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零能耗太阳能住宅建筑设计理念与技术策略——以太阳能十项全能竞赛为例杨向群 高辉近年来，太阳能住宅已经由最初的实验性零能耗建筑，向一体化设计、工业化建造以及市场化推广发展；关注的重点也由使用阶段节能，扩展到降低建筑生命周期的整体环境影响；而且日益重视其经济社会因素的优化。
历届“太阳能十项全能竞赛”(Solar Decathlon，以下简称SD竞赛)的参赛作品集中体现了独立式零能耗太阳能住宅的发展趋势。
该竞赛创办于2002年，由美国能源部主办，至今已在美国举办了4届。
竞赛每两年选拔约20所大学团队，分别设计、建造并运行一栋面积不超过74m2的太阳能住宅，并在华盛顿进行为期一周的现场建造与测试。
参赛建筑的所有运行能量完全由太阳能光电、光热装置供给。
最终名次通过对房屋性能进行客观指标测量和专家的主观评价来确定。
2010年6月S D欧洲竞赛(S D E2010)在马德里举行，从而将其推向一个更广阔的国际科研领域。
1 “太阳能十项全能”的设计理念S D竞赛的宗旨是促进和推广太阳能住宅设计和技术新成果、教育学生，以及提高公共意识。
其竞赛评审项目分为10项(图1)，经过不断调整，逐步形成了明确的设计理念：通过创新技术和综合可持续性设计策略，来应对零能耗太阳能住宅所面临的环境、社会和经济方面的挑战。
2 被动式太阳能建筑设计策略建造高效、经济的太阳能建筑，首先要充分利用被动式设计方法。
因此，S D竞赛非常重视生物气候学设计策略的应用。
参赛作品采用的典型被动式设计策略包括：2.1 形体布局：紧凑、合理与变化在以往5届参赛的85个太阳能住宅方案中，绝大多数(82个)采取了南北向的一字形或者其变体——L形布局(图2)。
尽管内部空间安排和流线组织各不相同，这类紧凑的建筑体形可以降低表面热损失，同时在工业化建造和运输便利性方面也具有很大优势。
近年的参赛作品开始尝试打破单调的方盒子形体。
如康奈尔大学(SD2009)提出了圆柱形模块组合方案。
学习总结及体会随着矿物能源匮乏和环境污染日益严重，人类越来越重视可再生能源的开发和利用。
太阳能作为一种可再生的新能源，具有清洁、环保、持续、长久的优势，成为人们应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一,越来越受到世人的强烈关注.当人类开始利用土地，进行农耕畜牧，繁衍生息时，就开始得益于太阳能的利用.太阳能利用的现代科学技术研究始于1845年，到目前为止,人们还在不断的探索太阳能利用技术,使其能更好的融入生产和生活中。
太阳能利用包括光伏发电、光热发电、太阳能光化学制氢转换以及太阳热水器、太阳房等利用方式，其中太阳热水器已经实现大规模商业化。
一、太阳能利用的方式太阳能的转换和利用方式目前有：光一热转换，光—电转换，光-化学转换三种。
光一热转换是太阳能热利用的基本方式.它是利用太阳能将水加热储于水箱中，以便利用的方式,这种热能可以广泛应用于采暖制冷干燥温室烹饪以及工农业生产等各个领域.光热产品则是直接把太阳能转化为热能如太阳热水器等。
我们知道，太阳主要以电磁辐射的形式给地球带来光与热。
太阳辐射波长主要分布在0。
25 一2.5m 范围内.从光热效应来讲, 太阳光谱中的红外波段直接产生热效应，而绝大部份光能不能直接产生热量。
我们感觉在强烈的阳光下的温暖和炎热，主要是我们的衣服和皮肤吸收太阳光线, 从而产生光热转换的缘故。
从物理角度来讲, 黑色意味着光线的几乎全部的吸收, 被吸收的光能即转化为热能。
因此为了最大限度地实现太阳能的光热转换, 似乎用黑色的涂层材料就可满足了, 但实际情况并非如此。
这主要是材料本身还有一个热辐射问题。
从量子物理的理论可知，黑体辐射的波长范围大约在2-100m 之间，黑体辐射的强度分布只与温度和波长有关，辐射强度的峰值对应的波长在10m 附近。
由此可见, 太阳光谱的波长分布范围基本上与热辐射不重叠.因此要实现最佳的太阳能热转换，所采用的材料必须满足以下两个条件：①在太阳光谱内吸收光线程度高，即有尽量高的吸收率;②在热辐射波长范围内有尽可能低的辐射损失，即有尽可能低的发射率。
研究探讨2018中国国际太阳能十项全能竞赛起始于美国能源部太阳能十项全能竞赛，该竞赛创始于2002年美国华盛顿特区，每两年举办一次，每届赛事由20个大学建筑学和工程专业大学生为主体的赛队参加。
SD 经过16年发展已经成为享誉全球的可再生能源和建筑行业的盛会。
目前, SD 大家庭包括美国赛区、欧洲赛区、中国赛区、拉丁美洲赛区以及新加入的中东赛区。
首届中国国际太阳能十项全能竞赛于2013年在山西大同举办，第二届中国国际太阳能十项全能竞赛（SD 中国）于2018年在山东德州举办。
全球不同赛区的规则、评分标准、裁判、场地准备和赛队选择以美国竞赛为蓝本，根据不同地区特点进行调整。
不同赛区的目标一致，通过竞赛：●教育大学生和公众可再生能源产品和建筑设计所带来的经济节约和环境保护的机会；●展示当今最先进的工业化建造技术和可再生能源产品，健康、舒适、与经济的住宅；●提供一个独一无二的培训机会给在校大学生，帮助他们成为国家清洁能源的中坚力量；●SD 竞赛所带来的先进技术和思想正在快速向产业界渗透，通过产业促进主办城市及国家的能源、土地利用和建筑行业等的可持续发展。
与SD 中国直接相关的行业有可再生能源制造行业、智能电网电力行业、建筑行业、建材行业、电动汽车行业以及庞大的家电行业，以上行业每年将带动中国数十万亿元国民生产总值。
同时，以上这些行业占中国温室气体排放的60%以上，SD 中国将直接推动传统行业的升级换代与绿色发展。
最后，SD 中国为中国培养一大批可持续发展专业技术人才、新型企业领军人物以及未来解决全球气候变化的青年领袖。
具体讲：●SD 中国是全球最优秀可再生能源产品的实况展示舞台，它对可再生能源产品的市场与技术反馈远快于其他方式。
可再生能源企业通过SD 中国检验自身产品在实际运行中的性能，找到与全球市场上同类产品的差距，促进产品的经济性与可靠性;● 每届SD 中国展现了多种新型建筑工业化建造模式，它极大促地进主办城市和地区建筑工业化的创新和应用。
阳光健康再生——2013台达杯国际太阳能建筑设计竞赛作品解读梅兰;王皎【摘要】以“阳光与建筑再生”——2013台达杯国际太阳能建筑设计竞赛为背景,详细介绍了一等获奖作品《驻波·逐日》的创作过程.从项目背景、设计理念、方案生成、技术策略等方面阐述了太阳能等绿色建筑技术在建筑改造中的应用,强调太阳能技术与建筑设计的有机结合,进行太阳能建筑一体化设计.【期刊名称】《太阳能》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P45-49)【关键词】绿色建筑;改造;太阳能;节能【作者】梅兰;王皎【作者单位】哈尔滨工业大学建筑学院;哈尔滨工业大学建筑学院【正文语种】中文0 引言旧建筑的绿色改造如同“成衣改制”，既有很大的局限性，同时也有很强的现实意义[1]。
如何将绿色技术和节能手段与旧建筑完美结合，使其在生命周期内最大限度地保护环境且节约能耗，同时兼顾舒适性与经济性，成为绿色改造成功的关键。
2013年，台达杯国际太阳能建筑设计竞赛以“阳光与建筑再生”为主题，选定青岛市海慈医院为对象进行节能改造设计。
在此，笔者结合竞赛一等奖获奖作品《驻波·逐日》，探讨太阳能等绿色建筑技术在医院改造中的应用。
1 项目背景1.1 地域环境青岛市地处山东半岛南部，南临黄海，属于北温带季风区，兼具季风气候与海洋气候的双重特点。
全年8月份最热，平均气温25.3 ℃；1月份最冷，平均气温-0.5 ℃。
夏无酷暑，冬少严寒，降水适中，空气湿润，气候宜人。
在太阳能资源上青岛属于地区分类的第三区，太阳能资源属于中等水平，年日照时数2200～3000 h。
自然条件将对太阳能建筑设计造成较大的挑战。
1.2 用地条件海慈医院位于青岛市四方区与市北区的交界处，用地面积34407 m2，总建筑面积96568 m2。
东临威海路、鞍山路与人民路的交叉口，北靠鞍山路高架桥，南临海泊河(市内河)，西侧为青岛市文化公园，交通便利，环境优美。
仲继寿 鞠晓磊 鲁永飞国家住宅与居住环境工程技术研究中心 北京 100044摘要 随着我国建筑能耗的快速增长，其占社会总能耗的比重也在快速提高，建筑作为节能减排的重要载体，其与可再生能源的结合对于国家调整能源结构、实施国家能源战略、满足能源日益增长的需求等具有重要意义。
我国分布式可再生能源建筑应用历经从无到有、由点连线、由线到面3个阶段、近 10 年的发展，已经进入了区域化、规模化发展的新阶段，国家和地方的相关政策、法规和标准体系建设成效显著。
我国分布式可再生能源建筑应用还具有非常大的发展潜力，为了实现 2020 年可再生能源在建筑领域消费比例占建筑能耗15% 以上的目标，需要从发展路径、技术创新和政策创新等多方面推动分布式可再生能源建筑应用的发展。
关键词 分布式，可再生能源建筑应用，太阳能，浅层地热DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2016.02.0081 分布式可再生能源建筑应用的战略意义1.1 分布式可再生能源建筑应用的背景1.1.1 我国建筑总耗能呈现上升趋势建筑耗能已经与工业耗能、交通耗能并列，成为我国能源消耗的 3 个“耗能大户”。
与此同时，建筑能耗占社会能耗的比重正以每年 1% 的增速快速发展。
（1）我国总建筑面积增长与总建筑能耗增长为正相关（图1）。
（2）人民生活水平不断提高和全球气候变化的影响。
我国夏热冬冷地区用于电力制冷采暖的电力消耗从 1996 年的不到 1 亿千瓦时，增长至 2010 年的 390亿千瓦时。
2013 年城镇住宅能耗（不含北方采暖）达 1.85亿吨标准煤，占建筑总能耗的 24.5%[1]。
（3）产业结构调整带来建筑用能的提高。
我国服务业呈现快速发展趋势，写字楼、商场等各种规模的公共建筑数量迅速增长，建筑能耗总量也随之快速增长。
2013年公共建筑分布式可再生能源建筑应用发展路径与政策导向**资助项目：中科院学部咨询项目“大力发展分布式可再生能源应用和智能微网”修改稿收到日期：2016年1月19日专题：分布式可再生能源和智能微网The Distributed Renewable Energy and Smart Micro Grid System院刊 217面积约为 99亿平方米，占建筑总面积的17.7%，能耗（不含北方采暖）为 2.04亿吨标准煤，占建筑能耗的 26.9%。
太阳能技术在建筑设计与能源利用中的应用随着全球能源危机的日益加剧和环境问题的不断突出，可再生能源成为了当今社会关注的焦点之一。
在众多可再生能源当中，太阳能技术因其丰富的资源和广泛的应用领域，成为了其中最受关注和追捧的一种。
太阳能技术在建筑设计和能源利用中的应用，不仅可以为建筑提供绿色能源，还可以实现能源的可持续利用，进而减少对传统能源的依赖，为可持续发展做出贡献。
太阳能技术在建筑设计中的应用，可以从多个方面进行探讨。
首先，太阳能技术可以在建筑的取暖与通风系统中发挥重要作用。
太阳能采暖系统通过太阳能集热板将太阳能转化为热能，用于室内取暖和热水供应。
与传统的燃煤取暖系统相比，太阳能采暖系统具有环保、经济、可持续的特点，可以有效减少温室气体排放和能源消耗。
此外，太阳能通风系统利用太阳能驱动风扇，实现建筑内部的新风供应和室内空气的排放，既提高了建筑的通风效果，又节约了能源消耗。
除了供热通风系统，太阳能技术还可以应用于建筑的照明系统。
太阳能照明系统通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，为建筑提供照明。
与传统的电力照明系统相比，太阳能照明系统具有节能、环保、可靠的特点，可以大幅降低能源消耗和碳排放，提升建筑的照明质量和节能效果。
此外，太阳能照明系统还可以应用于建筑的室外照明，例如庭院、停车场和道路等场所，为人们创造更加舒适和安全的环境。
当谈到太阳能技术在建筑能源利用中的应用时，我们不得不提到建筑集成太阳能系统。
建筑集成太阳能系统是将太阳能电池板集成到建筑的外墙、屋顶和窗户等部位，以便于太阳能的捕获和利用。
这种系统不仅可以为建筑提供电力供应，还可以改善建筑的热工性能，提高建筑的节能效果。
此外，建筑集成太阳能系统在外观设计和建筑材料选择上更加灵活多样，可以满足不同建筑风格和需求。
然而，尽管太阳能技术在建筑设计与能源利用中具有巨大的潜力和优势，但目前在实际应用中还存在着一些挑战和难题。
首先，太阳能设备的投资成本较高，并且需要较长的回收期，这对于一些中小型建筑项目而言是一个障碍。
台达杯国际太阳能建筑设计竞赛办法竞赛宗旨：银龄化背景下，每个人都关注在何种建筑中，以何种方式安度晚年。
通过优化建筑设计手段，整合适宜的可再生能源技术，让太阳能为建筑带来永续的能源，让建筑为老人创造安全、健康、舒适、便利、绿色的新生活。
竞赛主题：阳光·颐养竞赛题目：西安生态颐养服务中心项目泉州生态颐养服务中心项目主办单位：国际太阳能学会中国可再生能源学会全国高等学校建筑学学科专业指导委员会承办单位：国家住宅与居住环境工程技术研究中心中国可再生能源学会太阳能建筑专业委员会协办单位：中国建筑设计院有限公司冠名单位：台达环境与教育基金会媒体支持：《建筑技艺》()杂志评委会专家：崔愷：国际建筑师协会副理事，中国建筑学会常务理事，中国工程院院士，国家工程设计大师，中国建筑设计院有限公司总建筑师。
: 国际太阳能学会亚太区主席，澳大利亚新南威尔士大学建筑环境系教授。
：德国不伦瑞克理工大学教授（），建筑与太阳能技术学院院长。
：荷兰代尔伏特大学( ) 建筑系教授。
：国际太阳能学会日本区主席，日本工学院大学建筑系教授。
杨经文：马来西亚汉沙杨建筑师事务所创始人。
林宪德：台湾绿色建筑委员会主席，台湾成功大学建筑系教授。
仲继寿：中国可再生能源学会太阳能建筑专业委员会主任委员，国家住宅与居住环境工程技术研究中心主任。
喜文华：联合国工业发展组织国际太阳能技术促进转让中心主任，联合国可再生能源国际专家，国际协调员，甘肃自然能源研究所所长。
黄秋平：华东建筑设计研究总院副总建筑师。
冯雅：中国建筑西南设计研究院副总工程师，中国建筑学会建筑热工与节能专业委员会副主任。
组委会成员：由主办单位、承办单位及冠名单位相关人员组成。
办事机构设在中国可再生能源学会太阳能建筑专业委员会。
评比办法：．由组委会审查参赛资格，并确定入围作品。
．由评委会评选出竞赛获奖作品。
评比标准：．参赛作品须符合本竞赛“作品要求”的内容。
．作品应具有原创性和前瞻性，鼓励创新。
建筑学报
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DESIGN CONTEST
台达杯国际太阳能建筑设计竞赛
引言
住宅是人类居住的空间载体，太阳是人类生存的能量源泉。
２００７台达杯国际太阳能建筑设计竞赛将两者结合起来，以“太阳能与我的家”为主题，在全球范围内进行太阳能住宅建筑设计方案的征集与评比，力图在现有太阳能建筑理念及相关产品的
基础上，以太阳能技术与建筑结合为突破点，开拓新的设计理念和技术产品。
本次竞赛是２００７世界太阳能大会的主要活动之一，藉此引导人们思考与探索太阳能作为一种可持续能源在人类生活中所能发挥的作用，希望获得与住宅相关的各利益主体对今天和明天的居住环境及其能源支撑技术的关注。
１ 设计竞赛的命题与作品征集
２００７年国际太阳能建筑设计竞赛面向北京地区９０ｍ２，６层普通城市住宅和低层普通农村住宅开展命题设计竞赛。
本次竞赛由国际太阳能学会、中国可再生能源学会和中国建筑学会主办，国家住宅与居住环境工程技术研究中心和中国可再生能源学会太阳能建筑专业委员会承办，并得到了台达环境与教育基金会等单位的资助。
竞赛活动获到了国内外太阳能和建筑行业的广泛关注，共有９００人进行了竞赛注册。
国外注册２６５人，涵盖４６个来自四大洲的国家，包括美国、意大利、俄罗斯、印度、西班牙、德国、日本、澳大利亚、乌干达、南非和阿根廷等。
组委会收到提交作品２０１项，其中，国内作品１５７项，国外作品４４项，作品涉及中国、美国、加拿大、意大利、英国、荷兰、伊朗、俄罗斯、埃及等四大洲１６个国家。
提交的低层农村住宅作品１１７件，多层城市住宅作品８４件。
通过８位专家对参赛作品一个多月的认真初评和中评，共有１１０件作品进入终评。
２００７年５月２１－２２日，设计竞赛终评会在中国建筑设计研究院顺利举行，来自中国大陆、中国台湾、日本、奥地利、澳大利亚的七位国际太阳能和建筑专家，在本次竞赛评委会主任、两院院士周干峙的带领下，开展了认真、周密的评审工作。
组委会为便于专家对作品进行横向比较，将全部入围作品统一制作成展板。
在专家组长国家工程设计大师崔恺的主持下，经过四
轮讨论投票方式的评审，专家组从竞赛组委会提交的１１０项入围作品中评选出综合
太阳能和我的家
——２００７国际太阳能建筑设计竞赛的启示
仲继寿
作者单位：国家住宅与居住环境工程技术研究中心
（北京，１０００４４）
收稿日期：２００７－０６－２６
摘要／ 介绍了２００７台达杯国际太阳能建筑设计竞赛命题与作品征集情况，并与２００５年中国太阳能建筑设计竞赛进行了比较。
通过对全部作品的认真研读，总结竞赛中所提出的太阳能建筑的理念进展与设计方法。
关键词／太阳能建筑设计竞赛
设计方法
ABSTRACT/ This paper gives introduction to the assigned
topic and works solicitation for Taida Cup International
Contest of Solar Building Design 2007 and makes compari-son with the 2005 Chinese Energy D esign Contest. By study of the whole works, it summarizes the evolution of solar building idea and design method proposed in the contese.KEY WORDS/ solar building, deign contest, design method
奖获奖作品，包括：一等奖２项，二等奖４项，三等奖６项，优秀奖３９项。
组委会邀请国内专家结合初评、中评和终评的专家评审意见，从全部提交作品中评选出８件专项技术获奖作品。
获奖作品的统计见表１。
与２００５年８４件提交作品（其中国外作品３件）相比，在作品数量、参赛人数和参与国家等方面，２００７年都可以称得上是成功的一年，也为２００９年的设计竞赛活动带来了更多的期盼。
２ 本次设计竞赛的显著特点
与２００５年“中国太阳能建筑设计竞赛”相比，本次设计竞赛从太阳能建筑理念到设计方法都有了明显的变化。
１） 太阳能与建筑的结合逐步向技术集成方向发展。
９２４号多层住宅设计是一个可操作性强的太阳能建筑作品。
既较全面的采用了主被动太阳能技术，如南立面模数化可移动遮阳构件、窗间墙的空气集热器、阳台型太阳能集热器、水平遮阳构件以及北立面的通风窗等，又让这些太阳能部件自然的构成了现代住宅立面元素。
许多作品的阳台设计也是将太阳能利用与阳台功能和建筑部件结合起来，形成了独特的建筑景观。
７００号多层住宅作品以集交通、生态调节和交往休闲为一体的“绿核”楼梯间为创意出发点，将太阳能发电与聚风型风力发电技术与建筑技术集成起来，构成风光互补的城市住宅能源系统，并与层层退台的建筑造型形成了独特的建筑风格。
２） 地域文化和气候特征在建筑设计和规划设计得到了高度重视，建筑材料的选择更加本土化、生态化和集约化，构造节能设计方法与建筑节能技术相得益彰。
３） 城市小户型多层住宅的室内外环境品质得到了关注。
７３２号多层住宅作品采用组合叠拼的住宅组合方式体现了北京的院落文化，卧室均北向布置（开高窗或不开窗），南为起居空间，在解决小户型住宅外部环境品质方面具有借鉴意义。
另外，结合通风策略的底层空间、结合楼梯间的天井空间、以及由太阳能部件遮阳的种植屋顶
表１ 全部获奖作品数据统计（包括综合奖和技术专项奖）
低层参赛作品多层参赛作品
３７２２大专院校
３３１３
（其中国外作品１项）（全部为国内作品）
设计院４９
及公司（其中国外作品２项）（其中国外作品２项）
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建筑学报
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DESIGN CONTEST
台达杯国际太阳能建筑设计竞赛
可变的，适应了家庭人口的变化和游客的入住；在太阳能利用方面，阳光室、阳台等空间，住宅建筑体量，相变外墙和地面、外围护结构、集热器等部件是可变的，以达到充分利用太阳能和节约能耗的目的。
可折叠、收放的活动南墙在许多作品中得到了应用，有的还附加了相变蓄能的构思。
２） 热质量中心与热缓冲层的概念得到了落实。
３５３号作品从传统四合院的活动中心“院落”转化成阳光室型的起居空间，引入传统壁炉的构思，形成了住宅的热质量中心。
而通风屋面和阁楼空间、北侧带状储藏空间、南侧的特朗布墙和阳光室构成了主要生活空间的“热缓冲层”。
这样的概念还有很多，如５７４号多层住宅作品，在平面设计上将厨房、卫生间以及生活辅助阳台
设置在北侧，对端单元平面进行了特别的处理，并对建筑的“六个面”（包括地面）进行了太阳能利用设计，理念的可操作性强。
而９１７号多层住宅作品，以折形的楼梯间、折形的阳台与可变空间平面设计构成了该住宅作品的基本创意，可推拉透光相变材料的南墙，隔热通风做法的西山墙，结合楼梯间的强化通风形成了该作品的独创性。
３） 热压通风系统的可操作性更强。
如５７３号农村住宅作品设计了一套基于通风烟囱的空调系统。
特朗布墙将空气加热并储存在混凝土蓄热层中，夜间通过混凝土平板换热系统为室内供热。
夏季空气经过地窖降温和蒸发冷却，在光伏发电为动力的风机驱动下进入自然通风系统，为室内通风降温。
１０２６号多层住宅作品的热压通风
３５３号作品５７３号作品１０２６号作品
３７９号作品
９８２号作品
系统是通过夹壁窗间墙与通风屋面构成的，构思新颖。
４） 被动优先的太阳能建筑设计理念得到坚持。
这也是本次竞赛与２００５年的显著不同点。
在上一届设计竞赛中，新的太阳能主动技术被广泛的应用，但往往建筑的被动设计和建筑节能设计不到位，从而大大影响了太阳能利用的效果。
在此基础上，太阳能自采暖技术得到了发展。
如３７９号农村住宅作品按照冬季热需求水平，将建筑空间由北至南划分为设施空间、服务空间和生活空间，并在生活空间和服务空间之间设置了辅助加热夹墙。
由阳光室、屋面空气夹层、空气预加热通道、太阳能烟囱组成的被动系统能有效解决冬季加热和夏季通风的问题。
而在９８２号多层住宅作品采用了小
进深户型，采用户式太阳能采暖／制冷循环系统，并考虑了夏季集热器的遮阳。
５） 风光互补的住宅能源系统有可能进入普通住宅。
建筑间距、建筑通风通道不仅为住宅院落提供自然通风环境，还为住宅本身的能源供给提供了一种可能的思路。
当然，这种理念还有许多问题需要面对，如噪音的问题、维护的问题等。
结语
有理由相信，２００７年国际太阳能建筑设计竞赛将在引导住宅相关利益主体关注居住品质和能源供给，引导未来的建筑师／工程师认识身上担负的重任，引导能源企业开发新技术新产品，引导住宅开发商建设太阳能住宅等方面发挥应有的作用，让我们共同拥有“阳光生活”。
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