淺析太陽能系統與建筑一體化

武漢理工大學華夏學院 430223

摘要：本文闡述了建筑與太陽能系統一體化技術在建筑節能環保精神中的重要意義，介紹了太陽能系統的幾種常見的類型，強調了采用建筑與太陽能系統一體化技術應該滿足的條件和注意的問題，探討了利用太陽能能源達到建筑節能的可持續發展前景。

關鍵詞：建筑節能；環保材料；環保技術；太陽能熱水系統；建筑與太陽能系統一體化技術

目前，自然環境日益被破壞而能源危機也日益嚴重，因此開發利用創新的節能環保材料和技術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與建筑相結合成為了企業的新最求。太陽能是一種免費的、清潔的、可再生的能源，將其與建筑相結合可提高住宅的健康舒適度，也可以美化建筑。

1 太陽能系統的類型

太陽能系統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件隱藏于建筑的整體風格之中為基本原則。使得太陽能熱水系統能夠充分的發揮功能的同時又不破壞建筑物的整體美感。目前成熟的太陽能系統主要有天窗式和階梯嵌入式兩種。

1.1 天窗式太陽能系統

天窗式太陽能系統采用的是專利產品—建筑一體化集熱器，將集熱器作為建筑物的一個構件安裝于建筑物的屋頂上以達到太陽能系統與建筑的完美結合，這種方式的供熱水方式為單戶供水形式。天窗式太陽能系統的技術特點為：（1）與建筑有機結合：該產品鑲嵌在建筑坡屋面上，管路通過屋面預留管到達閣樓或管井，不破壞屋面的結構；（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：排水板選用防氧化涂層；（4）管路布置簡單有序：進出水管路由集熱器下面的預留孔（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）可應用于別墅住宅、多層住宅坡屋面，能夠實現單戶供水和集中供熱。天窗式太陽能系統技術創新點：（1）與建筑完美結合：太陽能系統與建筑設計統籌安排；（2）實現了太陽能集熱器屋面的標準化、系列化和模塊化。

1.2 階梯嵌入式太陽能系統

階梯嵌入式太陽能系統采用的專利產品為整體承壓式熱水器，其作為建筑一個構件達到與建筑完美結合，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的技術特點為：（1）安全性能好：真空管內不走水，不結垢，不炸管，整機抗凍能力強，且單支管破損也不影響整機的使用；（2）承壓耐寒，采用高承壓技術，集熱器的安裝位置沒有限制；（3）自動頂水運行，上水取水同步進行，方便快捷；（4）熱效高：采用熱管式真空太陽集熱管，啟動溫度低，傳熱快；（5）進水口分水裝置有效防止混水，出水溫度穩定持久。階梯嵌入式太陽能系統的技術創新點為：（1）與建筑有機結合，造型新穎；（2）層次感強，風格獨特。

2 太陽能系統與建筑一體化的設計要求

為了充分利用太陽能能源并將太陽能系統的集熱器等構件與建筑物完美結合，在設計過程中必須要注意以下幾個問題：（1）太陽能系統與建筑一體化的合理利用具有一定的地域限制性：目前的太陽能系統能夠克服長時間缺失陽光的情況，也能在低氣溫零下6℃氣候條件下使用，但是在我國一些地區（如高寒和晴天天數少的地區）還不具備良好的應用條件。（2）太陽能系統與建筑一體化技術在別墅、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。要采用太陽能系統與建筑一體化的設計，必須滿足以下幾個條件：（1）應從技術和經濟兩方面進行綜合論證太陽能系統與建筑一體化的可行性；（2）應從熱水用水溫度、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）應從安裝地點緯度、月平均太陽輻射量、日照時間、環境溫度、安裝場地面積及形狀、遮擋情況、建筑物承載力等方面綜合論證環境要求；（4）太陽能系統的設計應與建筑設計統一規劃、同步進行。不但要考慮集熱器的安裝對日照的影響和建筑物對集熱器的遮擋情況，還要考慮太陽能熱水系統的類型、安裝位置、色調能否與建筑的整體外觀完美結合，同時還要確保建筑物的承重能力和防水要求等。

3 太陽能系統與建筑一體化的特點

太陽能系統與建筑一體化的技術具有以下幾個特點：（1）多層住宅的屋面面積非常充裕，可以根據住戶的用水需求設置足夠的太陽能集熱器，而且應優先選用分離式強制循環的太陽能熱水系統。即集熱器在屋面安裝，貯熱水箱設在戶內，設置集熱循環泵，用溫差循環方式進行控制。（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系統，也可采用陽臺欄板型或墻面安裝集熱器的局部太陽能熱水供應系統。采用太陽能熱水供應系統時，應注意要盡量減少集熱系統的熱損失。當供熱水范圍為小區時，集熱器應集中設置在供熱站附近；當供熱水范圍為樓棟或單元時，集熱器宜設置在屋面，貯熱水箱就近布置。（3）太陽能熱水系統應與建筑、結構等進行一體化設計。住宅建筑采用太陽能系統是為了節約資源、保護環境。因此，住宅太陽能熱水系統設計必須與建筑設計協調一致，應統一設計、統一施工。因此，太陽能熱水器不僅需要在集熱技術、集熱效率、集熱性能方面進行改進，還要根據住宅建筑的特點在與建筑物完美結合的技術方面有所突破。外觀上，無論是在屋面、陽臺、墻面或其他部位都要使太陽能集熱器成為建筑的一部分，實現兩者的協調統一；結構上，要妥善解決太陽能熱水系統的安裝問題，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風、暴雪、冰雹等的防災能力；貯水箱和管路布置上，要做到合理布置，應盡量將貯水箱放在室內，設置貯水箱的地面應防水并設置地漏等排水措施，應盡量縮短熱水系統循環管路和熱水供應管路的長度，以減少熱量損失；系統運行上，要求安全可靠、穩定、易于安裝、維護，并能解決太陽能與輔助能源加熱設備的匹配問題，實現太陽能系統的智能化和自動控制功能。

4 結語

隨著社會經濟的發展、建筑行業的不斷創新，如何創造出經濟節能、綠色環保的技術并使之運用于建筑工程中，成為了我們最緊迫最艱巨的任務。而充分利用太陽能這種取之不盡、用之不竭的能源，在各行各業都是一個亟待攻破的新命題，太陽能的利用在各行各業都有著無窮的發展空間。特別是將太陽能系統與建筑一體化的技術運用到別墅、低層、多層住宅中具有很強的經濟和環保上的可操作性。我們要通過進一步的探究，使住宅建筑與太陽能熱水系統更加完美結合、建筑造型更加豐富、結構更加安全、布局更加簡潔合理、運行更加穩定可靠，創建出更加綠色環保、利于健康、安全舒適的居住環境。在更進一步的完善太陽能系統與建筑一體化的技術的基礎上，還應該加大宣傳力度，積極的推動這項技術的運行的步伐。