【摘 要】太陽(yáng)能作為一種清潔能源具有取材方便、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，因此越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題認(rèn)識(shí)的深入和能源問(wèn)題的進(jìn)一步惡化，越來(lái)越多的建筑開(kāi)始使用清潔、節(jié)能的太陽(yáng)能裝置。如何實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與建筑設(shè)計(jì)的一體化是擺在建筑師面前的一個(gè)十分重要的問(wèn)題，本文作者結(jié)合自己的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行了探討。

　　【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能;建筑設(shè)計(jì);一體化

引言

　　建造和使用太陽(yáng)能住宅在冬季可減少部分采暖用煤，因而節(jié)省了燃料，減輕了對(duì)大氣的污染。根據(jù)實(shí)際使用的結(jié)果推算，在中國(guó)北方地區(qū)，太陽(yáng)能住宅建筑平均可節(jié)約燃煤量30kg/(m2·年)。因此，充分利用取之不盡的太陽(yáng)能，對(duì)于改善建筑的居住條件、提高室內(nèi)溫度、節(jié)約常規(guī)能源、改善生態(tài)環(huán)境有著十分重要的意義?？梢詫⑻?yáng)能被動(dòng)式應(yīng)用與主動(dòng)式應(yīng)用結(jié)合起來(lái)使用，與建筑進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，這個(gè)系統(tǒng)將達(dá)到較好的節(jié)能和使用效果。

一、建筑與太陽(yáng)能一體化設(shè)計(jì)的基本概念及優(yōu)點(diǎn)

　　1、建筑與太陽(yáng)能一體化設(shè)計(jì)的基本概念

　　所謂建筑與太陽(yáng)能技術(shù)一體化不是簡(jiǎn)單的“相加”，而是要通過(guò)“相加”整合出一個(gè)嶄新的答案。也就是說(shuō)建筑應(yīng)該從設(shè)計(jì)一開(kāi)始的時(shí)候，就要將太陽(yáng)能系統(tǒng)包含的所有內(nèi)容作為建筑不可或缺的設(shè)計(jì)元素加以考慮，巧妙地將太陽(yáng)能系統(tǒng)的各個(gè)部件融入建筑之中“相加”設(shè)計(jì)，使太陽(yáng)能系統(tǒng)成為建筑不可分割的一部分，而不是讓太陽(yáng)能系統(tǒng)成為建筑的附加構(gòu)件。真正的太陽(yáng)能技術(shù)與建筑一體化是指太陽(yáng)能產(chǎn)品及構(gòu)件在建筑上的應(yīng)用，并做到與建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。

　　2、 建筑與太陽(yáng)能一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

　　經(jīng)過(guò)一體化設(shè)計(jì)的利用太陽(yáng)能的建筑方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):

　　一是，由于經(jīng)過(guò)綜合考慮，建筑構(gòu)件和設(shè)備全面協(xié)同，所以構(gòu)造更為合理，有利于保證整體質(zhì)量;

　　二是，綜合使用材料，從而降低了總造價(jià)，并減輕了建筑荷載;

　　三是，建筑的使用功能與太陽(yáng)能的利用有機(jī)地結(jié)合在一起，形成多功能的建筑構(gòu)件，巧妙高效地利用了空間;

　　四是，同步施工、一次安裝到位，避免后期施工對(duì)用戶生活造成的不便以及對(duì)建筑已有結(jié)構(gòu)的損害;

　　五是，如果采用集中使用安裝，還有利于平衡負(fù)荷和提高設(shè)備的利用效率;

　　最后，經(jīng)過(guò)一體化設(shè)計(jì)和統(tǒng)一安裝的太陽(yáng)能裝置，在外觀上可達(dá)到和諧的統(tǒng)一，特別是在集合住宅這類多用戶使用的建筑中，改變了個(gè)體使用者各自為政的局面，易于形成良好的建筑視覺(jué)形象。

二、建筑與太陽(yáng)能一體化設(shè)計(jì)的內(nèi)容

　　利用太陽(yáng)能是建筑節(jié)能的一個(gè)重要途徑，太陽(yáng)能建筑是節(jié)能建筑的一種形式。太陽(yáng)能建筑的基本要求就是利用太陽(yáng)能這種最豐富、最便捷、無(wú)污染的能源來(lái)進(jìn)行采暖制冷、供應(yīng)熱水和進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以滿足人們生活的需要，同時(shí)達(dá)到減少和不用礦物燃料的目的。對(duì)于建筑師來(lái)講，太陽(yáng)能建筑一體化的設(shè)計(jì)就是要在建筑設(shè)計(jì)的同時(shí)，要考慮兩個(gè)方面的問(wèn)題，一是考慮太陽(yáng)能在建筑上的應(yīng)用對(duì)建筑物的影響，包括建筑物的使用功能，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特性，建筑體型和立面的改變;二是考慮太陽(yáng)能利用的系統(tǒng)選擇，太陽(yáng)能產(chǎn)品與建筑形體的有機(jī)結(jié)合。

　　1、太陽(yáng)能建筑對(duì)建筑設(shè)計(jì)的要求

　　(1)對(duì)方位的要求。太陽(yáng)能建筑對(duì)方位的要求是為了使建筑物盡量多和快的得到太陽(yáng)能輻射熱，在冬季太陽(yáng)能輻射熱在9時(shí)—15時(shí)是全天輻射熱的90%左右，因此，在這段時(shí)間內(nèi)要保證足夠的日照時(shí)間是非常重要的，為了充分發(fā)揮太陽(yáng)能輻射熱的效能，可根據(jù)太陽(yáng)能建筑的特征進(jìn)行方位調(diào)整。例如，學(xué)校的教室上午希望室溫盡快上升，而夜間室內(nèi)無(wú)人，可將方位角南偏東5度—15度;住宅建筑由于夜間住人，下午盡量使太陽(yáng)能輻射熱進(jìn)入室內(nèi)，可將方位角南偏西5度—15度。

　　(2)對(duì)建筑表面積和體型的要求。從利用太陽(yáng)能的角度考慮，應(yīng)使南墻面吸收較多的太陽(yáng)能輻射熱，且盡可能的大于其它向外散失的熱量，以將這部分熱量用于補(bǔ)償建筑的凈負(fù)荷。如果我們使除南墻面之外的其它的熱工質(zhì)量是相同的，則不難看出，建筑的凈負(fù)荷是與面積的大小成正比的。因此，從節(jié)能建筑的角度考慮，對(duì)建筑節(jié)能的效果以外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總面積越小越好這一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)是不夠的，而應(yīng)以南墻面足夠大，其他外表面盡可能小為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)，即表面面積系數(shù)(建筑物其它外表面面積之和與南墻面積之比)，這就是被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的要求。除此之外，還要用建筑物的表面面積系數(shù)來(lái)研究建筑體型對(duì)節(jié)能的影響，從獲得更多的太陽(yáng)能輻射熱，降低能耗的觀點(diǎn)來(lái)看，長(zhǎng)軸朝向東西的長(zhǎng)方體體型最好，正方形次之，長(zhǎng)軸朝向南北的長(zhǎng)方體體型的建筑節(jié)能效果最差。

　　(3)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)造的要求。我國(guó)新節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能已做了明確的規(guī)定，這在進(jìn)行太陽(yáng)能建筑設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守，以保證太陽(yáng)能的有效利用。太陽(yáng)能建筑對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)造的要求，包括外墻與屋面的保溫方式、材料選擇、構(gòu)造做法要滿足熱工性能指標(biāo)及保證良好的保溫、蓄熱性能;由于窗戶的耗熱量與空氣滲透耗熱量相加約占房屋全部耗熱量的50%以上，是建筑節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)，要加強(qiáng)對(duì)門窗節(jié)能的綜合研究，使窗戶在墻面上盡可能成為得熱構(gòu)件;同時(shí)在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的采暖建筑中的地面也應(yīng)增加保溫措施。我國(guó)已興建的被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑物結(jié)合地理位置、太陽(yáng)能資源、建筑性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)狀況等因素在上述幾方面都積累了經(jīng)驗(yàn)。

　　2、太陽(yáng)能技術(shù)在建筑物中的應(yīng)用

　　(1)太陽(yáng)能熱水器?，F(xiàn)在我國(guó)是世界上太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)量最多的國(guó)家，同時(shí)也是最大的熱水器市場(chǎng)。太陽(yáng)能熱水器已形成了規(guī)模產(chǎn)業(yè)，技術(shù)日趨完善，現(xiàn)主導(dǎo)產(chǎn)品是全玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器，并向光、電智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)在突出的問(wèn)題是，由于太陽(yáng)能熱水器體量較大和在屋頂?shù)臒o(wú)序安裝，影響了到建筑物的屋頂保溫、隔熱、防水和建筑物的景觀效果。往往也由于熱水器在屋面的管道過(guò)長(zhǎng)，冬季出現(xiàn)結(jié)凍現(xiàn)象，影響熱水器的正常使用。

　　(2)太陽(yáng)能低溫?zé)崴匕濉Ｌ?yáng)能低溫?zé)崴匕迨抢玫蜏責(zé)崴疄闊崦?，利用太?yáng)能集熱器作為熱源的一種采暖方式。全玻璃真空管集熱器是低溫?zé)崴匕宓闹饕療崞鳎@種集熱器在用于太陽(yáng)能熱水器及提供生活熱水上，已基本能滿足要求。但對(duì)建筑物提供采暖用熱水則必須保證每天24小時(shí)連續(xù)供暖，而且要性能穩(wěn)定，目前完全依靠太陽(yáng)能很難做到，必須配備利用常規(guī)能源的輔助熱源及完善的控制設(shè)備。常規(guī)能源的輔助熱源一般是指利用城市熱網(wǎng)、區(qū)域鍋爐或小型燃?xì)?油)鍋爐提供的高溫水。因此，在不同地區(qū)和不同類型的建筑中應(yīng)用太陽(yáng)能地板輻射采暖時(shí)，必須根據(jù)當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源條件、常規(guī)能源供應(yīng)情況、建筑功能、熱負(fù)荷和周圍環(huán)境條件等因素，做綜合經(jīng)濟(jì)分析，以確定適宜的輔助熱源和合理的太陽(yáng)能供暖率，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　(3)太陽(yáng)房采暖系統(tǒng)。太陽(yáng)房采暖系統(tǒng)分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)式太陽(yáng)能系統(tǒng)主要有集熱器、管道、儲(chǔ)熱物質(zhì)、散熱器并配有風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械設(shè)備組成，這種太陽(yáng)房投資大、維護(hù)費(fèi)用高。被動(dòng)式太陽(yáng)房的集熱方式比較簡(jiǎn)單，可以利用墻體、窗戶等作為集熱構(gòu)件，以建筑物本身作為蓄熱體，用自然循環(huán)代替主動(dòng)式系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械設(shè)備，被動(dòng)式太陽(yáng)房集蓄熱構(gòu)件與建筑構(gòu)件為一體，一次性投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，但這種集熱方式受晝夜溫度波動(dòng)較大。太陽(yáng)能集、蓄熱構(gòu)件設(shè)計(jì)是被動(dòng)式太陽(yáng)能設(shè)計(jì)的核心，它包括直接得熱系統(tǒng)和間接得熱系統(tǒng)。直接得熱系統(tǒng)的工作原理是，冬季讓太陽(yáng)輻射熱直接從南面窗射入房間內(nèi)部，用樓板層、墻及家具設(shè)備等作為吸熱和儲(chǔ)熱體，當(dāng)室溫低于這些儲(chǔ)熱體表面溫度時(shí)，這些物體就會(huì)象一個(gè)大的低溫輻射器那樣向室內(nèi)供暖;間接得熱系統(tǒng)有集熱、蓄熱墻和毗連日光間等形式，這種裝置的主要工作原理是利用設(shè)在墻體本身的集熱、蓄熱材料，集蓄太陽(yáng)熱能，使太陽(yáng)能輻射熱通過(guò)傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流，把熱量送到室內(nèi)。集熱、蓄熱墻又按其熱量的傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流的不同，形成了多種形式，如實(shí)體式集熱蓄熱墻、快速集熱墻、花格式集熱墻、相變材料集熱蓄熱墻等。 夏季則通過(guò)構(gòu)造措施隔絕太陽(yáng)能輻射熱進(jìn)入室內(nèi)。

三、建筑與太陽(yáng)能一體化設(shè)計(jì)的建議

　　1、明確建筑師的責(zé)任

　　建筑師在建筑節(jié)能的工作中擔(dān)負(fù)著重要的責(zé)任。隨著國(guó)家建筑節(jié)能政策的落實(shí)，這一點(diǎn)越來(lái)越被廣大的建筑師認(rèn)識(shí)和接受，但如何將節(jié)能的設(shè)計(jì)理念貫穿和融入建筑作品之中，是需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。因此，要加強(qiáng)這方面的引導(dǎo)和培訓(xùn);溝通和密切設(shè)計(jì)單位與生產(chǎn)商、開(kāi)發(fā)商的聯(lián)系;在高等院校對(duì)建筑系的學(xué)生要開(kāi)設(shè)這方面的課程;在注冊(cè)建筑師的繼續(xù)教育中增加這方面的內(nèi)容等，以培養(yǎng)建筑師的意識(shí)和能力。

　　2、進(jìn)一步完善相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)

　　由建筑設(shè)計(jì)和太陽(yáng)能方面的專家共同研究制定太陽(yáng)能產(chǎn)品與建筑結(jié)合的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。特別是目前應(yīng)用最廣的太陽(yáng)能熱水器與建筑結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)主要包括《建筑物配制太陽(yáng)能熱水器技術(shù)措施》 ，《建筑物配制太陽(yáng)能熱水器標(biāo)準(zhǔn)圖集》等，使建筑設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和建筑施工的都進(jìn)入規(guī)范化的軌道。

　　3、要提高太陽(yáng)能產(chǎn)品的技術(shù)水平和適應(yīng)性

　　要加強(qiáng)科研攻關(guān)，解決產(chǎn)品中存在的檔次低、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性差和使用操作復(fù)雜的技術(shù)難題。開(kāi)發(fā)產(chǎn)品要充分考慮屋頂、陽(yáng)臺(tái)和南立面等建筑部位的特點(diǎn)，同時(shí)增強(qiáng)產(chǎn)品的適應(yīng)性和通用性，并作到與電源或其它熱源相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化運(yùn)行。

　　4、制定優(yōu)惠政策調(diào)動(dòng)各方面的積極性

　　利用太陽(yáng)能是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)的主要措施之一，必將有效降低建筑能耗指標(biāo)，為社會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益。因此，政府應(yīng)鼓勵(lì)在建筑物上安裝太陽(yáng)能產(chǎn)品的優(yōu)惠政策，調(diào)動(dòng)社會(huì)各界利用太陽(yáng)能產(chǎn)品的積極性。

　　文章作者：泰安市精致施工圖審查有限公司 孫建軍

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