住宅建筑的太陽能熱水器一體化設(shè)計策略初探

林棟

摘 要：住宅建筑的設(shè)計與太陽能熱水器的運(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，同時也造成了一些使用過程中的安全隱患。本文正是對此相關(guān)問題進(jìn)行探討，試圖獲取值得借鑒的成果。根據(jù)太陽能熱水器分別在住宅不同的安裝部位作住宅建筑的太陽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;太陽能熱水器;一體化設(shè)計

一、不同安裝部位的一體化策略

在住宅建筑與太陽能熱水器的一體化設(shè)計中，特別是外觀上，對于太陽能熱水器這而言，起主要影響作用的是集熱器的安裝位置及其方式，而儲水箱等其它一些附件盡管也需要被考慮，但并不會對一體化設(shè)計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，安裝可活動式支架，則集熱器的朝向亦可在一天中隨太陽光輻射的角度變化，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后排的太陽輻射的遮擋，安裝時南北向上的集熱器之間需空開一定的距離，從而難免會減少集熱器的數(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屋面，達(dá)到數(shù)量上的最大化;能實(shí)現(xiàn)集熱器對建筑形體影響的最小化，使建筑立面的設(shè)計更為自由;集熱器可同時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，一般都會與太陽光輻射方向有較大的夾角，由此對集熱器的吸熱效率會有一定的影響。

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， 對建筑結(jié)構(gòu)、防水、保溫不會造成破壞，施工簡單;不僅能使建筑屋頂美觀，更可以作為屋頂花園的遮陽板，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，會給日常維護(hù)和檢修帶來一定的不方便;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，所以會使得總的集熱面積相對較小，從而使得這種方式的一體化設(shè)計在住宅建筑中的應(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)而不會對影響立面的造型構(gòu)成太大的影響，集熱效率高;可兼作頂層窗戶的外遮陽構(gòu)件，同時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)我們設(shè)計一個需要安裝太陽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，我們應(yīng)首先根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和緯度，計算出能夠發(fā)揮最高集熱效率的集熱器安裝角度，然后再將這個角度作為該住宅建筑土建時坡屋頂傾斜度設(shè)計的參考值。

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窗戶之間的那片墻，也可以是位于左右兩個窗戶之間的。

優(yōu)點(diǎn)：集熱器可作為建筑立面的裝飾構(gòu)件，設(shè)計得當(dāng)?shù)脑挘惑w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)時須十分注意安全;若集熱器貼墻豎向安裝，則與太陽輻射角度之間有夾角，勢必降低集熱效率。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，可安裝太陽能集熱器的面積有一定的限制。

集熱器與陽臺護(hù)欄結(jié)合

陽臺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太陽高度角的變化有自動適應(yīng)能力，因此整個的集熱器平面可以垂直于水平方向布置。同時，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，其整個集熱器平面需要傾斜布置，并且它的長度也會受到陽臺護(hù)欄高度的限制。土建上一般陽臺護(hù)欄的高度為1.2m，而目前的全玻璃真空管的長度很少有比這一數(shù)值小的，同時還要考慮到管道，因此布置起來會顯得比較捉襟見肘。另外，豎向布置的全玻璃真空管對太陽高度角的變化沒有自動適應(yīng)能力，因而其集熱效率會打折扣。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，可作為陽臺的構(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)：集熱器平面與太陽輻射角度之間會有夾角，特別是在采用平板型集熱器的時候，集熱效率有所影響。

二、結(jié)語

其實(shí)，在住宅建筑與太陽能熱水器的一體化設(shè)計中，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)該主動去和太陽能熱水器生產(chǎn)廠家進(jìn)行溝通，增進(jìn)相互間的了解。這樣，建筑師會獲得更多前沿的產(chǎn)品信息，同時也能讓廠家為我們提供更合適的產(chǎn)品。

因此，在太陽能熱水器產(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)研制太陽能熱水器的時候，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)自動化和智能化的運(yùn)行方式。

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

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