淺談建筑太陽能一體化設(shè)計

呂永強

如果歌德的名言“建筑是凝固的音樂”這句話體現(xiàn)出了建筑形式的魅力,是對建筑外在美的肯定,那么建筑是否節(jié)能、環(huán)保,則是建筑內(nèi)在美的體現(xiàn)。只有做到了內(nèi)在美與外在美、形式美與內(nèi)容美的統(tǒng)一,才符合科學發(fā)展觀要求。

在環(huán)境破壞日益嚴重和能源危機的今天,如何開發(fā)利用環(huán)保節(jié)能的建筑配套成品就成了焦點話題。一直以來,太陽能等可再生能源在建筑技術(shù)上的完美應(yīng)用都是企業(yè)不懈的追求,太陽能與建筑結(jié)合創(chuàng)造的低能耗高舒適度的健康居住環(huán)境,可以讓生活更自然更環(huán)保,對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。太陽能作為一種免費、清潔的能源,太陽能與建筑的結(jié)合也在建筑中尤其是住宅建設(shè)中越發(fā)顯現(xiàn)其不可替代的地位,并成為住宅建設(shè)中的一個最新亮點。

建筑是能源消耗大戶,建筑耗能占我國總耗能的30%左右,而生活熱水在建筑耗能中的比重是18%。而當前我國有400億m2的既有建筑,其中99%是沒有應(yīng)用太陽能的高能耗建筑,每年新建的20億m2建筑,其中95%是高能耗建筑。21世紀我國面臨著經(jīng)濟高持續(xù)發(fā)展與節(jié)能環(huán)保的雙重課題。利用再生清潔能源——太陽能,解決全部或部分家用熱水用電,減少商品能源的消耗,節(jié)能環(huán)保意義重大。太陽能與建筑完美結(jié)合,可為太陽能利用提供廣闊的市場,也是實現(xiàn)建筑節(jié)能的一條重要途徑。

1 太陽能一體化的含義

太陽能建筑一體化是不是把太陽能用于建筑,或者把二者“相加”在一起就可以,答案是否定的。中國太陽能學會太陽能和建筑結(jié)合專業(yè)委員會籌備組負責人袁瑩教授的回答是:“所謂太陽能與建筑一體化不是簡單的‘相加',而是要通過‘相加'整合出一個嶄新的答案。也就是說,建筑應(yīng)該從開始設(shè)計時,就將太陽能系統(tǒng)包含的所有內(nèi)容作為建筑不可或缺的設(shè)計元素加以考慮,巧妙地將太陽能系統(tǒng)的各個部件融入建筑之中,使太陽能系統(tǒng)成為建筑不可分割的一部分,而不是讓太陽能成為建筑的附加構(gòu)件?！?/p>

以分體式太陽能熱水系統(tǒng)為例,太陽能集熱板或太陽能集熱管是暴露在屋頂上的,在設(shè)計時就要想辦法讓太陽能熱水器暴露在外面的部分實現(xiàn)建筑構(gòu)件化,使之與建筑融為一體,成為與坡屋面、墻面、陽臺、窗子等建筑構(gòu)件相匹配的另一種構(gòu)件。太陽能系統(tǒng)要作為建筑構(gòu)件元素來考慮,與建筑的屋面、墻面、陽臺、窗戶有機結(jié)合在一起進行整合設(shè)計。這樣,太陽能熱水系統(tǒng)科技內(nèi)容的加入就會使建筑呈現(xiàn)出一種新的造型與外觀,增強建筑的表現(xiàn)力。

2 推廣設(shè)計原則

推廣太陽能與建筑一體化設(shè)計和施工應(yīng)注意以下幾個方面。首先,應(yīng)因地制宜,先行試點,有計劃、有步驟地推廣運用。太陽能具有一定的地域選擇性。盡管目前的太陽能已經(jīng)能夠適應(yīng)多天缺少陽光、最低氣溫零下6℃氣候條件下的使用。但是太陽能在我國一些地區(qū)(如高寒和晴天天數(shù)少的地區(qū))還不具備應(yīng)用條件。另一方面,太陽能熱水器技術(shù)在多層次住宅中的使用已經(jīng)比較成熟,但在小高層、高層住宅中,還缺少成功的案例。在太陽能技術(shù)的推廣應(yīng)用中,不能采取一刀切的辦法,應(yīng)因地制宜,在符合太陽能使用日照系數(shù)條件的地區(qū),對熱水供應(yīng)有長期穩(wěn)定需求的公共和居住建筑,在技術(shù)條件和環(huán)境條件允許的情況下,應(yīng)積極優(yōu)先采用太陽能熱水系統(tǒng)。

2.1 技術(shù)條件

技術(shù)條件指太陽能熱水系統(tǒng)在工程應(yīng)用中的合理性,宜從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面進行綜合評價。

2.2 環(huán)境條件包括現(xiàn)場條件和熱水設(shè)計條件

1)現(xiàn)場條件是指安裝地點緯度、月平均太陽輻射量、日照時間、環(huán)境溫度、安裝場地面積及形狀、遮擋情況、建筑物承載力。

2)熱水條件包括:熱水用水溫度、熱水日用水量、熱水用水位置、冷水供水方式、水壓、溫度等。

2.3 太陽能的設(shè)計與工程設(shè)計統(tǒng)一規(guī)劃、同步設(shè)計、同步施工

1)規(guī)劃上,應(yīng)考慮集熱器的安裝對日照的影響和建筑物對集熱器的遮擋。2)外觀上,建筑專業(yè)設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑類型、使用要求確定太陽能熱水系統(tǒng)的類型、安裝位置、色調(diào),實現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)與建筑完美結(jié)合。3)結(jié)構(gòu)上,妥善解決太陽能熱水系統(tǒng)安裝可能存在的問題,確保建筑物的承重、防水等不受影響;太陽能集熱器應(yīng)具有抗風、冰雪、冰雹等能力。4)給排水專業(yè)上本著節(jié)水節(jié)能、經(jīng)濟合理、安全簡便、利于計量等原則,選擇太陽能熱水系統(tǒng)。5)系統(tǒng)運行安全、可靠、穩(wěn)定,便于維護管理。

3 太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計

太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合建筑給排水設(shè)計,系統(tǒng)供水水溫、水壓和水質(zhì)符合現(xiàn)行國家標準。以下是工程中太陽能熱水系統(tǒng)與不同類型建筑結(jié)合的幾種常見做法。

3.1 集中集熱—分戶計量—直接換熱系統(tǒng)

集中集熱—分戶計量—直接換熱系統(tǒng)適合多層、小高層、高層住宅,每一套系統(tǒng)集中一套太陽能集熱系統(tǒng),每戶一臺換熱式雙能源水箱,集熱式太陽能系統(tǒng)相當于一個公共的熱源部分對每戶供熱。每戶使用自己的自來水和電輔助加熱。其優(yōu)缺點:1)優(yōu)點:不受樓層高限制,并可以實現(xiàn)太陽能熱能資源共享,可根據(jù)樓面建筑情況靈活布置,最容易實現(xiàn)與建筑協(xié)調(diào)管理維修方便,運行可靠。2)缺點:系統(tǒng)供熱統(tǒng)一,用戶用熱量會存在不均,并需要物業(yè)統(tǒng)一管理維護。

3.2 集中集熱—集中供熱水

集中集熱—集中供熱水適用于高級賓館、學校、酒店等公共建筑洗浴和熱水集中供應(yīng)場所。本太陽能以中央控制器對集中循環(huán)水箱進行加熱控制,通過溫度探頭對熱量傳輸控制。集熱器布置高于水箱,靈活,水箱隱蔽,不影響建筑美觀,且保溫性能好,熱損失少。

3.3 分戶集熱—分戶水箱—自然循環(huán)系統(tǒng)

集熱器與水箱分離,集熱器放置在陽臺、建筑外立面等位置,可與建筑完美結(jié)合。系統(tǒng)傳熱工質(zhì)通過自然熱力循環(huán),系統(tǒng)的集熱循環(huán)為開放式運行,易于安裝、維護,初始投資相對較低。系統(tǒng)方案特點:1)集熱與儲熱分離,易于實現(xiàn)系統(tǒng)與建筑立面結(jié)合安裝。2)儲熱水箱壁掛式安裝,不占陽臺空間。3)每戶一套獨立系統(tǒng),分戶計量,可實現(xiàn)無線控制。4)集熱循環(huán)管路就近布置,結(jié)構(gòu)簡潔。5)適用于小戶型建筑。

4 太陽能與建筑一體化的優(yōu)點

1)建筑的使用功能與太陽能設(shè)施有機結(jié)合(如熱水器),形成多功能的建筑構(gòu)件,巧妙高效地利用建筑空間。同步設(shè)計、施工,避免后期安裝對用戶生活造成不便和對建筑外保溫以及結(jié)構(gòu)的損害。2)形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的建筑形式。太陽能設(shè)施構(gòu)件化和建筑融合為一體,協(xié)調(diào)和諧,構(gòu)造合理,形成完整統(tǒng)一的建筑外觀。3)我國太陽能資源豐富,太陽能與建筑一體化為太陽能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開辟了廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展,如何為消費者創(chuàng)造經(jīng)濟節(jié)能、綠色環(huán)保的條件,給我們每一個設(shè)計者提出了更高、更緊迫的要求,讓我們充分發(fā)揮主力軍的優(yōu)勢和作用,為提高太陽能集中供熱與建筑一體化在建筑領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用,與各界共同努力,攜手奮進。

[1]發(fā)改環(huán)資[2004]2505號,節(jié)能中長期專項規(guī)劃[Z].

[2]GB 50364-2005,民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[3]韋 亮.談主動式太陽能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用[J].山西建筑,2008,34(9):260-261.