太阳能热水系统与建筑整合设计研究

朱超飞　林涛

摘要：本文结合太阳能热水器与建筑整合设计的概念、原则，根据建筑形式，提出了整合设计的流程、设计要点，并介绍了太阳能热水器与建筑整合设计同步、安装与施工同步及太阳能热水器走构件化、模块化、标准化道路。

关键词：太阳能热水;建筑一体化

1 太阳能热水器与建筑整合设计的概念与一般原则

1.1 太阳能热水器与建筑整合设计的概念

太阳能热水器与建筑的结合设计已经历经许多年，但关于太阳能热水器与建筑一体化设计概念至今仍众说纷纭。早期有相当一部分人认为，所谓太阳能热水器与建筑一体化设计，就是太阳能构配件能够达到建筑业所要求的整体化与美观协调，这也真实地反映了太阳能技术与建筑结合初期存在的种种问题。

然而，太阳能热水器与建筑的结合不会是二者简单的相加。这是由于太阳能热水器与建筑结合有它独特的特点：一是安装部位的限制性。因为太阳能热水器的主要集热装置必须面对阳光，因此决定了安装使用的部位只能在屋顶和南向，东西方向次之，北向基本不行，造成了一定安装局限性;二是太阳能热水器与建筑结合属于一项综合性技术。

太阳能热水器安装后要既好看又好用又安全，涉及建筑、结构、给排水和电气等各专业，需要在设计初期各专业人员就能良好配合。因此，在设计之初，就需要把太阳能利用纳入到总体设计中，把建筑、技术和美学融为一体，使太阳能装置成为建筑的一部分，相互间有机结合。为了与以往太阳能与建筑一体化的概念有所区别，本文特提出太陽能热水器与建筑整合设计的概念。

所谓太阳能热水器与建筑整合设计，是指采用太阳能（或与其他能源组合）作为热源，将太阳能热水器的应用技术纳入到建筑设计的全过程，把太阳能热水器作为建筑构件之一，与房屋建筑统一规划、设计和施工，与建筑融为一体，使其成为建筑的有机组成部分。太阳能热水器布置合理、有序、安全，输水管道集中设置，室内看不见明管，充分发挥其环保节能效果。因此，从规划方案到完成施工图设计的整个过程中，要综合考虑建筑所处的地域纬度和气候特点，太阳能热水器的不同类型、技术要求，建筑的造型、平面功能与热水器（集热器）位置、构造节点等因素，做到既符合建筑造型和使用功能，又满足高质量供水要求。

为了达到整合设计的目的，一定要改变太阳能装置作为后置设备安装这一状态，因此，在设计之初务必要做到将太阳能热水器作为建筑组成的一部分进行考虑，遵循一定的设计原则，这样才有可能实现真正意义上的太阳能热水器与建筑的的整合设计。

1.2 太阳能热水器与建筑整合设计的一般原则

太阳能热水器与建筑的整合设计要满足技术和美学两方面的要求，需要各专业的良好配合，一般需遵循意下原则：

1 充分利用太阳能。由于太阳能热水器的特殊工作原理，集热器必须暴露在阳光下。在设计中不仅应尽量地减少其周围遮挡，而且在造型上也应使其处于比较明显的位置。

2 太阳能热水系统设计应与规划、建筑设计同步进行，做到统一规划、同步设计、合理布局、因地制宜。

3 在规划设计中，应结合当地的地理条件，考虑当地地域的气候条件，日照条件等因素来确定和设计建筑的朝向、建筑之间的间距及建筑形体组合，最大限度地满足太阳热水系统设计和安装的技术要求。

4 在建筑单体设计时，应用太阳能热水系统的建筑要根据建筑功能及对热水供应方式的需求，综合考虑气候、太阳能资源、常规辅助能源类型，施工条件等诸因素，进行太阳能热水系统的选型;进而结合集热器安装部位、贮热水箱位置、用水空间等条件进行相应的平、立面和造型设计。

5 应用太阳热水系统的建筑，应把集热器应作为建筑的组成元素，与建筑有机结合，做到造型美观、构件耐用、安装维护方便。

2 整合设计的一般设计流程及要点

2.1 确定太阳能热水器系统的设计条件

在建筑设计中考虑应用太阳能热水系统，建筑师首先面临的是对太阳能热水系统形式的合理选择。所以除了对太阳能热水设备有初步的了解之外，还要象一般建筑设计一样，首先应该确认的就是影响太阳能热水系统设置的设计条件，因地制宜、优化选用。

涉及到的具体条件主要有以下几条：

1 自然条件：了解安装地点的纬度、年平均日太阳辐照量、日照时间、环境温度等。

2 用水情况：进行日平均用水量、用水方式、用水温度、用水位置、用水流量等调查。

3 场地情况：这里主要包括场地面积、场地形状、建筑物承载能力、遮挡情况等。

4 进行水压、电压、水电等供应情况的调查

（1）了解当地的冷水供应方式、水压及水温。通常冷水系统的供水压力以顶层的卫生器为最不利点考虑，而太阳能热水器最佳的安装位置是在建筑屋顶上，所需要的水压至少比常规的系统高4 ～5米。

（2）了解当地电以及燃气的供应方式、计费方式等，或考虑其他适宜的辅助热源。

2.2 太阳能热水器的选用

应用太阳能热水系统的居住建筑，其太阳能热水器的选择应综合考虑小区内不同户型的实用性、经济性、美观性要求，分别选用不同类型的热水系统。其中需要确定的因素主要包括以下几个方面：

2.2.1 系统运行方式的确定

太阳热水系统的运行方式，应根据用户基本条件、用户使用需求以及集热器和储水箱的相对安装位置等因素来确定（如下表）。

2.2.2 集热器选型

太阳热水系统中集热器的类型，应根据太阳热水系统在一年中的运行时间、运行期内最低环境温度等因素确定。

目前集热器主要类型有全玻璃真空管式、热管式和U型管式、平板式几种。集热器在选用的过程中应该对当地太阳能资源条件、环境温度、经济条件、与建筑外观结合程度、维护管理等影响因素进行综合考虑，选用合适的集热器类型，选择方法详见下表。

2.2.3 集热器面积确定

系统的集热面积应结合建筑可以提供的安装集热器的面积及所设定的太阳能保证率确定，并保证按照该面积配置的集热器所采集的热量能够被充分利用。通常可以按照生活热水系统的平均R耗热量与每平方米太阳能集热器的得热量值之比计算。根据《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50364---2005的规定，按照系统传热类型计算。

在有些情况下，还可以根据建筑所在地区的太阳能资源条件进行集热器面积的估算。下表给出了系统提供100升热水量的集热器面积推荐选用值。

2.2.4 集热器的安装

（1）安装倾角的选取

当选择整体式太阳能热水器或在屋面集中布置分体式太阳能集热器时，为了保证集热装置的集热效率，我们必须计算出其最佳的采光倾斜角度，并在实际设计和安装过程中严格按照这一数据选型、施工。

一般情况下，由于屋面形式或建筑立面设计的要求，实际集热器的安装倾角通常并非理论计算的最佳数值，但相关模拟计算表明，安装倾角误差为±50的小范围内变动，对太阳能热水器的整体性能影响不大。

（2）集热器前后排距离的确定

若在平屋面上设计安装多排整体式太阳能热水器（或集热器）时，需要考虑到前后排的遮挡问题，因此必须通过一定的计算得出排与排之间不遮阳的最小间距。

（3）使用水量的确定

关于日平均热水用量的规定：《建筑给水排水设计规范》GB50015—2003 規定“有集中热水供应和淋浴设备的住宅，最高日热水用水定额为60～lOOL/人·d，有自备热水供应和淋浴设备的住宅，最高日热水用水定额为40～80L/人·d。规范只是给出了最高日生活用水定额，并不具有一般性，对居民平均日用水没有具体规定，实际工程中用户的日均热水用量远低于这个标准，若按照这一极值来计算系统的用水量势必会造成严重的浪费现象。因此，建议可以参考各地用水习惯和特点，当采用局部热水供应系统时，居民的平均热水用量30～40L/人·d当采用集中热水供应系统时，居民的平均热水用量取45～60L/人·d。

2.3 规划设计

应用太阳能热水器的居住建筑，在规划设计时，主要应注意以下几点：

规划设计时需综合考虑业主对热水的使用需求及管理模式，分析业主经济承担能力，综合确定太阳能热水系统的规模与形式;

考虑到建筑间的相互遮挡会对集热器效率造成影响，同时太阳能热水设备的安装也对相邻建筑日照标准造成影响，因此要根据当地地域的气候条件，日照条件合理确定建筑的高度、间距及朝向;

在建筑平面套型选择上，应遵循热水管线线路最短原则，合理布置用热水空间。

2.4 建筑设计

在建筑设计时，主要应注意以下几点：

1 在建筑设计之初，根据选用的太阳能热水器形式合理地确定集热器的安装位置，如屋面（平、坡）、外墙面、檐口、阳台以及遮阳板等。

2 集热器在安装部位、造型、材质、色彩等方面应与建筑整体及周围环境相协调;

3 应根据集热器的形式、安装面积、尺寸大小进行细部设计，确定在建筑上的安装位置和安装方式;4 合理布置户内管线走向，管线布置应集中、整齐，同时预留出穿墙、穿楼板孔洞及检修口;

5 作好保温、防水、防护、维修等方面的措施。

3 太阳能热水器与居住建筑的整合设计方式和要求

集热器作为太阳能热水器的关键部位，是必须暴露在阳光下的，不仅应尽量地减少其周围遮挡，而且在造型上也应使其处于比较明显的位置。为此在与建筑的整合设计中，我们必须把集热器这一构件作为建筑造型艺术的组成部分，使其完成其技术功能的同时成就建筑艺术的目的。在遵循上述整合设计一般原则的前提下，下面将针对不同住宅类型以及不同部位，试探着提出几种安装结合方式的可能性，希望能为今后的住宅与太阳能热水设备之间架起一道通畅的桥梁。

这里，根据太阳能热水器的集热器与储水箱的相对位置关系是否分离，将其与建筑的整合方式初步分为整体式和分体式两大类。

3.1 整体式

整体式即紧凑直插式太阳能热水器与建筑的结合，其安装位置一般多选择在建筑屋顶上。优点是安装位置高，周围遮挡少，接收太阳能辐射率高;缺点是由于紧凑直插式太阳能热水器的储水箱和集热器相连，不易与建筑结合，上述国内太阳能热水器的安装现状也足以说明了这一问题。但由于这种热水器与分体式太阳能热水器相比价格较低，所以更多的被老百姓所接受，得以大范围的推广。为此，要改变这种热水器的安装状态，需要进行整体式太阳能热水器与建筑的整合设计，这里根据屋顶形式不同提出了平屋顶和坡屋顶两者结合形式。

3.1.1 平屋顶整体式

平屋顶整体式即整体式太阳能热水器安装在平屋顶上，相对来讲，得热效率高，施工比较方便，集热器或支架与屋顶结构的连接技术难度较小，对建筑造型影响较小。只需要考虑预留好上下水管及做好支架安装的基础，摆放整齐即可。如果是前后有多排热水器，还需要考虑间距问题，符合前面我们提到的关于满足太阳能热水器4 小时得热量的间距要求即可。

适用范围：这种结合形式对于既有平屋顶住宅来讲，一般只需采用陈列式布置，使太阳能设备看上去整齐有序、规格统一即可。但考虑到结构安全，尤其是大量安装时，需要在屋面附加钢横梁，再把太阳能热水器的支架固定在横梁上，以避免过大的集中荷载;对于新建的平屋顶住宅，在设计阶段就应该有意识的在屋顶设置安装太阳能热水器的共用安装桥架，其安装桥架支脚与楼板固定并伸出保温层和防水层。安装桥架尺寸以单元户数为依据，留出每户安装一台集热器的位置。并在安装桥架上预留出每户安装螺栓孔，针对市场太阳能热水器自带安装架确定螺栓孔据。安装桥架距屋顶防水层200mm以解决屋面雨雪排流。安装桥架为金属结构，选用钢制作。这样，既有利于太阳能热水器排列的整齐划一，又避免了后置安装对屋顶防水层、保温层等破坏。

系统选择：由于热水器在屋顶上可以形成自然压头，故管路选择比较灵活，既可以选择顶水式，也可以选择落水式，相应的集热器类型也有较大的自由度，自然循环式、强制循环式和直流式均可。在多层住宅中，一般多选择分散供热、自然循环独立系统。从内部循环上可以考虑单管式（上下水共用一根水管）、双管式（上下水共用一根水管，另外设循环管提供管路循环。或者上水和循环共用一根水管，下水管单独。）、三管式（上下水及循环均为单独一根管）。

3.1.2 坡屋顶整体式

坡屋顶整体式即在坡屋顶上安装整体式太阳能热水器，与在平屋顶上安装相比较，在系统形式上基本相同，但安装和维护难度都相应增大。目前在多层坡屋顶住宅中，常见的安装方式多为骑脊式、脊顶平装式、坡屋面斜装式（分有支架和无支架）。虽然有一部分住宅采用了预先安装，选用了同一型号，样式、大小、颜色一致，排列整齐，具有一定的韵律感，也避免了型号不同带来的混乱和对建筑结构的破坏。但是缺点也是显而易见的，主要体现在：

（1）与建筑结合感弱，仅仅是排列整齐而已，大量的圆柱形储水箱和外露凌乱的管线，仍然破坏了建筑的整体感;

（2）对屋顶也有一定的破坏。因为热水器通过角钢和屋顶相连，角钢必须穿过屋面瓦、防水层、保温层和屋面连接，给施工带来了一定的难度;

（3）存在抗风、防雷等安全隐患;

（4）维修保养不方便。

3.2 分体式

分体式即分体式太阳能热水器与建筑的结合。由于集热器和储水箱分离，因此给太阳能热水器的安装提供很多的可能性。集热器可以作为建筑结构的一部分或是建筑的装饰构件进行考虑，与建筑整合设计，可以达到与建筑整体的完美结合。其安装方位可以选择南向、东西向和屋顶。布置方式也可以有比较多的选择：如可以选择与屋顶、阳台、墙面等进行结合。系统选择上可以根据用户需求采用集中供热水系统、集中一分散供热水系统和分散供热水系统。因此，与整体式太阳能热水器相比，分体式太阳能热水器更易与建筑结合，且适用范围更广，多用于解决多层、小高层和高层住宅太阳能热水系统问题。

这里，根据集热器的安装位置不同，将热水器与建筑的整合形式分为屋顶式、阳台式、外墙悬挂式和遮阳式等。

3.2.1 屋顶式

根据分体式太阳能热水器与不同屋顶形式的有机结合与连接，又可以分为平屋顶分体式和坡屋顶分体式两种。

（1）平屋顶分体式（亦称屋顶构架式）

这里，分体式太阳能热水器在平屋顶的安装，多利用构架进行固定，因此也可以称为屋顶构架式。目前很多住宅小区为了追求不同的建筑造型风格，多在建筑屋顶上下功夫，而构架或飘板又是主要的处理手法。但纯粹装饰作用的构架没有任何具体的使用功能，如果可以把构架和太阳能热水器结合起来，既能满足形式的需要，又具有实用功能，可以说实现了形式和功能的完美结合。

在整合设计的过程中，热水器的安装位置可以考虑和建筑结构结合，利用建筑原有结构柱升出屋面形成构件。安装集热器的构架还可以用混凝土或着钢结构作成倾斜式的或水平的，与屋顶的楼、电梯或水箱问结合。

这样做的优点有很多：1）集热效率高;2）集热器安装在构架上而不是屋面上，对建筑的结构、防水、保温不会造成破坏;3）集热器阵列和构件结合，能形成很强的韵律感，起到很好的装饰作用;4）能充分利用屋顶空间，构架架空下的空间可以成为居民休闲娱乐的活动场所;5）便于安装维修而且具有一定的遮阳效果。

适用范围：这种结合方式在新建住宅和既有住宅中都较为适用。

系统选择：选用强制循环式和直流式;供水方式推荐选择集中供热水系统和集中一分散供热水系统。

3.2.2 坡屋顶分体式

坡屋顶居住建筑屋顶形式多种多样，如单坡、双坡、四坡等，形式各异，具有独特的艺术感染力。但也有部分坡屋顶住宅由于受平面单一的局限和经济因素的影响，使造好的坡屋顶建筑没有太大的变化，造型比较平淡。若能将坡屋顶与分体式太阳能热水器的集热器装置相结合，通过集热器与屋面两种材料决然不同的质感形成虚实对比，同时因集热器通过疏密有序的排列能形成的强烈的韵律感，将会给单调的屋面增添活跃的一笔。这里，坡屋顶设置的集热器建议可以采用屋面一体型、叠合型和支架型设置方式。

其中，一体型是指在建筑设计之初，就考虑好集热器的安装尺度与瓦屋面的模数尺寸，预留空洞，集热器的倾斜角度与屋面的倾斜角度一致，通过镶嵌的方式与建筑屋面成为有机组成的整体，达到结合的目的。这里需要注意是应处理好相应的排水和保温构造，具体措施可祥见《太阳能热水系统建筑一体化设计与应用图集》（L07SJ906）;优点是与屋面设计同步进行，对建筑结构、防水、保温的破坏性小，安全可靠，可以成为建筑屋面有机组成的一部分;缺点是集热器的安装尺寸需要达到构件化、模数化的标准，与屋面构件模数契合，施工有一定难度。

叠合型是指集热器顺坡架空在坡屋面上，其倾斜角度和屋面的倾斜角度一致。这里需要注意应预留预埋件和固定件，且不能破坏原有屋面的结构，集热器与屋面叠合问的空隙不宜大于100mm;优点是不影响建筑美观;缺点是叠合安装若没有事先预留出管道井，管道安装需要在房屋原有维护构件上进行改造，容易破坏屋面瓦构件，且应注意安装固定牢固，避免滑落造成危险。

支架型是指集熱器通过支架与屋顶相连接，其安装坡度可以与屋面的坡度不同;优点是可以根据集热器集热效率需要自由设置安装角度：缺点是抗风性较差，与屋面结合相对较弱。

适用范围：对于既有住宅，可以采用叠合型和支架型。需要注意的是，在安装过程中，应尽可能结合建筑的原有屋面坡度，留下上人的设施。此外，还应考虑屋面的承载能力，对住宅原施工图纸进行重新核对和计算，并在施工中设置一定的加固措施，防止构件脱落带来其他危害;对于新建住宅，可以同时采用三种设置方式，不过推荐采用一体型，这样可以与天窗结合形成天窗效果;

此外，对与新建坡屋顶建筑，分体式热水器的安装在设计之初也结合设计要求可以考虑利用屋顶不好利用的空间，采用退台或挖空的处理手法更好的与建筑结合，利用平顶空间安装集热器，提高了设备的抗风性和安全性，也解决了安装和后期维修的问题。

系统选择：可以根据需要选择自然循环式（储水箱底部应高于集热器顶部出水点0.3m--0.5m）、强制循环式和直流式;供水方式可以选择集中供热水系统、集中一分散供热水系统和分散供热水系统。

3.2.3 外墙悬挂式

所谓外墙悬挂式指太阳能集热器安装在建筑外墙的一种方式。它可以设置在建筑朝南、南偏东、南偏西和朝东、朝西的墙面上，或直接构成建筑墙面。储水箱在室内，管线通过在墙面上预留套管和集热器连接，集热器和墙面通过预埋件及挂件相连。优点是：

（1）集热器安装位置相对灵活，大小可以根据工程的实际情况调整，可以选择窗间墙、窗下墙或局部的西向墙体;

（2）同层使用，管路较短，热损失少，

安装维修方便;

（3）与建筑结合紧密，可以成为建筑的一个造型元素。根据建筑造型的需求，选用不同色系的集热管，可以形成强烈韵律感的集热器阵列，从而达到功能性和美学性的完美结合。缺点是：外墙式多为与墙面垂平行、和地面垂直的一种安装方式，故集热效率在一定程度有所降低，另外底层住户可能存在因遮挡原因而无法使用。

因此，为了接收到较多的太阳辐射，太阳能集热器的安装可以考虑有适当的倾角，这里提出两种窗下墙位置的结合方式来参考。一是与遮阳板结合，集热器倾斜固定在窗下墙和遮阳板上;二是在窗下墙位置直接安装三角架来固定集热器。

这里需要注意的是：应对倾斜的集热器做遮阳分析，以保证不会对下层用户造成遮挡。

适用范围：这种结合方式多适用在解决新建小高层、高层住宅安装太阳能热水器屋顶面积不足的问题，结合安装前要预留套管和预埋构件，同时计算承重墙的荷载能力，以保证安装的安全性;而对既有住宅来讲，会破坏原有墙体，不是理想选择。

系统选择：可以根据集热器与水箱的相对位置高低不同，选用自然循环和强制循环式;运行方式多选择分散供热水方式。

3.2.4 阳台式

阳台的位置决定了它成为集热器应用的另外一个重要部位。所谓阳台式即太阳能热水器的集热器与阳台结合、水箱安装在阳台上或室内的一种方式。根据安装位置的不同，太阳能集热器可以布置在阳台栏板上或直接构成阳台栏板，或者作为封闭阳台的构架。

优点是：（1）同层使用，连接管道短，热损失少，安装检修方便;（2）造型美观。缺点是储水箱安装在阳台上对阳台较小的用户来说有一定的使用影响;另外，底层用户受日照影响较大。

这里，阳台式的结合方案提出了两种结合方式：

一种可以采用和外墙悬挂式一样的处理，将集热器直接悬挂在实体阳台栏板上，但这种方式可能受到实体栏板的高度限制，为了满足集热要求，可以考虑两台集热器水平串联的方式设置;一种是直接构成阳台栏板。集热器布置可以在阳台一侧或两户阳台的中间部位，根据建筑造型需要，有规律的变化位置，产生不同韵律感的建筑外立面。

此外，阳台位置同时多是空调机的安装位置所在，因此，在进行分体式太阳能热水器的布置时，可以结合空调机进行集热器、储水箱、空调及管路设计，这里提出了一种结合方式仅供参考，贮水箱设在室内，空调机设置在阳台外侧，并采用双外墙的形式，一层为保温，二层为遮挡空调机的落水管，且结合空调功能及需要做成栅格与实体墙相结合，既没有影响外墙美观，又满足了水箱与空调的各自的功能，达到了整合设计的目的。

适用范围：同时适用于既有住宅和新建住宅。但是，不推荐在既有住宅上采用这种安装方式，因为既有住宅格局一定，存在集热器面积大小受限，而且会带来明管穿越居室影响使用的不利因素;如果不统一安装，还存在破坏建筑形象和集热器易受上层跌落物损坏的问题。而对于新建住宅，特别是来讲对小高层、高层住宅是其他安装方式不能替代的，只要事先安排好管线的位置和建筑平面的布局，则可以避免上述不利因素。

系统选择：系统运行方式根据集热器与储水箱相对位置采用分体式强制循环（储水箱安装位置不高于集热器顶部）或自然循环（储水箱底部高于集热器顶部O.3 ～0.5m）;系统供水方式多选择分散供热水系统。

3.2.5 遮阳式

所谓遮阳式是指和遮阳设施统一考虑。在北方很多地区由于气候和地理位置的特殊，夏季炎热，光线充足，因此在南向的外窗上为了防晒多采用水平遮阳。可以将集热器安装在窗口上方的遮阳托架上，在起到遮阳作用的同时为用户提供热水，有效地利用了空间。但是要注意三点：一是要确保安装牢固，以免集热器落下伤人;二是集热器是玻璃材质，还要考虑在集热器上方加适当的保护措施防止重物砸坏集热器;三是要注意建筑美观的影响，如热水器管道的遮蔽问题。

3.2.6 女儿墙式

所谓女儿墙式是指集热器与女儿墙或檐口相结合的一种方式。此结合方式可以和建筑造型结合设计，但只能解决少数用户使用热水，且必须使用强制循环系统。

3.3 关于小高层、高层住宅应用太阳能热水器的结合方式探讨

按照国内生活习惯及通用建筑面积设计标准，要使用太阳能解决住户热水需求，7层以下建筑利用屋顶就可以滿足集热器安装需要;但是7层以上的小高层住宅或屋顶有装饰性造型的建筑，在设计中会存在安装面积不足的问题。随着我国住房建设速度的不断加快，在城市住房建设中，高层住宅建设越来越多。可以说，如何在高层住宅上实现建筑太阳能一体化成为重点。

而目前，高层住宅安装太阳能热水器还有很多困难。如高层居民多，相应的集热板数量增多，屋顶面积远远不能满足需要;从顶层到底层的距离远，如果底层安置太阳能热水系统不但管线长，还会有大量的热量损失;另外高层的各层采光不均衡，底层采光相对较差，还有热水供应方式和输送方式都需要进一步研究。

为此，高层住宅的太阳能热水器与建筑的整合设计主要应该解决的两个最主要的问题：

3.3.1 热水供应方式，即系统方式。

高层住宅从底部到顶部，接受太阳能辐射的效率是不同的。底部，如一、二层住户，不但太阳辐射效率低，而且管线过长，热损耗大。因此，供热方式是采用集中供热还是分层供热，分户供热还是集体供热，这些都与多层住宅不同，应该因针对高层建筑进行改进设计。

3.3.2 集热器在外立面上的构件化设计。由于高层住宅的用户相对较多，平铺屋顶集热器数量肯定不够。因此，集热器的构件化更为迫切。为此，针对小高层、高层建筑安装太阳能集热器的合理位置进行了如下探讨：

（1）屋顶分体式（也即屋架式）。即在小高层、高层住宅的屋顶利用构架的形式结合建筑原有结构集中安装布置太阳能集热器，这样集热器位于建筑的最高处，解决了高层住宅建筑屋顶面积不足的同时还保证了集热器的高集热效率;与建筑装饰构件相结合，满足了建筑造型美观的要求。储水箱既可以是集中的共用水箱，结合楼、电梯问布置，每个单元设计一个单独的水箱，也可以是独立的家用小水箱，将其布置在各家各户里。其优点同上述屋顶分体式，缺点是低层住户会存在用水浪费比较严重和热水压力过大的现象。系统选择上主要采用强制循环、集中供热或集中——分散供热的方式。

（2）阳台式或外墙悬挂式。即结合小高层、高层住宅的阳台或外墙安装布置太阳能热水器。这种结合方式优点同上述阳台式或外墙悬挂式，缺点是低层住户由于日照不足可能存在集热效率不高的现象，且低层和高层冷水供水压力大小不均。

系统形式选择可以采用自然循环、分散供热形式或采用强制循环、分散供热形式。

（3）屋架式与阳台式的结合。这种结合方式综合了上述两种方案的优点，低层住户采用集中——分户供热形式，每半个单元安装一套太阳能集热器;高层的住户采用阳台式太阳能热水系统，分散供热。

（4）分层分区供热水的方式。即利用多层住宅使用太阳能热水器的优势，每6层设置一安装太阳能热水器的悬挑阳台式屋面，巧妙的解决了高层住宅太阳能的安装，同时克服了壁挂式太阳能对建筑立面整体性及色彩装饰单一性的破坏，给建筑创造了丰富而顺畅的流线。方案可以选用强制循环、集中——分散供热水系统，6层集中布置1 ～5层集热器，集中采热、每层分户供应;12 层集中布置6～10层集热器，以此类推。

4 几个值得引起重视的注意点

4.1 太阳能热水器与建筑整合设计同步

太阳能系统与建筑的整合，是多学科、多方面参与合作的综合性事业，需要各行业人员的相互沟通与合作。如太阳能工程技术人员应向建筑设计人员提供原始的技术参数和工艺要求：根据客户使用热水量要求提供出热水箱的外形尺寸和总重量，以便建筑设计人员进行荷载计算和合理位置排布;提供热水器的占地总面积，安装倾角，使建筑设计人员能够合理地安排基座位置，计算抗台风能力和外观美化布置;太阳能技术人员应向水电设计人员提供用户日用热水总量和热水管道走向，管道保温工艺要求，是设计人员能够采用最合理的管道布置方案，以尽量减少施工成本，并同时提出辅助用电总容量，使其考虑是否设计专用供电线路，确保系统日后的正常使用。

4.2 太阳能热水器安装与施工同步

在施工方面，应配合土建工程进度同步施工，以达到低成本、高质量效果。

与土建工程部分进行同步结合，当确定用太阳能热水系统后应及时同土建施工队的现场负责人保持经常的联络，根据其进度配合施工，并按照设计规范要求对其管道井、屋里水箱位置以及集热器底座位置进行合理预留进出口（如上表）、预埋钢板固定座等，以便保證日后安装的安全性和可靠性。

对管道施工应配合指导管道工严格按照设计规范要求进行，特别注意管道保温工艺处理、管道走向、接头质量等。同时还应注意冷热水管的间距问题，对没有保温处理的暗热水管与冷水管道平行间距不得小于100mm，回水管道一定要独立一根，不得与热水管道公用。尽量做到热水管路等距使用;在热水管公共末端应设置污物沉淀灌，以便定时排污确保热水清洁。

对有使用辅助电加热系统，总容量大于20KW的应考虑配合建筑电路施工要求，设置专用的电源线和配电盘，参数按照建筑配电要求进行;若使用暗线电路应设有接地等保护措施。

4.3 要协调好住宅建筑与太阳能热水设备生命周期的矛盾

太阳能热水设备的生命周期相对于住宅建筑短暂得多，为此，在建筑方案中需要在建筑物的全周期内考虑太阳能热水设备的运行、管理和更新。太阳能热水设备不是安装完就了事，更重要的是它的运行质量。只顾建设，忽视管理与服务，是当前值得引起注意的一种不良倾向，不利于系统的一体化运行。

为此，应注意解决以下几方面：

1. 抗风防范措施。一般是在支架上用长约为300mm到400mm的4 号角铁压在集热器两端，并用M10的螺栓栓紧在支架上，再把支架用直径为8mm或6mm的钢丝拉紧到有柱台或梁柱的地方进行固定。

2. 防雷设计措施。太阳能热水器安装在在屋面会占据很大的面积，其中的金属构件、水循环系统和电循环系统都可能成为雷电的载体。如果没有良好的避雷措施，在雨天，太阳能系统将很容易受到雷电的袭击，严重时将导致太阳能系统的崩溃，甚至会威胁到用户的人身安全。因此，为了系统使用安装可靠，对整个系统（特别是对采用辅助电加热系统）应安装防雷装置（俗称避雷针）。根据系统热水箱的安装高度，确定避雷针的高度应为该高度2.5倍以上，并且要求针顶点与机座最远点的连线（斜线）同避雷针的夹角大于60度，以确保整个系统置于保护范围内。

3.维护与检修。在建筑中设计安装太阳能热水设备时，应为以后的维护、检修及局部更换创造便利条件，如平屋面设出屋面上人孔做检修出口，坡屋面屋脊的适当部位预埋能够钩牢系在专业安装人员身上的安全带的金属挂钩，墙面上设计能够进行太阳能集热器的安装、维护活动的措施等。

4 太阳能热水器走构件化、模块化、标准化道路

目前，国内针对太阳能热水器生产厂家有不少技术性规范，但是却缺少和建筑有机结合的技术措施。为了能让太阳能更加顺利地走进建筑，为千家万户提供热源，太阳能热水器的发展应进行改型设计和配套部件开发，像其他建筑构件一样，严格依照建筑材料和建筑构件的相应技术参数，开发出满足屋面、墙体、阳台等位置安装的系列产品。

参考文献

[1]杨维菊，太阳能热水器与建筑一体化的探讨[M].武汉：华中建筑出版社，2000

[2]林新华，浅谈太阳热水器与建筑相结合[J].太阳能，2001

[3]中国建筑设计研究院.民用建筑太阳能热水系统应用技术规范GB50364--2005北京：中国建筑工业出版杜，2005