住宅建筑的太陽能熱水器一體化設計策略初探

林棟

摘 要：住宅建筑的設計與太陽能熱水器的運用之間缺乏有機、整體的銜接是目前住宅建筑中普遍存在的現象，它不僅影響了建筑形式的美觀，同時也造成了一些使用過程中的安全隱患。本文正是對此相關問題進行探討，試圖獲取值得借鑒的成果。根據太陽能熱水器分別在住宅不同的安裝部位作住宅建筑的太陽能熱水器一體化的策略探討，并進行歸納總結。

關鍵詞：住宅建筑;太陽能熱水器;一體化設計

一、不同安裝部位的一體化策略

在住宅建筑與太陽能熱水器的一體化設計中，特別是外觀上，對于太陽能熱水器這而言，起主要影響作用的是集熱器的安裝位置及其方式，而儲水箱等其它一些附件盡管也需要被考慮，但并不會對一體化設計的建筑外觀起到太大的影響作用。所以，我們要討論的主要是集熱器的安裝位置。

1.1平屋頂

集熱器用三角構架搭建在屋頂上

優點：集熱器的安裝角度較自由，可以根據不同地區的緯度和太陽高度角而定，使之平面能在滿足造型需要的情況下，盡量與太陽光輻射方向成垂直狀態，以便能夠更好的吸收熱量。另外，在允許增加投入成本的情況下，安裝可活動式支架，則集熱器的朝向亦可在一天中隨太陽光輻射的角度變化，從而加大熱量吸收率;由于一般平屋頂都是可上人屋面，集熱器直接安放在屋頂，更便于維護和檢修。

缺點：為避免前排集熱器對后排的太陽輻射的遮擋，安裝時南北向上的集熱器之間需空開一定的距離，從而難免會減少集熱器的數量和總面積。

集熱器平鋪在屋頂上

優點：能將集熱器布滿整個屋面，達到數量上的最大化;能實現集熱器對建筑形體影響的最小化，使建筑立面的設計更為自由;集熱器可同時作為屋頂層的外保溫材料;

便于日常的維護和檢修。

缺點：由于集熱器是平放在屋面上的，一般都會與太陽光輻射方向有較大的夾角，由此對集熱器的吸熱效率會有一定的影響。

集熱器與住宅建筑屋頂的棚架或飄板結合

優點：集熱器處于建筑的最上面，被遮擋最少，且易于連片布置，因而集熱效率高;作為建筑的一個裝飾性構件存在，更易于和建筑造型融合;集熱器安裝在棚架或飄板上， 對建筑結構、防水、保溫不會造成破壞，施工簡單;不僅能使建筑屋頂美觀，更可以作為屋頂花園的遮陽板，供人在其下休憩，實現一舉兩得的效果。

缺點：有些飄板由于孤懸于空中，遠離屋頂層，會給日常維護和檢修帶來一定的不方便;由于受力面較大導致固定不夠牢靠，需要充分考慮被大風吹刮等外力因素而可能會造成的安全隱患問題。

1.2坡屋頂

集熱器搭建在坡屋頂上，與屋面坡度一致

優點：由于在大多數的住宅建筑設計中，坡屋面本身與水平面所成夾角一般為30°～45°之間，因此與之斜率一致的集熱器平面，為發揮其集熱性能提供了先天的條件;可將儲水箱等蓄熱裝置放于坡屋頂下的空間，使功能與形式得到更加完美的統一。

缺點：上坡屋頂的屋面檢修及維護太陽能熱水器設備不方便，也不安全;由于坡屋頂的屋面只有朝南的那一半才適宜安裝集熱器，所以會使得總的集熱面積相對較小，從而使得這種方式的一體化設計在住宅建筑中的應用范圍比較受限制，一般在局部熱水系統或低、多層住宅的熱水系統中應用較多。

集熱器嵌入坡屋頂，與屋面成為一體。

優點：兼有搭建在坡屋頂的優點之外，同時與住宅建筑的一體化效果更好。

缺點：構造較為復雜。

集熱器與坡屋頂的檐口結合。

優點：集熱器的角度可較為自由的調節而不會對影響立面的造型構成太大的影響，集熱效率高;可兼作頂層窗戶的外遮陽構件，同時起到一定的裝飾作用。

缺點：可利用的面非常有限，尤其不適合于在高層住宅建筑上安裝，一般多應用于低層或者獨棟的住宅。

集熱器的最佳集熱角度，主要取決于所在地區的氣候條件與緯度。

于是，當我們設計一個需要安裝太陽能熱水器并選擇將集熱器放置在屋頂上的坡屋頂住宅建筑時，我們應首先根據當地的氣候條件和緯度，計算出能夠發揮最高集熱效率的集熱器安裝角度，然后再將這個角度作為該住宅建筑土建時坡屋頂傾斜度設計的參考值。

1.3立面

集熱器安裝在窗間墻

所謂窗間墻，既可以是位于上下兩個窗戶之間的那片墻，也可以是位于左右兩個窗戶之間的。

優點：集熱器可作為建筑立面的裝飾構件，設計得當的話，一體化效果較好。

缺點：安裝和檢修維護都不方便，尤其是高層住宅，作業時須十分注意安全;若集熱器貼墻豎向安裝，則與太陽輻射角度之間有夾角，勢必降低集熱效率。所以，一般還需傾斜安裝，不過這樣容易受到高空墜物之類的東西損傷;由于受到窗戶大小的制約，可安裝太陽能集熱器的面積有一定的限制。

集熱器與陽臺護欄結合

陽臺上的集熱器若是采用全玻璃真空管，則有水平方向和豎直方向兩種布置方式。

水平布置的全玻璃真空管對太陽高度角的變化有自動適應能力，因此整個的集熱器平面可以垂直于水平方向布置。同時，為了保護容易損壞的全玻璃真空管，應該保留原有的護欄。

而豎向布置的全玻璃真空管，其整個集熱器平面需要傾斜布置，并且它的長度也會受到陽臺護欄高度的限制。土建上一般陽臺護欄的高度為1.2m，而目前的全玻璃真空管的長度很少有比這一數值小的，同時還要考慮到管道，因此布置起來會顯得比較捉襟見肘。另外，豎向布置的全玻璃真空管對太陽高度角的變化沒有自動適應能力，因而其集熱效率會打折扣。不過，它的管道布置要比與水平方向的全玻璃真空管更方便一些。

優點：一體化效果較好，可作為陽臺的構件存在，并不占用額外的空間;日常的維護和檢修較為方便。

缺點：集熱器平面與太陽輻射角度之間會有夾角，特別是在采用平板型集熱器的時候，集熱效率有所影響。

二、結語

其實，在住宅建筑與太陽能熱水器的一體化設計中，還有很多值得關注的東西。譬如，建筑師不應該把目光僅僅只是停留在建筑圖紙上，而更應該主動去和太陽能熱水器生產廠家進行溝通，增進相互間的了解。這樣，建筑師會獲得更多前沿的產品信息，同時也能讓廠家為我們提供更合適的產品。

因此，在太陽能熱水器產品本身的方面，廠家需要提高科學技術的含金量，加大力度進行科研攻關，解決產品中存在的一些技術難題。在開發研制太陽能熱水器的時候，要結合建筑屋頂和立面等可能安裝部位的外觀及構造特點進行充分考慮，同時提高產品的通用性和適應性。并可以考慮在結合輔助加熱或提高集熱效率等方面，實現自動化和智能化的運行方式。

隨著人們更加注重對建筑審美的追求和對低碳生活的渴求，住宅建筑與太陽能熱水器的一體化設計這個領域，必將受到業內以及社會越來越高的關注與重視。

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