解析太阳能热水系统与建筑一体化研究与发展现状

禹翔天+杨军

摘 要：目前我国建筑面积已达到约600亿㎡，并以每年22亿㎡的速度持续增长， 而建筑能耗占到全社会总能耗的20%，因此，居住建筑节能研究成为我国建筑节能及建设节约型社会的一个重要课题。建筑是太阳能利用的主要用户，在倡导可持续发展的今天，如何有效的将太阳能热水系统与建筑一体化是十分重要现实的问题，基于此，本文将对太阳能与建筑一体化以及其发展现状进行研究与讨论。

关键词：太阳能；建筑一体化；热水系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.194

1 引言

建筑太阳能技术是太阳能与建筑一体化技术的关键所在。一体化的含义指的是内在的联系和外在的相互结合。何谓建筑与太阳能技术一体化？是不是把建筑和太阳能技术简单的拼凑在一起，答案是否定的。所谓建筑与太阳能技术一体化不是简单的一加一，而是使两种不同的东西有机结合在一起。也就是说从设计伊始，太阳能系统就应当作为建筑不可或缺的设计元素将其考虑在内，并巧妙地融入建筑之中，使太阳能系统成为建筑整体的一部分，而不是胡拼乱凑。总而言之，将太阳能产品及构件与建筑相结合并完美应用才是真正的太阳能技术与建筑一体化[1]。

2 太阳能与建筑一体化研究

2.1 太阳能热水系统与建筑一体化设计要素研究

在太阳能热水系统与建筑一体化的设计中，其技术包括太阳能集热器的定位、连接、选型及管路的布置和贮热水箱等方面，这些因素关系着太阳能热水系统在建筑中的技术可行性。具体将从集热器设计、贮热水箱布置、管路布置这三方面展开进行研究。

2.1.1 集热器的设计

太阳能热水系统集热部件太阳能集热器是其核心，对太阳能热水系统中影响最大就是集热部件性能的优劣，整个热水系统与建筑的结合效果都会受到它的布局影响。因此，在保证集热器性能的同时又遵循建筑美学的原则显得尤为重要。虽然应当围绕太阳能集热系统中的集热器来进行的设计，但集热器所收集的太阳能也受其系统其它附件的影响，所以其他附件同样重要，因此何如合理选择与设计要考虑周全。

2.1.2 贮热水箱的布置

在集中供水系统中，贮热水箱体积大、重量沉，水箱自身应有足够的承载能力，且在建筑设计时还应考虑水箱贮满水时的荷载总量。水箱固定在建筑上时，与墙、柱、梁等建筑结构构件相连接比较妥当，以确保牢固度。貯水箱应当具有上、下水管和紧急排水通道，并且能够与辅助能源加热装置连接。布置贮水箱的时候，为了避免管道过长而产生热量损失，应当让集热器和贮热水箱尽量贴近。

2.1.3 管路的布置

目前，大部分住宅已经普遍应用到太阳能热水系统，但是设计人员缺乏相关知识与经验而随意安排布置太阳能用水管路，这不仅会影响水力系统的稳定性、可调性、集热器换热性能，而且也使其管路不能与相关建筑有机结合，从而影响建筑的外观。这就要求住宅在设计确定管路布置的时候，不仅要满足用户的正常使用，而且还要考虑到合理布置与包装，以使得太阳能热水系统与建筑完美得结合。太阳能热水器管路的布置的时候应当尽量做到便于维修又隐蔽安全，若难以做到隐蔽，则应该将管路排列整齐，不占用较大建筑空间。

2.2 太阳能热水系统与建筑一体化的设计结构研究

太阳能热水系统一体化要满足结构设计，就要进行合理施工，改变施工结构，把太阳能产品及构件与建筑进行有机结合，力求做到同步设计、同步施工与同步验收。具体将从与屋面、与墙体、与阳台栏板的一体化设计这三方面展开进行研究。

2.2.1 太阳能热水系统与屋面一体化

现代住宅屋顶形式越来越多样化，但大体上还是分为平屋顶和坡屋顶这两种，平屋顶安置太阳能采集器时，采用支架布阵的方式，能相对简单得达到采集器的倾角要求，使得采集器与屋顶构件融合，将矩形集热器架立在倾斜升起的屋架与构件之间，通过屋面的有序布置，色彩的搭配调和，使视觉效果更加和谐；而坡屋顶是我国传统的民居屋面造型的主流，有单坡、双坡、四坡等形式。采集器与其外观结合则可以采取设计成天窗形式、隐入形式、阶梯嵌入形式等方式。

2.2.2 太阳能热水系统与墙体一体化

由于住宅的屋顶利用太阳能面积有限，竖向立面则成了住宅利用太阳能开发的重要区域。尽量使用垂直或有倾角的壁挂式集热器。若将采集器安置在南墙侧，则难以避免管线穿过居室，因此在设计的时候，要事先安排好管线位置和建筑的平面布局，尽量避免室内有明管线穿过，以免影响居室的外观。

2.2.3 太阳能热水系统与阳台栏板一体化

城市普通太阳能热水器不便于进行安装的用户可以采取新型窗式分体壁挂太阳能热水器，可以直接放在阳台外、墙壁上，也可安置在房屋楼顶平台上，足够现代家庭淋浴等家用热水。阳台式热水器便于安装，与建筑立面造型结合较易，能达到普通建筑不能达到的视觉效果，又与阳台的结合方式多样，优点显著，是目前除传统太阳能热水器外，在住宅建筑中使用最普遍的。

2.3 太阳能热水系统与建筑一体化的节能环保研究

充分利用太阳能以减少消耗常规能源是太阳能热水系统的目标所在。因此对太阳能热水系统进行节能效果和节能效益分析就必不可少。具体将从太阳能热水系统节能效益评估与太阳能热水系统环保效益的评估这两方面展开进行研究。

2.3.1 太阳能热水系统节能效益评估

太阳能热水系统利用可再生的清洁能源，减少不可再生资源的消耗，而节能效益我们将从年节能量、年节能费用、增投资回收期以及系统费效比这四个指标来对太阳能热水系统节能效益进行评估。

2.3.2 太阳能热水系统环保效益评估

环保目的就是减少常规能源的消耗从而使污染物的排放减少，因此其效益评估的主要指标有：二氧化碳、粉尘、二氧化硫及氮氧化物的减排量等。

3 太阳能热水系统与建筑一体化的国内外研究现状

3.1 国内的研究现状

目前太阳能热水系统与建筑的结合发展较快，太阳能推广得到国家政策的支持是其中的一方面，另一方面得益于《可再生能源法》实施与推广，相应的技术规范迫使地产开发商在建筑物的设计与施工中为太阳能利用提供必要条件；而住户对已建成的建筑物可以在不影响其质量与安全的前提下，安装符合技术规范和产品标准的太阳能利用系统 [2]。

3.2 国外的研究现状

3.2.1 太阳能能源在美国建筑中的利用现状

太阳能建筑在美国一直发展十分迅速。为了环境的可持续发展，减少能源的消耗、降低环境的污染、调整能源的结构，美国对太阳能的应用及开发做了积极的探索，其中规模最大、涉及最广、正逐步实现的项目就是“百万太阳能屋顶计划”，并将该计划作为面向21世纪的一项由政府主导的中长期发展计划。

3.2.2 太阳能能源在日本建筑中的利用現状

作为世界第二大经济体与能源消耗大国，日本能源进口的依赖性十分严重。日本政府从1995 年开始实施“绿色政府行动计划”，规定新建建筑必须有效利用太阳能，并运用低息贷款政策对使用太阳能利用系统的用户给予鼓励。 “阳光计划”紧随其后，建造太阳能建筑供暖与太阳能热水系统等示范性项目，其并在全国进行推广。

3.2.3 太阳能能源在欧洲建筑中的利用现状

欧洲对太阳能能源开发和利用一直走在世界前列，相对于我国住宅仅使用太阳能热水系统供应生活热水，欧洲的太阳能光热利用，是与常规能源系统相结合运行，作为辅助热源供应生活热水与住宅供暖。虽然没有丰富的太阳能资源，但强烈环保意识、常规能源的匮乏，使得欧洲国家致力于优化研究太阳能热水系统。

4 结语

建筑作为太阳能利用的主要载体，在当代倡导可持续发展的环境下，我们应当把更为节能与环保的设计方法即一体化设计与传统的设计施工相融合，利用各种技术手段，将优化与集成技术体系应用到当代太阳能建筑之中，使之形成完善的系统，以便应对我国当代太阳能技术发展。

参考文献：

[1]杨维菊.太阳能热水器与建筑一体化的探讨[J].华中建筑，2000（11）：62-64.

[2]苏粤.太阳能热水器与建筑一体化设计[J].新建筑，2003（06）：79-80.