住宅建筑的太陽(yáng)能熱水器一體化設(shè)計(jì)策略初探

林棟

摘 要：住宅建筑的設(shè)計(jì)與太陽(yáng)能熱水器的運(yùn)用之間缺乏有機(jī)、整體的銜接是目前住宅建筑中普遍存在的現(xiàn)象，它不僅影響了建筑形式的美觀，同時(shí)也造成了一些使用過程中的安全隱患。本文正是對(duì)此相關(guān)問題進(jìn)行探討，試圖獲取值得借鑒的成果。根據(jù)太陽(yáng)能熱水器分別在住宅不同的安裝部位作住宅建筑的太陽(yáng)能熱水器一體化的策略探討，并進(jìn)行歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：住宅建筑;太陽(yáng)能熱水器;一體化設(shè)計(jì)

一、不同安裝部位的一體化策略

在住宅建筑與太陽(yáng)能熱水器的一體化設(shè)計(jì)中，特別是外觀上，對(duì)于太陽(yáng)能熱水器這而言，起主要影響作用的是集熱器的安裝位置及其方式，而儲(chǔ)水箱等其它一些附件盡管也需要被考慮，但并不會(huì)對(duì)一體化設(shè)計(jì)的建筑外觀起到太大的影響作用。所以，我們要討論的主要是集熱器的安裝位置。

1.1平屋頂

集熱器用三角構(gòu)架搭建在屋頂上

優(yōu)點(diǎn)：集熱器的安裝角度較自由，可以根據(jù)不同地區(qū)的緯度和太陽(yáng)高度角而定，使之平面能在滿足造型需要的情況下，盡量與太陽(yáng)光輻射方向成垂直狀態(tài)，以便能夠更好的吸收熱量。另外，在允許增加投入成本的情況下，安裝可活動(dòng)式支架，則集熱器的朝向亦可在一天中隨太陽(yáng)光輻射的角度變化，從而加大熱量吸收率;由于一般平屋頂都是可上人屋面，集熱器直接安放在屋頂，更便于維護(hù)和檢修。

缺點(diǎn)：為避免前排集熱器對(duì)后排的太陽(yáng)輻射的遮擋，安裝時(shí)南北向上的集熱器之間需空開一定的距離，從而難免會(huì)減少集熱器的數(shù)量和總面積。

集熱器平鋪在屋頂上

優(yōu)點(diǎn)：能將集熱器布滿整個(gè)屋面，達(dá)到數(shù)量上的最大化;能實(shí)現(xiàn)集熱器對(duì)建筑形體影響的最小化，使建筑立面的設(shè)計(jì)更為自由;集熱器可同時(shí)作為屋頂層的外保溫材料;

便于日常的維護(hù)和檢修。

缺點(diǎn)：由于集熱器是平放在屋面上的，一般都會(huì)與太陽(yáng)光輻射方向有較大的夾角，由此對(duì)集熱器的吸熱效率會(huì)有一定的影響。

集熱器與住宅建筑屋頂?shù)呐锛芑蝻h板結(jié)合

優(yōu)點(diǎn)：集熱器處于建筑的最上面，被遮擋最少，且易于連片布置，因而集熱效率高;作為建筑的一個(gè)裝飾性構(gòu)件存在，更易于和建筑造型融合;集熱器安裝在棚架或飄板上， 對(duì)建筑結(jié)構(gòu)、防水、保溫不會(huì)造成破壞，施工簡(jiǎn)單;不僅能使建筑屋頂美觀，更可以作為屋頂花園的遮陽(yáng)板，供人在其下休憩，實(shí)現(xiàn)一舉兩得的效果。

缺點(diǎn)：有些飄板由于孤懸于空中，遠(yuǎn)離屋頂層，會(huì)給日常維護(hù)和檢修帶來(lái)一定的不方便;由于受力面較大導(dǎo)致固定不夠牢靠，需要充分考慮被大風(fēng)吹刮等外力因素而可能會(huì)造成的安全隱患問題。

1.2坡屋頂

集熱器搭建在坡屋頂上，與屋面坡度一致

優(yōu)點(diǎn)：由于在大多數(shù)的住宅建筑設(shè)計(jì)中，坡屋面本身與水平面所成夾角一般為30°～45°之間，因此與之斜率一致的集熱器平面，為發(fā)揮其集熱性能提供了先天的條件;可將儲(chǔ)水箱等蓄熱裝置放于坡屋頂下的空間，使功能與形式得到更加完美的統(tǒng)一。

缺點(diǎn)：上坡屋頂?shù)奈菝鏅z修及維護(hù)太陽(yáng)能熱水器設(shè)備不方便，也不安全;由于坡屋頂?shù)奈菝嬷挥谐系哪且话氩胚m宜安裝集熱器，所以會(huì)使得總的集熱面積相對(duì)較小，從而使得這種方式的一體化設(shè)計(jì)在住宅建筑中的應(yīng)用范圍比較受限制，一般在局部熱水系統(tǒng)或低、多層住宅的熱水系統(tǒng)中應(yīng)用較多。

集熱器嵌入坡屋頂，與屋面成為一體。

優(yōu)點(diǎn)：兼有搭建在坡屋頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)之外，同時(shí)與住宅建筑的一體化效果更好。

缺點(diǎn)：構(gòu)造較為復(fù)雜。

集熱器與坡屋頂?shù)拈芸诮Y(jié)合。

優(yōu)點(diǎn)：集熱器的角度可較為自由的調(diào)節(jié)而不會(huì)對(duì)影響立面的造型構(gòu)成太大的影響，集熱效率高;可兼作頂層窗戶的外遮陽(yáng)構(gòu)件，同時(shí)起到一定的裝飾作用。

缺點(diǎn)：可利用的面非常有限，尤其不適合于在高層住宅建筑上安裝，一般多應(yīng)用于低層或者獨(dú)棟的住宅。

集熱器的最佳集熱角度，主要取決于所在地區(qū)的氣候條件與緯度。

于是，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)需要安裝太陽(yáng)能熱水器并選擇將集熱器放置在屋頂上的坡屋頂住宅建筑時(shí)，我們應(yīng)首先根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和緯度，計(jì)算出能夠發(fā)揮最高集熱效率的集熱器安裝角度，然后再將這個(gè)角度作為該住宅建筑土建時(shí)坡屋頂傾斜度設(shè)計(jì)的參考值。

1.3立面

集熱器安裝在窗間墻

所謂窗間墻，既可以是位于上下兩個(gè)窗戶之間的那片墻，也可以是位于左右兩個(gè)窗戶之間的。

優(yōu)點(diǎn)：集熱器可作為建筑立面的裝飾構(gòu)件，設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)脑?，一體化效果較好。

缺點(diǎn)：安裝和檢修維護(hù)都不方便，尤其是高層住宅，作業(yè)時(shí)須十分注意安全;若集熱器貼墻豎向安裝，則與太陽(yáng)輻射角度之間有夾角，勢(shì)必降低集熱效率。所以，一般還需傾斜安裝，不過這樣容易受到高空墜物之類的東西損傷;由于受到窗戶大小的制約，可安裝太陽(yáng)能集熱器的面積有一定的限制。

集熱器與陽(yáng)臺(tái)護(hù)欄結(jié)合

陽(yáng)臺(tái)上的集熱器若是采用全玻璃真空管，則有水平方向和豎直方向兩種布置方式。

水平布置的全玻璃真空管對(duì)太陽(yáng)高度角的變化有自動(dòng)適應(yīng)能力，因此整個(gè)的集熱器平面可以垂直于水平方向布置。同時(shí)，為了保護(hù)容易損壞的全玻璃真空管，應(yīng)該保留原有的護(hù)欄。

而豎向布置的全玻璃真空管，其整個(gè)集熱器平面需要傾斜布置，并且它的長(zhǎng)度也會(huì)受到陽(yáng)臺(tái)護(hù)欄高度的限制。土建上一般陽(yáng)臺(tái)護(hù)欄的高度為1.2m，而目前的全玻璃真空管的長(zhǎng)度很少有比這一數(shù)值小的，同時(shí)還要考慮到管道，因此布置起來(lái)會(huì)顯得比較捉襟見肘。另外，豎向布置的全玻璃真空管對(duì)太陽(yáng)高度角的變化沒有自動(dòng)適應(yīng)能力，因而其集熱效率會(huì)打折扣。不過，它的管道布置要比與水平方向的全玻璃真空管更方便一些。

優(yōu)點(diǎn)：一體化效果較好，可作為陽(yáng)臺(tái)的構(gòu)件存在，并不占用額外的空間;日常的維護(hù)和檢修較為方便。

缺點(diǎn)：集熱器平面與太陽(yáng)輻射角度之間會(huì)有夾角，特別是在采用平板型集熱器的時(shí)候，集熱效率有所影響。

二、結(jié)語(yǔ)

其實(shí)，在住宅建筑與太陽(yáng)能熱水器的一體化設(shè)計(jì)中，還有很多值得關(guān)注的東西。譬如，建筑師不應(yīng)該把目光僅僅只是停留在建筑圖紙上，而更應(yīng)該主動(dòng)去和太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)廠家進(jìn)行溝通，增進(jìn)相互間的了解。這樣，建筑師會(huì)獲得更多前沿的產(chǎn)品信息，同時(shí)也能讓廠家為我們提供更合適的產(chǎn)品。

因此，在太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品本身的方面，廠家需要提高科學(xué)技術(shù)的含金量，加大力度進(jìn)行科研攻關(guān)，解決產(chǎn)品中存在的一些技術(shù)難題。在開發(fā)研制太陽(yáng)能熱水器的時(shí)候，要結(jié)合建筑屋頂和立面等可能安裝部位的外觀及構(gòu)造特點(diǎn)進(jìn)行充分考慮，同時(shí)提高產(chǎn)品的通用性和適應(yīng)性。并可以考慮在結(jié)合輔助加熱或提高集熱效率等方面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化的運(yùn)行方式。

隨著人們更加注重對(duì)建筑審美的追求和對(duì)低碳生活的渴求，住宅建筑與太陽(yáng)能熱水器的一體化設(shè)計(jì)這個(gè)領(lǐng)域，必將受到業(yè)內(nèi)以及社會(huì)越來(lái)越高的關(guān)注與重視。

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