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摘要：太陽能熱水裝置與住宅建筑的結合正成為設計界關注的熱點。在此，根據太陽能熱水器與建筑一體化設計的理念，結合新農村示范農居的課題研究，介紹太陽能熱水器在農村住宅建設中的優化設計，那就是既要把太陽能熱水裝置作為建筑物的重要設施來考慮，又要與建筑物較好地融為一體。...

新農居建設中太陽能熱水器與建筑的一體化設計

陳飛  金韓橋  倪黎煒  高立民

    (1．蕭山區建設局村鎮建設管理處，浙江杭州311200； 2．杭州天元建筑設計研究院，浙江杭州311201)

    我國的能源需求正在快速增長，而消耗石化能源所帶來的環境壓力在不斷加重，新能源和可再生能源的開發利用，已經成為亟待深入研究的課題。

1、目前我國太陽能熱水器應用狀況

    太陽能以其成本低、儲量大、無污染等眾多優點成為可再生資源的首選，是真正的綠色能源。在本省廣大的農村地區，選擇太陽能熱水器供熱既安全又經濟，同時也符合國家當前的節能減排政策。

    我國的太陽能利用技術已有一定基礎，特別是太陽能熱水器行業經過近20年的發展，已經形成了產業化規模生產，目前我國太陽能熱水器的產量和保有量已為世界第一。但太陽能熱水器在建筑中的普及程度還不高，尤其是在最適合應用的居住建筑中，其應用的范圍和水平仍然遠未達到理想的狀況。具體來說，由于技術成熟度和產品配套等方面的原因，高層建筑中基本上未采用太陽能熱水系統；在量大面廣的多層和低層住宅中，也多由居住者自行購買和安裝，而這種各自為政的做法往往會造成一些問題，如影響建筑立面，引起安全隱患和鄰里糾紛等等。從技術層面分析，造成上述問題的原因首先在于以往的建筑設計存在局限性。設計者往往忽略了太陽能設施的存在，既沒有把它作為建筑物的重要組件納入到整體造型之中，又沒有考慮上下水管線和電源的預留，以及安裝、檢修過程中的各種相關因素。按照新頒布的《浙江省建筑節能管理方法》的規定，今后城鎮區域l2層以下住宅均應設置太陽能熱水裝置。同時，除了城鎮住宅應嚴格執行外，在量大面廣的農村住宅中也應盡快推廣普及，這需要社會各界的共同努力。當前，隨著可持續發展戰略的深入，全國各地都正在積極研究農村太陽能的利用。   

2、設計方法的改進

    傳統的設計方法是在已建成的住宅屋面上加裝太陽能熱水器，這種方式雖然簡單，但存在多方面的缺陷。比如：由于沒有預留管道豎井，造成連接管線較長，而且管線往往直接暴露在室外，使得熱能損失嚴重；事先未確定安裝部位，上屋頂施工及檢修均較困難，還有可能引起結構安全性和屋面防水等方面的隱患；由各家各戶自行安裝，往往造成布局雜亂，破壞建筑立面和整體風格；以上諸多不和諧的因素，已直接導致公眾對太陽能產品產生種種疑慮，在很大程度上制約了住宅太陽能利用技術的進一步推廣。針對這些情況，應從研究太陽能設備與住宅建筑的有機結合入手，力求在設計環節上解決問題，即提倡太陽能熱水器與建筑的一體化設計。太陽能熱水器與建筑一體化設計的概念，就是要求把太陽能熱水裝置作為建筑的重要配套部件加以對待，而不再是房屋建成后附加的設備。這是思想方法上的改變，同時對設計師的要求也更高，即在方案設計之初就應該予以通盤考慮。具體來講，應切實貫徹好以下幾項設計原則：

    (1)為了確保太陽能熱水器的工作效率，故在其安裝朝向及位置的選定上應予優先考慮，使之不成為擺設。

    (2)設計時應統一考慮建筑的整體效果，通過技術處理使太陽能熱水裝置與建筑較好地融為一體。

    (3)要注重土建施工和設備安裝之間的銜接，相關管線和預埋件應一步到位，避免二次安裝對主體結構造成影響。

    (4)要根據農村的實際情況來確定太陽能熱水器的選型，控制建設成本和今后的日常運行費用，以便于大規模推廣。

3、具體做法研究

    農村住宅多為坡頂或平頂的低層房屋，安裝太陽能熱水器相對比較方便。但要做到太陽能熱水器與建筑的一體化，涉及到工藝設計、管線布置、構造做法和外觀造型等諸多因素，必須加以認真研究。

    根據本省所處的地理緯度和氣候特征，集熱器只適宜安裝在住宅屋頂和南向的露臺、外墻、陽臺欄板等有限部位，才能保證太陽能熱水器的工作效率。這就要求設計師結合建筑形式，因地制宜地進行周密的安排，現根據不同的安裝部位提出相應的處理方案。

    (1)遮擋式。對于在平屋面放置太陽能熱水器的情況，采用遮擋式的方法最為有效。即通過屋面女兒墻或其它構件的遮擋，使得在一般的視線角度看不到太陽能熱水器，以保持建筑造型的完整性。即使屋面的安裝空間較寬裕，其布置方式也應盡可能整齊有規律；如果是上人屋面或屋頂花園，還應與人員活動區域隔開，盡量不要相互影響。由于平屋面相對易滲漏，所以在設備安裝和管線施工時應十分注意，避免對屋面防水層和排水系統造成損害。

    (2)嵌入式。坡屋面是坡頂建筑外觀造型的重點部位，所以在上面加裝太陽能熱水器要十分慎重。在我們周圍可以看到很多不成功的例子，如將熱水器裝置直接騎放在主屋脊之上，破壞了原有建筑的和諧尺度和造型(見圖l)。嵌入式的做法是在坡屋頂中設置局部的凹槽，將太陽能熱水器安裝在此凹槽中，使集熱器表面與斜屋面基本平齊，這樣能較好地保證立面效果(見圖2)。缺點是可能會影響閣樓空間的完整性，還有凹槽部分的構造做法相對會復雜一些，對施工要求較高。

 

    (3)平鋪式。坡屋面的另外一種處理方法是采用集熱器與貯水箱分離的太陽能設備，即可把貯水箱設在閣樓或室內其它位置，只將集熱器鋪放在斜屋面上，這樣能使得集熱板與屋頂斜面保持同一角度，在外觀上不再顯得突兀(見圖3)。需要注意的是，集熱器的固定件和上下水管應在土建施工時同步完成，以免二次施工破壞屋面防水層。

    (4)豎掛式。朝南向的外墻和南向陽臺的欄板等部位也可以設置太陽能熱水器，其工作原理是將熱水器的集熱板豎向掛放在墻體或欄板外側，而貯水箱設在室內。與屋頂安裝方式相比，缺點是沒有了自然高差形成的水頭，需在系統中配套加壓裝置，會相應增加成本及日常運行費用。所以這種方法在低層建筑中較少應用，更適用于多層農居小區(見圖4)。

 

    從以上分析可以看出，太陽能集熱器產品形式多樣，可以使太陽能熱水器直接作為建筑構件，在屋頂、墻面和陽臺等部位應用，斜坡和平頂鑲嵌式集熱板也可緊貼屋面或作為屋面組成部分；加之先進的電子自控應用．，還能使太陽能熱水器具有調節水量、流量、補充冷水、平衡自來水和熱水流量等功能。但各種不同的做法都必須經過一體化技術設計，才能確保建成后的立面造型和整體協調，同時又達到良好的使用效果。   

4、設計案例介紹

    《杭州市新農村示范農居研究》是杭州市建委2007年下達的調研課題，農村可再生能源的開發利用也是其中的重要內容。我們在農居方案中選擇了常見的真空管式太陽能熱水器機型，并采用上述斜屋面嵌入式的做法(見圖5)。為了能達到較好的立面效果，太陽能熱水器的安裝位置選擇在次跨屋面的兩端，既保證了主屋面的完整性，又能滿足有效接受太陽光輻射的條件，而且集熱板與深色調的屋面能形成較好的色彩協調，使其有機地融合到建筑整體之中(見圖6)。

 

    真空管式太陽能熱水器是目前市場中較為成熟的產品，其工作原理是利用真空管集熱，最大限度的實現光熱轉換，經微循環把熱水送到保溫水箱里，再通過管路傳送至戶內各用水點。在設備選型上，我們按每人50L/d的用水量計算，一般三口之家選用150L的太陽能熱水器，即可滿足全家洗澡和其它生活用水的需求，相應的集熱板面積為21T12左右。真空管規格為1500mmx47mm，目前集熱效果最好的是AL—N/AL真空濺射選擇性鍍膜，利用該涂層的玻璃真空管，其吸收率≥0.93，紅外發射率占≤0.6，平均熱損Uct0.9 W/m20c。考慮到冬季和雨霧天氣造成太陽輻射不足的情況，建議選擇帶輔助電加熱裝置的太陽能熱水器，如皇明的冬冠系列一體機，是按照“冬天能用、好用”的標準新開發的升級換代產品。

    另外，在土建設計中還應合理安排豎向管道井的位置，盡可能縮短管線長度可以減少熱能損失，還能節約用水；室內部分的上下水管和電源最好與其，它管線同時施工，做到一步到位；放置熱水器的屋頂凹槽部位應做好排水構造處理以及管線的預留預埋。

    以上方案是依據市場現有產品并主要針對普通農居的實際應用提出的，有條件的地方還可以實施太陽能應用的深度開發。當前，新的太陽能產品層出不窮，設計師一方面應積極推廣成熟適用的技術和產品，同時要對國內外先進技術的進展保持關注，對新產品的研發也可以提出建設性意見；而生產廠家的技術部門應與設計單位保持互動，這對于產品研發和改進大有好處。

5、結  語

    目前大量的農民自建房仍都未經正規的技術設計，也就更談不上太陽能熱水裝置與建筑的一體化考慮。所以，隨著新農村建設的深入推進，政府部門應該從政策和制度上加強對農村建房的管理。如對于政府統一實施的新農居點建設項目，可以制定強制性的條文，規定設計單位必須將太陽能熱水系統納入整體設計的范圍。另外，也可以通過對基建程序的強化，強調農民自建房須經過設計和驗收等必要環節，目的是確保新建農居的建設標準，提升廣大農民的生活品質。

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(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)  

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