建筑與太陽(yáng)能技術(shù)一體化設(shè)計(jì)

劉閩敏 金曉東

1 中國(guó)住宅建筑目前使用太陽(yáng)能技術(shù)的現(xiàn)狀

節(jié)約能源,充分利用太陽(yáng)能已經(jīng)得到大家的公認(rèn),在建筑中卻沒有法律法規(guī)的規(guī)定和大多數(shù)設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可?，F(xiàn)在建筑中的太陽(yáng)能技術(shù)使用情況是設(shè)計(jì)者和使用者的脫節(jié)。一方面設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)并沒有考慮到太陽(yáng)能設(shè)備的安裝與使用,另一方面居民卻有安裝太陽(yáng)能設(shè)備的需求。在這種情況下導(dǎo)致了一系列問題的產(chǎn)生：首先,在屋頂安裝眾多不同大小、顏色的太陽(yáng)能熱水器,會(huì)破壞小區(qū)的環(huán)境、城市的景觀;其次,由于是住戶獨(dú)立安裝,設(shè)計(jì)時(shí)又未考慮安裝位置,極易造成熱水器跌落傷人和屋頂破碎,嚴(yán)重的還要導(dǎo)致滲漏;再則,多層式或小高層、高層的住宅樓,也沒有一個(gè)可供安裝的地方或是安裝空間不夠全部住戶使用。

最后委員提出的解決方案是建議采用太陽(yáng)能熱水器與建筑一體化的設(shè)計(jì)。

2 一體化設(shè)計(jì)的概念和優(yōu)點(diǎn)

2.1 “建筑與太陽(yáng)能技術(shù)一體化設(shè)計(jì)”的概念

“一體化設(shè)計(jì)”是指在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)之初,就將太陽(yáng)能利用納入設(shè)計(jì)內(nèi)容,統(tǒng)一設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、驗(yàn)收后交由用戶使用。一體化設(shè)計(jì)是一種為了實(shí)現(xiàn)共同利益,綜合了多方面的考慮以及一些看似與設(shè)計(jì)無關(guān)的因素的設(shè)計(jì)過程,其目標(biāo)是以比所有組成元素總和更低的成本,取得更好的性能和多方面的利益。這個(gè)過程涉及到把太陽(yáng)能利用的策略融入到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中,如建筑形式、功能和成本等等。成功的一體化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是太陽(yáng)能行業(yè)和建筑行業(yè)的共同參與?，F(xiàn)在考慮的建筑與太陽(yáng)能技術(shù)一體化主要是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)(熱水器)與建筑一體化、太陽(yáng)能光伏技術(shù)與建筑一體化及其他一些節(jié)能構(gòu)件與建筑一體化。

2.2 一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

1)由于經(jīng)過綜合考慮,建筑構(gòu)件和設(shè)備全面協(xié)同,所以構(gòu)造更為合理,有利于保證整體質(zhì)量;

2)綜合使用材料,從而降低了總造價(jià),并減輕了建筑荷載;

3)建筑的使用功能與太陽(yáng)能的利用有機(jī)地結(jié)合在一起,形成多功能的建筑構(gòu)件,巧妙高效地利用了空間;

4)同步施工、一次安裝到位,避免后期施工對(duì)用戶生活造成的不便以及對(duì)建筑已有結(jié)構(gòu)的損害;

5)如果采用集中使用安裝,還有利于平衡負(fù)荷和提高設(shè)備的利用效率;

6)經(jīng)過一體化設(shè)計(jì)和統(tǒng)一安裝的太陽(yáng)能利用裝置,在外觀上可達(dá)到和諧的統(tǒng)一,特別是在集合住宅這類多用戶使用的建筑中,改變了個(gè)體使用者各自為政的局面,易于形成良好的建筑視覺形象。

3 太陽(yáng)能技術(shù)與建筑一體化設(shè)計(jì)的途徑與存在的問題

3.1 與屋面的一體化設(shè)計(jì)

屋面是太陽(yáng)能設(shè)備一體化設(shè)計(jì)的最佳位置：日照好,不受朝向影響,不易受到遮擋;不影響住宅立面;系統(tǒng)可以緊貼屋頂結(jié)構(gòu)安裝,減小風(fēng)力的不利影響;集熱氣可替代保溫隔熱層遮蔽屋面,并且較好的解決了安全問題。

目前太陽(yáng)能構(gòu)件在屋頂上的安裝方式可分兩種類型：

1)太陽(yáng)能構(gòu)件與建筑屋頂系統(tǒng)相對(duì)分離。

這種方式太陽(yáng)能設(shè)備一般作為后加設(shè)備構(gòu)件,不承擔(dān)屋頂系統(tǒng)在保溫、隔熱、防水、結(jié)構(gòu)等方面的功用,系統(tǒng)只有發(fā)電、造型方面的要求,目前此種方式應(yīng)用較廣。

2)太陽(yáng)能構(gòu)件與建筑屋頂系統(tǒng)結(jié)合為一體。

這種系統(tǒng)較復(fù)雜,但系統(tǒng)綜合效率較高,是由太陽(yáng)能瓦板、空氣間隔層、屋頂保溫層、結(jié)構(gòu)層構(gòu)成的復(fù)合屋頂。太陽(yáng)能光電瓦板是太陽(yáng)能光電池與屋面瓦板結(jié)合形成的一體化產(chǎn)品,它由安全玻璃或不銹鋼薄板作基層,并用有機(jī)聚合物將太陽(yáng)能電池包起來。這種瓦板既能防水,又能抵御撞擊,且有多種規(guī)格。此種系統(tǒng)既可得到電能又可得到熱能,為防止屋頂過熱,在光電板下留有空氣隔層,并設(shè)有熱回收裝置。

3.2 與墻的一體化設(shè)計(jì)

對(duì)于多、高層建筑來說,外墻是與太陽(yáng)光接觸面積最大的外表面?，F(xiàn)在太陽(yáng)能與墻體一體化的方法主要有集熱蓄熱墻、透明絕熱材料以及附加于墻面的集熱器,甚至于太陽(yáng)能光電幕墻系統(tǒng)。

目前太陽(yáng)能構(gòu)件在墻體上的安裝方式可分兩種類型：

1)墻體系統(tǒng)(圍護(hù)或結(jié)構(gòu))與太陽(yáng)能構(gòu)件相對(duì)分離。這種方式系統(tǒng)作為后加設(shè)備構(gòu)件,不承擔(dān)墻體系統(tǒng)在保溫、隔熱、圍護(hù)、結(jié)構(gòu)等方面的功用,系統(tǒng)只有發(fā)電、美觀方面的作用,太陽(yáng)能構(gòu)件是獨(dú)立的,沒有和墻體材料復(fù)合。目前此種方式應(yīng)用較廣。

2)墻體系統(tǒng)(主要指其圍護(hù)作用)與太陽(yáng)能構(gòu)件相結(jié)合(太陽(yáng)能電力墻)。電力墻是太陽(yáng)能光電池與建筑材料相結(jié)合構(gòu)成一種可用來發(fā)電的外墻貼面,既具有裝飾作用,又可為建筑物提供電力能源。

3.3 與陽(yáng)臺(tái)的一體化設(shè)計(jì)

安裝在陽(yáng)臺(tái)上的集熱設(shè)備具有便于察看,連接管道短,土建工程量少等優(yōu)點(diǎn)。如果集熱器與陽(yáng)臺(tái)結(jié)合合理,還能豐富立面的構(gòu)圖。

3.4 與遮陽(yáng)裝置的一體化設(shè)計(jì)

將太陽(yáng)能構(gòu)件與遮陽(yáng)構(gòu)件的功能相結(jié)合,可以形成多功能的構(gòu)件,實(shí)現(xiàn)建筑與太陽(yáng)能技術(shù)一體化。

3.5 與小區(qū)景觀的一體化設(shè)計(jì)(在地面集中布置)

此種方式如能多套系統(tǒng)并聯(lián),通過控制中心統(tǒng)一調(diào)配,將會(huì)得到較大量、穩(wěn)定的熱水供應(yīng),尤其適合住宅小區(qū)使用,但需要占用一定的土地面積,如和小區(qū)景觀結(jié)合一體化設(shè)計(jì),則會(huì)達(dá)到“事半功倍”的效果。

3.6 存在的問題

1)住宅中,安裝在屋頂上的集熱器存在著一些缺陷：對(duì)于下部樓層的用戶,由于連接管道較長(zhǎng),熱損失大,住戶上屋頂檢查或維護(hù)較為困難,帶來住宅底層太陽(yáng)能用戶使用的問題,并且各家各戶暴露在外的管道雜亂無章,破壞了建筑原有形象。

2)高層住宅安裝太陽(yáng)能設(shè)備還存在一些困難。首先,高層住宅住戶多,需要的集熱板面積大,屋頂面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求;其次,高層住宅的各層采光差距較大,如果采取墻、陽(yáng)臺(tái)、遮陽(yáng)等一體化方式,各戶對(duì)于太陽(yáng)能的利用還是會(huì)有很大差距。

3)安裝在墻面、陽(yáng)臺(tái)等位置的太陽(yáng)能裝置如果不能和建筑很好的結(jié)合,容易落下傷人。

4 解決措施

首先,要根據(jù)不同建筑的情況選擇不同的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)供水方式,供水方式有分戶式、單元式、整棟式、區(qū)域式等幾種。供水范圍越小,需要的管理維護(hù)越少,但相應(yīng)的會(huì)提高造價(jià)。對(duì)于高層住宅來說,底層用戶太陽(yáng)輻射低,且供熱管線長(zhǎng),因此是分層供熱還是集中供熱,是集體供熱還是分戶供熱,需要根據(jù)實(shí)際情況采取不同措施。其次,關(guān)于高層住宅屋頂受太陽(yáng)能輻射面積不夠的情況,需要利用外墻、陽(yáng)臺(tái)及遮陽(yáng)裝置等,需要對(duì)太陽(yáng)能裝置進(jìn)行設(shè)計(jì),使其構(gòu)件化、標(biāo)準(zhǔn)化,與其他建筑構(gòu)件能較好的結(jié)合在一起。在設(shè)計(jì)之初就考慮好太陽(yáng)能裝置的安裝。

5 展望

太陽(yáng)能系統(tǒng)與住宅建筑的一體化設(shè)計(jì)是多學(xué)科、多方面參與合作的綜合性事業(yè),需要太陽(yáng)能技術(shù)專家、建筑師、建筑材料等相關(guān)專業(yè)人士以及房地產(chǎn)開發(fā)商共同參與、共同努力、共同創(chuàng)造,而并不僅僅靠建筑師在設(shè)計(jì)時(shí)的考慮。太陽(yáng)熱水系統(tǒng)生產(chǎn)廠家也對(duì)太陽(yáng)能建筑進(jìn)行了很多積極而有意義的探索,很多經(jīng)驗(yàn)和實(shí)例值得我們建筑師借鑒和學(xué)習(xí)。希望通過相關(guān)人士的通力合作,能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能技術(shù)從形態(tài)和功能上都與建筑完美的結(jié)合。

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