許建華+蔡濱+王啟春+修大鵬+曹樹梁

摘 要：本文主要從陶瓷太陽能房頂與傳統(tǒng)瓦片房頂之間的材質、結構、應用等方面進行對比，從而進一步說明陶瓷太陽能房頂在建筑行業(yè)中的應用是可行的。筆者希望更多的人了解、改進、提高太陽能陶瓷房頂的性能，促使更多、更好地發(fā)展其在建筑行業(yè)中的應用。

關鍵詞：陶瓷；太陽能；；建筑；房頂；優(yōu)勢

1 陶瓷太陽能房頂符合建筑發(fā)展的要求

國家標準GB50364—2005“民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應用技術規(guī)范”提出：“當前太陽能熱水器的設計、生產與建筑脫節(jié)，太陽能熱水器產品往往自成系統(tǒng)，作為后置設備在建筑上安裝和使用，即便是新建建筑物考慮了太陽能熱水器，也是簡單的疊加安裝，必然對本來是完整的建筑形象和構件造成一定程度的損害。同時，其設置位置和管線布置也難以與建筑平面功能及空間布局相協(xié)調，安全性也受到影響。太陽能熱水系統(tǒng)與建筑結合，就是把太陽能熱水系統(tǒng)產品作為建筑構件安裝，使其與建筑有機結合。需要從建筑設計開始，考慮設計、安裝太陽能熱水系統(tǒng)，包括：外觀上的協(xié)調、結構集成、布局和管線系統(tǒng)等?！?/p>

目前，有人大膽設想，將制造太陽能熱水系統(tǒng)放在建造好的房頂上，還不如將整座房頂一次建造成與建筑一體化，使其具有傳統(tǒng)房頂一樣的功能、造價與傳統(tǒng)建筑相當、主要部件壽命與建筑相當，同時具有收集陽光功能的陶瓷太陽能房頂。

陶瓷太陽能房頂采用中空黑瓷復合陶瓷太陽板為太陽能集熱體，黑瓷復合陶瓷太陽板以普通陶瓷為基體，立體網狀釩鈦黑瓷為表面層，兩者經1200℃以上高溫燒結后獲得較好的瓷質制品，也稱作復合陶瓷太陽板，簡稱陶瓷太陽板。

2 陶瓷太陽能房頂與傳統(tǒng)瓦片房頂的材質比較

傳統(tǒng)兩面坡或四面坡瓦片房頂由三角形空間、屋面板（結構層）、下找平層、下防水層、保溫層、細石混凝土鋼筋網找平層（上找平層、持釘層）、順水條、掛瓦條、平瓦（上防水層）、正脊、斜脊、天溝、挑檐、檐口封邊瓦、檐口擋箅、檐口通風條等構成，其結構復雜，有一定的濕法施工工程量。

陶瓷太陽能房頂由一面坡屋面板、混凝土邊框、下找平層、下防水層、帶錨樁件的剛性墊板、保溫層、陶瓷太陽板、硅橡膠連接短管、上下匯集管、快接件、空氣層、鋼化玻璃板（上防水層）等構成，并采用干法施工工藝，一般稱作剛性墊板錨樁支撐結構陶瓷太陽能房頂。

傳統(tǒng)瓦片房頂以兩面坡或四面坡屋面板為結構層；陶瓷太陽能房頂以一面坡屋面板為結構層。傳統(tǒng)房頂采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、酚醛樹脂泡沫板或者現澆珍珠巖水泥作為保溫層；陶瓷太陽能房頂一般采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、酚醛樹脂泡沫板作為保溫層。傳統(tǒng)房頂與陶瓷太陽能房頂都采用防水卷材作為下防水層，傳統(tǒng)房頂采用脊瓦、平瓦、封邊瓦等作為上防水層；陶瓷太陽能房頂采用鋼化玻璃板作為上防水層，稱作與原房頂共用防水層。玻璃板之間用不銹鋼S鉤固定，玻璃板與混凝土邊框用不銹鋼直角鉤固定，硅酮膠密封。

陶瓷太陽能房頂與原房頂共用結構層、保溫層、防水層，需與建筑同時設計。同時，施工安裝，不論外觀還是整體上都能同建筑與周圍環(huán)境協(xié)調、風格統(tǒng)一、安全可靠、性能穩(wěn)定、布局合理，是兼具太陽能熱水系統(tǒng)功能的太陽能房頂。太陽能熱水系統(tǒng)產品與建筑有機地結合為一個整體，實現了太陽能熱水系統(tǒng)與建筑結構一體化。

3 陶瓷太陽能房頂與傳統(tǒng)瓦片房頂的區(qū)別

陶瓷太陽能房頂與傳統(tǒng)瓦片房頂的區(qū)別在于，傳統(tǒng)房頂結構比較復雜，采用濕法施工工藝，工程量較大。陶瓷太陽能房頂結構相對簡單，一面坡陶瓷太陽能房頂的北面高于傳統(tǒng)兩面坡或四面坡瓦片房頂，需要增加部分墻壁，獨立住宅一般需要單獨水箱、控制器、水泵等。并采用干法施工工藝，工程量較小。

傳統(tǒng)房頂夏季晴天上午10點至下午4點房頂溫度長時間達到70℃左右，整座房頂成為蓄熱體，到下半夜房頂仍然在散熱，冬天傳統(tǒng)房頂是大面積的散熱面，所以多數房頂有三角形空間用于進一步保溫、隔熱。陶瓷太陽能房頂夏天進入房頂的起始水溫是20℃左右，至下午4點左右加熱的目標是50～60℃生活熱水，并且達到預期溫度的熱水全部自動進入保溫水箱，房頂中沒有水，房頂蓄熱大幅度減少。冬天房頂吸熱，從根本上提高了房頂的隔熱、保溫效果，鋼化玻璃板搭接固定密封，陶瓷太陽能房頂的隔熱、保溫、防水、防風性能明顯優(yōu)于普通房頂，可以將三角形空間轉化為有效的居住面積，轉化為北屋和儲物間。筆者在山東省巨野縣核桃園鎮(zhèn)吳平坊村采用陶瓷太陽能房頂的新農村建設中，將每戶三角形空間轉化為40m2北屋和26m2斜坡儲物間，增加建筑面積的價值超過增加墻壁和太陽能熱水系統(tǒng)的費用，使單位建筑面積造價下降，建筑物明顯增值。這種增值在別墅和城市建筑中效果更顯著。

目前，農村建筑通常不按照建筑標準建造房頂，多是在下防水層上鋪水泥層，在水泥層上直接貼粘土瓦，房頂的造價與性能都大幅度下降，筆者在山東省巨野縣核桃園鎮(zhèn)吳平坊村采用陶瓷太陽能房頂的新農村建設中就是在此基礎上改設計為陶瓷太陽能房頂，現在初步核算，由于增加了建筑面積，每平方米造價可以低于原設計造價，使建筑增值，實現了陶瓷太陽能集熱系統(tǒng)與建筑成本一體化。這也是陶瓷太陽能房頂受到當地居民、干部歡迎的主要原因之一。

陶瓷太陽能房頂使整座房頂成為具有了提供能量、保溫、隔熱、防水、防風性能優(yōu)良的房頂。另外，還增加了房頂的使用價值。

4 陶瓷太陽能房頂的應用優(yōu)勢

陶瓷太陽板效率高、壽命長、無毒、無害、無放射性、不腐蝕、不老化、不衰減、陽光吸收比0.94，是全瓷質太陽能集熱體，屬于新型建材。而保溫材料、剛性墊板、鋼化玻璃是傳統(tǒng)建材，可以實現陶瓷太陽能房頂的主要部件與建筑壽命一體化。

目前，陶瓷太陽能房頂采用兩種保溫材料，一種是單層酚醛樹脂泡沫板；另一種下層是聚苯乙烯擠塑板，上層是聚氨酯泡沫板，都屬于常用的建筑材料。錨樁結構組件可以調整高度，陶瓷太陽能房頂內十分干燥，從使用幾年后的效果看，鍍鋅螺栓組件沒有發(fā)現任何生銹的跡象。陶瓷太陽板是中空陶瓷板，陶瓷太陽板之間熱水的流通采用專門定制的進口材料的硅橡膠管，連續(xù)五年使用沒有發(fā)現明顯老化現象，近期建造的陶瓷太陽能房頂的硅橡膠管上面加蓋了鍍鋅鐵皮，以阻擋陽光直接照射。陶瓷太陽能房頂及建筑內使用的管道采用薄壁不銹鋼管，連接件采用鑄鐵快接件，鑄鐵快接件內原橡膠密封圈全部換為專門定制的硅橡膠密封圈，原鐵墊圈不適用于薄壁不銹鋼管，將全部換為專用的鐵墊圈。

陶瓷太陽能房頂已經試用、使用數年時間，從理論上說，陶瓷太陽板可以與建筑同壽命，陶瓷太陽能房頂主要部件是常用的建筑材料，可以實現與建筑壽命一體化。陶瓷太陽能房頂是一種設備，也是建筑的一部分，與普通設備、房頂一樣，也需要必要的維護、維修。

5 陶瓷太陽能房頂的主要用途

房頂是離人類最近，最容易獲得陽光的場所，陶瓷太陽能房頂可以使陽光利用最大化，可以為各種建筑提供熱水、取暖、空調；充分利用可再生能源，為節(jié)能減排，減少霧霾天氣作貢獻；降低建筑和相關設備建設成本、降低了建筑物運行成本。

目前主要可以為獨立住宅，即農居、別墅、城鄉(xiāng)結合部的獨戶住宅等提供部分冬天取暖的熱能、全年生活熱水；為廠礦企業(yè)的車間、倉庫、辦公樓及養(yǎng)殖業(yè)等提供部分冬天取暖、全年生活熱水；為城市住宅樓、公共建筑、服務業(yè)、學校、機關、賓館、飯店、游泳池等提供部分或全部熱水。

我國北方農村地區(qū)，冬天主要依靠燒煤取暖，白天室溫大多在12℃左右，夜間封爐室溫下降，24h平均室溫10℃左右或以下。我國北方地區(qū)獨立住宅的陶瓷太陽能房頂一般可以為相同面積的普通房間提供50%左右的取暖能量，也可以為少量房間提供更高比例的取暖能量，目前北方農村家庭多為1-2間房間取暖。

陶瓷太陽能房頂應該使房頂陽光利用最大化，盡量采用全面積陶瓷太陽能房頂，如20層住宅樓，電梯間放在北面，戶均建筑面積100m2，垂直20戶共同擁有房頂面積100m2左右，斜面大于平面，戶均陶瓷太陽能房頂采光面積可以達到5m2左右。即便考慮到房頂至一層的主熱水管道恒溫循環(huán)消耗，戶均有效采光面積的實際效果也可以達到4m2左右?？紤]到傳統(tǒng)普通單臺太陽能熱水器采光面積一般是2m2左右，所以陶瓷太陽能房頂應該可以提供20層住宅樓住戶生活熱水。

調整單位面積加熱水量，如濟南地區(qū)每平方米加熱30L水量，夏季晴天陶瓷太陽能房頂水溫可以達到100℃，根據記錄，2013年夏季49天水溫達到100℃，每天可以維持1～4h，大量能量和水資源轉化為蒸汽。溫水型溴化鋰吸收式制冷機可以將75℃以上熱水轉換為8～10℃冷水，風機盤管可以將冷水轉換為冷風，提供空調制冷，小型溫水型溴化鋰吸收式制冷機價格過高，而制冷機的功率與價格不是同比例增加，如目前10千瓦近10萬元，100千瓦約23萬元，400千瓦約34萬元，800千瓦約45萬元。一般新農村、有的公共建筑、工廠建筑的建筑密度比較高，夏天采用聯戶或聯棟的方式，大面積陶瓷太陽能房頂可以提供大量熱水，可以采用大功率制冷機向各戶或各棟建筑的風機盤管提供制冷冷水，比如對數百戶新農村社區(qū)每戶提供2千瓦的制冷能量，戶均投資額1萬元以下可能是今后的努力方向，公共建筑、工廠建筑可以用這種方式向部分建筑提供制冷能量，這種方式的本質是集中式空調。陶瓷太陽能房頂空調利用的開發(fā)可能為夏天過剩的熱水和能量找到利用途徑。

6 結語

陶瓷太陽板陽光吸收比為0.94，國家標準為0.92；陶瓷太陽能房頂日有用得熱量為8.6MJ，國家標準為7.0MJ；陶瓷太陽能房頂是多年以來太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化不斷改進、發(fā)展的一種應用形式，其結構簡單，采用干法施工工藝、建造成本較低。如果增加建筑面積，可以使建筑增值。因此，實現陶瓷太陽能與建筑一體化是未來行業(yè)發(fā)展的一種趨勢，值得大力推廣。