朱国君
中国美术学院风景建筑设计研究院 310000
【摘 要】本文主要先概述了太阳能一体化的含义，接着分析了太阳能建筑一体化的设计原则，最后概述了太阳能建筑住宅的一体化设计要点。
【关键词】太阳能；住宅；一体化；设计
随着能源需求的快速增长和环境污染问题的日渐突出，清洁可再生能源越来越受到各国政府和企业的关注。在化石燃料快速减少的今天，太阳能发电成为一种新兴的可再生能源。而将太阳能发电技术与建筑技术结合在一起，就是太阳能光伏建筑一体化。
1太阳能一体化的含义
所谓太阳能与建筑一体化不是简单的“相加”，而是要通过“相加”整合出一个崭新的答案。也就是说，建筑应该从开始设计时，就将太阳能系统包含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以考虑，巧妙地将太阳能系统的各个部件融入建筑之中，使太阳能系统成为建筑不可分割的一部分，而不是让太阳能成为建筑的附加构件。以分体式太阳能热水系统为例，太阳能集热板或太阳能集热管是暴露在屋顶上的，在设计时就要想办法让太阳能热水器暴露在外面的部分实现建筑构件化，使之建筑融为一体，成为与坡屋面、墙面、阳台、窗子等建筑构件相匹配的另一种构件。
太阳能系统要作为建筑构件元素来考虑，与建筑的屋面、墙面、阳台、窗户有机结合在一起进行整合设计。这样，太阳能热水系统科技内容的加入就会使建筑呈现出一种新的造型与外观，增强建筑的表现力。
2太阳能建筑一体化的设计原则
在满足原有功能的前提下注重生态设计。光伏产品与建筑相结合，不仅通过利用太阳能有效地节约了建筑能耗，还能收到一定的装饰效果。光伏建筑一体化设计应以不损害和影响建筑效果、结构安全、功能和使用寿命为基本原则，并要满足光伏系统设计和安装的技术要求。
太阳能光伏建筑一体化并非在建筑设计完成后将太阳能作为辅助措施，而是将太阳能光伏发电作为建筑的一种体系进入建筑领域，纳入工程的基本建设程序，在设计之初就考虑太阳能系统的融入，同步设计、同步施工、同步验收，与建设工程同时投入使用，同步进行后期管理，使其成为建筑的有机组成部分。
除了一体化设计外，还要包括一体化制造、一体化安装，而其辅助技术则包括了低能耗、低成本、优质、生态建筑材料的技术。
3太阳能住宅建筑一体化设计
3.1太阳能的利用纳入环境的总体设计
任何建筑设计都必须立足于对周围气候及地理环境特征的分析和理解之上。
太阳能建筑设计必须根据当地的不同气候条件做出不同的应对策略。同时太阳能技术的应用也应结合地势高差、周围植被生长，环境状况等自然地理特征，合理确定建筑的日照间距，为充分利用太阳能创造条件。
建筑南北向带状布置有利于太阳能的利用，而庭院式布局由于部分的住宅为东西不利于太阳能采集器的布置，而且围合式或半围合式的布局也不利于当地夏季闷热天气时的住宅通风。为了保护原有环境植被和在冬季减少能耗，场地设计中保留大部分北部树木，尽量减少冬季寒风对建筑北立面侵扰，同时根据当地日照情况确立太阳能集热器沿主体建筑南面布置，并在南面安装阳台是太阳房的思路。
3.2太阳能技术的集成优化
技术方案的确定应充分考虑当地的自然条件、工程使用性质、经济条件等，调动多种技术手段，选择不同层次的新技术，加以集成、配套和优化，没必要一味追求最新、最先进的技术。太阳能热水系统按媒质循环方式分为自然循环和强制循环，根据建设项目的规模和使用性质本项目采用了运行费用低的自然循环式，自然循环是靠集热器和储水箱之间冷热水密度不同而形成水流循环，不需要外部动力。自然循环对储热水箱的位置高度有一定要求，在设计中，因势利导，利用楼梯间的平面位置和竖向高度，把储热水箱设在楼梯间顶部，经用量计算确定储热水箱容量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆太阳能热水系统受天气影响较大，供热不稳定，于是在水箱中安装电加热辅助加热系统，管路连接系统采用EPS聚苯乙烯泡沫塑料保温，内部供热水为集中供水，为减少供水管道过长引起的水资源浪费，热水供水用循环管道，循环管道上设置循环泵当管道内水温下降时，水泵自动开启，保证热水管道保持一定的水温。在每一个住户位置从循环管道上设配水点，使用户能够在最短距离用到热水。
3.3使太阳能技术与建筑空间美学相结合
太阳能建筑一体化设计中太阳能设备构件作为建筑的一部分与其他建筑构件共同形成建筑的整体造型，在初始设计时应充分考虑到太阳能系统对建筑外观的影响，尽量取得太阳能与建筑在功能和美学上的协调。太阳能系统有严格的技术要求，比如采集器的面积、朝向角度、储热水箱的位置、管线的布置和保温等等，这就使建筑在外形设计上受到很大制约，增加了设计难度。从一些试点项目上可以看到，几乎都是采用楼顶部直接排列采集器的形式，单一而刻板，缺乏变化。这种片面强调技术而不顾建筑作为文化和美学载体的复杂性，在建筑外观设计完成之后再把太阳能系统强加上去的做法，虽然起到了节能的作用但却破坏了建筑与太阳能的一体化，影响到建筑的空间美学形态，最终会影响太阳能建筑的推广发展。在本方案设计中我们把太阳能构件作为一种积极的设计因素引入到创作中来，让集热板成为屋顶的一部分。
坡顶两侧用民居中的硬山形式封檐。考虑到集热板的角度要求为了避免坡顶太高增加造价，坡顶设计为半坡式，通过高低错落的屋面组合形成丰富的顶部造型。从外观上看，既体现了当地民居建筑的朴实、平易，集热板的特殊色泽和质感，又给建筑增加了新异的艺术魅力。在本设计中，太阳能构件同时成为一个造型要素与其他建筑构件一起共同形成了建筑的外观形象。
3.4太阳能与建筑构造一体化
太阳能系统作为建筑的一个子系统，与建筑同时进行构造设计。设计良好的太阳能系统应该是建筑的一个有机组成部分，二者之间有机结合，甚至合二为一。
要达到使太阳能部件与建筑构件之间的协调，必须对太阳能技术及其产品有相应的认识。出于综合造价考虑，在本设计中承载集热器的客房部屋顶为平屋顶，为了安放集热板，在屋顶采用覆盖式钢结构框架支撑集热器板。集热板采用平板式集热器，由多个并联组成大面积弧形阵列。集热板总面积由太阳能光热转换公式计算确定，每块集热器板的大小规格由房屋内部承重墙的间距来决定，在承重墙位置设突出屋面的混凝土短柱，柱顶预埋铁件与上部钢结构集热板支撑架焊接，短柱伸出屋面防水层20cm，在做结构构件荷载计算时加上太阳能部件的荷载。太阳能热水系统循环方式分为自然循环和强制循环，根据建设项目的规模和使用性质在设计中采用了运行费用低的自然循环式，自然循环对储热水箱的位置高度有一定要求，可以利用楼梯间的平面位置和竖向高度，把储热水箱设在楼梯间顶部，经用量计算储热水箱容量3000L。太阳能热水系统受天气影响较大，供热不稳定，于是在水箱中安装电加热辅助加热系统，管路连接系统采用EPS聚苯乙烯泡沫塑料保温，内部供热水为集中供水．为减少供水管道过长引起的水资源浪费，热水供水用循环管道，循环管道上设置循环泵。当管道内水温下降时，水泵自动开启，保证热水管道保持一定的水温。在每一个客房位置从循环管道上设配水点，使客房能够在最短距离用到热水。
4结语
目前，“太阳能建筑一体化”已成为建筑界和太阳能界的响亮口号。尽管面临着太阳能的能量密度低，而且它因地而异、因时而变等问题，但相信在不久的将来，太阳能光伏建筑一体化将赋予建筑新的属性，为未来的房地产业开辟新的天地。
参考文献：
[1]龙文志．太阳能光伏建筑一体化[J]．中国建筑金属结构.2009，（7）：36—44．
[2]胡博．太阳能设备与建筑一体化研究[J]．辽宁科技学院学报.2008，10（3）：39—40．
[3]李英才，李苏兰．试论太阳房在我国的发展前景[J]．太阳能学报.1982，3（4）．
论文作者:朱国君
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/8/30
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