禹翔天+楊軍

摘 要：目前我國(guó)建筑面積已達(dá)到約600億㎡，并以每年22億㎡的速度持續(xù)增長(zhǎng)， 而建筑能耗占到全社會(huì)總能耗的20%，因此，居住建筑節(jié)能研究成為我國(guó)建筑節(jié)能及建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的一個(gè)重要課題。建筑是太陽(yáng)能利用的主要用戶(hù)，在倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的今天，如何有效的將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化是十分重要現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，基于此，本文將對(duì)太陽(yáng)能與建筑一體化以及其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行研究與討論。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；建筑一體化；熱水系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.194

1 引言

建筑太陽(yáng)能技術(shù)是太陽(yáng)能與建筑一體化技術(shù)的關(guān)鍵所在。一體化的含義指的是內(nèi)在的聯(lián)系和外在的相互結(jié)合。何謂建筑與太陽(yáng)能技術(shù)一體化？是不是把建筑和太陽(yáng)能技術(shù)簡(jiǎn)單的拼湊在一起，答案是否定的。所謂建筑與太陽(yáng)能技術(shù)一體化不是簡(jiǎn)單的一加一，而是使兩種不同的東西有機(jī)結(jié)合在一起。也就是說(shuō)從設(shè)計(jì)伊始，太陽(yáng)能系統(tǒng)就應(yīng)當(dāng)作為建筑不可或缺的設(shè)計(jì)元素將其考慮在內(nèi)，并巧妙地融入建筑之中，使太陽(yáng)能系統(tǒng)成為建筑整體的一部分，而不是胡拼亂湊。總而言之，將太陽(yáng)能產(chǎn)品及構(gòu)件與建筑相結(jié)合并完美應(yīng)用才是真正的太陽(yáng)能技術(shù)與建筑一體化[1]。

2 太陽(yáng)能與建筑一體化研究

2.1 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設(shè)計(jì)要素研究

在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化的設(shè)計(jì)中，其技術(shù)包括太陽(yáng)能集熱器的定位、連接、選型及管路的布置和貯熱水箱等方面，這些因素關(guān)系著太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在建筑中的技術(shù)可行性。具體將從集熱器設(shè)計(jì)、貯熱水箱布置、管路布置這三方面展開(kāi)進(jìn)行研究。

2.1.1 集熱器的設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)集熱部件太陽(yáng)能集熱器是其核心，對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中影響最大就是集熱部件性能的優(yōu)劣，整個(gè)熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合效果都會(huì)受到它的布局影響。因此，在保證集熱器性能的同時(shí)又遵循建筑美學(xué)的原則顯得尤為重要。雖然應(yīng)當(dāng)圍繞太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中的集熱器來(lái)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，但集熱器所收集的太陽(yáng)能也受其系統(tǒng)其它附件的影響，所以其他附件同樣重要，因此何如合理選擇與設(shè)計(jì)要考慮周全。

2.1.2 貯熱水箱的布置

在集中供水系統(tǒng)中，貯熱水箱體積大、重量沉，水箱自身應(yīng)有足夠的承載能力，且在建筑設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮水箱貯滿(mǎn)水時(shí)的荷載總量。水箱固定在建筑上時(shí)，與墻、柱、梁等建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件相連接比較妥當(dāng)，以確保牢固度。貯水箱應(yīng)當(dāng)具有上、下水管和緊急排水通道，并且能夠與輔助能源加熱裝置連接。布置貯水箱的時(shí)候，為了避免管道過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生熱量損失，應(yīng)當(dāng)讓集熱器和貯熱水箱盡量貼近。

2.1.3 管路的布置

目前，大部分住宅已經(jīng)普遍應(yīng)用到太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，但是設(shè)計(jì)人員缺乏相關(guān)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)而隨意安排布置太陽(yáng)能用水管路，這不僅會(huì)影響水力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可調(diào)性、集熱器換熱性能，而且也使其管路不能與相關(guān)建筑有機(jī)結(jié)合，從而影響建筑的外觀。這就要求住宅在設(shè)計(jì)確定管路布置的時(shí)候，不僅要滿(mǎn)足用戶(hù)的正常使用，而且還要考慮到合理布置與包裝，以使得太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑完美得結(jié)合。太陽(yáng)能熱水器管路的布置的時(shí)候應(yīng)當(dāng)盡量做到便于維修又隱蔽安全，若難以做到隱蔽，則應(yīng)該將管路排列整齊，不占用較大建筑空間。

2.2 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)研究

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)一體化要滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就要進(jìn)行合理施工，改變施工結(jié)構(gòu)，把太陽(yáng)能產(chǎn)品及構(gòu)件與建筑進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，力求做到同步設(shè)計(jì)、同步施工與同步驗(yàn)收。具體將從與屋面、與墻體、與陽(yáng)臺(tái)欄板的一體化設(shè)計(jì)這三方面展開(kāi)進(jìn)行研究。

2.2.1 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與屋面一體化

現(xiàn)代住宅屋頂形式越來(lái)越多樣化，但大體上還是分為平屋頂和坡屋頂這兩種，平屋頂安置太陽(yáng)能采集器時(shí)，采用支架布陣的方式，能相對(duì)簡(jiǎn)單得達(dá)到采集器的傾角要求，使得采集器與屋頂構(gòu)件融合，將矩形集熱器架立在傾斜升起的屋架與構(gòu)件之間，通過(guò)屋面的有序布置，色彩的搭配調(diào)和，使視覺(jué)效果更加和諧；而坡屋頂是我國(guó)傳統(tǒng)的民居屋面造型的主流，有單坡、雙坡、四坡等形式。采集器與其外觀結(jié)合則可以采取設(shè)計(jì)成天窗形式、隱入形式、階梯嵌入形式等方式。

2.2.2 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與墻體一體化

由于住宅的屋頂利用太陽(yáng)能面積有限，豎向立面則成了住宅利用太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)的重要區(qū)域。盡量使用垂直或有傾角的壁掛式集熱器。若將采集器安置在南墻側(cè)，則難以避免管線(xiàn)穿過(guò)居室，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要事先安排好管線(xiàn)位置和建筑的平面布局，盡量避免室內(nèi)有明管線(xiàn)穿過(guò)，以免影響居室的外觀。

2.2.3 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與陽(yáng)臺(tái)欄板一體化

城市普通太陽(yáng)能熱水器不便于進(jìn)行安裝的用戶(hù)可以采取新型窗式分體壁掛太陽(yáng)能熱水器，可以直接放在陽(yáng)臺(tái)外、墻壁上，也可安置在房屋樓頂平臺(tái)上，足夠現(xiàn)代家庭淋浴等家用熱水。陽(yáng)臺(tái)式熱水器便于安裝，與建筑立面造型結(jié)合較易，能達(dá)到普通建筑不能達(dá)到的視覺(jué)效果，又與陽(yáng)臺(tái)的結(jié)合方式多樣，優(yōu)點(diǎn)顯著，是目前除傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱水器外，在住宅建筑中使用最普遍的。

2.3 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化的節(jié)能環(huán)保研究

充分利用太陽(yáng)能以減少消耗常規(guī)能源是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的目標(biāo)所在。因此對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能效果和節(jié)能效益分析就必不可少。具體將從太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)節(jié)能效益評(píng)估與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)環(huán)保效益的評(píng)估這兩方面展開(kāi)進(jìn)行研究。

2.3.1 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)節(jié)能效益評(píng)估

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)利用可再生的清潔能源，減少不可再生資源的消耗，而節(jié)能效益我們將從年節(jié)能量、年節(jié)能費(fèi)用、增投資回收期以及系統(tǒng)費(fèi)效比這四個(gè)指標(biāo)來(lái)對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)節(jié)能效益進(jìn)行評(píng)估。

2.3.2 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)環(huán)保效益評(píng)估

環(huán)保目的就是減少常規(guī)能源的消耗從而使污染物的排放減少，因此其效益評(píng)估的主要指標(biāo)有：二氧化碳、粉塵、二氧化硫及氮氧化物的減排量等。

3 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀

目前太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑的結(jié)合發(fā)展較快，太陽(yáng)能推廣得到國(guó)家政策的支持是其中的一方面，另一方面得益于《可再生能源法》實(shí)施與推廣，相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范迫使地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商在建筑物的設(shè)計(jì)與施工中為太陽(yáng)能利用提供必要條件；而住戶(hù)對(duì)已建成的建筑物可以在不影響其質(zhì)量與安全的前提下，安裝符合技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)能利用系統(tǒng) [2]。

3.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀

3.2.1 太陽(yáng)能能源在美國(guó)建筑中的利用現(xiàn)狀

太陽(yáng)能建筑在美國(guó)一直發(fā)展十分迅速。為了環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，減少能源的消耗、降低環(huán)境的污染、調(diào)整能源的結(jié)構(gòu)，美國(guó)對(duì)太陽(yáng)能的應(yīng)用及開(kāi)發(fā)做了積極的探索，其中規(guī)模最大、涉及最廣、正逐步實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目就是“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，并將該計(jì)劃作為面向21世紀(jì)的一項(xiàng)由政府主導(dǎo)的中長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃。

3.2.2 太陽(yáng)能能源在日本建筑中的利用現(xiàn)狀

作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體與能源消耗大國(guó)，日本能源進(jìn)口的依賴(lài)性十分嚴(yán)重。日本政府從1995 年開(kāi)始實(shí)施“綠色政府行動(dòng)計(jì)劃”，規(guī)定新建建筑必須有效利用太陽(yáng)能，并運(yùn)用低息貸款政策對(duì)使用太陽(yáng)能利用系統(tǒng)的用戶(hù)給予鼓勵(lì)。 “陽(yáng)光計(jì)劃”緊隨其后，建造太陽(yáng)能建筑供暖與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)等示范性項(xiàng)目，其并在全國(guó)進(jìn)行推廣。

3.2.3 太陽(yáng)能能源在歐洲建筑中的利用現(xiàn)狀

歐洲對(duì)太陽(yáng)能能源開(kāi)發(fā)和利用一直走在世界前列，相對(duì)于我國(guó)住宅僅使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)供應(yīng)生活熱水，歐洲的太陽(yáng)能光熱利用，是與常規(guī)能源系統(tǒng)相結(jié)合運(yùn)行，作為輔助熱源供應(yīng)生活熱水與住宅供暖。雖然沒(méi)有豐富的太陽(yáng)能資源，但強(qiáng)烈環(huán)保意識(shí)、常規(guī)能源的匱乏，使得歐洲國(guó)家致力于優(yōu)化研究太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑作為太陽(yáng)能利用的主要載體，在當(dāng)代倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境下，我們應(yīng)當(dāng)把更為節(jié)能與環(huán)保的設(shè)計(jì)方法即一體化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工相融合，利用各種技術(shù)手段，將優(yōu)化與集成技術(shù)體系應(yīng)用到當(dāng)代太陽(yáng)能建筑之中，使之形成完善的系統(tǒng)，以便應(yīng)對(duì)我國(guó)當(dāng)代太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊維菊.太陽(yáng)能熱水器與建筑一體化的探討[J].華中建筑，2000（11）：62-64.

[2]蘇粵.太陽(yáng)能熱水器與建筑一體化設(shè)計(jì)[J].新建筑，2003（06）：79-80.