太陽能與建筑一體化設計在各種建筑中的應用

全芳　鐘盛

（1.桂林市安廈房地產開發有限責任公司廣西桂林市5410022.中國房地產開發桂林公司廣西桂林市　541000）

太陽能與建筑一體化設計在各種建筑中的應用

全芳1鐘盛2

（1.桂林市安廈房地產開發有限責任公司廣西桂林市5410022.中國房地產開發桂林公司廣西桂林市541000）

在房屋建設過程中，為了節約能源，越來越多的太陽能產品走進了我們的生活。在前期設計中我們怎樣將太陽能與建筑一體化設計，實際美觀與實用的雙贏呢。為便于技術人員能有針對性的理解及運用，作者對已實施的一些項目做了歸納與總結，以便給大家參考。

太陽能；可再生能源；一體化

目前許多的建筑都要求必須配置太陽能以節約能源。但在建筑設計中太陽能的設備如果放置不當，對外立面的影響較大，因此現在應大力發展太陽能與建筑一體化設計。但是如何在實際運用中將兩者較好的結合，還是需要大家在實際過程中不斷的摸索。本文對太陽能系統的概念及一體化實際應用得案例進行分析，以供參考。

首先，對太陽能熱水系統的分類需要一個簡單的認識：

（1）太陽能熱水系統按集合程度可以分為以下三種系統：

①分戶集熱、分戶儲熱的分戶式太陽能系統。

②集中集熱、分戶儲熱的半集中式太陽能系統。

③集中集熱、集中儲熱的集中式太陽能系統。

（2）太陽能熱水系統按集熱方式分為以下三種系統：

①利用溫差異重的熱虹吸進行循環集熱的自然循環系統；

②利用水泵及控制系統強制循環集熱的強制循環系統；

③傳熱工質通過定溫控制依靠官網水壓力一次經過集熱器集熱后進入儲熱水箱或用水點的非循環直流式太陽能熱水系統。

（3）太陽能熱水系統按集熱器及儲熱水箱的分合狀態可以分為以下兩種系統：

①分離式太陽能熱水系統。

分離式太陽能熱水系統將集熱器與儲熱水箱分離設置，一般用于承壓式強制循環系統，但也有用于自然循環系統。在用于自然循環系統中，必須進行自然循環壓差計算，保證循環效果。

②整體式太陽能熱水系統。

整體式太陽能熱水系統將集熱器與儲熱水箱整體式設置，一般用于自然循環系統中。

（4）太陽能熱水系統按被加熱水的加熱方式可以分為以下兩種：

①太陽能集熱器直接加熱被加熱水的直接加熱系統；

②太陽能集熱器首先加熱傳熱工質，再由傳熱工質通過換熱器加熱被加熱水的間接加熱系統。

那么，這么多的分類系統，在實際中，我們該怎樣根據不同的建筑類型對太陽能系統進行選擇及設計呢？下面我們就幾個不同功能的建筑運用的太陽能設計的案例，與大家共同分享，互相交流，這樣可以便于大家理解及運用。

案例一、1號住宅樓，此樓為12層高，一梯兩戶設計。應銷售的要求，須保證每層每戶均配置太陽能，只配置頂上4層住戶不適應市場要求，容易造成糾紛；應物業的要求，必須實現分戶計量，避免業主欠費而導致系統癱瘓。建筑上考慮到立面為法式建筑，工整對仗，特別強調外立面的細部線條設計，不允許在陽臺上外掛太陽能板，也不允許出現集熱板比屋頂高出一大截的情況。因此在反復斟酌對比之后，最終選擇的太陽能一體化設計為分戶設置、閉壓式承壓換熱水箱的集中-分散式強制循環間接加熱系統。即太陽能集熱器采用承壓平板型太陽能集熱器，集中設置于平屋頂上，各個換熱水箱分布設于各分戶內，再通過換熱水箱將熱水引入家中。輔助能源，則采用了電加熱，設于換熱水箱內，全日自動啟動。采用了這樣的系統的主要目的是，使得住戶補水通過戶內水箱，這樣使用的熱水均是自己的表后水，盡量避免了以后物業費用的分攤和扯平（屋頂的循環水泵的電費仍需要分攤，此費用非常小）；加壓的好處就是使得住戶打開水龍頭即可使用熱水，而無需放掉大量的冷水，節約了水資源（各戶內的水箱必須使用成品閉壓承壓換熱水箱，這樣才能保證用戶不直接用到緩沖水箱里的水，才能保證運行）。

選擇這個系統，在建筑中做了以下幾處重要的設計處理，供大家借鑒：

（1）集熱板設置在屋面，保證了立面。為了使得立面整齊干凈，太陽能板沒有放在各層，為使得屋頂上的集熱板突出不多，我們設置的為單層集熱板，30°安裝，集熱板基本上比屋面最高的欄桿僅高出30mm，在小區內基本上看不到設置有集熱板，只有在屋頂上才看到。水箱也分到各戶，保證了建筑對立面要求，從建成的立面效果上的確看不出配置了太陽能，因此一體化設計是很有必要的。

（2）日照方面，該棟房屋為南偏東的條式建筑，非常不利于采集熱能，需要加密集熱板，但即增加了成本，且屋面也根本排不下過多的集熱板；如果集熱板為正南向布置，無需加板，但每塊板與屋頂平面均有斜角，不利于屋面的使用，且浪費屋面面積過多。為了保證集熱效果，同時也考慮到12層的住宅屋頂面積有限的問題，在與廠家及設計單位多次溝通后，最終將太陽能板設計為南偏西的有利采集方位，同時也使得屋面規則，使用方便。詳見圖1。因此在設計中對不利的集熱方位需要多次探討，不要一開始就否定。

圖1　

（3）集熱板的角鋼支座在設計中需要預埋，以保護屋面不漏水，且支座穩固，但從實際施工出發，為了便于屋面的一次性澆搗成功以及集熱板位置的調整，我們并沒有預埋，而是在剛性保護層上按支座的位置放樣，在放樣處做直徑200mm，高200mm的混凝土墩，支座嵌入混凝土墩上，并且在四周做油膏防水。

（4）支座必須與欄桿等鐵件焊接，最終與避雷帶焊接，保證防雷安全。

（5）在建筑平面設計中，每戶均需配置設備平臺來放置水箱，且設備平臺不宜過小，盡量靠近廚房或衛生間，這樣既方便了給水的設計，又也便于客戶的維修，各相關的管道也均排列在設備平臺上，這樣保證了外立面沒有宜攀爬的管件，也沒有占用住戶的使用空間來放置太陽能設備，較好的體現了以人為本的設計理念，便于客戶接受。

案例二：此案例為一個獨立幼兒園，該樓為三層高。按要求需設計幼兒洗漱及廚房的熱水，熱水考慮太陽能供水加空氣能輔助。熱水均為定時供應，無需考慮分戶計量問題。因考慮到幼兒好奇心重，如將水箱放在各層，容易發生意外，我們選擇的太陽能一體化設計是集中集熱、集中儲熱的集中式非承壓系統。將太陽能板及整個用水的水箱放置在兒童較少去的屋頂區域，再將熱水引入各個需要使用的空間，且利用空氣能做為輔助能源。此類系統主要是使用在那些供水管線不宜太長的公建或獨體建筑，這樣盡量避免熱能的損耗也便于統一管理。

案例三：該案例為一個綜合樓，該樓為五層高，每層的使用功能均不同，配有衛生間及茶水間。屋頂為鋼屋面。每層均須考慮提供熱水，尤其是有淋浴和廚房的空間，且熱水須分層計量，該棟樓的屋頂不便于放置太陽能板，即使勉強放了也不便于維修。這種情況下，我們考慮太陽能集熱板設計為垂直欄桿式樣，將太陽能板與設備板的欄桿一體化，采用分戶集熱、分戶儲熱的整體式太陽能一體化設計，這樣無需循環，也無需增壓，帶電輔助加熱。為配合太陽能板的放置，平面上，對在每一層的用水點均進行了規整，并且均在該處配置了較長的設備板，這樣便于太陽能設備分層放置，也便于分層管理和分層維修，計量上也沒有糾紛，且立面上也統一為欄桿式樣，增強了設備平臺的材質肌理，加強了橫向線條，給建筑帶來了現代感，實現了建筑整體外觀的和諧統一。最重要的是使用上非常節約水資源，基本上沒有多余的管線，沒有過多-熱能的損耗。

以上幾個案例，是根據實際不同的建筑功能，按不同的物業管理模式、不同的用戶使用要求、不同的計量要求進行的一系列太陽能一體化設計的實驗，其結果使我們的設計與建筑緊密結合，避免了以后太陽能的安裝對立面造成的影響。節約能源是我們建筑人應盡的責任，我們必須多做一些這樣的嘗試。從這些嘗試中，我們可以知道，太陽能與建筑的一體化設計，如果在前期設計就做了仔細的分析及合理的布置，那么太陽能對立面的影響是較小的，值得我們繼續堅持。但這些案例的設計及施工的時間不長，難免有疏漏及考慮不周的地方，僅供參考，以求共勉。

[1]民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范[M].中國建筑工業出版社，2006，12，05.

[2]太陽能與建筑一體化設計方案作品集[M].中國建筑工業出版社，2013，6.

TU18

A

1673-0038（2015）13-0029-02

2015-3-8

全芳（1975-），女，工程師，本科，主要從事房地產公司的設計管理工作。