淺析太陽能系統(tǒng)與建筑一體化

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 430223

摘要：本文闡述了建筑與太陽能系統(tǒng)一體化技術(shù)在建筑節(jié)能環(huán)保精神中的重要意義，介紹了太陽能系統(tǒng)的幾種常見的類型，強(qiáng)調(diào)了采用建筑與太陽能系統(tǒng)一體化技術(shù)應(yīng)該滿足的條件和注意的問題，探討了利用太陽能能源達(dá)到建筑節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；環(huán)保材料；環(huán)保技術(shù)；太陽能熱水系統(tǒng)；建筑與太陽能系統(tǒng)一體化技術(shù)

目前，自然環(huán)境日益被破壞而能源危機(jī)也日益嚴(yán)重，因此開發(fā)利用創(chuàng)新的節(jié)能環(huán)保材料和技術(shù)成為需要我們攻克的新課題。而充分利用太陽能并將太陽能技術(shù)與建筑相結(jié)合成為了企業(yè)的新最求。太陽能是一種免費(fèi)的、清潔的、可再生的能源，將其與建筑相結(jié)合可提高住宅的健康舒適度，也可以美化建筑。

1 太陽能系統(tǒng)的類型

太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的類型多種多樣，但是主要方式都是將太陽能集熱器等構(gòu)件隱藏于建筑的整體風(fēng)格之中為基本原則。使得太陽能熱水系統(tǒng)能夠充分的發(fā)揮功能的同時(shí)又不破壞建筑物的整體美感。目前成熟的太陽能系統(tǒng)主要有天窗式和階梯嵌入式兩種。

1.1 天窗式太陽能系統(tǒng)

天窗式太陽能系統(tǒng)采用的是專利產(chǎn)品—建筑一體化集熱器，將集熱器作為建筑物的一個(gè)構(gòu)件安裝于建筑物的屋頂上以達(dá)到太陽能系統(tǒng)與建筑的完美結(jié)合，這種方式的供熱水方式為單戶供水形式。天窗式太陽能系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)為：（1）與建筑有機(jī)結(jié)合：該產(chǎn)品鑲嵌在建筑坡屋面上，管路通過屋面預(yù)留管到達(dá)閣樓或管井，不破壞屋面的結(jié)構(gòu)；（2）多功能一體化：具有提供熱水、防水、排水、裝飾屋面等多種功能；（3）防腐工藝先進(jìn)：排水板選用防氧化涂層；（4）管路布置簡(jiǎn)單有序：進(jìn)出水管路由集熱器下面的預(yù)留孔（洞）直接穿過屋頂，維修方便；（5）造型新穎美觀：集熱器集箱鑲嵌在坡屋面上，使太陽熱水器與建筑渾然一體；（6）可應(yīng)用于別墅住宅、多層住宅坡屋面，能夠?qū)崿F(xiàn)單戶供水和集中供熱。天窗式太陽能系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：（1）與建筑完美結(jié)合：太陽能系統(tǒng)與建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)籌安排；（2）實(shí)現(xiàn)了太陽能集熱器屋面的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化。

1.2 階梯嵌入式太陽能系統(tǒng)

階梯嵌入式太陽能系統(tǒng)采用的專利產(chǎn)品為整體承壓式熱水器，其作為建筑一個(gè)構(gòu)件達(dá)到與建筑完美結(jié)合，供熱水方式也是采用單戶供水形式。階梯嵌入式太陽能系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)為：（1）安全性能好：真空管內(nèi)不走水，不結(jié)垢，不炸管，整機(jī)抗凍能力強(qiáng)，且單支管破損也不影響整機(jī)的使用；（2）承壓耐寒，采用高承壓技術(shù)，集熱器的安裝位置沒有限制；（3）自動(dòng)頂水運(yùn)行，上水取水同步進(jìn)行，方便快捷；（4）熱效高：采用熱管式真空太陽集熱管，啟動(dòng)溫度低，傳熱快；（5）進(jìn)水口分水裝置有效防止混水，出水溫度穩(wěn)定持久。階梯嵌入式太陽能系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為：（1）與建筑有機(jī)結(jié)合，造型新穎；（2）層次感強(qiáng)，風(fēng)格獨(dú)特。

2 太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的設(shè)計(jì)要求

為了充分利用太陽能能源并將太陽能系統(tǒng)的集熱器等構(gòu)件與建筑物完美結(jié)合，在設(shè)計(jì)過程中必須要注意以下幾個(gè)問題：（1）太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的合理利用具有一定的地域限制性：目前的太陽能系統(tǒng)能夠克服長(zhǎng)時(shí)間缺失陽光的情況，也能在低氣溫零下6℃氣候條件下使用，但是在我國(guó)一些地區(qū)（如高寒和晴天天數(shù)少的地區(qū)）還不具備良好的應(yīng)用條件。（2）太陽能系統(tǒng)與建筑一體化技術(shù)在別墅、低層、多層住宅的使用比較成熟，但是目前仍然不適合在高層住宅使用。要采用太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的設(shè)計(jì)，必須滿足以下幾個(gè)條件：（1）應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)行綜合論證太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的可行性；（2）應(yīng)從熱水用水溫度、熱水日用水量、熱水用水位置、冷水供水方式、水壓、溫度等方面綜合考慮使用條件；（3）應(yīng)從安裝地點(diǎn)緯度、月平均太陽輻射量、日照時(shí)間、環(huán)境溫度、安裝場(chǎng)地面積及形狀、遮擋情況、建筑物承載力等方面綜合論證環(huán)境要求；（4）太陽能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)劃、同步進(jìn)行。不但要考慮集熱器的安裝對(duì)日照的影響和建筑物對(duì)集熱器的遮擋情況，還要考慮太陽能熱水系統(tǒng)的類型、安裝位置、色調(diào)能否與建筑的整體外觀完美結(jié)合，同時(shí)還要確保建筑物的承重能力和防水要求等。

3 太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的特點(diǎn)

太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）多層住宅的屋面面積非常充裕，可以根據(jù)住戶的用水需求設(shè)置足夠的太陽能集熱器，而且應(yīng)優(yōu)先選用分離式強(qiáng)制循環(huán)的太陽能熱水系統(tǒng)。即集熱器在屋面安裝，貯熱水箱設(shè)在戶內(nèi)，設(shè)置集熱循環(huán)泵，用溫差循環(huán)方式進(jìn)行控制。（2）小高層、高層住宅由于屋面可安裝集熱器的面積有限，宜采用集中太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)，也可采用陽臺(tái)欄板型或墻面安裝集熱器的局部太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)。采用太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意要盡量減少集熱系統(tǒng)的熱損失。當(dāng)供熱水范圍為小區(qū)時(shí)，集熱器應(yīng)集中設(shè)置在供熱站附近；當(dāng)供熱水范圍為樓棟或單元時(shí)，集熱器宜設(shè)置在屋面，貯熱水箱就近布置。（3）太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)與建筑、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。住宅建筑采用太陽能系統(tǒng)是為了節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境。因此，住宅太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須與建筑設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)一致，應(yīng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一施工。因此，太陽能熱水器不僅需要在集熱技術(shù)、集熱效率、集熱性能方面進(jìn)行改進(jìn)，還要根據(jù)住宅建筑的特點(diǎn)在與建筑物完美結(jié)合的技術(shù)方面有所突破。外觀上，無論是在屋面、陽臺(tái)、墻面或其他部位都要使太陽能集熱器成為建筑的一部分，實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)統(tǒng)一；結(jié)構(gòu)上，要妥善解決太陽能熱水系統(tǒng)的安裝問題，確保建筑物的承重、防水等功能不受影響，還要考慮太陽能集熱器抵御強(qiáng)風(fēng)、暴雪、冰雹等的防災(zāi)能力；貯水箱和管路布置上，要做到合理布置，應(yīng)盡量將貯水箱放在室內(nèi)，設(shè)置貯水箱的地面應(yīng)防水并設(shè)置地漏等排水措施，應(yīng)盡量縮短熱水系統(tǒng)循環(huán)管路和熱水供應(yīng)管路的長(zhǎng)度，以減少熱量損失；系統(tǒng)運(yùn)行上，要求安全可靠、穩(wěn)定、易于安裝、維護(hù)，并能解決太陽能與輔助能源加熱設(shè)備的匹配問題，實(shí)現(xiàn)太陽能系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)控制功能。

4 結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、建筑行業(yè)的不斷創(chuàng)新，如何創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)節(jié)能、綠色環(huán)保的技術(shù)并使之運(yùn)用于建筑工程中，成為了我們最緊迫最艱巨的任務(wù)。而充分利用太陽能這種取之不盡、用之不竭的能源，在各行各業(yè)都是一個(gè)亟待攻破的新命題，太陽能的利用在各行各業(yè)都有著無窮的發(fā)展空間。特別是將太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的技術(shù)運(yùn)用到別墅、低層、多層住宅中具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保上的可操作性。我們要通過進(jìn)一步的探究，使住宅建筑與太陽能熱水系統(tǒng)更加完美結(jié)合、建筑造型更加豐富、結(jié)構(gòu)更加安全、布局更加簡(jiǎn)潔合理、運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，創(chuàng)建出更加綠色環(huán)保、利于健康、安全舒適的居住環(huán)境。在更進(jìn)一步的完善太陽能系統(tǒng)與建筑一體化的技術(shù)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該加大宣傳力度，積極的推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)行的步伐。