太陽能熱水系統與建筑整合設計研究

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　　摘要：本文結合太陽能熱水器與建筑整合設計的概念、原則，根據建筑形式，提出了整合設計的流程、設計要點，并介紹了太陽能熱水器與建筑整合設計同步、安裝與施工同步及太陽能熱水器走構件化、模塊化、標準化道路。
　　關鍵詞：太陽能熱水;建筑一體化
　　1 太陽能熱水器與建筑整合設計的概念與一般原則
　　1.1 太陽能熱水器與建筑整合設計的概念
　　太陽能熱水器與建筑的結合設計已經歷經許多年，但關于太陽能熱水器與建筑一體化設計概念至今仍眾說紛紜。早期有相當一部分人認為，所謂太陽能熱水器與建筑一體化設計，就是太陽能構配件能夠達到建筑業所要求的整體化與美觀協調，這也真實地反映了太陽能技術與建筑結合初期存在的種種問題。
　　然而，太陽能熱水器與建筑的結合不會是二者簡單的相加。這是由于太陽能熱水器與建筑結合有它獨特的特點：一是安裝部位的限制性。因為太陽能熱水器的主要集熱裝置必須面對陽光，因此決定了安裝使用的部位只能在屋頂和南向，東西方向次之，北向基本不行，造成了一定安裝局限性;二是太陽能熱水器與建筑結合屬于一項綜合性技術。
　　太陽能熱水器安裝后要既好看又好用又安全，涉及建筑、結構、給排水和電氣等各專業，需要在設計初期各專業人員就能良好配合。因此，在設計之初，就需要把太陽能利用納入到總體設計中，把建筑、技術和美學融為一體，使太陽能裝置成為建筑的一部分，相互間有機結合。為了與以往太陽能與建筑一體化的概念有所區別，本文特提出太陽能熱水器與建筑整合設計的概念。
　　所謂太陽能熱水器與建筑整合設計，是指采用太陽能（或與其他能源組合）作為熱源，將太陽能熱水器的應用技術納入到建筑設計的全過程，把太陽能熱水器作為建筑構件之一，與房屋建筑統一規劃、設計和施工，與建筑融為一體，使其成為建筑的有機組成部分。太陽能熱水器布置合理、有序、安全，輸水管道集中設置，室內看不見明管，充分發揮其環保節能效果。因此，從規劃方案到完成施工圖設計的整個過程中，要綜合考慮建筑所處的地域緯度和氣候特點，太陽能熱水器的不同類型、技術要求，建筑的造型、平面功能與熱水器（集熱器）位置、構造節點等因素，做到既符合建筑造型和使用功能，又滿足高質量供水要求。
　　為了達到整合設計的目的，一定要改變太陽能裝置作為后置設備安裝這一狀態，因此，在設計之初務必要做到將太陽能熱水器作為建筑組成的一部分進行考慮，遵循一定的設計原則，這樣才有可能實現真正意義上的太陽能熱水器與建筑的的整合設計。
　　1.2 太陽能熱水器與建筑整合設計的一般原則
　　太陽能熱水器與建筑的整合設計要滿足技術和美學兩方面的要求，需要各專業的良好配合，一般需遵循意下原則：
　　1 充分利用太陽能。由于太陽能熱水器的特殊工作原理，集熱器必須暴露在陽光下。在設計中不僅應盡量地減少其周圍遮擋，而且在造型上也應使其處于比較明顯的位置。
　　2 太陽能熱水系統設計應與規劃、建筑設計同步進行，做到統一規劃、同步設計、合理布局、因地制宜。
　　3 在規劃設計中，應結合當地的地理條件，考慮當地地域的氣候條件，日照條件等因素來確定和設計建筑的朝向、建筑之間的間距及建筑形體組合，最大限度地滿足太陽熱水系統設計和安裝的技術要求。
　　4 在建筑單體設計時，應用太陽能熱水系統的建筑要根據建筑功能及對熱水供應方式的需求，綜合考慮氣候、太陽能資源、常規輔助能源類型，施工條件等諸因素，進行太陽能熱水系統的選型;進而結合集熱器安裝部位、貯熱水箱位置、用水空間等條件進行相應的平、立面和造型設計。
　　5 應用太陽熱水系統的建筑，應把集熱器應作為建筑的組成元素，與建筑有機結合，做到造型美觀、構件耐用、安裝維護方便。
　　2 整合設計的一般設計流程及要點
　　2.1 確定太陽能熱水器系統的設計條件
　　在建筑設計中考慮應用太陽能熱水系統，建筑師首先面臨的是對太陽能熱水系統形式的合理選擇。所以除了對太陽能熱水設備有初步的了解之外，還要象一般建筑設計一樣，首先應該確認的就是影響太陽能熱水系統設置的設計條件，因地制宜、優化選用。
　　涉及到的具體條件主要有以下幾條：
　　1 自然條件：了解安裝地點的緯度、年平均日太陽輻照量、日照時間、環境溫度等。
　　2 用水情況：進行日平均用水量、用水方式、用水溫度、用水位置、用水流量等調查。
　　3 場地情況：這里主要包括場地面積、場地形狀、建筑物承載能力、遮擋情況等。
　　4 進行水壓、電壓、水電等供應情況的調查
　?。?）了解當地的冷水供應方式、水壓及水溫。通常冷水系統的供水壓力以頂層的衛生器為最不利點考慮，而太陽能熱水器最佳的安裝位置是在建筑屋頂上，所需要的水壓至少比常規的系統高4 ～5米。
　　（2）了解當地電以及燃氣的供應方式、計費方式等，或考慮其他適宜的輔助熱源。
　　2.2 太陽能熱水器的選用
　　應用太陽能熱水系統的居住建筑，其太陽能熱水器的選擇應綜合考慮小區內不同戶型的實用性、經濟性、美觀性要求，分別選用不同類型的熱水系統。其中需要確定的因素主要包括以下幾個方面：
　　2.2.1 系統運行方式的確定
　　太陽熱水系統的運行方式，應根據用戶基本條件、用戶使用需求以及集熱器和儲水箱的相對安裝位置等因素來確定（如下表）。
　　2.2.2 集熱器選型
　　太陽熱水系統中集熱器的類型，應根據太陽熱水系統在一年中的運行時間、運行期內最低環境溫度等因素確定。
　　目前集熱器主要類型有全玻璃真空管式、熱管式和U型管式、平板式幾種。集熱器在選用的過程中應該對當地太陽能資源條件、環境溫度、經濟條件、與建筑外觀結合程度、維護管理等影響因素進行綜合考慮，選用合適的集熱器類型，選擇方法詳見下表。 　　2.2.3 集熱器面積確定
　　系統的集熱面積應結合建筑可以提供的安裝集熱器的面積及所設定的太陽能保證率確定，并保證按照該面積配置的集熱器所采集的熱量能夠被充分利用。通?？梢园凑丈顭崴到y的平均R耗熱量與每平方米太陽能集熱器的得熱量值之比計算。根據《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》GB50364---2005的規定，按照系統傳熱類型計算。
　　在有些情況下，還可以根據建筑所在地區的太陽能資源條件進行集熱器面積的估算。下表給出了系統提供100升熱水量的集熱器面積推薦選用值。
　　2.2.4 集熱器的安裝
　?。?）安裝傾角的選取
　　當選擇整體式太陽能熱水器或在屋面集中布置分體式太陽能集熱器時，為了保證集熱裝置的集熱效率，我們必須計算出其最佳的采光傾斜角度，并在實際設計和安裝過程中嚴格按照這一數據選型、施工。
　　一般情況下，由于屋面形式或建筑立面設計的要求，實際集熱器的安裝傾角通常并非理論計算的最佳數值，但相關模擬計算表明，安裝傾角誤差為±50的小范圍內變動，對太陽能熱水器的整體性能影響不大。
　?。?）集熱器前后排距離的確定
　　若在平屋面上設計安裝多排整體式太陽能熱水器（或集熱器）時，需要考慮到前后排的遮擋問題，因此必須通過一定的計算得出排與排之間不遮陽的最小間距。
　?。?）使用水量的確定
　　關于日平均熱水用量的規定：《建筑給水排水設計規范》GB50015—2003 規定“有集中熱水供應和淋浴設備的住宅，最高日熱水用水定額為60～lOOL/人·d，有自備熱水供應和淋浴設備的住宅，最高日熱水用水定額為40～80L/人·d。規范只是給出了最高日生活用水定額，并不具有一般性，對居民平均日用水沒有具體規定，實際工程中用戶的日均熱水用量遠低于這個標準，若按照這一極值來計算系統的用水量勢必會造成嚴重的浪費現象。因此，建議可以參考各地用水習慣和特點，當采用局部熱水供應系統時，居民的平均熱水用量30～40L/人·d當采用集中熱水供應系統時，居民的平均熱水用量取45～60L/人·d。
　　2.3 規劃設計
　　應用太陽能熱水器的居住建筑，在規劃設計時，主要應注意以下幾點：
　　規劃設計時需綜合考慮業主對熱水的使用需求及管理模式，分析業主經濟承擔能力，綜合確定太陽能熱水系統的規模與形式;
　　考慮到建筑間的相互遮擋會對集熱器效率造成影響，同時太陽能熱水設備的安裝也對相鄰建筑日照標準造成影響，因此要根據當地地域的氣候條件，日照條件合理確定建筑的高度、間距及朝向;
　　在建筑平面套型選擇上，應遵循熱水管線線路最短原則，合理布置用熱水空間。
　　2.4 建筑設計
　　在建筑設計時，主要應注意以下幾點：
　　1 在建筑設計之初，根據選用的太陽能熱水器形式合理地確定集熱器的安裝位置，如屋面（平、坡）、外墻面、檐口、陽臺以及遮陽板等。
　　2 集熱器在安裝部位、造型、材質、色彩等方面應與建筑整體及周圍環境相協調;
　　3 應根據集熱器的形式、安裝面積、尺寸大小進行細部設計，確定在建筑上的安裝位置和安裝方式;4 合理布置戶內管線走向，管線布置應集中、整齊，同時預留出穿墻、穿樓板孔洞及檢修口;
　　5 作好保溫、防水、防護、維修等方面的措施。
　　3 太陽能熱水器與居住建筑的整合設計方式和要求
　　集熱器作為太陽能熱水器的關鍵部位，是必須暴露在陽光下的，不僅應盡量地減少其周圍遮擋，而且在造型上也應使其處于比較明顯的位置。為此在與建筑的整合設計中，我們必須把集熱器這一構件作為建筑造型藝術的組成部分，使其完成其技術功能的同時成就建筑藝術的目的。在遵循上述整合設計一般原則的前提下，下面將針對不同住宅類型以及不同部位，試探著提出幾種安裝結合方式的可能性，希望能為今后的住宅與太陽能熱水設備之間架起一道通暢的橋梁。
　　這里，根據太陽能熱水器的集熱器與儲水箱的相對位置關系是否分離，將其與建筑的整合方式初步分為整體式和分體式兩大類。
　　3.1 整體式
　　整體式即緊湊直插式太陽能熱水器與建筑的結合，其安裝位置一般多選擇在建筑屋頂上。優點是安裝位置高，周圍遮擋少，接收太陽能輻射率高;缺點是由于緊湊直插式太陽能熱水器的儲水箱和集熱器相連，不易與建筑結合，上述國內太陽能熱水器的安裝現狀也足以說明了這一問題。但由于這種熱水器與分體式太陽能熱水器相比價格較低，所以更多的被老百姓所接受，得以大范圍的推廣。為此，要改變這種熱水器的安裝狀態，需要進行整體式太陽能熱水器與建筑的整合設計，這里根據屋頂形式不同提出了平屋頂和坡屋頂兩者結合形式。
　　3.1.1 平屋頂整體式
　　平屋頂整體式即整體式太陽能熱水器安裝在平屋頂上，相對來講，得熱效率高，施工比較方便，集熱器或支架與屋頂結構的連接技術難度較小，對建筑造型影響較小。只需要考慮預留好上下水管及做好支架安裝的基礎，擺放整齊即可。如果是前后有多排熱水器，還需要考慮間距問題，符合前面我們提到的關于滿足太陽能熱水器4 小時得熱量的間距要求即可。
　　適用范圍：這種結合形式對于既有平屋頂住宅來講，一般只需采用陳列式布置，使太陽能設備看上去整齊有序、規格統一即可。但考慮到結構安全，尤其是大量安裝時，需要在屋面附加鋼橫梁，再把太陽能熱水器的支架固定在橫梁上，以避免過大的集中荷載;對于新建的平屋頂住宅，在設計階段就應該有意識的在屋頂設置安裝太陽能熱水器的共用安裝橋架，其安裝橋架支腳與樓板固定并伸出保溫層和防水層。安裝橋架尺寸以單元戶數為依據，留出每戶安裝一臺集熱器的位置。并在安裝橋架上預留出每戶安裝螺栓孔，針對市場太陽能熱水器自帶安裝架確定螺栓孔據。安裝橋架距屋頂防水層200mm以解決屋面雨雪排流。安裝橋架為金屬結構，選用鋼制作。這樣，既有利于太陽能熱水器排列的整齊劃一，又避免了后置安裝對屋頂防水層、保溫層等破壞。 　　系統選擇：由于熱水器在屋頂上可以形成自然壓頭，故管路選擇比較靈活，既可以選擇頂水式，也可以選擇落水式，相應的集熱器類型也有較大的自由度，自然循環式、強制循環式和直流式均可。在多層住宅中，一般多選擇分散供熱、自然循環獨立系統。從內部循環上可以考慮單管式（上下水共用一根水管）、雙管式（上下水共用一根水管，另外設循環管提供管路循環?；蛘呱纤脱h共用一根水管，下水管單獨。）、三管式（上下水及循環均為單獨一根管）。
　　3.1.2 坡屋頂整體式
　　坡屋頂整體式即在坡屋頂上安裝整體式太陽能熱水器，與在平屋頂上安裝相比較，在系統形式上基本相同，但安裝和維護難度都相應增大。目前在多層坡屋頂住宅中，常見的安裝方式多為騎脊式、脊頂平裝式、坡屋面斜裝式（分有支架和無支架）。雖然有一部分住宅采用了預先安裝，選用了同一型號，樣式、大小、顏色一致，排列整齊，具有一定的韻律感，也避免了型號不同帶來的混亂和對建筑結構的破壞。但是缺點也是顯而易見的，主要體現在：
　　（1）與建筑結合感弱，僅僅是排列整齊而已，大量的圓柱形儲水箱和外露凌亂的管線，仍然破壞了建筑的整體感;
　?。?）對屋頂也有一定的破壞。因為熱水器通過角鋼和屋頂相連，角鋼必須穿過屋面瓦、防水層、保溫層和屋面連接，給施工帶來了一定的難度;
　?。?）存在抗風、防雷等安全隱患;
　?。?）維修保養不方便。
　　3.2 分體式
　　分體式即分體式太陽能熱水器與建筑的結合。由于集熱器和儲水箱分離，因此給太陽能熱水器的安裝提供很多的可能性。集熱器可以作為建筑結構的一部分或是建筑的裝飾構件進行考慮，與建筑整合設計，可以達到與建筑整體的完美結合。其安裝方位可以選擇南向、東西向和屋頂。布置方式也可以有比較多的選擇：如可以選擇與屋頂、陽臺、墻面等進行結合。系統選擇上可以根據用戶需求采用集中供熱水系統、集中一分散供熱水系統和分散供熱水系統。因此，與整體式太陽能熱水器相比，分體式太陽能熱水器更易與建筑結合，且適用范圍更廣，多用于解決多層、小高層和高層住宅太陽能熱水系統問題。
　　這里，根據集熱器的安裝位置不同，將熱水器與建筑的整合形式分為屋頂式、陽臺式、外墻懸掛式和遮陽式等。
　　3.2.1 屋頂式
　　根據分體式太陽能熱水器與不同屋頂形式的有機結合與連接，又可以分為平屋頂分體式和坡屋頂分體式兩種。
　?。?）平屋頂分體式（亦稱屋頂構架式）
　　這里，分體式太陽能熱水器在平屋頂的安裝，多利用構架進行固定，因此也可以稱為屋頂構架式。目前很多住宅小區為了追求不同的建筑造型風格，多在建筑屋頂上下功夫，而構架或飄板又是主要的處理手法。但純粹裝飾作用的構架沒有任何具體的使用功能，如果可以把構架和太陽能熱水器結合起來，既能滿足形式的需要，又具有實用功能，可以說實現了形式和功能的完美結合。
　　在整合設計的過程中，熱水器的安裝位置可以考慮和建筑結構結合，利用建筑原有結構柱升出屋面形成構件。安裝集熱器的構架還可以用混凝土或著鋼結構作成傾斜式的或水平的，與屋頂的樓、電梯或水箱問結合。
　　這樣做的優點有很多：1）集熱效率高;2）集熱器安裝在構架上而不是屋面上，對建筑的結構、防水、保溫不會造成破壞;3）集熱器陣列和構件結合，能形成很強的韻律感，起到很好的裝飾作用;4）能充分利用屋頂空間，構架架空下的空間可以成為居民休閑娛樂的活動場所;5）便于安裝維修而且具有一定的遮陽效果。
　　適用范圍：這種結合方式在新建住宅和既有住宅中都較為適用。
　　系統選擇：選用強制循環式和直流式;供水方式推薦選擇集中供熱水系統和集中一分散供熱水系統。
　　3.2.2 坡屋頂分體式
　　坡屋頂居住建筑屋頂形式多種多樣，如單坡、雙坡、四坡等，形式各異，具有獨特的藝術感染力。但也有部分坡屋頂住宅由于受平面單一的局限和經濟因素的影響，使造好的坡屋頂建筑沒有太大的變化，造型比較平淡。若能將坡屋頂與分體式太陽能熱水器的集熱器裝置相結合，通過集熱器與屋面兩種材料決然不同的質感形成虛實對比，同時因集熱器通過疏密有序的排列能形成的強烈的韻律感，將會給單調的屋面增添活躍的一筆。這里，坡屋頂設置的集熱器建議可以采用屋面一體型、疊合型和支架型設置方式。
　　其中，一體型是指在建筑設計之初，就考慮好集熱器的安裝尺度與瓦屋面的模數尺寸，預留空洞，集熱器的傾斜角度與屋面的傾斜角度一致，通過鑲嵌的方式與建筑屋面成為有機組成的整體，達到結合的目的。這里需要注意是應處理好相應的排水和保溫構造，具體措施可祥見《太陽能熱水系統建筑一體化設計與應用圖集》（L07SJ906）;優點是與屋面設計同步進行，對建筑結構、防水、保溫的破壞性小，安全可靠，可以成為建筑屋面有機組成的一部分;缺點是集熱器的安裝尺寸需要達到構件化、模數化的標準，與屋面構件模數契合，施工有一定難度。
　　疊合型是指集熱器順坡架空在坡屋面上，其傾斜角度和屋面的傾斜角度一致。這里需要注意應預留預埋件和固定件，且不能破壞原有屋面的結構，集熱器與屋面疊合問的空隙不宜大于100mm;優點是不影響建筑美觀;缺點是疊合安裝若沒有事先預留出管道井，管道安裝需要在房屋原有維護構件上進行改造，容易破壞屋面瓦構件，且應注意安裝固定牢固，避免滑落造成危險。
　　支架型是指集熱器通過支架與屋頂相連接，其安裝坡度可以與屋面的坡度不同;優點是可以根據集熱器集熱效率需要自由設置安裝角度：缺點是抗風性較差，與屋面結合相對較弱。
　　適用范圍：對于既有住宅，可以采用疊合型和支架型。需要注意的是，在安裝過程中，應盡可能結合建筑的原有屋面坡度，留下上人的設施。此外，還應考慮屋面的承載能力，對住宅原施工圖紙進行重新核對和計算，并在施工中設置一定的加固措施，防止構件脫落帶來其他危害;對于新建住宅，可以同時采用三種設置方式，不過推薦采用一體型，這樣可以與天窗結合形成天窗效果; 　　此外，對與新建坡屋頂建筑，分體式熱水器的安裝在設計之初也結合設計要求可以考慮利用屋頂不好利用的空間，采用退臺或挖空的處理手法更好的與建筑結合，利用平頂空間安裝集熱器，提高了設備的抗風性和安全性，也解決了安裝和后期維修的問題。
　　系統選擇：可以根據需要選擇自然循環式（儲水箱底部應高于集熱器頂部出水點0.3m--0.5m）、強制循環式和直流式;供水方式可以選擇集中供熱水系統、集中一分散供熱水系統和分散供熱水系統。
　　3.2.3 外墻懸掛式
　　所謂外墻懸掛式指太陽能集熱器安裝在建筑外墻的一種方式。它可以設置在建筑朝南、南偏東、南偏西和朝東、朝西的墻面上，或直接構成建筑墻面。儲水箱在室內，管線通過在墻面上預留套管和集熱器連接，集熱器和墻面通過預埋件及掛件相連。優點是：
　?。?）集熱器安裝位置相對靈活，大小可以根據工程的實際情況調整，可以選擇窗間墻、窗下墻或局部的西向墻體;
　?。?）同層使用，管路較短，熱損失少，
　　安裝維修方便;
　?。?）與建筑結合緊密，可以成為建筑的一個造型元素。根據建筑造型的需求，選用不同色系的集熱管，可以形成強烈韻律感的集熱器陣列，從而達到功能性和美學性的完美結合。缺點是：外墻式多為與墻面垂平行、和地面垂直的一種安裝方式，故集熱效率在一定程度有所降低，另外底層住戶可能存在因遮擋原因而無法使用。
　　因此，為了接收到較多的太陽輻射，太陽能集熱器的安裝可以考慮有適當的傾角，這里提出兩種窗下墻位置的結合方式來參考。一是與遮陽板結合，集熱器傾斜固定在窗下墻和遮陽板上;二是在窗下墻位置直接安裝三角架來固定集熱器。
　　這里需要注意的是：應對傾斜的集熱器做遮陽分析，以保證不會對下層用戶造成遮擋。
　　適用范圍：這種結合方式多適用在解決新建小高層、高層住宅安裝太陽能熱水器屋頂面積不足的問題，結合安裝前要預留套管和預埋構件，同時計算承重墻的荷載能力，以保證安裝的安全性;而對既有住宅來講，會破壞原有墻體，不是理想選擇。
　　系統選擇：可以根據集熱器與水箱的相對位置高低不同，選用自然循環和強制循環式;運行方式多選擇分散供熱水方式。
　　3.2.4 陽臺式
　　陽臺的位置決定了它成為集熱器應用的另外一個重要部位。所謂陽臺式即太陽能熱水器的集熱器與陽臺結合、水箱安裝在陽臺上或室內的一種方式。根據安裝位置的不同，太陽能集熱器可以布置在陽臺欄板上或直接構成陽臺欄板，或者作為封閉陽臺的構架。
　　優點是：（1）同層使用，連接管道短，熱損失少，安裝檢修方便;（2）造型美觀。缺點是儲水箱安裝在陽臺上對陽臺較小的用戶來說有一定的使用影響;另外，底層用戶受日照影響較大。
　　這里，陽臺式的結合方案提出了兩種結合方式：
　　一種可以采用和外墻懸掛式一樣的處理，將集熱器直接懸掛在實體陽臺欄板上，但這種方式可能受到實體欄板的高度限制，為了滿足集熱要求，可以考慮兩臺集熱器水平串聯的方式設置;一種是直接構成陽臺欄板。集熱器布置可以在陽臺一側或兩戶陽臺的中間部位，根據建筑造型需要，有規律的變化位置，產生不同韻律感的建筑外立面。
　　此外，陽臺位置同時多是空調機的安裝位置所在，因此，在進行分體式太陽能熱水器的布置時，可以結合空調機進行集熱器、儲水箱、空調及管路設計，這里提出了一種結合方式僅供參考，貯水箱設在室內，空調機設置在陽臺外側，并采用雙外墻的形式，一層為保溫，二層為遮擋空調機的落水管，且結合空調功能及需要做成柵格與實體墻相結合，既沒有影響外墻美觀，又滿足了水箱與空調的各自的功能，達到了整合設計的目的。
　　適用范圍：同時適用于既有住宅和新建住宅。但是，不推薦在既有住宅上采用這種安裝方式，因為既有住宅格局一定，存在集熱器面積大小受限，而且會帶來明管穿越居室影響使用的不利因素;如果不統一安裝，還存在破壞建筑形象和集熱器易受上層跌落物損壞的問題。而對于新建住宅，特別是來講對小高層、高層住宅是其他安裝方式不能替代的，只要事先安排好管線的位置和建筑平面的布局，則可以避免上述不利因素。
　　系統選擇：系統運行方式根據集熱器與儲水箱相對位置采用分體式強制循環（儲水箱安裝位置不高于集熱器頂部）或自然循環（儲水箱底部高于集熱器頂部O.3 ～0.5m）;系統供水方式多選擇分散供熱水系統。
　　3.2.5 遮陽式
　　所謂遮陽式是指和遮陽設施統一考慮。在北方很多地區由于氣候和地理位置的特殊，夏季炎熱，光線充足，因此在南向的外窗上為了防曬多采用水平遮陽?？梢詫⒓療崞靼惭b在窗口上方的遮陽托架上，在起到遮陽作用的同時為用戶提供熱水，有效地利用了空間。但是要注意三點：一是要確保安裝牢固，以免集熱器落下傷人;二是集熱器是玻璃材質，還要考慮在集熱器上方加適當的保護措施防止重物砸壞集熱器;三是要注意建筑美觀的影響，如熱水器管道的遮蔽問題。
　　3.2.6 女兒墻式
　　所謂女兒墻式是指集熱器與女兒墻或檐口相結合的一種方式。此結合方式可以和建筑造型結合設計，但只能解決少數用戶使用熱水，且必須使用強制循環系統。
　　3.3 關于小高層、高層住宅應用太陽能熱水器的結合方式探討
　　按照國內生活習慣及通用建筑面積設計標準，要使用太陽能解決住戶熱水需求，7層以下建筑利用屋頂就可以滿足集熱器安裝需要;但是7層以上的小高層住宅或屋頂有裝飾性造型的建筑，在設計中會存在安裝面積不足的問題。隨著我國住房建設速度的不斷加快，在城市住房建設中，高層住宅建設越來越多。可以說，如何在高層住宅上實現建筑太陽能一體化成為重點。
　　而目前，高層住宅安裝太陽能熱水器還有很多困難。如高層居民多，相應的集熱板數量增多，屋頂面積遠遠不能滿足需要;從頂層到底層的距離遠，如果底層安置太陽能熱水系統不但管線長，還會有大量的熱量損失;另外高層的各層采光不均衡，底層采光相對較差，還有熱水供應方式和輸送方式都需要進一步研究。 　　為此，高層住宅的太陽能熱水器與建筑的整合設計主要應該解決的兩個最主要的問題：
　　3.3.1 熱水供應方式，即系統方式。
　　高層住宅從底部到頂部，接受太陽能輻射的效率是不同的。底部，如一、二層住戶，不但太陽輻射效率低，而且管線過長，熱損耗大。因此，供熱方式是采用集中供熱還是分層供熱，分戶供熱還是集體供熱，這些都與多層住宅不同，應該因針對高層建筑進行改進設計。
　　3.3.2 集熱器在外立面上的構件化設計。由于高層住宅的用戶相對較多，平鋪屋頂集熱器數量肯定不夠。因此，集熱器的構件化更為迫切。為此，針對小高層、高層建筑安裝太陽能集熱器的合理位置進行了如下探討：
　?。?）屋頂分體式（也即屋架式）。即在小高層、高層住宅的屋頂利用構架的形式結合建筑原有結構集中安裝布置太陽能集熱器，這樣集熱器位于建筑的最高處，解決了高層住宅建筑屋頂面積不足的同時還保證了集熱器的高集熱效率;與建筑裝飾構件相結合，滿足了建筑造型美觀的要求。儲水箱既可以是集中的共用水箱，結合樓、電梯問布置，每個單元設計一個單獨的水箱，也可以是獨立的家用小水箱，將其布置在各家各戶里。其優點同上述屋頂分體式，缺點是低層住戶會存在用水浪費比較嚴重和熱水壓力過大的現象。系統選擇上主要采用強制循環、集中供熱或集中——分散供熱的方式。
　　（2）陽臺式或外墻懸掛式。即結合小高層、高層住宅的陽臺或外墻安裝布置太陽能熱水器。這種結合方式優點同上述陽臺式或外墻懸掛式，缺點是低層住戶由于日照不足可能存在集熱效率不高的現象，且低層和高層冷水供水壓力大小不均。
　　系統形式選擇可以采用自然循環、分散供熱形式或采用強制循環、分散供熱形式。
　?。?）屋架式與陽臺式的結合。這種結合方式綜合了上述兩種方案的優點，低層住戶采用集中——分戶供熱形式，每半個單元安裝一套太陽能集熱器;高層的住戶采用陽臺式太陽能熱水系統，分散供熱。
　?。?）分層分區供熱水的方式。即利用多層住宅使用太陽能熱水器的優勢，每6層設置一安裝太陽能熱水器的懸挑陽臺式屋面，巧妙的解決了高層住宅太陽能的安裝，同時克服了壁掛式太陽能對建筑立面整體性及色彩裝飾單一性的破壞，給建筑創造了豐富而順暢的流線。方案可以選用強制循環、集中——分散供熱水系統，6層集中布置1 ～5層集熱器，集中采熱、每層分戶供應;12 層集中布置6～10層集熱器，以此類推。
　　4 幾個值得引起重視的注意點
　　4.1 太陽能熱水器與建筑整合設計同步
　　太陽能系統與建筑的整合，是多學科、多方面參與合作的綜合性事業，需要各行業人員的相互溝通與合作。如太陽能工程技術人員應向建筑設計人員提供原始的技術參數和工藝要求：根據客戶使用熱水量要求提供出熱水箱的外形尺寸和總重量，以便建筑設計人員進行荷載計算和合理位置排布;提供熱水器的占地總面積，安裝傾角，使建筑設計人員能夠合理地安排基座位置，計算抗臺風能力和外觀美化布置;太陽能技術人員應向水電設計人員提供用戶日用熱水總量和熱水管道走向，管道保溫工藝要求，是設計人員能夠采用最合理的管道布置方案，以盡量減少施工成本，并同時提出輔助用電總容量，使其考慮是否設計專用供電線路，確保系統日后的正常使用。
　　4.2 太陽能熱水器安裝與施工同步
　　在施工方面，應配合土建工程進度同步施工，以達到低成本、高質量效果。
　　與土建工程部分進行同步結合，當確定用太陽能熱水系統后應及時同土建施工隊的現場負責人保持經常的聯絡，根據其進度配合施工，并按照設計規范要求對其管道井、屋里水箱位置以及集熱器底座位置進行合理預留進出口（如上表）、預埋鋼板固定座等，以便保證日后安裝的安全性和可靠性。
　　對管道施工應配合指導管道工嚴格按照設計規范要求進行，特別注意管道保溫工藝處理、管道走向、接頭質量等。同時還應注意冷熱水管的間距問題，對沒有保溫處理的暗熱水管與冷水管道平行間距不得小于100mm，回水管道一定要獨立一根，不得與熱水管道公用。盡量做到熱水管路等距使用;在熱水管公共末端應設置污物沉淀灌，以便定時排污確保熱水清潔。
　　對有使用輔助電加熱系統，總容量大于20KW的應考慮配合建筑電路施工要求，設置專用的電源線和配電盤，參數按照建筑配電要求進行;若使用暗線電路應設有接地等保護措施。
　　4.3 要協調好住宅建筑與太陽能熱水設備生命周期的矛盾
　　太陽能熱水設備的生命周期相對于住宅建筑短暫得多，為此，在建筑方案中需要在建筑物的全周期內考慮太陽能熱水設備的運行、管理和更新。太陽能熱水設備不是安裝完就了事，更重要的是它的運行質量。只顧建設，忽視管理與服務，是當前值得引起注意的一種不良傾向，不利于系統的一體化運行。
　　為此，應注意解決以下幾方面：
　　1. 抗風防范措施。一般是在支架上用長約為300mm到400mm的4 號角鐵壓在集熱器兩端，并用M10的螺栓栓緊在支架上，再把支架用直徑為8mm或6mm的鋼絲拉緊到有柱臺或梁柱的地方進行固定。
　　2. 防雷設計措施。太陽能熱水器安裝在在屋面會占據很大的面積，其中的金屬構件、水循環系統和電循環系統都可能成為雷電的載體。如果沒有良好的避雷措施，在雨天，太陽能系統將很容易受到雷電的襲擊，嚴重時將導致太陽能系統的崩潰，甚至會威脅到用戶的人身安全。因此，為了系統使用安裝可靠，對整個系統（特別是對采用輔助電加熱系統）應安裝防雷裝置（俗稱避雷針）。根據系統熱水箱的安裝高度，確定避雷針的高度應為該高度2.5倍以上，并且要求針頂點與機座最遠點的連線（斜線）同避雷針的夾角大于60度，以確保整個系統置于保護范圍內。
　　3.維護與檢修。在建筑中設計安裝太陽能熱水設備時，應為以后的維護、檢修及局部更換創造便利條件，如平屋面設出屋面上人孔做檢修出口，坡屋面屋脊的適當部位預埋能夠鉤牢系在專業安裝人員身上的安全帶的金屬掛鉤，墻面上設計能夠進行太陽能集熱器的安裝、維護活動的措施等。
　　4 太陽能熱水器走構件化、模塊化、標準化道路
　　目前，國內針對太陽能熱水器生產廠家有不少技術性規范，但是卻缺少和建筑有機結合的技術措施。為了能讓太陽能更加順利地走進建筑，為千家萬戶提供熱源，太陽能熱水器的發展應進行改型設計和配套部件開發，像其他建筑構件一樣，嚴格依照建筑材料和建筑構件的相應技術參數，開發出滿足屋面、墻體、陽臺等位置安裝的系列產品。
　　參考文獻
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　　[2]林新華，淺談太陽熱水器與建筑相結合[J].太陽能，2001
　　[3]中國建筑設計研究院.民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范GB50364--2005北京：中國建筑工業出版杜，2005
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