住宅建筑太陽能應(yīng)用整合設(shè)計

居民住宅建筑太陽能系統(tǒng)應(yīng)用整合設(shè)計思路住宅太陽能熱水系統(tǒng)整合設(shè)計的定義

住宅太陽能熱水系統(tǒng)整合設(shè)計，是指在住宅建筑中，采用太陽能(或與其他能源組合)作為熱源的住宅太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計，包括從策劃定位、施工圖設(shè)計到安裝施工、驗收評價的整個過程，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等各個專業(yè)，使太陽能熱水系統(tǒng)符合住宅工程的設(shè)計要求。因此，應(yīng)綜合考慮地區(qū)資源條件、住宅類型、居民的經(jīng)濟能力、平面布局、建筑外觀、熱水用量與使用工況、集熱器型式與性能、系統(tǒng)配置、運行方式、安裝方法、接口形式與尺寸、安全性、維修以及經(jīng)濟技術(shù)等因素。

整合設(shè)計的原則包括：優(yōu)先、充分利用太陽能的節(jié)能性原則；提供穩(wěn)定熱水供應(yīng)的功能性原則，統(tǒng)籌考慮建筑、設(shè)備、部件的安裝和接口的適配性原則；安全可靠、維修方便的安全性原則。

住宅太陽能熱水系統(tǒng)整合設(shè)計至少應(yīng)包括建筑整合設(shè)計、系統(tǒng)整合設(shè)計、結(jié)構(gòu)整合設(shè)計、技術(shù)經(jīng)濟評價以及根據(jù)建筑發(fā)展需要的熱水器改型設(shè)計等方面。因此，需要跨專業(yè)、跨行業(yè)的協(xié)同工作，才能實現(xiàn)建筑與太陽能熱利用技術(shù)的完美結(jié)合。

在太陽能熱水應(yīng)用發(fā)展的今天，提出整合設(shè)計的方針，將促進太陽能行業(yè)和建設(shè)行業(yè)進入攜手前進，共求發(fā)展的階段，為了大力推廣太陽能熱水系統(tǒng)這一目標，將各自的業(yè)務(wù)向外延伸、滲透，開拓新的領(lǐng)域，直至整合到太陽能建筑的范疇。

一、建筑整合設(shè)計

建筑整合設(shè)計是指將太陽能應(yīng)用技術(shù)納入建筑設(shè)計全過程，以達到建筑設(shè)計美觀、實用、經(jīng)濟的要求。從規(guī)劃方案到完成施工圖設(shè)計的整個過程中，應(yīng)綜合考慮建筑所處的地域緯度和氣候特點，太陽熱水器的不同類型、技術(shù)要求、建筑的造形、平面功能與熱水器(集熱器)位置、構(gòu)造節(jié)點等因素，做到既符合住宅建筑造型和使用功能要求，又滿足高技師供熱水要求。

建筑整合設(shè)計的原則是充分利用太陽能，最大限度地滿足太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計和安裝的技術(shù)要求；太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)與規(guī)劃、建筑設(shè)計同步進行，做到統(tǒng)一規(guī)劃、同步設(shè)計、合理布局、因地制宜；設(shè)計中應(yīng)進行經(jīng)濟技術(shù)分析，選擇適用的太陽能熱水系統(tǒng)，達到節(jié)地、節(jié)水、節(jié)能、安全、衛(wèi)生、環(huán)保的要求；集熱器應(yīng)作為建筑的組成元素，與建筑有機結(jié)合，做到造型美觀、構(gòu)件耐用、安裝維護方便。

1.規(guī)劃設(shè)計要點

氣候條件：年日照時數(shù)宜大于1200h，年太陽能輻照量大于3500MJ/m2，年極端氣溫不低于-45℃。建筑規(guī)劃：住宅建筑的朝向、間距及建筑形體組合，應(yīng)結(jié)合場地的地形、日照和風(fēng)向條件。安裝集熱器的住宅，主要朝向宜朝南，建筑組合應(yīng)互不遮擋，在不影響場地

當設(shè)計集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)時，必須考慮熱水的計量方式。熱水的計量應(yīng)包含水量和水溫兩個因素，才能真正反映用戶使用的熱水品質(zhì)。

供應(yīng)系統(tǒng)的管道布置應(yīng)保證冷熱水系統(tǒng)壓力平衡，保證系統(tǒng)的供水溫度，防止管路凍裂。使太陽能熱水系統(tǒng)在使用功能上滿足居民舒適性的要求。

根據(jù)管道的位置和系統(tǒng)的要求的選用管材。

3.住宅太陽能熱水系統(tǒng)優(yōu)化

住宅太陽能熱水系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循節(jié)水節(jié)能、經(jīng)濟實用、安全簡便、便于計量的原則，根據(jù)使用要求、耗熱量及用水點分布情況，結(jié)合住宅的類型、用戶的用熱水習(xí)慣、經(jīng)濟承受能力、系統(tǒng)的管理模式、輔助能源的種類等因素綜合考慮，可以設(shè)計不同檔次和供熱水平的太陽能熱水系統(tǒng)。

三、結(jié)構(gòu)整合設(shè)計

1.集熱器安裝位置的確定

在確保集熱性能的同時，應(yīng)盡量避開風(fēng)載、雪載較大的部位，以及地震時易破壞部位；應(yīng)考慮連接件構(gòu)造上的安全性，構(gòu)件保養(yǎng)、維修、替換的易操作性，對建筑物圍護結(jié)構(gòu)防水性能的破壞，避免圍護結(jié)構(gòu)“熱橋”的產(chǎn)生等。

2.太陽能熱水系統(tǒng)的安裝設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)主體與設(shè)備支撐部件(安裝支架)之間的連接件、連接部位的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行強度與剛度驗算；設(shè)備廠家應(yīng)對設(shè)備支撐部件進行強度與剛度驗算。

在正常施工與使用期間，應(yīng)保證連接件、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及設(shè)備支撐部件能承受可能出現(xiàn)的各種作用。

在正常使用期間，連接件、結(jié)構(gòu)構(gòu)件及設(shè)備支撐部件產(chǎn)生的變形與移動等，不影響太陽能熱水器設(shè)備的工作性能，太陽能熱水設(shè)備不產(chǎn)生掉落、傾倒，不發(fā)生顯著的噪聲、振動。

在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持太陽能熱水設(shè)備系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，不引起系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重大破壞，不產(chǎn)生系統(tǒng)部件的掉落、傾倒現(xiàn)象。

太陽熱水器連接件及支撐部件的剛度、強度。防腐蝕性能應(yīng)滿足安全要求，并與建筑可靠連接。

3.設(shè)計使用年限

在正常維護下，連接件的材料，構(gòu)造及設(shè)備支撐部件應(yīng)至少與太陽能熱水器同壽命(15年)，其中連接件的材料及構(gòu)造宜同建筑結(jié)構(gòu)的使用年限。

4.太陽能集熱器的荷載確定

當無具體產(chǎn)品說明時。集熱器的重量可參考下述原則確定；真空管集熱器的重量約15～20kgm2，平板集熱器約20～25kg/m2。

5.結(jié)構(gòu)整合設(shè)計要點

在高層建筑中和風(fēng)力較

大的地區(qū)，太陽能熱水設(shè)備特別是大面積的太陽能集熱器，大體積水箱等安裝在屋面時，應(yīng)特別注意在風(fēng)荷載作用下熱水設(shè)備附加風(fēng)荷載對屋面結(jié)構(gòu)本身的影響及對整個結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載效應(yīng)的增加。

太陽能熱水設(shè)備安裝在陽臺欄板、屋面挑檐上時，應(yīng)充分考慮集熱器自重、安裝荷載及風(fēng)荷載對陽臺，屋面挑檐結(jié)構(gòu)的影響，驗算外力作用下陽臺、挑檐的抗彎強度、變形性能及抗傾覆能力，必要時可以在這些部位增加結(jié)構(gòu)粱柱。

太陽能熱水設(shè)備在外墻上時，應(yīng)充分考慮集熱器自重及由其附加風(fēng)荷載對外墻的影響，特別是平板式集熱器，在設(shè)計支架時應(yīng)加強其剛度，增強其變形能力，以免使安裝其上的集熱器出現(xiàn)破裂。墻上的預(yù)埋件或固定螺栓應(yīng)有足夠的強度和可靠的錨固措施，以防在瞬時大風(fēng)下被拔出，出現(xiàn)集熱器墜落的現(xiàn)象。太陽能熱水設(shè)備不能直接安裝在輕質(zhì)外墻上，應(yīng)在安裝部位設(shè)置結(jié)構(gòu)粱或柱。

重量大的太陽能熱水設(shè)備，如大體積水箱、輔助熱源等，不論放在哪里，其自重和裝載荷載對結(jié)構(gòu)的影響都不容忽視，都應(yīng)核算原結(jié)構(gòu)的強度、裂縫、變形是否滿足要求，還應(yīng)考慮水平地震作用對連接件和原結(jié)構(gòu)的影響；當貯熱水箱放置在大跨度樓屋面或懸挑結(jié)構(gòu)上時，應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。

對運行時產(chǎn)生振動的設(shè)備，應(yīng)采取隔振措施，避免與原結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，增強其動力效應(yīng)。

在既有建筑上安裝太陽能熱水設(shè)備，應(yīng)避開有風(fēng)化、腐蝕、裂縫的部位，或?qū)@些部位進行有效的加固。在安裝太陽能熱水設(shè)備時，應(yīng)設(shè)置基座等增大受荷面積的構(gòu)件，增加受力點，將荷載分散開，減小對原結(jié)構(gòu)的負荷。北京天普集團華東公司杭州普爾新能源科技有限公司