淺析太陽能系統(tǒng)與建筑一體化

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 430223

摘要：本文闡述了建筑與太陽能系統(tǒng)一體化技術(shù)在建筑節(jié)能環(huán)保精神中的重要意義，介紹了太陽能系統(tǒng)的幾種常見的類型，強(qiáng)調(diào)了采用建筑與太陽能系統(tǒng)一體化技術(shù)應(yīng)該滿足的條件和注意的問題，探討了利用太陽能能源達(dá)到建筑節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；環(huán)保材料；環(huán)保技術(shù)；太陽能熱水系統(tǒng)；建筑與太陽能系統(tǒng)一體化技術(shù)

目前，自然環(huán)境日益被破壞而能源危機(jī)也日益嚴(yán)重，因此開發(fā)利用創(chuàng)新的節(jié)能環(huán)保材料和技術(shù)成為需要我們攻克的新課題。而充分利用太陽能并將太陽能技術(shù)與建筑相結(jié)合成為了企業(yè)的新最求。太陽能是一種免費(fèi)的、清潔的、可再生的能源，將其與建筑相結(jié)合可提高住宅的健康舒適度，也可以美化建筑。

1 太陽能系統(tǒng)的類型

太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的類型多種多樣，但是主要方式都是將太陽能集熱器等構(gòu)件隱藏于建筑的整體風(fēng)格之中為基本原則。使得太陽能熱水系統(tǒng)能夠充分的發(fā)揮功能的同時(shí)又不破壞建筑物的整體美感。目前成熟的太陽能系統(tǒng)主要有天窗式和階梯嵌入式兩種。

1.1 天窗式太陽能系統(tǒng)

天窗式太陽能系統(tǒng)采用的是專利產(chǎn)品—建筑一體化集熱器，將集熱器作為建筑物的一個(gè)構(gòu)件安裝于建筑物的屋頂上以達(dá)到太陽能系統(tǒng)與建筑的完美結(jié)合，這種方式的供熱水方式為單戶供水形式。天窗式太陽能系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)為：（1）與建筑有機(jī)結(jié)合：該產(chǎn)品鑲嵌在建筑坡屋面上，管路通過屋面預(yù)留管到達(dá)閣樓或管井，不破壞屋面的結(jié)構(gòu)；（2）多功能一體化：具有提供熱水、防水、排水、裝飾屋面等多種功能；（3）防腐工藝先進(jìn)：排水板選用防氧化涂層；（4）管路布置簡單有序：進(jìn)出水管路由集熱器下面的預(yù)留孔（洞）直接穿過屋頂，維修方便；（5）造型新穎美觀：集熱器集箱鑲嵌在坡屋面上，使太陽熱水器與建筑渾然一體；（6）可應(yīng)用于別墅住宅、多層住宅坡屋面，能夠?qū)崿F(xiàn)單戶供水和集中供熱。天窗式太陽能系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：（1）與建筑完美結(jié)合：太陽能系統(tǒng)與建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)籌安排；（2）實(shí)現(xiàn)了太陽能集熱器屋面的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化。

1.2 階梯嵌入式太陽能系統(tǒng)

階梯嵌入式太陽能系統(tǒng)采用的專利產(chǎn)品為整體承壓式熱水器，其作為建筑一個(gè)構(gòu)件達(dá)到與建筑完美結(jié)合，供熱水方式也是采用單戶供水形式。階梯嵌入式太陽能系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)為：（1）安全性能好：真空管內(nèi)不走水，不結(jié)垢，不炸管，整機(jī)抗凍能力強(qiáng)，且單支管破損也不影響整機(jī)的使用；（2）承壓耐寒，采用高承壓技術(shù)，集熱器的安裝位置沒有限制；（3）自動(dòng)頂水運(yùn)行，上水取水同步進(jìn)行，方便快捷；（4）熱效高：采用熱管式真空太陽集熱管，啟動(dòng)溫度低，傳熱快；（5）進(jìn)水口分水裝置有效防止混水，出水溫度穩(wěn)定持久。階梯嵌入式太陽能系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為：（1）與建筑有機(jī)結(jié)合，造型新穎；（2）層次感強(qiáng)，風(fēng)格獨(dú)特。

2 太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的設(shè)計(jì)要求

為了充分利用太陽能能源并將太陽能系統(tǒng)的集熱器等構(gòu)件與建筑物完美結(jié)合，在設(shè)計(jì)過程中必須要注意以下幾個(gè)問題：（1）太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的合理利用具有一定的地域限制性：目前的太陽能系統(tǒng)能夠克服長時(shí)間缺失陽光的情況，也能在低氣溫零下6℃氣候條件下使用，但是在我國一些地區(qū)（如高寒和晴天天數(shù)少的地區(qū)）還不具備良好的應(yīng)用條件。（2）太陽能系統(tǒng)與建筑一體化技術(shù)在別墅、低層、多層住宅的使用比較成熟，但是目前仍然不適合在高層住宅使用。要采用太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的設(shè)計(jì)，必須滿足以下幾個(gè)條件：（1）應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行綜合論證太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的可行性；（2）應(yīng)從熱水用水溫度、熱水日用水量、熱水用水位置、冷水供水方式、水壓、溫度等方面綜合考慮使用條件；（3）應(yīng)從安裝地點(diǎn)緯度、月平均太陽輻射量、日照時(shí)間、環(huán)境溫度、安裝場地面積及形狀、遮擋情況、建筑物承載力等方面綜合論證環(huán)境要求；（4）太陽能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)劃、同步進(jìn)行。不但要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情況，還要考慮太陽能熱水系統(tǒng)的類型、安裝位置、色調(diào)能否與建筑的整體外觀完美結(jié)合，同時(shí)還要確保建筑物的承重能力和防水要求等。

3 太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的特點(diǎn)

太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）多層住宅的屋面面積非常充裕，可以根據(jù)住戶的用水需求設(shè)置足夠的太陽能集熱器，而且應(yīng)優(yōu)先選用分離式強(qiáng)制循環(huán)的太陽能熱水系統(tǒng)。即集熱器在屋面安裝，貯熱水箱設(shè)在戶內(nèi)，設(shè)置集熱循環(huán)泵，用溫差循環(huán)方式進(jìn)行控制。（2）小高層、高層住宅由于屋面可安裝集熱器的面積有限，宜采用集中太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)，也可采用陽臺(tái)欄板型或墻面安裝集熱器的局部太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)。采用太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意要盡量減少集熱系統(tǒng)的熱損失。當(dāng)供熱水范圍為小區(qū)時(shí)，集熱器應(yīng)集中設(shè)置在供熱站附近；當(dāng)供熱水范圍為樓棟或單元時(shí)，集熱器宜設(shè)置在屋面，貯熱水箱就近布置。（3）太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)與建筑、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。住宅建筑采用太陽能系統(tǒng)是為了節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境。因此，住宅太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須與建筑設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)一致，應(yīng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一施工。因此，太陽能熱水器不僅需要在集熱技術(shù)、集熱效率、集熱性能方面進(jìn)行改進(jìn)，還要根據(jù)住宅建筑的特點(diǎn)在與建筑物完美結(jié)合的技術(shù)方面有所突破。外觀上，無論是在屋面、陽臺(tái)、墻面或其他部位都要使太陽能集熱器成為建筑的一部分，實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)統(tǒng)一；結(jié)構(gòu)上，要妥善解決太陽能熱水系統(tǒng)的安裝問題，確保建筑物的承重、防水等功能不受影響，還要考慮太陽能集熱器抵御強(qiáng)風(fēng)、暴雪、冰雹等的防災(zāi)能力；貯水箱和管路布置上，要做到合理布置，應(yīng)盡量將貯水箱放在室內(nèi)，設(shè)置貯水箱的地面應(yīng)防水并設(shè)置地漏等排水措施，應(yīng)盡量縮短熱水系統(tǒng)循環(huán)管路和熱水供應(yīng)管路的長度，以減少熱量損失；系統(tǒng)運(yùn)行上，要求安全可靠、穩(wěn)定、易于安裝、維護(hù)，并能解決太陽能與輔助能源加熱設(shè)備的匹配問題，實(shí)現(xiàn)太陽能系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)控制功能。

4 結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、建筑行業(yè)的不斷創(chuàng)新，如何創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)節(jié)能、綠色環(huán)保的技術(shù)并使之運(yùn)用于建筑工程中，成為了我們最緊迫最艱巨的任務(wù)。而充分利用太陽能這種取之不盡、用之不竭的能源，在各行各業(yè)都是一個(gè)亟待攻破的新命題，太陽能的利用在各行各業(yè)都有著無窮的發(fā)展空間。特別是將太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的技術(shù)運(yùn)用到別墅、低層、多層住宅中具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保上的可操作性。我們要通過進(jìn)一步的探究，使住宅建筑與太陽能熱水系統(tǒng)更加完美結(jié)合、建筑造型更加豐富、結(jié)構(gòu)更加安全、布局更加簡潔合理、運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，創(chuàng)建出更加綠色環(huán)保、利于健康、安全舒適的居住環(huán)境。在更進(jìn)一步的完善太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的技術(shù)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該加大宣傳力度，積極的推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)行的步伐。