解析太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化研究與發(fā)展現(xiàn)狀

禹翔天+楊軍

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

關鍵詞：太陽能；建筑一體化；熱水系統(tǒng)

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

1 引言

建筑太陽能技術是太陽能與建筑一體化技術的關鍵所在。一體化的含義指的是內(nèi)在的聯(lián)系和外在的相互結合。何謂建筑與太陽能技術一體化？是不是把建筑和太陽能技術簡單的拼湊在一起，答案是否定的。所謂建筑與太陽能技術一體化不是簡單的一加一，而是使兩種不同的東西有機結合在一起。也就是說從設計伊始，太陽能系統(tǒng)就應當作為建筑不可或缺的設計元素將其考慮在內(nèi)，并巧妙地融入建筑之中，使太陽能系統(tǒng)成為建筑整體的一部分，而不是胡拼亂湊?？偠灾?，將太陽能產(chǎn)品及構件與建筑相結合并完美應用才是真正的太陽能技術與建筑一體化[1]。

2 太陽能與建筑一體化研究

2.1 太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設計要素研究

在太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化的設計中，其技術包括太陽能集熱器的定位、連接、選型及管路的布置和貯熱水箱等方面，這些因素關系著太陽能熱水系統(tǒng)在建筑中的技術可行性。具體將從集熱器設計、貯熱水箱布置、管路布置這三方面展開進行研究。

2.1.1 集熱器的設計

太陽能熱水系統(tǒng)集熱部件太陽能集熱器是其核心，對太陽能熱水系統(tǒng)中影響最大就是集熱部件性能的優(yōu)劣，整個熱水系統(tǒng)與建筑的結合效果都會受到它的布局影響。因此，在保證集熱器性能的同時又遵循建筑美學的原則顯得尤為重要。雖然應當圍繞太陽能集熱系統(tǒng)中的集熱器來進行的設計，但集熱器所收集的太陽能也受其系統(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計要考慮周全。

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，水箱自身應有足夠的承載能力，且在建筑設計時還應考慮水箱貯滿水時的荷載總量。水箱固定在建筑上時，與墻、柱、梁等建筑結構構件相連接比較妥當，以確保牢固度。貯水箱應當具有上、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。布置貯水箱的時候，為了避免管道過長而產(chǎn)生熱量損失，應當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)普遍應用到太陽能熱水系統(tǒng)，但是設計人員缺乏相關知識與經(jīng)驗而隨意安排布置太陽能用水管路，這不僅會影響水力系統(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建筑有機結合，從而影響建筑的外觀。這就要求住宅在設計確定管路布置的時候，不僅要滿足用戶的正常使用，而且還要考慮到合理布置與包裝，以使得太陽能熱水系統(tǒng)與建筑完美得結合。太陽能熱水器管路的布置的時候應當盡量做到便于維修又隱蔽安全，若難以做到隱蔽，則應該將管路排列整齊，不占用較大建筑空間。

2.2 太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化的設計結構研究

太陽能熱水系統(tǒng)一體化要滿足結構設計，就要進行合理施工，改變施工結構，把太陽能產(chǎn)品及構件與建筑進行有機結合，力求做到同步設計、同步施工與同步驗收。具體將從與屋面、與墻體、與陽臺欄板的一體化設計這三方面展開進行研究。

2.2.1 太陽能熱水系統(tǒng)與屋面一體化

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

2.2.2 太陽能熱水系統(tǒng)與墻體一體化

由于住宅的屋頂利用太陽能面積有限，豎向立面則成了住宅利用太陽能開發(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，則難以避免管線穿過居室，因此在設計的時候，要事先安排好管線位置和建筑的平面布局，盡量避免室內(nèi)有明管線穿過，以免影響居室的外觀。

2.2.3 太陽能熱水系統(tǒng)與陽臺欄板一體化

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

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

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

2.3.1 太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能效益評估

太陽能熱水系統(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)能費用、增投資回收期以及系統(tǒng)費效比這四個指標來對太陽能熱水系統(tǒng)節(jié)能效益進行評估。

2.3.2 太陽能熱水系統(tǒng)環(huán)保效益評估

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，因此其效益評估的主要指標有：二氧化碳、粉塵、二氧化硫及氮氧化物的減排量等。

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

3.1 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

目前太陽能熱水系統(tǒng)與建筑的結合發(fā)展較快，太陽能推廣得到國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》實施與推廣，相應的技術規(guī)范迫使地產(chǎn)開發(fā)商在建筑物的設計與施工中為太陽能利用提供必要條件；而住戶對已建成的建筑物可以在不影響其質(zhì)量與安全的前提下，安裝符合技術規(guī)范和產(chǎn)品標準的太陽能利用系統(tǒng) [2]。

3.2 國外的研究現(xiàn)狀

3.2.1 太陽能能源在美國建筑中的利用現(xiàn)狀

太陽能建筑在美國一直發(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)整能源的結構，美國對太陽能的應用及開發(fā)做了積極的探索，其中規(guī)模最大、涉及最廣、正逐步實現(xiàn)的項目就是“百萬太陽能屋頂計劃”，并將該計劃作為面向21世紀的一項由政府主導的中長期發(fā)展計劃。

3.2.2 太陽能能源在日本建筑中的利用現(xiàn)狀

作為世界第二大經(jīng)濟體與能源消耗大國，日本能源進口的依賴性十分嚴重。日本政府從1995 年開始實施“綠色政府行動計劃”，規(guī)定新建建筑必須有效利用太陽能，并運用低息貸款政策對使用太陽能利用系統(tǒng)的用戶給予鼓勵。 “陽光計劃”緊隨其后，建造太陽能建筑供暖與太陽能熱水系統(tǒng)等示范性項目，其并在全國進行推廣。

3.2.3 太陽能能源在歐洲建筑中的利用現(xiàn)狀

歐洲對太陽能能源開發(fā)和利用一直走在世界前列，相對于我國住宅僅使用太陽能熱水系統(tǒng)供應生活熱水，歐洲的太陽能光熱利用，是與常規(guī)能源系統(tǒng)相結合運行，作為輔助熱源供應生活熱水與住宅供暖。雖然沒有豐富的太陽能資源，但強烈環(huán)保意識、常規(guī)能源的匱乏，使得歐洲國家致力于優(yōu)化研究太陽能熱水系統(tǒng)。

4 結語

建筑作為太陽能利用的主要載體，在當代倡導可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境下，我們應當把更為節(jié)能與環(huán)保的設計方法即一體化設計與傳統(tǒng)的設計施工相融合，利用各種技術手段，將優(yōu)化與集成技術體系應用到當代太陽能建筑之中，使之形成完善的系統(tǒng)，以便應對我國當代太陽能技術發(fā)展。

參考文獻：

[1]楊維菊.太陽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.太陽能熱水器與建筑一體化設計[J].新建筑，2003（06）：79-80.