閱讀 3574 次 新農(nóng)居建設(shè)中太陽能熱水器與建筑的一體化設(shè)計

新農(nóng)居建設(shè)中太陽能熱水器與建筑的一體化設(shè)計

陳飛  金韓橋  倪黎煒  高立民

    (1．蕭山區(qū)建設(shè)局村鎮(zhèn)建設(shè)管理處，浙江杭州311200； 2．杭州天元建筑設(shè)計研究院，浙江杭州311201)

    我國的能源需求正在快速增長，而消耗石化能源所帶來的環(huán)境壓力在不斷加重，新能源和可再生能源的開發(fā)利用，已經(jīng)成為亟待深入研究的課題。

1、目前我國太陽能熱水器應(yīng)用狀況

    太陽能以其成本低、儲量大、無污染等眾多優(yōu)點(diǎn)成為可再生資源的首選，是真正的綠色能源。在本省廣大的農(nóng)村地區(qū)，選擇太陽能熱水器供熱既安全又經(jīng)濟(jì)，同時也符合國家當(dāng)前的節(jié)能減排政策。

    我國的太陽能利用技術(shù)已有一定基礎(chǔ)，特別是太陽能熱水器行業(yè)經(jīng)過近20年的發(fā)展，已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，目前我國太陽能熱水器的產(chǎn)量和保有量已為世界第一。但太陽能熱水器在建筑中的普及程度還不高，尤其是在最適合應(yīng)用的居住建筑中，其應(yīng)用的范圍和水平仍然遠(yuǎn)未達(dá)到理想的狀況。具體來說，由于技術(shù)成熟度和產(chǎn)品配套等方面的原因，高層建筑中基本上未采用太陽能熱水系統(tǒng)；在量大面廣的多層和低層住宅中，也多由居住者自行購買和安裝，而這種各自為政的做法往往會造成一些問題，如影響建筑立面，引起安全隱患和鄰里糾紛等等。從技術(shù)層面分析，造成上述問題的原因首先在于以往的建筑設(shè)計存在局限性。設(shè)計者往往忽略了太陽能設(shè)施的存在，既沒有把它作為建筑物的重要組件納入到整體造型之中，又沒有考慮上下水管線和電源的預(yù)留，以及安裝、檢修過程中的各種相關(guān)因素。按照新頒布的《浙江省建筑節(jié)能管理方法》的規(guī)定，今后城鎮(zhèn)區(qū)域l2層以下住宅均應(yīng)設(shè)置太陽能熱水裝置。同時，除了城鎮(zhèn)住宅應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行外，在量大面廣的農(nóng)村住宅中也應(yīng)盡快推廣普及，這需要社會各界的共同努力。當(dāng)前，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深入，全國各地都正在積極研究農(nóng)村太陽能的利用。   

2、設(shè)計方法的改進(jìn)

    傳統(tǒng)的設(shè)計方法是在已建成的住宅屋面上加裝太陽能熱水器，這種方式雖然簡單，但存在多方面的缺陷。比如：由于沒有預(yù)留管道豎井，造成連接管線較長，而且管線往往直接暴露在室外，使得熱能損失嚴(yán)重；事先未確定安裝部位，上屋頂施工及檢修均較困難，還有可能引起結(jié)構(gòu)安全性和屋面防水等方面的隱患；由各家各戶自行安裝，往往造成布局雜亂，破壞建筑立面和整體風(fēng)格；以上諸多不和諧的因素，已直接導(dǎo)致公眾對太陽能產(chǎn)品產(chǎn)生種種疑慮，在很大程度上制約了住宅太陽能利用技術(shù)的進(jìn)一步推廣。針對這些情況，應(yīng)從研究太陽能設(shè)備與住宅建筑的有機(jī)結(jié)合入手，力求在設(shè)計環(huán)節(jié)上解決問題，即提倡太陽能熱水器與建筑的一體化設(shè)計。太陽能熱水器與建筑一體化設(shè)計的概念，就是要求把太陽能熱水裝置作為建筑的重要配套部件加以對待，而不再是房屋建成后附加的設(shè)備。這是思想方法上的改變，同時對設(shè)計師的要求也更高，即在方案設(shè)計之初就應(yīng)該予以通盤考慮。具體來講，應(yīng)切實貫徹好以下幾項設(shè)計原則：

    (1)為了確保太陽能熱水器的工作效率，故在其安裝朝向及位置的選定上應(yīng)予優(yōu)先考慮，使之不成為擺設(shè)。

    (2)設(shè)計時應(yīng)統(tǒng)一考慮建筑的整體效果，通過技術(shù)處理使太陽能熱水裝置與建筑較好地融為一體。

    (3)要注重土建施工和設(shè)備安裝之間的銜接，相關(guān)管線和預(yù)埋件應(yīng)一步到位，避免二次安裝對主體結(jié)構(gòu)造成影響。

    (4)要根據(jù)農(nóng)村的實際情況來確定太陽能熱水器的選型，控制建設(shè)成本和今后的日常運(yùn)行費(fèi)用，以便于大規(guī)模推廣。

3、具體做法研究

    農(nóng)村住宅多為坡頂或平頂?shù)牡蛯臃课荩�安裝太陽能熱水器相對比較方便。但要做到太陽能熱水器與建筑的一體化，涉及到工藝設(shè)計、管線布置、構(gòu)造做法和外觀造型等諸多因素，必須加以認(rèn)真研究。

    根據(jù)本省所處的地理緯度和氣候特征，集熱器只適宜安裝在住宅屋頂和南向的露臺、外墻、陽臺欄板等有限部位，才能保證太陽能熱水器的工作效率。這就要求設(shè)計師結(jié)合建筑形式，因地制宜地進(jìn)行周密的安排，現(xiàn)根據(jù)不同的安裝部位提出相應(yīng)的處理方案。

    (1)遮擋式。對于在平屋面放置太陽能熱水器的情況，采用遮擋式的方法最為有效。即通過屋面女兒墻或其它構(gòu)件的遮擋，使得在一般的視線角度看不到太陽能熱水器，以保持建筑造型的完整性。即使屋面的安裝空間較寬裕，其布置方式也應(yīng)盡可能整齊有規(guī)律；如果是上人屋面或屋頂花園，還應(yīng)與人員活動區(qū)域隔開，盡量不要相互影響。由于平屋面相對易滲漏，所以在設(shè)備安裝和管線施工時應(yīng)十分注意，避免對屋面防水層和排水系統(tǒng)造成損害。

    (2)嵌入式。坡屋面是坡頂建筑外觀造型的重點(diǎn)部位，所以在上面加裝太陽能熱水器要十分慎重。在我們周圍可以看到很多不成功的例子，如將熱水器裝置直接騎放在主屋脊之上，破壞了原有建筑的和諧尺度和造型(見圖l)。嵌入式的做法是在坡屋頂中設(shè)置局部的凹槽，將太陽能熱水器安裝在此凹槽中，使集熱器表面與斜屋面基本平齊，這樣能較好地保證立面效果(見圖2)。缺點(diǎn)是可能會影響閣樓空間的完整性，還有凹槽部分的構(gòu)造做法相對會復(fù)雜一些，對施工要求較高。

    (3)平鋪式。坡屋面的另外一種處理方法是采用集熱器與貯水箱分離的太陽能設(shè)備，即可把貯水箱設(shè)在閣樓或室內(nèi)其它位置，只將集熱器鋪放在斜屋面上，這樣能使得集熱板與屋頂斜面保持同一角度，在外觀上不再顯得突兀(見圖3)。需要注意的是，集熱器的固定件和上下水管應(yīng)在土建施工時同步完成，以免二次施工破壞屋面防水層。

    (4)豎掛式。朝南向的外墻和南向陽臺的欄板等部位也可以設(shè)置太陽能熱水器，其工作原理是將熱水器的集熱板豎向掛放在墻體或欄板外側(cè)，而貯水箱設(shè)在室內(nèi)。與屋頂安裝方式相比，缺點(diǎn)是沒有了自然高差形成的水頭，需在系統(tǒng)中配套加壓裝置，會相應(yīng)增加成本及日常運(yùn)行費(fèi)用。所以這種方法在低層建筑中較少應(yīng)用，更適用于多層農(nóng)居小區(qū)(見圖4)。

    從以上分析可以看出，太陽能集熱器產(chǎn)品形式多樣，可以使太陽能熱水器直接作為建筑構(gòu)件，在屋頂、墻面和陽臺等部位應(yīng)用，斜坡和平頂鑲嵌式集熱板也可緊貼屋面或作為屋面組成部分；加之先進(jìn)的電子自控應(yīng)用．，還能使太陽能熱水器具有調(diào)節(jié)水量、流量、補(bǔ)充冷水、平衡自來水和熱水流量等功能。但各種不同的做法都必須經(jīng)過一體化技術(shù)設(shè)計，才能確保建成后的立面造型和整體協(xié)調(diào)，同時又達(dá)到良好的使用效果。   

4、設(shè)計案例介紹

    《杭州市新農(nóng)村示范農(nóng)居研究》是杭州市建委2007年下達(dá)的調(diào)研課題，農(nóng)村可再生能源的開發(fā)利用也是其中的重要內(nèi)容。我們在農(nóng)居方案中選擇了常見的真空管式太陽能熱水器機(jī)型，并采用上述斜屋面嵌入式的做法(見圖5)。為了能達(dá)到較好的立面效果，太陽能熱水器的安裝位置選擇在次跨屋面的兩端，既保證了主屋面的完整性，又能滿足有效接受太陽光輻射的條件，而且集熱板與深色調(diào)的屋面能形成較好的色彩協(xié)調(diào)，使其有機(jī)地融合到建筑整體之中(見圖6)。

    真空管式太陽能熱水器是目前市場中較為成熟的產(chǎn)品，其工作原理是利用真空管集熱，最大限度的實現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換，經(jīng)微循環(huán)把熱水送到保溫水箱里，再通過管路傳送至戶內(nèi)各用水點(diǎn)。在設(shè)備選型上，我們按每人50L/d的用水量計算，一般三口之家選用150L的太陽能熱水器，即可滿足全家洗澡和其它生活用水的需求，相應(yīng)的集熱板面積為21T12左右。真空管規(guī)格為1500mmx47mm，目前集熱效果最好的是AL—N/AL真空濺射選擇性鍍膜，利用該涂層的玻璃真空管，其吸收率≥0.93，紅外發(fā)射率占≤0.6，平均熱損Uct0.9 W/m20c。考慮到冬季和雨霧天氣造成太陽輻射不足的情況，建議選擇帶輔助電加熱裝置的太陽能熱水器，如皇明的冬冠系列一體機(jī)，是按照“冬天能用、好用”的標(biāo)準(zhǔn)新開發(fā)的升級換代產(chǎn)品。

    另外，在土建設(shè)計中還應(yīng)合理安排豎向管道井的位置，盡可能縮短管線長度可以減少熱能損失，還能節(jié)約用水；室內(nèi)部分的上下水管和電源最好與其，它管線同時施工，做到一步到位；放置熱水器的屋頂凹槽部位應(yīng)做好排水構(gòu)造處理以及管線的預(yù)留預(yù)埋。

    以上方案是依據(jù)市場現(xiàn)有產(chǎn)品并主要針對普通農(nóng)居的實際應(yīng)用提出的，有條件的地方還可以實施太陽能應(yīng)用的深度開發(fā)。當(dāng)前，新的太陽能產(chǎn)品層出不窮，設(shè)計師一方面應(yīng)積極推廣成熟適用的技術(shù)和產(chǎn)品，同時要對國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)展保持關(guān)注，對新產(chǎn)品的研發(fā)也可以提出建設(shè)性意見；而生產(chǎn)廠家的技術(shù)部門應(yīng)與設(shè)計單位保持互動，這對于產(chǎn)品研發(fā)和改進(jìn)大有好處。

5、結(jié)  語

    目前大量的農(nóng)民自建房仍都未經(jīng)正規(guī)的技術(shù)設(shè)計，也就更談不上太陽能熱水裝置與建筑的一體化考慮。所以，隨著新農(nóng)村建設(shè)的深入推進(jìn)，政府部門應(yīng)該從政策和制度上加強(qiáng)對農(nóng)村建房的管理。如對于政府統(tǒng)一實施的新農(nóng)居點(diǎn)建設(shè)項目，可以制定強(qiáng)制性的條文，規(guī)定設(shè)計單位必須將太陽能熱水系統(tǒng)納入整體設(shè)計的范圍。另外，也可以通過對基建程序的強(qiáng)化，強(qiáng)調(diào)農(nóng)民自建房須經(jīng)過設(shè)計和驗收等必要環(huán)節(jié)，目的是確保新建農(nóng)居的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，提升廣大農(nóng)民的生活品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)