逆变器，小型并网模块技术；设计开发出并网光伏电站监控系统”。
“光伏示范电站安装了数据采集系统，详细记录系统的运行数据，对科学的评估并网光伏系统的技术和经济特性提供了基础数据”。
4 《大型太阳能空调示范系统》
它是科技部“十五”重点科技攻关计划项目，由中科院高技术局组织，中科院广州能源所主持。
4.1 完成情况
这是新能源示范采暖空调的主要供能系统。该系统由与建筑南屋面有机结合的1200m2高效真空管集热器，200kW太阳能溴化锂吸收式制冷机组，辅助能源400kW水源热泵，1200m3储能水池和远程数据采集、监控系统组成。
建筑空调末端采用地板辐射供冷/暖，夏季供冷温度20℃/25℃，冬季供热温度40℃/35℃。
冬季采暖期间，优先利用太阳能为储能水池蓄热，当水温低于33℃或者处于用电低谷期启动水源热泵向储能水池供热。设定室内温度低于18℃或高于20℃时，供能水泵开启或关闭自动运行。
夏季制冷空调期间，优先启动溴化锂吸收式制冷机，为储热水池蓄冷，当水温高于18℃或者处于用电低谷期，启动水源热泵向储能水池供冷，保持水池水温。设定室温高于27℃，或低于23℃时，供能水泵自动开启或关闭。
经过夏、秋、冬三季的运行测试，系统工作稳定、可靠、高效，冬夏季节集热效率分别达到20%和40%以上，太阳制冷机的制冷能力最高达到了266kW，COP最高超过了0.8，系统总的制冷效率可高达33%，系统以制冷机冷却水向游泳池加热，即冷热并供时系统总的热利用效率为92%。
实践证明，本系统能够满足示范大楼的空调和采暖要求。在采暖季节，太阳能等可再生能源蓄热量接近总蓄热量的80%，能耗比达到3.54，系统的自动控制系统自动化程度高，24小时无人值守运行。
4.2 专家组验收意见
2004年6月17日，科技部和中科院组织专家组验收。验收意见为：“该系统是目前我国规模最大的太阳空调/热泵系统，各项技术指标国内领先，达到国际先进水平。该系统作为新能源示范大楼的的主要供能系统，该大楼成为目前国内新能源综合利用规模最大，新能源贡献率最高的建筑物，具有很好的示范作用。”
概述
2003年建成的北京市大兴区天普工业园的一幢建筑面积8000m2的综合利用新能源的生态建筑示范工程，经过近一年的运行后，于2004年6月全面通过验收，被专家评议为“我国第一幢综合利用太阳能解决能源问题的建筑示范工程”。
这座太阳能建筑含有政府立项的三个科研项目。一项是北京市科委奥运科技专项，题目为《新能源综合利用建筑研究示范》，另两项是国家科技部“十五”科技攻关项目，题目为《50kWp大型屋顶光伏并网示范电站》和《大型太阳能空调示范系统》。
承担项目的单位有中科院广州能源所、中科院电工所、北京天普太阳能工业有限公司、北京中科能源高科技有限公司和全国节能协会。她们各自发挥自己的强项技术优势，强强联合，团结协作，促进了三个科技项目有机结合和系统集成，达到太阳能建筑较高的整体水平。整幢建筑由太阳能提供采暖空调、热水和部分电力，达到低能耗、零排污的效果；1200 m2太阳集热器和50kWp太阳电池组件与建筑一体化结合；控制系统自动化、网络化、无人值守，并实现远程数据采集、监控。建筑物室内环境舒适，光环境、声环境和空气质量得以改善。该示范建筑为北京奥运会建筑及全国绿色生态建筑提供了宝贵的经验，成为全国太阳能与建筑结合的科普宣传窗口，中央和地方的众多媒体已做了大量报道，国内外众多人士参观访问，发挥了很好的示范作用。下面是示范楼的三项科研项目完成情况和专家组验收意见介绍。
1 《新能源综合利用建筑研究示范》
这是北京市科委组织的奥运科技专项，由北京天普太阳能工业有限公司承担。
1.1 完成情况
1.1.1 节能建筑设计及建筑能源系统。新能源示范建筑是一座具有公寓住宅、餐饮娱乐、游泳健身、展览会议、办公商务活动等多功能的综合楼，五层框架结构，地下一层，附半地下游泳池，总建筑面积8000m2，按建筑节能设计规范设计，充分体现新能源和节能的思想，建筑墙板采用190mm轻质陶粒混凝土空心墙体，加贴厚度60mm的泡沫塑料板外墙保温，屋顶北坡屋面采用200 mm聚苯板保温，外窗采用低耗能玻璃窗。建筑采暖及空调负荷比普通建筑分别降低40%和28%。采暖空调末端采用地板辐射供冷/热，夏季供冷温度20℃/25℃，冬季供热温度40℃/35℃。
1.1.2 建筑能源系统组成。为满足示范楼冬季采暖温度19±2℃，夏季25±2℃的指标要求，能源系统由太阳集热器陈列、太阳能溴化锂制冷机组、水源热泵机组、蓄能水池和自动控制系统等几部分组成。这个系统为天普公司协助中科院广州能源所完成。示范楼办公用电部分由50kWp太阳能光伏并网屋顶发电系统提供，这部分工作以中科院电工所为主，天普公司协作完成。生活热水系统，全部由安装在南墙的真空集热器提供。
1.1.3 几项技术创新
大型太阳集热器模块与建筑斜屋面一体化。结合供采暖和制冷空调的热源由采光面积1 200 m2的太阳真空管集热器提供，真空管集热器由U型管和热管两种组成，将32支真空管半包灌固于硬质聚氨酯泡沫基板中，构成每片4m2的无边框集热器模块，将近300块模块无间隙地附贴在斜屋面上。这一工程安装后已通过两年考验。
双端出口的真空管集热器与建筑南墙一体化结合。示范楼生活热水由镶嵌于南墙上的太阳真空管热水器供应。该热水器由72个模块组成，每个模块采用直径102mm、长度3.6m的5支半包灌固于聚氨酯泡沫板内。它的特点是双端开口的螺旋直通储热式，不设置水箱，生产热水与储存热水兼于一身，没有机架和边框，又能给建筑立面提供外观装饰美。日产45℃热水10t。可满足示范楼24小时热水供应。
1.1.4 太阳阳光板和真空集热器。示范楼一楼中庭屋顶采用被动式太阳房原理，安装太阳玻璃管式空气集热器255 m2，中庭南墙安装150 m2太阳空气集热器，形成热缓冲中庭，起到保温节能作用，夏季阳光顶玻璃管内的空气流动，能迅速带走热量，降低屋顶温度和室内冷负荷，冬季辅助加热室内温度，降低室内建筑热负荷。
1.1.5 大容量地下储热水池。示范楼配置的地下储能水池容积1 200m3，冬季储热水、夏季储制冷水。由于储能水池建于地下，水容量大减少了储能的耗散，对建筑采暖空调起调节作用。通过储能水池对太阳能的储存中转，集热器全年工作，跨季节储能，太阳集热器利用率大大提高。
1.2 专家组验收意见
太阳能示范楼在运行一年之后于2004年5月20日通过北京市科委组织的专家验收。验收意见为“该项目是我国第一个综合利用太阳能来解决建筑用能问题的建筑示范工程，实现了太阳能的合理利用，可再生能源系统的利用节约了建筑能源费用支出，降低了常规能源的消耗，具有较好的推广价值。”
“新能源示范大楼建筑面积8 000m2，集成利用了太阳能光热、光电、自然采光、通风和建筑节能技术，充分利用建筑屋顶、南立面安装太阳热水器、光伏电池板，实现了建筑与太阳能利用结合有益的尝试。”
“新能源示范大楼的设计采用了低温热水驱动的溴化锂吸收式制冷机生产夏季空调冷水，设置了储能水池调节负荷，安装了水源热泵补充冬夏季太阳采暖空调负荷，采用了真空管空气集热器在夏季组织通风、冬季产生热空气来解决中厅的热环境问题，有效地解决了太阳在建筑空调和热水供应中的利用问题，有显著的示范作用，为今后的太阳能与建筑结合利用提供了丰富的借鉴经验。
“新能源示范楼安装的50kWp太阳能光伏发电系统与南向玻璃窗、墙面、屋顶融为一体，实现了并网运行和智能检测、控制，是我国目前与建筑结合装机容量最大的并网电站工程，示范工程系统在技术上有一定的创新，提供了非常宝贵的经验”。
2 《50kWp大型屋顶光伏并网示范电站》
国家科技部“十五”科技攻关计划项目，主持单位：中科院电工所。
2.1 完成情况
2.1.1 50kWp太阳能电池组件与建筑一体化结合，最大化地利用建筑向阳面，设计了6种不同角度分别在示范楼的楼顶中庭钢球网架、楼顶花园屋面（替代屋顶）、挑檐及建筑物前庭玻璃幕墙和弧形阳光南窗玻璃。采用的光伏组件包括常见的单晶硅和多晶硅光伏组件，还有国内应用不多的半透明和不透明的多结非晶硅光电池、硅带电池和光电转换效率高的硒铟铜光伏电池，以及国际上最新开发出的与建筑材料相结合的建筑一体化电池组件。在光伏电池玻璃幕墙采用了半透明的组件封装技术，既满足了发电的需要，同时也满足了采光的需要。在50kWp光伏组件中，屋顶占3/5，玻璃幕墙占2/5。其中晶体硅占73%，非晶硅、硒铟铜电池等占27%。所有光伏组件与建筑完美结合；突出了光伏组件与建筑屋面的双功效性能，展示了最新光伏发电技术和安装技术的多样性。
2.1.2 示范电站展示了几种不同设计思路光伏并网逆变器，有单台功率较大的20kW集中型逆变器，还有直接与光伏电池组件配套使用的250W光伏逆变器模块。
2.1.3 示范电站建立了一套监控系统，实时记录和存储相关数据。为了满足向公众展示的需要，电站监测系统使用一块大屏幕LED显示屏，实时显示电站参数（电流、电压、当前功率、当日发电量及累计发电量）和环境参数（室内温度、室外温度、风速、太阳辅射能）
2.1.4 电站的总体电效率高，供电质量高，安全保护措施完善，运行稳定可靠，2003年11月并入黄村镇公共电网，运行情况良好。当月发电2 500kWh。估计年发电量40 000kWh。
3 专家组验收意见
太阳能光伏示范电站通过了由科学院高技术研究与发展局组织的专家验收委员会验收。验收意见如下：
“并网光伏电站充分考虑了光伏技术与建筑物结合的特点，研究开发出兼顾光伏发电和采光性能的玻璃幕墙，实现了光伏组件与建筑的一体化；采用了9种不同材料和封装工艺的光伏组件，设计了6种不同的安装角度，为实验研究不同光伏组件、不同安装方式的光伏系统发电性能提供了条件。对与建筑相结合的并网光伏系统推广起到很好的示范作用。”
“该课题研究开发出20kW集中型并网光伏电站用逆变器样机，采用了不同种类的光伏组件或不同角度的光伏组件分别连接输入、分别进行最大功率跟踪控制的多支路式并网逆变器，小型并网模块技术；设计开发出并网光伏电站监控系统”。
“光伏示范电站安装了数据采集系统，详细记录系统的运行数据，对科学的评估并网光伏系统的技术和经济特性提供了基础数据”。
4 《大型太阳能空调示范系统》
它是科技部“十五”重点科技攻关计划项目，由中科院高技术局组织，中科院广州能源所主持。
4.1 完成情况
这是新能源示范采暖空调的主要供能系统。该系统由与建筑南屋面有机结合的1200m2高效真空管集热器，200kW太阳能溴化锂吸收式制冷机组，辅助能源400kW水源热泵，1200m3储能水池和远程数据采集、监控系统组成。
建筑空调末端采用地板辐射供冷/暖，夏季供冷温度20℃/25℃，冬季供热温度40℃/35℃。
冬季采暖期间，优先利用太阳能为储能水池蓄热，当水温低于33℃或者处于用电低谷期启动水源热泵向储能水池供热。设定室内温度低于18℃或高于20℃时，供能水泵开启或关闭自动运行。
夏季制冷空调期间，优先启动溴化锂吸收式制冷机，为储热水池蓄冷，当水温高于18℃或者处于用电低谷期，启动水源热泵向储能水池供冷，保持水池水温。设定室温高于27℃，或低于23℃时，供能水泵自动开启或关闭。
经过夏、秋、冬三季的运行测试，系统工作稳定、可靠、高效，冬夏季节集热效率分别达到20%和40%以上，太阳制冷机的制冷能力最高达到了266kW，COP最高超过了0.8，系统总的制冷效率可高达33%，系统以制冷机冷却水向游泳池加热，即冷热并供时系统总的热利用效率为92%。
实践证明，本系统能够满足示范大楼的空调和采暖要求。在采暖季节，太阳能等可再生能源蓄热量接近总蓄热量的80%，能耗比达到3.54，系统的自动控制系统自动化程度高，24小时无人值守运行。
4.2 专家组验收意见
2004年6月17日，科技部和中科院组织专家组验收。验收意见为：“该系统是目前我国规模最大的太阳空调/热泵系统，各项技术指标国内领先，达到国际先进水平。该系统作为新能源示范大楼的的主要供能系统，该大楼成为目前国内新能源综合利用规模最大，新能源贡献率最高的建筑物，具有很好的示范作用。”
