太陽能熱水器與建筑一體化在住宅小區(qū)設(shè)計中的應(yīng)用關(guān)鍵探索

翟耀耀

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，對能源的需要在不斷增長，在能源供應(yīng)與發(fā)展需要之間的矛盾越來越突出，為了實現(xiàn)發(fā)展的可持續(xù)性，我國提出了綠色、低碳環(huán)保的發(fā)展理念和戰(zhàn)略方針，同時也加大了新能源的開發(fā)和利用。太陽能作為一種清潔能源，其具有可再生性，而且儲量豐富，對環(huán)境的污染非常少，而且應(yīng)用成本也相對較低，因此將成為我國新能源戰(zhàn)略中的重要組成部分。太陽能技術(shù)目前在家用電器中已經(jīng)得到了有效的應(yīng)用，太陽能熱水器成為了人們?nèi)粘Ｉ钪械某Ｓ秒娖髟O(shè)備之一，因此在進行住宅小區(qū)的設(shè)計時要充分考慮建筑與熱水器系統(tǒng)的一體化問題，將住宅建筑的美觀性設(shè)計與融合了熱水器系統(tǒng)的功能性設(shè)計充分有機地結(jié)合起來。

1 住宅小區(qū)設(shè)計中的建筑與太陽能熱水器的一體化設(shè)計概述

所謂住宅建筑與太陽能熱水器的一體化設(shè)計，并不只是在住宅小區(qū)的設(shè)計中簡單將建筑設(shè)計與熱水器的設(shè)計相加在一起，其深層次含義是在住宅建筑的構(gòu)件元素中融合熱水器系統(tǒng)，也就是將太陽能熱水器系統(tǒng)作為建筑的一個子系統(tǒng)，從而實現(xiàn)二者的有機結(jié)合，使建筑的整體性更加和諧，并提高建筑外觀的美感。這種一體化的設(shè)計方式具有比較突出的優(yōu)點。

2 住宅小區(qū)中太陽能熱水器與建筑一體化的設(shè)計應(yīng)用

太陽能熱水器的傳統(tǒng)設(shè)計安裝方法缺點比較多，連接屋頂?shù)墓艿谰嚯x過長，會造成熱量的大量損失，其維修保養(yǎng)難度也相對較大。而且由于沒有進行一體化的整體設(shè)計，各個熱水器的布局較為雜亂，不僅與住宅建筑的協(xié)調(diào)性較差，對建筑外觀形象地產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，而其對城市的面貌也造成了一定的破壞。所以在對建筑以及熱水器進行一體化設(shè)計時，必須采取有效的措施將建筑與熱水器設(shè)備有機結(jié)合，使其能夠與建筑的窗戶、陽臺、屋面以及墻面等構(gòu)件融合在一起，讓太陽能熱水器系統(tǒng)與建筑整體協(xié)調(diào)。

2.1 住宅建筑屋面的一體化設(shè)計應(yīng)用

太陽能熱水器需要進行采光和集熱才能為發(fā)揮其功能，而住宅建筑的屋面與陽光有廣泛的接觸，且很少存在遮擋物，所以一般會在屋頂設(shè)置熱水器系統(tǒng)中集熱設(shè)備。同時如果屋頂屬于平屋頂時，在設(shè)計中應(yīng)采用覆蓋安裝的方式；而如果是斜屋頂則應(yīng)采用鑲嵌式的安裝設(shè)計。此外，設(shè)計時可以充分利用集熱器來取代屋頂傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的隔熱層和保溫層，從而使屋頂自重減輕，也可以用集熱器來部分或者完全代替覆蓋層結(jié)構(gòu)，從而降低工程成本，促進經(jīng)濟效益的提高。雖然為實現(xiàn)這一效果

在設(shè)計方面存在一定困難，但可以采取集熱板不與屋頂直接進行完全接觸的方式來解決，而是通過連接支撐來保證集熱設(shè)備能夠獲得最佳傾角，而且這樣也不需要設(shè)計大坡度的屋頂。

2.2 住宅建筑墻體的一體化設(shè)計應(yīng)用

住宅建筑一般在南側(cè)里面的光照條件比較好，因此可以在設(shè)計中對窗間墻進行充分的利用，從而將墻體的南立面結(jié)合起來。在具體的設(shè)計應(yīng)用中可以利用平板集熱設(shè)備來作為部分外墻，這樣既能夠滿足太陽能熱水器的功能需要，也能夠發(fā)揮一定的圍護結(jié)構(gòu)作用。這樣內(nèi)墻涂抹層和支撐、保溫層、集熱管、外墻的導(dǎo)熱層和支撐、轉(zhuǎn)化層以及保溫涂層就共同構(gòu)成了集熱器墻體。陽光入射墻面時，有效光能就可以進入透光性比較好的保溫涂層中，并在轉(zhuǎn)化成完成光熱轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生熱能。該設(shè)計方法由于將集熱器與墻體結(jié)合起來，因此對集熱器的強度有一定的要求，同時集熱設(shè)備還應(yīng)滿足保證墻體的美觀性和保溫性能的要求。

2.3 住宅陽臺的一體化設(shè)計應(yīng)用

當(dāng)將太陽能熱水器的安裝位置設(shè)置在陽臺時，在設(shè)計中要對陽臺欄板進行綜合性的考慮，盡可能豐富建筑構(gòu)件的功能性，同時要對太陽能進行充分的利用，從而更好的為居民提供熱水。由于很多高層住宅的屋面面積無法滿足所有熱水器的安裝需要，因此要在設(shè)計方案中應(yīng)有效利用陽臺外墻和陽臺空間。然而這種設(shè)計方式對建筑里面的整體性和美觀性會產(chǎn)生一定的影響，所以應(yīng)盡量采用分戶式太陽能系統(tǒng)，將每戶熱水器的集熱設(shè)備設(shè)計在陽臺的外壁位置，然后橫向布置真空管，將其作為住宅建筑的橫向線條來處理，這樣不僅可以使立面效果更加豐富，而且在南方地區(qū)的建筑中還可以將其作為欄桿。然后采取將集熱器集中成片布置在建筑墻體的南立面的設(shè)計方式，為建筑集中供應(yīng)熱水。

3 住宅小區(qū)一體化設(shè)計應(yīng)用的技術(shù)以及造型要點

3.1 將住宅建筑的外觀設(shè)計與太陽能熱水器有機融合

在開始進行一體化設(shè)計時就要考慮建筑外觀會受到熱水器系統(tǒng)影響的因素，在建筑和熱水器系統(tǒng)的造型以及功能進行優(yōu)化設(shè)計，提高二者的協(xié)調(diào)性。由于太陽能熱水器對集熱器的朝向、面積，管線的布局安排以及儲水箱的保溫等方面都有較高的技術(shù)要求，因此會對建筑造型的設(shè)計產(chǎn)生一定的影響。目前在設(shè)計中普遍采用的是在住宅建筑屋頂對集熱器進行直接排列的方式，雖然能夠起到節(jié)能效果，但是其一體化程度卻比較差，對建筑的美觀性會造成一定的影響。

在設(shè)計實踐中，河北某住宅小區(qū)采用了更加積極新穎的設(shè)計方式，將集熱器構(gòu)件作為建筑設(shè)計中的一種有機元素，利用集熱板的角度設(shè)計與冀南地區(qū)的民居形式相結(jié)合，采用了半坡式的坡頂設(shè)計和硬山式的封檐結(jié)構(gòu)，這樣就可以將集熱裝置作為屋頂結(jié)構(gòu)中的一部分來處理，使屋頂造型形成了豐富的高低錯落感，不僅體現(xiàn)了地方民居特色，也增加了建筑的美感。在其他住宅小區(qū)的一體化設(shè)計中應(yīng)借鑒這種設(shè)計思路，根據(jù)建筑項目的特點對設(shè)計方案進行創(chuàng)新。

3.2 住宅建筑結(jié)構(gòu)和太陽能熱水器系統(tǒng)的一體化設(shè)計

住宅建筑與太陽能熱水器的一體化設(shè)計，要求將熱水器系統(tǒng)真正地融入到建筑設(shè)計中來，從而提高二者之間的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性。因此，設(shè)計人員首先要充分地認(rèn)識太陽能技術(shù)特點以及相關(guān)的產(chǎn)品構(gòu)造。目前常用的太陽能熱水器主要由集熱裝置、儲水裝置、控制系統(tǒng)和管道系統(tǒng)，以及相關(guān)的輔助性設(shè)備共同構(gòu)成，這些部件都需要以住宅建筑結(jié)構(gòu)為基本載體，因此在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中要對其進行充分的考慮。

以南通市某住宅小區(qū)的設(shè)計為例，其住宅建筑為高層平屋頂，因此在屋頂設(shè)計中采用了鋼結(jié)構(gòu)的覆蓋式框架結(jié)構(gòu)，以便于集熱板的安裝。同時設(shè)計方案中選擇了平板形式的集熱裝置，并通過并聯(lián)形成弧形的大面積陣列排列。另外，通過計算確定集熱板所需要的總面積，并根據(jù)房屋承重墻之間的距離來確定集熱板的具體規(guī)格。混凝土短柱應(yīng)設(shè)置于承重墻處，并突出屋面，在柱頂采用了鐵件預(yù)埋的方式通過焊接來支撐上部的集熱板結(jié)構(gòu)。對構(gòu)件荷載進行計算時要注意不能忽略了太陽能熱水器的荷載。一般來說，太陽能熱水器主要有強制以及自然循環(huán)這兩種方式，由于該工程位于南方地區(qū)，具備自然循環(huán)的條件，因此選擇了自然循環(huán)的方式。設(shè)計方案中要合理確定儲水箱的高度，以滿足自然循環(huán)的需要。

另外，在設(shè)計時充分地利用了樓梯間的空間，在其頂部設(shè)計了3000L容量的儲水箱。為了避免天氣因素對太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生影響，在水箱中增設(shè)了輔助性的電加熱設(shè)備，以保證供熱的穩(wěn)定性。在管路連接的設(shè)計中采用了聚苯乙烯塑料來作為保溫材料，同時采取了集中供水的方式來減少管道的長度，并提高水資源的利用率。此外，在循環(huán)管道上還設(shè)計了循環(huán)泵裝置，從而實現(xiàn)了通過循環(huán)管道來進行熱水供應(yīng)。一旦循環(huán)管道內(nèi)出現(xiàn)水溫降低的情況時，將自動啟動水泵，保證水溫的穩(wěn)定性。在設(shè)計中還要保持太陽能熱水器系統(tǒng)構(gòu)造的靈活性，為后續(xù)的維護保養(yǎng)以及設(shè)備更新提供便利條件。

4 結(jié)語

住宅小區(qū)的建設(shè)直接關(guān)系到人民群眾的生活環(huán)境和條件，因此必須提高設(shè)計的功能性和美觀性，為居民創(chuàng)造更加美觀的生活環(huán)境和便利的生活條件。隨著我國新能源戰(zhàn)略的提出，在住宅小區(qū)中利用太陽能作為重要能源來為廣大居民提供熱水已經(jīng)成為了現(xiàn)代住宅的一個重要發(fā)展趨勢。由于太陽能熱水器與建筑的一體化設(shè)計是一項綜合性較高的系統(tǒng)工程，其中涉及了多個學(xué)科領(lǐng)域的知識，因此設(shè)計人員要積極借鑒國內(nèi)外的成功經(jīng)驗，并結(jié)合住宅小區(qū)工程的實際特點來進行科學(xué)合理的設(shè)計，既要保證住宅結(jié)構(gòu)的安全性和美觀性，也要保證熱水器功能的正常發(fā)揮，一體化設(shè)計要逐步向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、多元化以及系列化的方向發(fā)展，從而提高我國現(xiàn)代化住宅設(shè)計的整體設(shè)計水平，并推動住宅建筑行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。