建筑太阳能一体化设计

建筑太阳能一体化设计（共12篇）

建筑太阳能一体化设计 篇1

国内外的大多数太阳能住宅, 为了获取更多的能源, 太阳能建筑的形体和立面都受到影响。向阳的立面不是采用玻璃幕墙, 就是安装太阳电池板, 大大削弱了建筑美感, 同时也使太阳能利用方式趋于单调。本文介绍宁夏银川、广西桂林、河南郑州以及上海、北京等不同地域需求的实例, 反应太阳能建筑一体化设计中的效果。

一、西北地区的被动太阳房

住宅项目位于宁夏回族自治区银川市北部北塔湖, 开发商对其市场定位为高档住宅。因为银川沙尘较大, 根据当地气候特征, 同时结合建筑套型面积大等特点, 采用被动太阳房设计, 即在阳台外面增加收集太阳能的空间。阳台外的平台上可以砌筑鱼池并绿化种植, 改善室内小气候。太阳房地面与阳台地面高度相同, 阳台外窗台标高0.60m, 打开阳台推拉窗可跨入外层阳台整理园艺, 见图1。

在立面设计中, 考虑银川市规划日照间距是1:1.7, 日照资源从一层到六层递增, 太阳房在六层及顶层跃层开间最大, 向下逐渐收分, 见图2。

该项目中的被动太阳房设计等于在阳台外增加一层屏蔽, 对改善风沙地区的扬尘有一定的作用。缺点是夏季太阳房的温度偏高, 为此, 阳台外侧窗户采用上悬开启方式, 并用开窗器开启, 改善通风。

二、南方地区注重遮阳、通风与集热设备的结合

建筑与太阳能一体化设计中, 应该根据自然资源和气候情况进行规划, 在利用太阳房、集热器采集太阳能的同时, 还应同时考虑遮阳与通风设计。位于广西壮族自治区桂林市郊区临桂县的项目, 建筑南侧设有钢结构遮阳, 遮阳结构上安装太阳能真空管集热器和水箱, 通过钢结构与建筑连接, 如图3所示。遮阳、真空集热器和水箱满足太阳能建筑的功能设计, 钢结构遮阳使建筑具有双重立面效果, 不会感觉死板、乏味。见图3

在南方地区的建筑防热设计中, 通风设计十分重要。当建筑的进深较大时, 仅仅依靠自然通风效果不显著, 这是需要进行强制通风。建筑北侧设置强制通风的风机, 采用正压通风形式, 可改善室内温度、湿度, 能耗比使用空调低得多。

三、日照间距小的地区利用屋顶设计

河南省郑州市地区规划的日照间距是1:1, 冬季阳光遮挡非常严重, 加之在多层住宅设计中, 每户能获得的太阳能资源更加有限, 所以该六层住宅采用在屋顶上安装太阳能真空管集热器的方式。

以往太阳能真空管架设在屋顶上, 特别突兀, 破坏了建筑整体效果。在这个住宅屋顶设计中, 采用氟塑玻璃瓦, 这种材料采用UPVC复合发泡板作为基材, 表面喷涂耐候氟碳漆制成, 厚3mm, 自重4kg/m2, 色彩鲜艳, 使用寿命50年, 可避免采用沥青瓦, 其质感, 反光率与太阳能集热真空管的差异过大。玻璃瓦波峰高60mm, 可以在每个波形瓦的凹槽内放置一只ø47mm或ø58mm的真空管, 外观结合自然。住宅还采用两坡屋顶, 可提供足够的太阳能热水。

四、一体化工程应用

上海规划的布局, 使用太阳能的小区多采用行列式布局形式, 这种形式为屋顶利用太阳能提供了良好的日照条件。三湘四季花城的阳台或墙面太阳能利用, 太阳能系统与建筑结合的考虑较周全, 集热板间连接以及与建筑连接的节点也较简洁统一。

用于高层住宅的太阳能热水系统包括户式热水系统、集中供热、分户储热系统和集中集热、集中供热系统, 每种系统各有优缺点, 关键在于每一种系统可能的改进方向。

第一种, 户式太阳能热水系统, 包括与阳台或墙面结合的分离式户式太阳能热水系统。这一系统可能的改进方向:在南方地区, 可采用混合系统, 如上部楼层为户式太阳能热水系统, 下部楼层连续日照不足4h的住户采用空气源热泵热水器;在北方地区, 应采用集中集热、集中储热、分户计算、分户辅助加热系统。

第二种, 集中集热、分户储热、分户辅助加热系统。这一系统可能的改进方向:采用集中集热、集中储热、分户计算、分户辅助加热系统, 运行费用低, 系统热损小。太阳能集热器与热水贮水箱通过温差控制、强制循环对冷水作预加热。制备的预加热热水经热水变频加压供水设备, 通过生活热水管道送至各户。户内根据使用需求采用两用燃气壁挂炉 (带温控点火装置) 进行辅助加热。分户计算收费标准为冷水使用费+系统维护费, 避免出现因热水收费高而住户不用的情形。

第三种, 集中集热、集中供热、分户计算系统。这一系统可能改进的方向:分楼栋、分单元或分区设计太阳能热水系统, 努力降低系统散热损失和系统运行能耗;采用分时段供水可节约循环用能, 减少管损。采用变容量恒温供热技术 (如容量变化范围在15%～100%) 和定时循环热水供应系统 (如晚间7～11点) , 可降低入住率低时的系统运行费用;研发智能控制技术, 优化系统运行能耗、辅助加热能耗和最大得热量。

五、院庭式太阳能住宅设计

1. 案例

每户占地面积120m2, 开间6.6m, 进深18m, 建筑面积150m2 (未计算交通廊面积) 。每户建筑由高底两个部分组成:南面只有一层, 设计为客厅、餐厅和厨房, 该区域形成家庭起居中心;靠北面有三层, 三层主体基本相同, 每层主要有一个卧室和一个辅助空间, 辅助空间可根据不同地域人们的生活习惯, 布置为储藏间、洗衣室、家庭活动室或书房 (见图4、图5) 。这种设计将多个平面布置的卧室改为立体布置, 既节约占地面积, 又可改善居住私密性。

该套住宅最大得特点是一个中庭院和前庭院, 这是接收太阳能的空间。每户内庭院40～50m2, 可以种植蔬果或攀缘、观赏植物, 既可在冬季获得更多的太阳能, 也使家庭生活空间更加丰富多彩。

2. 膜结构与安装

在该空间结构中, 钢框架和水平系杆仅起到固定集热棚水平稳定及户与户之间的安全防护作用, 而集热棚的雨雪荷载、风荷载则由大棚内部的玻璃钢杆承担。集热棚的竖向荷载根据集热棚的角度、当地基本雪压和荷载组合值计算, 玻璃钢杆应满足拱结构曲线设计, 在6～7m的开间内可安装5～6根, 以满足组合值和永久值的要求。冬季安装时, 膜结构应先与墙面固定, 再支撑的玻璃钢杆, 回收时先解除固定, 再撤去支撑的玻璃杆, 一层南面大棚支撑结构与之相同。

3. 节能住宅

该住宅符合中小城市节能的要求, 可根据需要建成4～6联排, 减少建筑体型系数, 减少外墙散热。当采用联排设计时, 为了避免遮挡阳光, 户与户之间3m以下的围墙采用实心墙体, 3m以上部分则用钢结构分割。这样既满足日照和18～20m的视距需要, 建筑容积率也可达1.0。

该住宅可使用砌体结构, 也可现浇。客厅和卧室屋面为坡屋顶, 预留太阳能热水器空间, 也可做成露台、花架。住宅立面使用剁石勒脚、面砖装饰, 局部镶嵌蘑菇石, 阳台使用金属栏杆和安全玻璃板, 可与联排别墅相媲美。建筑内还设计了放置玻璃钢杆件和集热棚膜的专用储藏间, 同时还可以通过改变总体布置和立面材料色彩营造丰富的建筑形态。完美的设计使太阳能住宅也时尚。

六、清华大学超低能耗楼示范工程

1. 概况

清华大学超低能耗楼, 2008年作为奥运建筑的示范工程, 示范并推广系列节能、生态、智能技术在公共建筑和住宅上的应用。超低能耗楼围护结构如图7所示, 超低能耗楼技术纵览如图8所示。

2. 可再生能源利用和太阳光采光技术

(1) 可再生能源利用

(1) 光电玻璃

超低能耗楼南立面装有约30m2的单晶硅光电玻璃, 采用光伏电池、光电板技术, 把太阳光转化为能被人们利用的电能, 设计峰值发电能力为5KW。发电过程中不消耗化石能源, 无废气、无噪声, 不会污染环境。

(2) 太阳能庭院灯

超低能耗楼选用的太阳能庭院灯, 为大楼入口处提供夜间照明、蓄电池把白天太阳电池组件产生的能量存储下来, 用于满足连续阴雨天或夜晚照明的需求。光源则选用LED光源。

(3) 太阳能空气集热器

超低能耗楼利用联集管式太阳能空气集热器, 集热器总面积约260m2, 峰值产热量为140KW。通过太阳能获取的热风, 在夏季用作溶液除湿系统再生器的热源, 而冬季则作为空调送风直送入室内。

(2) 太阳光采光技术

超低能耗楼南侧室外设置自动跟踪太阳光的阳光采集系统, 利用太阳光为地下室提供采光, 减少白天照明电耗。

此外, 在超低能耗楼屋顶还设有碟式太阳光收集器, 利用太阳光收集器汇聚太阳直射光, 牺牲极少空间的光进行传输, 对于地下室区域进行照明, 节省照明电耗。

建筑太阳能一体化设计 篇2

建管〔2011〕196号

关于加强我市太阳能利用与建筑一体化

技术应用和管理工作的通知

各县、区建设行政主管部门，市建筑管理处，各建设、设计、施工、监理、施工图审查单位：

为开发利用可再生能源，建设节约型社会，促进我市在建筑工程中推广应用太阳能热水系统，依据《中华人民共和国可再生能源法》和建设部《民用建筑节能条例》，以及国家发展改革委、建设部《关于加快太阳能热水系统推广应用工作的通知》（发改能源[2007]1031号）等文件精神，结合我市实际，现就我市加强太阳能利用与建筑一体化技术应用和管理工作通知如下：

一、2011年7月1日起，城市规划区范围内新建十二层及以下居住建筑，建设单位应为全体住户配置太阳能热水系统，并做好太阳能热水系统与建筑一体化的工作。规划区范围内十二层以上新建居住建筑具备太阳能利用条件的，鼓励采用太阳能热水系统。鼓励在新建建筑中采用太阳能光伏系统等太阳能利用与建筑一体化技术。

新建建筑工程中应用太阳能热水系统应纳入建筑工程设计，统一规划、同步设计、同步施工、同步验收，与建筑工程同时投入使用。

由政府投资建设和使用的集中热水供应系统的公共建筑，应带头实施太阳能热水系统的一体化应用。新建、改建和扩建的实施集中供应热水的公共建筑(如医院、学校、宾馆、游泳池、洗浴场所等)，应采用太阳能集中供热水技术和产品，已建成的鼓励增设太阳能热水系统。

鼓励农村集中建设的居住点统一设计、安装太阳能热水系统。

二、设计单位应严格按照国家《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》(GB/T18713—2002)、安徽省《太阳能利用与建筑一体化技术标准》(DB34854—2008)等标准、细则，结合工程具体特点，对十二层以下坡屋面和平屋面的居住建筑应全面进行太阳能与建筑一体化的规划、设计，做到建筑立面整齐美观、协调有序，热水系统性能匹配、布局合理、满足居民生活需要，保证建筑质量和太阳能利用系统的使用安全、方便安装和维修。太阳能热水器上下水管等各种管线应统一设置内管井，严禁在墙外吊挂。

三、施工图审查单位对采用太阳能利用系统的项目应进行专项审查，对应设计采用太阳能热水系统而未进行设计的，不得通过施工图设计文件审查。对没有按要求设计太阳能热水系统的住宅项目，审图单位应要求原设计单位进行增补设计。

四、太阳能热水系统和光伏照明系统应由专业施工单位按照安装设计图纸，国家和省有关标准规范进行施工，确保工程施工质量和安全。施工中有涉及太阳能利用系统的设计变更的要经原图纸审查单位审查后方可变更。

五、监理单位应严格认真履行职责，做好太阳能利用系统安装施工的监理工作，严禁在建筑工程中采用不合格的配件。

六、建设单位在组织工程竣工验收时，应在“建筑节能专项验收”中对太阳能利用系统安装的施工质量和使用安全等内进行专项验收。对擅自取消太阳能热水系统安装、不符合民用建筑节能强制性标准的工程，不得出具竣工验收合格报告。

七、房地产开发企业必须将太阳能热水器的利用情况在商品房销售处公示，同时写入《房屋销售合同》、《商品住宅使用说明书》、《商品住宅质量保证书》和《临时管理规约》。

八、太阳能产品实行备案管理制度，应用于建设工程中的太阳能产品必须到市城乡建设委进行备案。建设单位应选用性能好、质量优良、达到国家标准要求的太阳能产品。

九、各级建设行政主管部门要加强对太阳能利用的日常监督检查工作。对建设、设计、施工、监理单位和审图机构、注册执业人员不执行相关强制性标准进行建设、设计、施工、监理和审图的，要及时责令其改正，并依照有关规定予以处罚。

十、鼓励在城市规划区范围内新建公共建筑、居住小区的草坪、庭院、住宅建筑楼梯间及地下车库等公共照明部位统一设计和安装光伏、LED节能灯等绿色照明系统。对不符合太阳能利用与建筑一体化要求的建设项目，不予申报参加各级康居示范项目、绿色建筑、住宅性能认定、最佳楼盘、优质工程、优秀设计等奖项的评选。

浅谈太阳能光伏系统与建筑一体化 篇3

【关键词】太阳能；照明；太阳能与建筑一体化

随着社会的发展和人口不断增长，建筑能耗在社会能源总消费量中所占的比例逐年上升，能源已经成为全球的热点、焦点问题。世界各国都面临着资源和环保的双重压力，人类社会的可持续发展遭遇了空前的挑战。能源的紧缺提出了对可再生能源的需求，而太阳能作为一种可以在任何太阳存在的地方都可以使用的能源受到广泛的关注，它的使用已经从最初在边远地区和缺电地区的使用，逐渐的转移到发达国家城市的使用。如何降低我国建筑耗能已经是提升到影响国家能源安全和迫切需要解决的问题，建筑中充分利用太阳能是降低我国建筑耗能的一个有效途径。

1.太阳能光伏发电与建筑设计一体化的优点

从建筑设计施工技术和经济角度来看，光伏发电与建筑设计一体化有如下优点：

（1）并网光伏供电系统一般安装在闲置的屋顶或外墙面上， 无需额外用地或增建其他设施，适合于人口密集的住宅小区使用，这对于寸土寸金的大中城市中的建筑尤显重要。

（2）可实现原地发电、原地用电，在一定的距离之内可以节省电站输送电网的设施投资；对于联网用户系统来说，光伏供电系统所发电力既可供给本建筑物负载使用，也可将富余电力送入电网。在阴雨天、夜晚或光强度较弱的季节，建筑物所需负载可以由外电网供电。 由于有光伏发电系统和公共电网共同负载供应电力，增加了供电的可靠性和安全性。

（3）夏季是日照旺季 ， 由于大量制冷设备的使用 ， 使电网成为用电高峰，常出现某些地区限电拉闸现象，而此时也是光优发电系统发电量最多的时候， 光优建筑一体化系统除了保证自身建筑用电外，还可以向外电网供电，从而可大大缓解高峰期电力需求的紧张状态。

（4）电于光伏发电系统安装在屋顶、外墙壁等外围护结构上，吸收了太阳能又把它转化为电能，大大降低了室外综合气温，减少了墙体受热和室内空调机的负荷，既节约了能源，又利于确保室内的空气品质。

（5）可以杜绝由于采用煤炭等化石燃料发电而导致的废气、 废渣对大自然环境的严重污染，这也正是当前在世界范围内大力倡导节约能源和环境保护所寻求的重要途径之一。

（6）在建筑物外围护结构上安装太阳能光伏发电系统还可以促进伏部件的大规模生产， 从而可以进一步降低光伏部件的市场价格，这对于太阳能光伏发电系统的推广使用有着重要的推动作用。

当今社会， 光伏发电与建筑设计一体化研究已成为 21 世纪重要的研究课题。由于建筑设计是一个复杂的系统工程，牵涉面广，如果将新型太阳能光伏发电系统融入到建筑设计中，同时还应保持建筑的固有功能特征和文化内涵， 就应该从建筑技术和建筑美学两方面入手，使建筑设计与太阳能技术有机会结合，并由此而产生“一体化设计”新概念。 所谓“一体化设计”是指在建筑规划和设计之初，就将太阳能利用纳入设计内容之中，使之成为建筑物的一个有机组成部分，统一 设计、精心施工和调试。

2.太阳能光电系统的使用现状

太阳能的利用，可分为太阳能热能和太阳光电两方面。本文所讨论的内容为后者，即光-电转换的太阳能光电系统。这种系统利用了物体由于吸收光子而产生电动势的现象来进行发电。我国，乃至全世界，正大力发展太阳能这种洁净能源，但在发展太阳能这条路上面临着三大困难：

（1）转换率低。

（2）电池、组件和辅助设备的成本及安装费、维护费过高。

（3）发电成本高。

3.光伏发电与建筑设计一体化的组织形式

光伏发电与建筑设计一体化有两种方式：一种是建筑与光伏发电系统相结合；另一种是建筑与光伏器件相结合。

3.1建筑与光伏发电系统相结合

就是把组装好的光伏组件（平板或曲面板）安装在住宅楼或高层建筑的屋顶（或外墙面）上，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置相联。这种做法质量要求和技术含量较高，且成本也较高，普遍推广受一定限制。

3.2建筑与光伏器件相结合

建筑与光伏系统的进一步结合是将光伏器件与建筑材料集成化；由于一般建筑物的外围护结构表面通常采用外墙涂料、幕墙或各式外墙面砖，目的是保护结构主体和装饰建筑外表。 如果将光伏器件代替部分建筑材料，做成像外墙面砖、幕墙玻璃等样子来“装饰”建筑物的屋顶、外墙、门窗和遮阳设施，这样，既可当作保护主体结构和装饰建筑外表的装饰材料，又可用来发电，供建筑物内部照明等设施和冬季采暖、夏季制冷所需之电力，可谓一举多得。

但是，要把光伏器件当作建材来使用，必须具备建材所要求的几项基本条件：坚固耐用、保温隔热、防水防潮，具有一定的强度和刚度等。

（1）光伏器件用作屋顶材料。

建筑物的屋企顶用作太阳能光伏发电系统的一种部分有其特有的优势：日照条件好，基本上不容易被它物遮挡，可以充分接受太阳光的辐射，且光伏器件组成系统后可以紧贴屋面结构安装，减少了自然界风力对其的不利影响；太阳能电池组件替代屋面保温隔热层来保护屋面不受严寒酷暑侵袭，不但节约了建筑成本，就是太阳能光伏发电系统本身，其单位面积的价格也可大大降低；用太阳能光伏器件代替建筑屋顶材料，使其适用范围不再局限于平屋面，坡屋面、弧形或球形屋面也同样可以采用。 与屋面结合为一体的另一种光伏发电系统是：采用太阳能瓦代替普通瓦。太阳能是太阳能光电池与屋顶瓦结合成一体化的产品；这种材料的特点在于使太阳能光伏器件与建筑实现真正意义上的一体化， 即把太阳能光电瓦像普通瓦一样摊铺在屋面上，不需要另外安装什么支架， 只需把太阳能瓦拼缝部位处理得不透风、不漏水即可。

（2）光伏器件与外墙面相结合。

对多层、小高屋和高层建筑来说，朝阳外墙面是受太阳光照射最大的外表面；为了有效利用墙面收集太阳能，可以采用多种墙体材料和构造做法，包括与太阳能电池板一体化的玻璃幕墙、透明绝热材料以及附着于外墙面的集热器等等，既节能环保，又使建筑立面设计多样化。

（3）光伏器件与外墙窗、遮阳板及其它建筑构件一体化设计。

光伏器件要与外墙窗或天窗相结合，只需做到该器件既能吸收光能后发电，又能透光即可；而与遮阳板结合，则可使光电板通过光控装置随阳光照射方向作相应转动就能做到既遮阳又发电了；光伏器件还可与小区内景观小品，如路灯、围栏、凉亭等组合成一体化设计，白天吸收光能并转换成电能予以储存，夜晚释放电能使路灯、彩灯、节日灯大放异彩。

4.结论

“太阳能与建筑一体化”是我国建筑节能及太阳能光能利用领域目前亟待突破的技术难题。在设计过程中要充分考虑各种因素，做到与建筑物的完美结合。随着第三代太阳能电池的发展，即有机物、生物太阳能电池的出现，太阳能光电将成为一个更贴近于人们的生活、综合性非常强的交叉学科。

【参考文献】

[1]建设部召开.公共建筑节能设计标准.发布宣贯会.陕西建筑，2005，119：52.

浅谈建筑太阳能一体化设计 篇4

在环境破坏日益严重和能源危机的今天,如何开发利用环保节能的建筑配套成品就成了焦点话题。一直以来,太阳能等可再生能源在建筑技术上的完美应用都是企业不懈的追求,太阳能与建筑结合创造的低能耗高舒适度的健康居住环境,可以让生活更自然更环保,对实现可持续发展具有重大意义。太阳能作为一种免费、清洁的能源,太阳能与建筑的结合也在建筑中尤其是住宅建设中越发显现其不可替代的地位,并成为住宅建设中的一个最新亮点。

建筑是能源消耗大户,建筑耗能占我国总耗能的30%左右,而生活热水在建筑耗能中的比重是18%。而当前我国有400亿m2的既有建筑,其中99%是没有应用太阳能的高能耗建筑,每年新建的20亿m2建筑,其中95%是高能耗建筑。21世纪我国面临着经济高持续发展与节能环保的双重课题。利用再生清洁能源——太阳能,解决全部或部分家用热水用电,减少商品能源的消耗,节能环保意义重大。太阳能与建筑完美结合,可为太阳能利用提供广阔的市场,也是实现建筑节能的一条重要途径。

1 太阳能一体化的含义

太阳能建筑一体化是不是把太阳能用于建筑,或者把二者“相加”在一起就可以,答案是否定的。中国太阳能学会太阳能和建筑结合专业委员会筹备组负责人袁莹教授的回答是:“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,使之与建筑融为一体,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推广设计原则

推广太阳能与建筑一体化设计和施工应注意以下几个方面。首先,应因地制宜,先行试点,有计划、有步骤地推广运用。太阳能具有一定的地域选择性。尽管目前的太阳能已经能够适应多天缺少阳光、最低气温零下6℃气候条件下的使用。但是太阳能在我国一些地区(如高寒和晴天天数少的地区)还不具备应用条件。另一方面,太阳能热水器技术在多层次住宅中的使用已经比较成熟,但在小高层、高层住宅中,还缺少成功的案例。在太阳能技术的推广应用中,不能采取一刀切的办法,应因地制宜,在符合太阳能使用日照系数条件的地区,对热水供应有长期稳定需求的公共和居住建筑,在技术条件和环境条件允许的情况下,应积极优先采用太阳能热水系统。

2.1技术条件

技术条件指太阳能热水系统在工程应用中的合理性,宜从技术和经济两方面进行综合评价。

2.2环境条件包括现场条件和热水设计条件

1)现场条件是指安装地点纬度、月平均太阳辐射量、日照时间、环境温度、安装场地面积及形状、遮挡情况、建筑物承载力。

2)热水条件包括:热水用水温度、热水日用水量、热水用水位置、冷水供水方式、水压、温度等。

2.3太阳能的设计与工程设计统一规划、同步设计、同步施工

1)规划上,应考虑集热器的安装对日照的影响和建筑物对集热器的遮挡。2)外观上,建筑专业设计应根据建筑类型、使用要求确定太阳能热水系统的类型、安装位置、色调,实现太阳能热水系统与建筑完美结合。3)结构上,妥善解决太阳能热水系统安装可能存在的问题,确保建筑物的承重、防水等不受影响;太阳能集热器应具有抗风、冰雪、冰雹等能力。4)给排水专业上本着节水节能、经济合理、安全简便、利于计量等原则,选择太阳能热水系统。5)系统运行安全、可靠、稳定,便于维护管理。

3太阳能热水系统设计

太阳能热水系统设计应符合建筑给排水设计,系统供水水温、水压和水质符合现行国家标准。以下是工程中太阳能热水系统与不同类型建筑结合的几种常见做法。

3.1集中集热—分户计量—直接换热系统

集中集热—分户计量—直接换热系统适合多层、小高层、高层住宅,每一套系统集中一套太阳能集热系统,每户一台换热式双能源水箱,集热式太阳能系统相当于一个公共的热源部分对每户供热。每户使用自己的自来水和电辅助加热。其优缺点:1)优点:不受楼层高限制,并可以实现太阳能热能资源共享,可根据楼面建筑情况灵活布置,最容易实现与建筑协调管理维修方便,运行可靠。2)缺点:系统供热统一,用户用热量会存在不均,并需要物业统一管理维护。

3.2集中集热—集中供热水

集中集热—集中供热水适用于高级宾馆、学校、酒店等公共建筑洗浴和热水集中供应场所。本太阳能以中央控制器对集中循环水箱进行加热控制,通过温度探头对热量传输控制。集热器布置高于水箱,灵活,水箱隐蔽,不影响建筑美观,且保温性能好,热损失少。

3.3分户集热—分户水箱—自然循环系统

集热器与水箱分离,集热器放置在阳台、建筑外立面等位置,可与建筑完美结合。系统传热工质通过自然热力循环,系统的集热循环为开放式运行,易于安装、维护,初始投资相对较低。系统方案特点:1)集热与储热分离,易于实现系统与建筑立面结合安装。2)储热水箱壁挂式安装,不占阳台空间。3)每户一套独立系统,分户计量,可实现无线控制。4)集热循环管路就近布置,结构简洁。5)适用于小户型建筑。

4太阳能与建筑一体化的优点

1)建筑的使用功能与太阳能设施有机结合(如热水器),形成多功能的建筑构件,巧妙高效地利用建筑空间。同步设计、施工,避免后期安装对用户生活造成不便和对建筑外保温以及结构的损害。2)形成统一协调的建筑形式。太阳能设施构件化和建筑融合为一体,协调和谐,构造合理,形成完整统一的建筑外观。3)我国太阳能资源丰富,太阳能与建筑一体化为太阳能利用产业的发展开辟了广阔的应用前景。

5结语

随着经济建设的发展,如何为消费者创造经济节能、绿色环保的条件,给我们每一个设计者提出了更高、更紧迫的要求,让我们充分发挥主力军的优势和作用,为提高太阳能集中供热与建筑一体化在建筑领域中广泛应用,与各界共同努力,携手奋进。

摘要：阐述了太阳能利用在建筑节能中的重要意义,对推广中应注意的一些问题提出一些建议,并介绍了太阳能与建筑的几种结合方式,探讨了太阳能建筑节能的可持续发展前景,以促进建筑节能的发展。

关键词：建筑,节能,太阳能,太阳能热水系统

参考文献

[1]发改环资[2004]2505号,节能中长期专项规划[Z].

[2]GB 50364-2005,民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[S].

教学楼建筑节能一体化设计 篇5

0910520101 王佳莹 2012.10.18

1.摘要：本文从建筑外墙保温、、光源照明、自然通风等多个细节的方面，对教学楼进行建筑节能一体化设计与优化。

2.关键词：教学楼 节能 一体化

3.引言：建筑节能一体化是一个复杂的系统工程，随着国家节能规划的提出，建筑节能一体化正变得越来越重要。

一个国家的发展，离不开能源的消耗，而现在人类不断增长的能源消耗和传统经济增长方式带来的自然资源枯竭和环境恶化，已经使人类生存受到威胁。对我国而言，煤炭和水力资源比较丰富，但其可开采量和可开发量的人均水平，却均低于世界人均水平的一半，石油和天然气相对就更少。

能源短缺已经成为制约我国经济社会发展的瓶颈，而建筑耗能在国家全部能耗中占有相当大的比重。千方百计做好建筑节能工作是节约能源的关键。对建筑业来讲建设节能型建筑，降低建筑能耗已经是当务之急。建筑节能一体化设计，其目的就是通过一定的建筑构造做法，选择合适的建筑材料，达到减少能耗，节约热量、冷量、电能、燃料等目的，同时也要保证一定的舒适程度。

4.正文：

1）LED照明节能：我以一间教室为例：教室12盏日光灯。目前使用的是第一代传统镇流器日光灯照明，其中每套日光灯管（40W）加镇流器（20W）共计60W，若全部更换成第四代LED半导体节能照明灯为每组为4个4W一共12组共计48个，可达到以下效果： 日光灯的一月度数为216度，双强LED的一月度数为57.6度 一个月节约度数为158.4度，以5角一度电，每月一间教室节约款为79.2元。以50间教室为例：79.2*50间*12个月*保修五年=一个学校可

以节约电费为237600元。而且平常日光灯两年维护一次，每只灯管应该在45元左右，50间教室*12盏*2.5次*，五年维护费至少67500元。

半导体照明的构造就是一个方形的二极管片装在一个塑料、树脂或是陶瓷底座的特殊环氧层中。处于半导体中心部位的电子可以通过传感原料，转换生成灯光，而封贴在“罩状”环氧层内的微型芯片，可以将灯光“映射“出来，它是照明史上继白炽灯、荧光灯之后的重要突破技术，是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件。它是真正意义上的绿色照明。以下为LED照明设备的基本原理图。

2）外墙保温措施：采用一定的固定方式（粘结、机械锚固、粘贴+机械锚固、喷涂、浇注等），把导热系数较低（保温隔热效果较好）的绝热材料与建筑物墙体固定一体，增加墙体的平均热阻值，从而达到保温或隔热效果的一种工程做法。

1、涂料饰面。

2、抹3～5厚DBI砂浆，内压入一层玻纤网格布。

3、圆8钢膨胀螺栓固定，锚入结构50-60mm，间距小于600，梅花形布置。

4、抹3～5厚DBI砂浆，内压入一层加强玻纤网格布。5、50厚玻璃棉保温板，接缝处、拼接点处固定锚栓，间距小于600mm。

6、DEA聚合物粘接砂浆，框粘、条粘，粘接面积大于等于70%。

7、起步做B型托架（图集10BJ2-11中第八页），每隔3-4m处（结构框架梁、圈梁部位，设置一层A型托架）

8、基层墙面（如果是砌块墙时用6～8厚水泥砂浆找平）。

3）使用LOW-E玻璃：外门窗玻璃的热损失是建筑物能耗的主要部分，占建筑物能耗的50%以上。

Low-E玻璃又称低辐射玻璃，是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品。其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，使其与普通玻璃及传统的建筑用镀膜玻璃相比，具有优异的隔热效果和良好的透光性，因此适用于教学楼，以下为LOW-E玻璃的截面示意图。

4）屋顶植被种植：屋顶绿化可增加校园绿地面积；改善城市高楼大厦林立，改善众多道路的硬质铺装而取代的自然土地和植物的现状；改善过度砍伐自然森林，各种废气污染而形成的城市热岛效应，沙尘暴等对人类的危害；开拓人类绿化空间，建造田园城市，改善人民的居住条件，提高生活质量，以及对美化城市环境，改善生态效应有着极其重要的意义。

以下为屋顶植被种植的截面示意图，此做法有成本低，施工快，维护易等特点。非常适用于教学楼等建筑。

5）雨水自动收集系统：将屋顶雨水根据需求进行收集后，并经过对收集的雨水进行处理后达到符合设计使用标准的系统。目前多数由弃流过滤系统、蓄水系统、净化系统组成。屋顶雨水相对干净，杂质、泥沙及其他污染物少，可通过弃流和简单过滤后，直接排入蓄水系统，进行处理后使用。雨水收

集系统具有全自动、应用范围广、成本低等特点。其意义在于：可以达到节能减排，使干旱，紧急情况（如火灾）能有水可取。另外可以用到教学生活中的杂用水，节约自来水，减少水处理的成本。

6）建筑结构自然通风：自然通风是指利用建筑内外风力或热压造成的风来促使空气流动而进行的通风换气。第一，实现有效的被动式制冷。这意味着在不消耗可再生能源的情况下，降低室内气温，带走潮湿空气，并以气流降低皮肤无毒，达到人气热舒适。第二，提供新鲜、清洁的自然风维持室内空气的卫生，有利于人的生理和心理健康。建筑通风的设计方法，是建筑配合室外通风条件，提高室内有效风速，从而达到通风换气的目的。如图所示，这是国外正流行的一种替换式通风方式，在这种方式下，比室内气温约低的空气从地板下以很低的速率（通常为0.2m/s）提供。这些空气会被使用者的体温、计算机设备、照明光源等方式加热，然

后上升通过天花板和高窗排出，因而提供更好的室内空气质量和舒适程度。

5.参考文献：

1.《浅谈建筑节能一体化研究与实例》-杨佳林

2.《LED照片势在必行》-Frank Marx 3.《外墙保温措施的研究》-郭友能 4.《Low—E玻璃的应用》-董庆

5.《屋顶花园设计浅探》-杨永胜、金淘 6.《建筑设计中的雨水收集利用》-熊洪俊、刘碧波

太阳能应用与遮阳一体化设计探讨 篇6

关键词：建筑技术 太阳能 建筑遮阳 建筑节能

在21世纪的世界发展浪潮中，可持续发展已成为毋庸置疑的发展主流。当前，中国的建筑能耗已接近社会终端总能耗的30%，到2020年将接近40%，因此降低建筑能耗、在建筑中使用绿色能源具有重要意义。太阳能是最重要的绿色能源之一，中国地处北半球欧亚大陆的东部，主要处于温带和亚热带，具有十分丰富的太阳能资源。21世纪可再生能源政策网站的统计报告表明，2010年各类可再生能源的增长率中光伏发电与太阳热能收集达到75%。太阳能集热器、太阳能光伏板可同時对建筑产生遮阳效果，通过合理设计可以在主要利用太阳能的同時，产生被动节能效果，对于太阳能应用、遮阳产品设计与建筑一体化具有重要意义。随着太阳能产品在建筑供热系统和自发电系统中的作用越来越重要，将能源产品和遮阳产品结合成新的建筑构件，应是建筑节能的一个发展方向。

1

太阳能遮阳系统安装与分类

1.1太阳能遮阳设施安装面

太阳能遮阳设施安装面主要包括垂直安装面、水平采光项安装面及倾斜采光顶安装面（见图1）。垂直安装面最为普遍，能有效控制从墙体四周进入室内的太阳辐射：水平采光顶安装面及倾斜采光项安装面能有效解决大面积室内自然采光与太阳辐射过热问题，大量应用于大型公共建筑如机场、火车站、展览馆、图书馆等等，这类建筑一般周围开阔无遮挡，十分适合大面积光伏遮阳阵列的布置。

1.2太阳能与遮阳结合分类

太阳能与遮阳结合运用，常包括太阳能集热器遮阳和太阳能光电板遮阳两个方面。

太阳能集热器遮阳系统的核心是通过各种主动或者被动式的吸热蓄热构件在对太阳辐射进行吸收储存的同時对建筑提供遮阳保障。太阳能集热器遮阳根据集热器的安装位置，可分为阳台集热器遮阳（见图2）、挑檐集热器遮阳、墙面集热器遮阳（见图3）和幕墙集热器遮阳。图2为德州太阳谷太极轩的阳台空间集热器遮阳构件设置，遮阳构件既能满足遮阳与集热器的功能，也成为太极轩造型中的重要元素。

太阳能光伏遮阳系统的核心是通过光伏组件接受太阳辐射产生电能的同時阻挡太阳光对室内的照射从而达到节能效果。在这种遮阳体系中，光伏组件多被直接应用于屋面以及窗口遮阳当中。太阳能光电板遮阳根据材料加工工艺及安装方式的不同，主要分为常规组件遮阳和中空组件遮阳。

常规组件遮阳包括固定式光电遮阳（见图4），通过支架安装在建筑物的南向窗外的水平遮阳构件；可调节式太阳光电遮阳，可以通过电推杆调节光电板的角度，从而实现冬季最大程度透过阳光，夏季最大程度遮挡阳光，并使光电板可以达到最佳倾角，提高光电转化率。中空组件遮阳指采用特殊的材料和工艺，将光伏组件做成屋顶、窗户、幕墙等形状，既直接作为建筑材料使用，又利用太阳能发电，还为建筑提供外遮阳。

随着遮阳构件中百叶的大量应用，新的具有太阳能利用功效的百叶也被研发出来。一种百叶形式为光伏器件单面玻璃封装后与铝合金叶片组装，保持了遮阳叶片的流畅外形，外观统一整洁，铝叶片表面颜色多样，叶片强度好，可用于大跨距设计。

还有的百叶形式为光伏器件双面玻璃封装后直接作为遮阳叶片使用，大跨距時还需通过中心支撑主轴来传递荷载：通过调节光伏电池之间的间隙或在光伏电池上打孔，可以调节叶片的透光率，由于光伏电池的双面均能保持空气流畅，有利于降低电池片温度，提高发电效率，但这种封装形式外观较为凌乱，仍有待改进。

2

太阳能遮阳系统的影响因素

太阳能与建筑遮阳相结合技术在建筑中得到应用的同時也对其所运行和依赖的环境和安装方式有着较为严格的要求，如果在设计中对这些因素考虑不足就会大大降低太阳能的利用效率。其中城市地理位置及其光照条件、建筑所处的基地环境和太阳能遮阳系统设置位置及形式都对太阳能遮阳系统的效率产生影响。

城市地理位置及其光照条件，主要体现在太阳的运行轨迹及太阳光照射强度，不同气候、不同纬度的城市有较大差异。太阳能系统发挥吸收太阳能的時间主要集中在上午9時至下午15時，因此应结合当地太阳高度角的特点选取适宜的角度。

建筑所处基地环境，主要涉及基地是否对建筑的朝向有较大限制，周边建筑与研究建筑之间的高度差异及建筑间间距大小。若基地对建筑的朝向有较大的限制，导致建筑偏离正南方向过多可能影响太阳能的发电效率：建筑立面利用太阳能的最佳角度应为建筑正南正负15°，当超过30°的偏差時，发电效率较差。周边建筑因高度差大、建筑间距小等会影响建筑低层部分太阳能产品的应用。

太阳能遮阳系统设置位置及形式也会对太阳能遮阳系统的效率有较大影响，如屋顶部分受周围环境的影响相对立面部分的影响小。与固定遮阳相结合的太阳能遮阳系统发电效率固定；而与可变遮阳相结合的太阳能遮阳系统则因为遮阳构件使用中的变化，使太阳能构件受光面产生改变，影响太阳能遮阳系统发电效率。

3

太阳能遮阳实例设计手法分析

为了能更好地应用具有太阳能利用及遮阳双重功效的构件，建筑师在设计中也常对建筑形态进行改变以适应这种新的节能模式。

瑞典哥德堡林德霍尔姆的社区活动中心“齿轮”KUGGEN（见图5），重复的房间单元从北向支柱开始每层扩展2个房间单元，使得每层向南扩展了1500m²，为下层提供了遮阳，带光伏电池的自动遮阳板环绕建筑移动，既达到对室内的遮阳又满足发电的需求。

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法国“Gebroula”住宅（见图6）在更新设计中，设计师J.P.Chiantello在顶部设计了一顶金属的“冠冕”形成包裹起顶层的坡屋面，在为顶层住户提供遮阳的同時将太阳能整合于坡屋面的南坡上，集热器作为屋面覆层与屋顶和谐的整合形成雕塑版的屋顶。在这个整合设计中，2块31.5m²的集热器的色彩与屋面的深灰色非常相近融合在一起，新加屋面的倾角为太阳能的集热提供了更好的角度。

挪威Oslo市的Bellona办公楼（见图7），南立面的每层墙体产生倾斜，形成波浪状，使墙面分为形成外倾面和内倾面，240块集热器被安装外倾面上，非常利于集热器的安装与采集热量。且这种倾斜模式，为下层空间提供了良好的遮阳性能。与整体造型发生的变化相比，在住宅、办公等常规建筑中，通过局部屋面或墙体的倾斜或波折来安装集热器，是种既方便设置集热器，又利于建筑遮阳构件的布局安排，能减少附加构件使用的设计策略。

奥地利ENW楼（见图8）包括40m²到90m²不等的61套住宅，1500m²的办公区和一个自助餐厅。太阳能是热水与采暖组合系统，提供14%总需求的热量。240m²的集热器被整合于屋顶的雨篷上，为建筑这栋非营利建筑提供能量的同時，为项层住户提供遮阳挡雨功能。

丹麦南部Toftlund的Bmndtland展览会议中心（见图9）运用了大规模的PV光电板阵列，这些半透明的光电板与中庭屋顶玻璃相结合，既作为发电元件，又可起到遮阳构件的作用，避免曝晒引起的过热。阳光穿过光电板在室内造成了有趣的光影效果，随着季节、天气以及每天時刻的不同而瞬息万变，使普通的中庭空间平添了无限生机。

丹麦哥本哈根Kollektivhuset残疾人公寓（见图10），在2002年的改造设计中，扩大并加封了玻璃阳台。阳台空间对室内形成气候缓冲区，并起到遮阳作用。玻璃立面由三层构成，外面一层为挡雨与降噪的玻璃面板，中间于栏杆位置整台设计了光电板系统，同時在室内的窗户位置附加了一层可以移动的平板玻璃。用户可以根据需求推拉或者关闭平板玻璃，排除或者利用光电板背面产生的热量。

以上这些实例的应用，展示出技术的运用可以促进或者改变建筑原本的形态，而并非单纯附加的构件。太阳能应用构件与遮阳构件的结合，是主动技术与被动技术的结合，既能利用太阳辐射热产生所需的能量，也能减少室内不需要的太阳辐射产生的不利影响。在建筑方案设计中，综合考虑室内热环境的需求，结合地域气候特色，对建筑形态或空间进行合理设计，有利于促进优质建筑的产生。

4 结语

将遮阳与太阳能应用相结合，既遮挡不需要的部分太阳辐射、降低建筑能耗，又可利用被遮挡的阳光，同時降低投资成本，具有广阔的发展前景。相对于普通的外遮阳装置，既节能环保，又节约了建筑的初投资。太阳能应用与遮阳的结合，既能满足建筑遮阳的需求，又是太阳能与建筑设计一体化的合理形式，一体化设计使太阳能应用、遮阳等节能技术措施与建筑整体结合良好，营造出独特的建筑特点与美感，成为技术与艺术的融合。

建筑太阳能一体化设计 篇7

翔宇经典项目以建设绿色生态宜居高端住宅工程为目标, 结合项目建设造价成本实际情况, 在设计中积极采用新技术、新工艺、新材料和新设备, 推广使用生态环保节能技术和设备, 本着舒适健康和环保节能的要求, 把该小区建设成绿色生态、健康和谐的精品居住工程的典范项目。

该项目总建筑面积14.08万m2;总容积率1.6, 其中地上容积率1.25, 地下容积率0.35;建筑密度22%;绿地率36.62%;停车位1.0个/户。

该地区拥有丰富的太阳能资源, 环境气象数据见表1。

地名:滕州市, 纬度:34°50'~35°17'N, 经度:116°48'~117°23'E, 海拔:33.5 m~596.6 m

由表1气象数据分析显示, 滕州市的全年平均全天总日照量3.9 k Wh/ (m2·d) , 平均每天日照时间达7.3 h, 日照资源丰富, 在建筑中利用太阳能潜力很大。

该小区在照明、采暖、热水供应等方面充分应用生态技术, 使新能源的建筑利用率达40%以上, 外围护结构的保温水平超过国家65%的节能标准, 其中太阳能采暖保证率达到30%以上, 光伏照明发电总容量达到60 000峰瓦, 各项生态技术均与建筑实现完美的结合。太阳能新风系统效率达到60%以上, 太阳能热水系统效率达到50%以上, 太阳能辅助的地源热泵系统COP达到4以上。

2 太阳能热水技术的利用

翔宇经典项目为了使太阳能热水器与建筑达到完美结合, 实现太阳能热水器与建筑一体化, 在方案设计初期就根据每栋单体建筑的特点和外在形象, 把太阳能系统的集热器、热水箱、管道、构配件等作为建筑设计的一部分, 统一规划和设计, 使之与整体建筑形成一个有机结合, 与建筑融为一体, 使太阳能热水器的环保节能、生态无碳的先进设计理念得以充分发挥, 也克服了传统太阳能在建筑中的无序放置, 消除了单户安装分体式太阳能热水器的安全隐患。通过一体化设计, 太阳能装置在建筑中排布更加科学、规范, 从而达到了绿色生态的可再生新能源与人居环境的完美结合。

2.1 多层住宅太阳能热水系统的设计方案

翔宇经典多层住宅项目单体建筑层高均为6层, 每个单元12户, 有足够的屋顶面积放置太阳能热水器, 因而太阳能热水系统的设计中采用每户一个独立的太阳能热水器装置的单独热水供应系统方案, 将整体式太阳能热水器布置在屋顶, 管道布置在墙体内部, 最大限度减少太阳能设备对建筑形象的影响。

为解决整体式太阳能热水器与整体建筑立面造型和建筑屋面不发生形象冲突, 使其与建筑融为一体, 在建筑设计中采取了以下设计手法:

1) 双排布置太阳能集热装置方案。

每个单元的双坡屋面在屋顶部位削平一段, 变成局部平屋面, 在平屋面部位根据日照间距要求, 双排布置各户的太阳能整体式热水器。为解决屋顶的缺口问题, 利用构架进行补齐, 从外形上看, 仍然是完整的双坡屋面。这样的设计人在地面上是看不到屋顶的太阳能热水器的, 既隐藏了太阳能热水器, 又丝毫不影响建筑的整体立面效果, 同时使得屋面更富有变化, 丰富了建筑造型, 完全摆脱了传统住宅建筑安置太阳能热水器带来的无序、杂乱感, 让整个小区更加生动而富有现代气息。双排布置太阳能集热装置方案见图1, 图2。

放置太阳能集热管和水箱的平屋面可以根据集热器的数量多少、放置的角度结合坡屋顶的高度和平面形式灵活布置, 设计手法多样。

在设计方案中, 由于考虑坡屋面的完整性, 在造型上使用了构架, 这势必会对太阳能集热器造成一定的遮挡, 导致太阳能集热器的热效率出现一定程度的降低。但是考虑建筑的立面效果等综合因素, 牺牲少量的太阳热辐射, 优化太阳能热水器与建筑的一体化设计, 是完全值得, 也是可行的设计方案。

2) 单排布置太阳能集热装置方案。

在双排布置太阳能集热装置的基础上, 适当进行调整, 在南向坡屋面上设计一个平台空间, 用来单排布置每户的太阳能集热设备。由于设计太阳能热水器放置平台所形成的屋面缺口, 用构架沿着屋面坡度补齐。单排布置太阳能设计见图3, 图4。平台空间的大小同双排布置方案一样, 也可以根据工程的具体情况进行灵活设计。

3) 利用屋顶露台布置太阳能集热装置方案。

第三套方案即在坡屋面的顶部做成屋顶露台, 露台实行东西贯穿, 然后把整体式太阳能集热器统一布置在上面, 此种布置形式可以达到整个建筑立面整齐协调的效果, 见图5, 图6。

4) 集中供热分户计量的太阳能综合系统集热布置方案。

在多层住宅中还可以采用集中供热分户计量, 在屋顶集中布置分体式太阳能集热器的综合系统供应生活热水。

在这个设计方案中, 需要将集热器顺坡安装在住宅屋面的南向坡上, 远看像是屋面上开设的天窗, 丝毫不影响建筑的立面效果, 反而还让建筑增加几分活力;储热水箱和大部分的管线集中布置在阁楼层中, 有效降低了储存和输送过程中的热量损失, 也隐藏了该部分设备对建筑立面效果的影响, 见图7, 图8。

2.2 小高层住宅太阳能热水系统的设计方案

本项目的小高层住宅采用一梯两户的单元组合方式, 每栋均为11层, 每一个单元22户。在太阳能热水供应系统设计中采用两种热水供应方式。一种是每户一个独立的太阳能热水器, 即单独系统的分体式太阳能热水器供热, 在南向阳台或阳台板部位布置太阳能集热器的供热水方式。第二种是采用集中供热分户计量的综合热水供应系统, 在屋顶部位集中布置分体式太阳能集热器和集热水箱的热水供应方式。

1) 在南向阳台一侧横向布置太阳能集热管。

在两户相邻的阳台一侧采用长度1 000 mm~1 200 mm的太阳能集热管横向排列, 通高布置。根据建筑立面表现效果, 其比例可以适当调整。在阳台没有太阳能集热管的部分, 阳台栏杆处理成近似太阳能集热管的元素, 使其立面效果和谐统一。太阳能热水蓄水箱搁置在阳台内的太阳能集热管背面, 这种设计手段的优点一是从外立面看不到水箱, 二是可以使太阳能集热装置与水箱的距离最短, 缩短管道长度, 减少热量损失。其阳台效果见图9, 平面布置见图10。

但是该设计方案存在两个缺点:

一是为了照顾建筑立面效果, 太阳能集热器垂直通高布置, 造成了在一定时间内存在采光死角, 不能充分发挥出集热器的效能;

二是由于集热器通高布置造成放置在阳台上的蓄水箱低于太阳能集热器, 需要采用强制式水循环的运行方式, 增加了每户的建筑造价。

2) 在南向阳台中间横向布置太阳能集热管。

这是另一种太阳能热水器与建筑的结合形式, 做法是将太阳能集热器横向布置在南向阳台的中间位置, 集热管长约1 400 mm~1 800 mm, 可根据建筑立面效果进行调整。太阳能蓄水箱吊装在阳台内的墙壁上。与前一个方案相比, 该方案由于集热管的位置比较低, 蓄水箱的底部位置比集热管高500 mm左右, 由于存在一定的水压差, 这种设计方案可使用自然水循环的运行模式, 节约了工程投资, 降低了建筑工程造价, 见图11~图13。

3) 采用集中供热分户计量的太阳能综合系统设计方案。

以每个单元为一个基本供热单位, 在平屋顶上集中布置太阳能集热构件, 蓄热水箱可以放置在顶层屋面上, 也可以放置在顶层的设备层中, 热水实行分户计量供应, 按使用量分户计费, 如图14所示。

4) 太阳能—建筑一体化优化设计方案。

由于翔宇经典项目以多层和小高层住宅为主, 屋顶面积相对充足, 综合考虑造价等诸多因素, 最终选择在屋顶设计中采用平坡结合的方式, 将太阳能热水器有组织的排列在屋顶平屋面部分或退台部分, 最大限度的减少了对屋面造型的影响。在构造措施上, 为太阳能热水系统预留了固定件、管道井和相关配电。整个工程太阳能热水供水面积达26万m2, 以较低的成本较好的实现了太阳能装置与建筑的一体化。

3 结语

太阳能热水系统与建筑的结合, 要满足4个方面的要求:

1) 在外观上无论是立面还是屋顶, 要合理摆放太阳能集热器, 使其与建筑整体效果协调统一;

2) 在结构上要保证建筑和太阳能集热器的安全性, 解决好安装问题, 使建筑的安全性和防水性不受其影响;

3) 在管道布置上要尽可能减少因管道造成的热量损失, 合理布置冷热水管道, 设计中预留管道口;

4) 在系统运行上要稳定、可靠, 易于安装和便于检修, 只有满足以上要求才能做到同步设计, 同步施工, 同步投入使用。

我国地域辽阔, 2/3的国土面积上年平均日照时间在2 000 h以上, 太阳能资源丰富, 尤其在住宅建筑中应充分利用这一绿色能源, 并做到建筑与太阳能系统的完美结合。

参考文献

[1]徐浩, 和茜, 隋芊蕙.低能耗技术在山东绿色居住建筑中的应用[J].门窗, 2010 (11) :21-22.

[2]徐浩, 闫增峰, 隋芊蕙.低能耗教授花园综合节能技术[J].低温建筑技术, 2011 (4) :96-98.

建筑太阳能一体化设计 篇8

本文以对中原油田经济适用房为例进行调查,中原油田拥有8万多人口,住宅总建筑面积约120万m2。但节能建筑只占3%左右,也就是说97%属于高耗能建筑,说明建筑节能工作还未全面起步。在原有住宅设计中,未将太阳能热水器与建筑设计融为一体,油田使用太阳能热水器的住户也主要为个人安装。随着使用太阳能热水器使用比重的加大,城市住宅建筑日益高度化,传统太阳能热水器将面对安装空间不够这一严峻现实。另一方面,人们对城市景观日益看重,希望太阳能热水器既能提供生活热水,同时又不影响城市景观。我们对新旧住宅太阳能热水器使用现状进行了详细的调查,进行分类总结(见表1)。

从表中可以看出,设计考虑不完善是影响太阳能热水器一体化住宅外观设计的主要原因。

2 一体化设计的方法与对策

为解决太阳能热水器与居住建筑一体化的问题,应当充分考虑到其居住建筑的特点。首先,无论是高层住宅还是多层住宅,都是由套型组成,没有大空间,平、立面结构和造型一般比较规整;其次,房间的功能性限制大,非常强调自然采光和自然通风;第三,住宅受造价限制较大,外墙应当尽量平直。由于住宅的这些特点,在造型处理上可以有大的体量变化,但一般很难打破层、套等单元性因素的限制。实际中常常利用相同元素的重复、增减来达到艺术效果。从这一点来看,住宅的造型设计较之公共建筑更有难度。但从另一角度来看,住宅内部严谨的结构性和功能的主导地位非常符合技术美学所强调的逻辑性及目的性。太阳能热水器一体化的设计在住宅中表现技术美学是可行的。

2.1 根据建筑分类考虑

2.1.1 高层住宅

高层住宅本身就标志着现代科学技术在建筑工程领域的成就,太阳能热水器一体化的设计可与之相辅相成。由于管线和住户密度的原因,高层建筑中的太阳能集热器常常安装在墙面和阳台,顶部的集热器只能为上部几层提供热水。所以重点在竖向上考虑集热器与建筑的协调。

(1)可以利用较大面积的集热器加强垂直构思。高层住宅其体形特征多为高耸挺拔。进一步加强垂直构思,可以使其更富于现代风格。集热器可以集中连续布置,也可以与窗或阳台的凹凸处理结合形成竖向的划分,使整个建筑在垂直方向上形成强烈的韵律感。太阳能热水器的水箱应当尽量放置于室内,以免破坏立面整体效果,常常选用强制循环式或直流式集热器,并采用顶水式的管路。

(2)集热器的利用还可以体现在住宅部件和材料的处理上。可以在顶部或外凹部拉梁采用特有的体形或符号来加强标志性,以避免单调的感觉。太阳能集热器由于采用了吸收性涂层而具备特殊的色泽和质感,其表面非常光亮,如果将其与高层顶部的电梯间或水箱间结合,既可以起到装饰的作用,也能为上部几层的住户提供生活热水。在一些住宅中,常采用大面积的玻璃窗,利用出挑的集热板可以充当遮阳体。由它形成的阴影增加了造型的虚实对比和空间的层次。

2.1.2 多层住宅

多层住宅太阳能热水器一体化设计首先可以从形式和体量出发,由于集热器需要南向的坡屋面或墙作为安装的依托,争取尽量多的实体面积和可利用空间就成为一体化住宅形体设计的指导思想。通常可以使用退阶和半接地式的设计。通过立体构成的切割手法,使整个体量的横断面类似于台阶或三角形。

一体化设计还可以借助局部的构件来表达技术特征和现代风格,因为受功能的影响,多层住宅体型的变化常会受到局限,此时局部的处理和构件的形式将起到重要的作用。

2.2 根据安装部位考虑

一体化设计的美学原则和手法以及构造方案与系统选择,是建筑师对太阳能热水系统所做的二次产品设计和加工,是实现“一体化”的关键步骤。内容包括安装部位选择和构造方案设计,既要考虑到保证太阳能热水器的工作效率,又要与住宅的结构、使用功能以及美观相协调。为了保证足够的日照时数,集热器可能的安装位置包括屋顶和南向的外墙和阳台。下面就不同的安装部位进行分别分析:

2.2.1 屋顶部位

当太阳能热水器安装在屋顶时,由于其位置较高,可以形成自然压头,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。但住宅屋顶形式有平屋顶和坡屋顶之分,所以需要重点解决太阳能设备与不同屋顶形式的有机结合和连接。

(1)平屋顶的安装。

在平屋顶安装时,要注意集热器的平面安装位置。应当尽量减少水平管路的长度,将集热器置于卫生间的上方。优点是此处的楼板为现浇混凝土结构,有利于设置管路和固定支架。

如果用户选择循环式热水器,则集热装置必须按一定角度倾斜安装,集热器须外加支架与屋面结构相连接。支架的冷轧钢板的厚度不应当小于2mm,不锈钢板的厚度不应小于1.5mm。屋面构造上可以在柔性防水上另加40mm厚混凝土刚性防水层,预埋铁件与支架焊接或螺栓连接。

如果用户选用了直流式热水器,则集热器可以直接水平安装在屋顶上方,减小风荷载,增加系统的安全性。而且,由于集热管和反射板的遮挡,使屋面的隔热作用有所加强,从而降低住宅顶层夏季室内温度,也使构造连接的热桥效应减至最小。调试时,安装人员根据当地的位置和自然地理情况旋转集热管,将吸热体的角度调整为最佳,就可以达到比较好的集热效率。

(2)坡屋顶的安装。

一般循环式太阳能集热器均需要一定的倾角,利用坡屋顶的结构坡度是很自然的。由于坡屋顶楼面下一般有吊顶空间,可以容纳横向管路,所以集热器的平面位置可以比较灵活。

在设计中,最好选择集热器与储水箱分离的热水系统,将储水箱置于吊顶内,可以减少屋面的荷载。在采用自然循环时,要求集热器不高于水箱水位;而采用强制循环则没有这种限制。

另一方面,可采用近期出现的质量分布比较均匀的水箱——集热器新型一体化太阳能热水器。屋脊式太阳能热水器克服了单管上下水、不能24小时随时用热水及操作繁琐的缺点,上水无需任何操作,通常天气热水随开随用,结构独特,适合于人字形屋顶,重心低,安装极其方便、稳固。坡屋顶横管式太阳能热水器最适合坡屋顶平房或楼房,水箱外形像“饼干”一样平贴于斜屋面,克服了各种太阳能热水器重心高、在坡屋顶上安装困难等缺点,安全可靠,外形平整,成片安装整齐美观(见图1)。其共同的特点是水箱与集热器结合在一起,降低了管路的造价。

2.2.2 墙面与阳台

在墙面或阳台安装太阳能热水器,可以减小管路的长度。对于高层住宅是其他安装方式不能替代的。而且其位置往往处于立面的视觉焦点(见图二),可以成为立面构成的重要因素,这也更加符合一体化设计的思想。由于与用水端没有足够的高差,所以在墙面或阳台安装的系统必须采用顶水式管路。而且同坡屋顶一样,应尽量选择集热器与储水箱分离的系统,可以减小坠落伤人的概率。

3 太阳能热水器与建筑一体化的前景

随着行业的发展,技术的进步和人民生活水平的提高,建筑能耗也随之的提高,日益成为能源供给的沉重负担,燃烧矿物燃料所排放的烟尘等颗粒以及二氧化硫和氮氧化合物都会危害人体健康,是产生许多疾病的根源,还会造成环境污染;太阳能与建筑结合能替代常规能源,降低建筑的化石燃料的耗能,提高太阳能综合利用率,减少二氧化碳的排放量、降低温室效应;且太阳能热水器的性能已经可以满足用户全天候24小时随心所欲的使用要求,太阳能热水器与建筑通过屋面隐藏型、墙面阳台型的结合的方式,既可以产生热能或电能,又可以当作防水和绝热材料,还可以作表面装饰材料使用。从设计、建设开始就像对火、电那样,把太阳能(光热、光电)与房屋融为一体,这样既可以增添居住建筑的功能,也可以满足住户的实际需求,自然会提高居住建筑的档次。所以,把太阳能与居住建筑巧妙地结合起来,既起到装点效果,又节能环保,更好的创造了低能耗高舒适性的健康居住环境,为实现我国可持续发展战略具有重大意义。

参考文献

[1]作者佚名.太阳能与建筑一体化现状[J].中国绿色能源资讯网, 2008,(1).

建筑太阳能一体化设计 篇9

随着能源危机和环境污染的不断深化,越来越多的行业和国家加快了节能和环保的步伐。太阳能建筑一体化就是实现降低能耗的重要途径。同时,在太阳能建筑一体化的进程中,欧、美等国家迅速的走在了世界的前列。从德国要实现的20%可再生能源比重到美国的多处成功的太阳能建筑一体化案例,使我们认识到越来越多的技术需要我们去学习和实践。太阳能建筑一体化技术为提高和加快我国的节能建筑步伐具有重要的作用和意义。

1 Heliotrop太阳能住宅

Heliotrop住宅是由建筑师Holf Disch设计建造的居住、办公建筑,该建筑位于德国弗赖堡镇。如同这个世界第一的弗赖堡“太阳能镇”一样,该建筑也以其开创性的太阳能跟踪系统而著称于世。Heliotrop是一座4层的圆柱形建筑,如图1所示。建筑底层为车库和储藏室,以上3层为卧室、起居室和建筑师的办公室。这个建筑最大的特点就是能够跟随着太阳不断转动,以最大限度的“捕获”阳光。建筑的转动轴位于圆柱形的轴心。这个长约14 m的圆柱形轴心内布置了为建筑提供转动力的轴承,管线和楼梯间。

该建筑的节能效果可以从以下数据显示:1)无论外界环境温度是50 ℃还是-20 ℃,该建筑内部温度都能够在没有采暖、空调的情况下,常年保持在15 ℃～25 ℃之间。2)建筑的年耗电量为460度。而该建筑向城镇电网输送的电量为4 000度。3)该建筑的太阳能发电量可以达到两倍于同类不可转动建筑。而提供该建筑转动的能量只相当于太阳能发电量的1%。

建筑师通过主动式与被动式相结合的方法,实现了太阳能的高效利用。首先,建筑师将卧室、起居室布置在了南向,并采用了巨大的隔热窗,以获取更好的光线和热量。而在建筑的北向则设计了厨房和仓储空间。该区域尽量的开小窗和少开窗,以减少能量的损失。而在房间内部设计了高效的通风系统,一方面方便外界新鲜空气进入室内,另一方面有利于整个建筑内部的热量平衡。其次,在此被动式基础之上,建筑师充分利用了主动式太阳能利用方法。在建筑屋顶上安装了光电转化装置,为整个建筑提供照明,如图2所示。在建筑的外墙栏杆处,设计了太阳能集热管,并在建筑的楼地板安装了铜管,将热量导入室内,如图3所示,该设施为建筑提供采暖和热水。最重要的是,该建筑能够以3 cm/min的速度转动,以跟踪太阳光,从而获得最多的太阳能。

2 太阳能建筑一体化概念

从Heliotrop住宅,我们可以看到真正的太阳能建筑一体化设计。即太阳能建筑一体化是通过建筑设计、建筑设计与太阳能转换设备的充分结合,最大限度的达到利用太阳能,实现光热,光电的转化。一方面,通过建筑设计就能够实现部分太阳能的利用;另一方面,太阳能设备的设计与建筑相结合,成为建筑构件的一个部分。并且能够通过该太阳能系统为建筑提供主要的能源来源。相对于建筑热水,建筑采光和采暖时能量来源更为重要。而通过太阳能建筑一体化的设计,解决建筑能耗的绝大部分。

3 太阳能利用的有效途径

从物质转化的角度讲,太阳能的有效利用可以大致分为光电转换、光热转换。那么,在建筑中利用太阳能实现光电转换,主要可以通过在建筑屋顶设计太阳能光电转换装置为建筑供电,如图4所示。随着科技的不断向前发展,屋顶的光电系统已经能够代替原有的建筑屋顶,成为集光电转化器和建筑围护结构于一体的建筑构件。也可以利用建筑南向侧墙和侧窗设置光电转换装置为建筑供电。利用太阳能实现光热转换,主要是为建筑内部提供采暖、空调和生活热水。而该转换系统的输入端,最好是设在建筑的南向屋顶,朝向太阳光的方向。传统思维告诉我们,建筑的侧墙上并不是一个好的选择。但是,在Heliotrop住宅中,用事实告诉我们在建筑的侧墙上仍然可以有效的使用太阳能集热装置。该原理如同用低温热水供地板采暖和用高温热水供普通的暖气片采暖可以取得同样的效果一样。虽然,位于建筑侧墙的太阳能集热管的集热量不足、被加温的热水温度不高,但是却可以通过满布于屋内顶棚、地面或侧墙的热水管道来加热整个室内,以达到良好的热舒适性。

在我国,居住建筑的类型不但有单层和多层的,同时,还有大量的中高层和高层的居住建筑。目前,单层和多层的居住建筑中大量使用了太阳能集热器提供生活热水。而在城市中大面积的中高层和高层建筑,则仅能够为接近顶层的住户安装太阳能热水器。太阳能供热水的能力微乎其微,而利用太阳能供热、采暖更是几乎没有。所以,针对我国居住建筑的现状,结合Heliotrop住宅的技术方法,也许能够在我国中高层,高层居住建筑中南向阳台或窗槛墙上安装管状太阳能集热器。通过加热低温热水为建筑采暖期供热,而将建筑屋顶让给太阳能光电转换装置,为整个建筑提供电能。

4 配合太阳能利用的建筑设计方法

通过建筑设计实现对太阳能的利用,就是太阳能利用的被动式做法。该做法中包括两个非常有效的太阳能利用途径:

1)日光间;2)特朗伯墙——蓄热墙。这两种方法可以独立或相互配合着使用。其中,日光间能够解决建筑空间得热问题,如图5所示,而特朗伯墙则能够延缓室内温度的升高或降低。

在我国住宅的设计中,应当充分利用以上两个做法。如在南向起居厅前设计阳台,形成日光间。在冬季,为建筑内部输送大量的热,以减少采暖能耗。而在夏季,则可以通过日光间的通风和简单的遮阳,起到为起居厅降温和遮阳的作用,有效的减少夏季南向起居厅温度过高、空调能耗过多的状况;将起居厅与阳台之间的部分墙体及起居室内的墙体设计为混凝土蓄热墙则能够有效的降低室内的温度波动。在白天,太阳首先将墙体加热,从而降低了对室内空气的加热,降低了室内的温度。在夜间,室内外温度下降,墙体内部热量散出,使室内温度缓慢下降。蓄热墙蓄冷的能力也是一样的,有效的蓄热墙设计能够将温度延缓3 h以上。

5 结语

太阳能建筑一体化设计不单单是太阳能技术人员的责任,同时也是建筑师的责任。只有两者有效结合,才能够减少前期的能耗投入,同时又最大限度的利用太阳能资源,减少不可再生能源的消耗;也只有将有效的太阳能设备与建筑设计相结合,才能够真正的实现低能耗建筑和低碳生活。

参考文献

[1][英]Terry Galloway.太阳房——太阳能建筑设计手册[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]艾尔温德.克里尚,西莫斯.扬纳斯.建筑设计节能手册——气候与建筑[M].北京:建筑工业出版社,2007.

[3]http://en.wikipedia.org/wiki/Heliotrop_Rotating_House.

[4]http://www.been-seen.com/index.php/articles/art-and-design/heliotrope.

建筑太阳能一体化设计 篇10

随着我国经济社会发展,山西农村住宅建筑环境质量不断提高,对能源的需求不断加大,但所产生的污染也日益严重,发展绿色洁净能源已成为必由之路。山西农村有丰富的太阳能资源,但仅将太阳能设备安装在建筑上,实践证明又存在诸多问题,只有在整个建筑设计过程中充分利用自然条件,因地制宜,优先应用被动太阳能技术,优化选择主动式太阳能技术,超技术优化整合。将太阳能利用结合在建筑创意设计中,实施太阳能与山西农村住宅建筑一体化的初步设计。

2 设计的准备阶段

调研分析山西农村的自然条件、人文环境和建筑技术因素。

2.1 自然条件

山西位于黄河中游东岸,华北平原西部的黄土高原上。南北长约680km,东西宽约380km。山西的西北部是严寒地区,其余大部分地区为寒冷地区。全年日照约3000h,从南往北日照依次增加,是太阳能资源较丰富的地区之一。山西的北部以大同为代表,山西的南部以运城为代表。山西的地理纬度从北往南在40°~35°之间。在以北的大同地区和以南的运城地区,冬至日太阳的高度角在26°30’~31°34’之间。中部太原介于大同和运城之间地理纬度约38°,冬至日太阳的高度角为28°43’。

依据山西不同位置的地理纬度,确定当地日出和日落时太阳日照区域和日照时间,即夏至时日出日落的太阳方位角和时角以及冬至时日出日落的太阳方位角和时角,见表1。

山西南向垂直面太阳辐射照度I,北部最大有150W/m2,依次往山西南部逐渐减小到70W/m2,南向辐射温差比ITR北中部为6~5W/(m2·K),南中部逐渐缓慢减小为5~4W/(m2·K)。整个山西的太阳能资源都在被动式太阳能采暖气候分区的适宜气候C区(被动式太阳能建筑技术规范),都适合应用太阳能热水系统。

山西的风向依地域不同差异较大,北部大同地区冬季的主导风向是北风和北西北风,频率又高,是运城的2倍,并且风速达3.0m/s;夏季主导风向是北风。南部运城地区冬季的主导风向是东北风以及东南风,风速达3.3m/s,夏季主导风向是东南风。中部太原冬季的主导风向是北西北风,风速为2.4m/s,夏季主导风向还是北西北风。

2.2 人文环境和建筑技术因素

山西农村现在每户的宅基地面积基本在200m2左右,以前的宅基地面积都在300m2左右。传统院落布局,方正严谨开阔,主次分明。住宅以坡屋顶为主,采用墙体承重的砖混结构,围护材料以砖为主,外墙以37墙为主,内墙为24墙。外饰面多数为清水砖墙,内墙普通抹灰,没有采取节能构造措施。部分生活用热水和全部冬季采暖依靠燃煤解决。

太阳能热水应用在山西有一定普及率,是住宅建成后安装热水器。光伏发电起步较晚,2012年上半年,山西太阳能光伏发电实现了零的突破,达到装机1.5×104k W。山西农村住宅的屋顶上没有遮挡,冬至日全天日照3h以上,见表1,具备光伏发电的前提条件见《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》,将太阳能光伏发电新技术应用于农村住宅亟待推广。

3 建筑初步设计阶段

3.1 优化太阳能资源应用方式

山西农村住宅应结合自身的地域、地形、地貌、太阳能条件、自然风向等特点,满足使用需求,体现山西农村特色,优先选用被动太阳能技术的冬季采暖,解决山西农村的主要能耗和最大的冬季燃煤污染,在节能的基础上再低碳。在众多的主动式太阳能技术中优化选择太阳能热水,部分应用太阳能独立光伏系统发电新技术。

被动太阳能技术在山西农村住宅中首选直接收益窗。使用功能方面,寒冷的冬季白天升温快,构造技术方面简单,不用增设特殊的装置,经济方面投资小,适合山西农村现实,美观方面对建筑外形没有特殊要求,主题思想自由体现。但应对冬季采光集热口的热损失要加强保温措施,白天采用双层玻璃保温,夜间采用保温窗帘和窗板。应对夏季的室内过热,可结合当地的太阳高度角采用恰当挑檐,长度和角度既不影响冬季集热又能实现夏季遮阳,结合自然通风,创造舒适的室内热环境。

被动太阳能技术应用在山西农村住宅中,部分地区可选择集热蓄热墙。使用功能方面,室内的热环境稳定性好。构造技术方面较复杂,需要设置集热、存储和分配装置。经济方面,造价比传统建筑有所提高。美观方面对建筑有一定的制约。但应对夏季的室内过热,在采用遮阳的同时,集热墙面可开启换气口降温。

应用主动式太阳能热水和太阳能独立光伏系统发电,提高农村住宅环境质量有两种方式。一是将集热器和太阳能接受装置设置在住宅屋顶,不影响住宅日照,可作为建筑设备与住宅方案同时考虑,在技术设计阶段协调配合,初步实现太阳能与建筑一体化。二是将集热材料和太阳能电池材料与住宅屋顶构造层次的材料模块化集成预制构件,形成功能性建筑构件,设置在住宅屋顶的最上层,从根本上实现太阳能与建筑一体化。实现太阳能集热发电技术同时改进屋顶的维护性能。

3.2 朝向、造型和窗墙面积比

太阳能与山西农村住宅建筑一体化的初步设计应首先选择朝向范围,为太阳能利用创造有利条件。其次在造型上降低建筑本身的热损耗,为后期的主动式太阳能技术打好基础。再次是窗墙面积比合理,提供室内的光环境,建筑本身节能又实现太阳能技术的合理应用。

3.2.1 朝向选择

首先根据地理纬度、风向确定每户住宅朝向范围,再结合地形、地貌、周边环境、道路以及建筑群的布置等确定朝向。

为实现农村住宅内部的热舒适稳定性,有利于冬季被动太阳能的采暖效果,解决山西农村寒冷地区的冬季防寒保温,还应避过自然通风对冬季室内热损耗,又应利用自然通风避免夏季的室内过热。在充分利用冬季太阳热能的条件下,结合自然通风,共同确定建筑朝向范围。从表1可看到,北部大同到南部运城,冬至日最短日照范围约在南偏东和南偏西30°内,在山西的范围内地域不同,朝向变化不大。主要的影响在多变的风向。山西北部大同地区,农村住宅的朝向可选南向至南偏西30°,既避免冬季北风和北西北风,同时又可满足冬季最短日照的全部时间段,同时有利于室内的热稳定。山西南部运城地区,农村住宅建筑的朝向可选南向至南偏东30°,既避免一半冬季的东北风,同时又可满足冬季最短日照的全部时间段,有利于夏季的东南风通风降温,又避开下午的高温时段。从表1中看到,在冬至最短的日照时间是山西北部,也有9h多,远超过4h,在中午12时的前后的4h里可接受太阳辐射照度的90%,朝向偏东、偏西30°,全年太阳能光照辐射热量只减少了5%。在山西的自然条件下,住宅朝向能满足太阳能技术的要求。

3.2.2 造型选择

根据山西农村目前的具体情况,每户200m2的宅基地面积,在满足使用功能的条件下,保持山西传统院落布局的基础上,结合山西新农村特点,因地制宜,节能环保,保持良好的生态环境,突出地方特色,确定住宅建筑造型。住宅主体造型在满足主题风格美观的条件下,要规整、简洁,尽量减少凸凹变化,确保在早上9时到下午15时,整个建筑不被遮挡,没有阴影,太阳能利用不受限制。住宅主体层高可选择2.8~3.0m,层数2层或加阁楼,最多3层,为低层建筑。栋长和栋深应接近,尽可能地减小住宅的体形系数,满足严寒和寒冷地区居住建筑节能标准(JGJ26—2010)的要求,不大于0.5和0.52。在同样的空间容积时,围护结构面积最小,冬季热损耗最小。住宅屋顶在满足排水要求的条件下,结合太阳能利用最大效能,当地纬度±10°(GB/T50364—2010、JGJ203—2010),山西即40°~35°(±10°),确定住宅的屋顶坡度。

3.2.3 窗墙面积比

住宅的窗墙面积比应满足最少3方面的要求。第一,采光是住宅使用的必备前提,住宅为满足使用功能,应具备一定的光环境,自然采光必须有相应的采光窗,窗口的面积应使使用空间的窗地面积比不低于1/7,采光系数不低于1%,在满足自然采光强度的前提下,结合使用空间进深,窗过梁考虑住宅经济与砖混结构的圈梁合二为一,以及建筑立面美观达到进深方向采光的均匀性,满足住宅设计规范(GB 50096—2011)的采光设计要求。第二,节能是住宅使用过程中降低能耗的的重要方面,应最大限度地维护室内的热舒适性。严寒和寒冷地区住宅的南向窗墙面积比最好小于0.45和0.50,北向为0.25和0.3,满足严寒和寒冷地区的建筑节能设计标准(JGJ 26—2010),使窗口的热损失减小。第三,太阳能集热采暖可提高住宅环境质量,采光窗是被动太阳能的直接收益窗,其余墙面为被动太阳能的集热蓄热墙。每户住宅的东西向不设窗,既利于冬季防风保温,又能两户组合共用山墙,连排布置,降低能耗,节约资源。

4 结语

作为可再生资源,太阳能利用前景广阔,太阳能与山西农村住宅建筑一体化的初步设计,可充分发挥山西丰富的太阳能资源,减少环境污染,推进生态文明建设,促进经济发展,改善住宅环境,提高山西人民的生活质量,为全面建成小康社会做出巨大贡献。

摘要：通过分析山西农村的自然条件、人文环境和建筑技术因素,优化太阳能资源应用方式,研究太阳能与山西农村住宅建筑一体化初步设计的建筑朝向、造型和窗墙面积比。利用太阳能可再生资源,减少环境污染,推进生态文明建设。

关键词：太阳能,建筑一体化,朝向,造型,窗墙面积比

参考文献

【1】栗德祥.低碳绿色建筑发展路径探索[R].济南:第14次全国建筑技术学科学术会议,2012.

【2】JGJ/T267—2012被动式太阳能建筑技术规范[S].

【3】王宏英.能源产业快速发展助推全省转型跨越[OL].黄河新闻,2012,http://www.sxgov.cn/shanxi/shanxi_content/2012-09/03/content_2208789.htm.

【4】JGJ203—2010民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范[S].

【5】GB50495—2009太阳能供热采暖工程技术规范[S].

【6】JGJ26—2010严寒和寒冷地区居住建筑节能标准[S].

住宅建筑与室内一体化设计初探 篇11

【摘 要】住宅建筑设计就是用一种外在的结构形式构筑一个空间，为室内的装潢设计提供一个空间载体，是住宅设计的前提。而住宅室内设计是建筑设计的扩展和延伸，其主要目的就是运用各种手段，如艺术手段，技术手段等，改善住宅室内的空间环境。本文通过对二者的分析，提出了住宅建筑与室内一体化的解决途径。

【关键词】住宅建筑；住宅室内设计；一体化

1.我国的住宅建筑与室内设计中存在的问题

当前我国的商品房室内设计有两种模式，一是开发商交付毛坯房，由业主自己或者是雇佣装修单位对室内进行装修和设计，而此种模式的缺陷就是室内设计师和建筑的设计师没有进行有效的沟通和交流。另一种就是开发商交付已经装修好的商品房，然后由开发商提供几种装修设计的商品房供业主挑选，其缺陷在于忽略了业主对住宅室内的个性化需求。

1.1建筑住宅设计、室内设计、毛坯房三者之间不协调

首先，由于开发商交付的毛坯房中一些门窗，水电设备的设计无法达到业主的要求，从而使业主对其进行重新的设计。其次，毛坯房的设计和装修的时间过长，对附近的居民干扰大。最后，由于对毛坯房进行再装修时会破坏原有的建筑建构，存在一定的安全隐患。

1.2室内设计的个性化与精装房房之间的矛盾

就精装房的设计方案上，开发商提供了几种不同类型以及不同价位的装修样式，主要有现代简约式、田园式、欧式、地中海式等，无法从根本上满足业主对室内设计的个性需求。就技术而言，精装房是建筑设计师与室内设计师相互沟通，相互合作共同设计的结果，摒弃了毛坯房装修的缺陷，同时也减少了以后室内设计的材料浪费和人力劳动。从艺术方面来看，如果确定了精装房的设计方案，装修师就能够很容易地进行装修。但是开发商只是从整体的市场需求出发，而没有充分考虑到室内的设计与整个建筑的相协调。与此同时，开发商的精装修房的设计风格相似，很难满足一些业主的个性化需求。

2.住宅建筑设计的概念与工作性质

“住宅设计属于应用工程学科，因而必须遵守国家颁布的有关技术规范和政策，如《住宅设计规范》、《城市居住区规划设计规范》、《建筑设计防火规范》、《高层民用建筑设计防火规范》等，还应包括节约用地、节约能源以及节约建筑材料等的相关技术规定和政策。”[1]

这些是制约住宅建筑设计与室内设计的共同点，同室内设计相比较，建筑设计也有其特点，它更加着重于对平面功能划分、交通流线处理、大体块比例推敲、立面细部设计等方面的表达，同时也要协调建筑内部与外部的关系。

住宅建筑设计主要经历建筑方案设计、建筑初步设计以及建筑施工图设计三个阶段，各个阶段的工作内容应包括以下内容：

3.住宅建筑设计与室内设计的协调统一

3.1室内的装修师应当参与住宅建筑的设计

对于开发商设计的精装房，要从每一个细节入手，实现住宅建筑设计与室内装修设计相一致。通常就是在对住宅建筑进行施工前就要对室内进行设计，与此同时在施工的过程中做到相互协调统一。也就是室内的装修设计师在住宅建筑设计的前期就应该参与进来。

然后在确定住宅建筑设计的方案后，由室内的装修师提供一写想法，然后同建筑设计师共同商量，确定建筑设计的空间以及室内的空间，然后根据室内空间进行合理的布局。虽然室内的装修设计无法避免地要受到住宅建筑的设计限制，但是建筑设计师和室内设计师可以根据已定方案进行一些补充、修改。

室内设计师参与到建筑设计的过程中，应当对建筑与室内设计的方案进行反复的商讨，统筹安排好设计中的因素。主要包括水、电、暖气、通风设备等各种设计要相互配合，避免一些因为人为设计的不协调所导致的经济损失和建筑隐患，从而实现建筑与室内设计的一体化。

3.2住宅建筑设计风格与室内设计的融洽

住宅建筑的设计与室内设计的融合主要包括心理融合、文化融合、视觉的延伸。这样就使得所设计出来的室内空间在内涵、风格、文化、视觉上更好地传达出一种精神，从而使整个住宅建筑达到内外统一。

3.2.1心理的融合

每一栋建筑物都有其外在的风格特征，而室内的装修设计工作就是要能够在室内空间的设计上体现出外在的风格，从而达到住宅建筑与室内的内外协调统一。因此，对于室内的设计应当着重考虑到所设计的空间效果能够在心理层面上做到对住宅建筑的拓展。而在室内设计的具体实践中，可以将那些对人们产生心理作用的元素，如有象征意义的符号、雕塑、图案等融入其中，对人们产生一种心理暗示，从而达到心理的融合。

3.2.2视觉的拓展

通常，人们对物体的体验和感受主要是通过视觉来感知事物的形状、颜色、大小等。而表现在建筑学上，就可以通过视觉感知元素对建筑内部的空间进行塑造，从而提升内部空间的美学价值。在具体的室内实践设计中，可以引用住宅建筑外形的设计元素，例如将住宅建筑外部的色彩、图案、材质、造型等间接或者是直接地使用到室内空间中，使室内设计从视觉效果上与住宅建筑外部的设计理念相配合。

3.2.3文化的统一

在住宅建筑设计的过程中，要考虑到一定的历史文化、社会文化、民族文化以及地域文化等因素，实现建筑与文化的统一。因为所有的建筑设计都不能离开一定的历史时期、风土人情、地理位置、社会制度而单独存在。住宅室内设计与建筑设计的协调统一，从外部到内部都体现着这一特定时期的文化内涵。从设计的角度上看，住宅建筑的外部形态和室内的空间结构共同承载的时代文化和地域文化精神是建筑设计和室内设计所一直追求的目标。在具体的实践中，可以根据住宅建筑的风格来确定室内设计的方向，比如可以利用不同的图案、色彩、符号等元素所代表不同的象征意义来渲染室内的地域文化以及地方特征。同时也可以采用先进的科学技术以及设备、材料、仪器等对室内的空间进行布局和完善，从而渲染出一种富有时代气息的氛围。

【参考文献】

[1]董娟，梁文.住宅室内设计与建筑设计的一体化[J].山西建筑，2010.

建筑太阳能一体化设计 篇12

这种高度分散的应用模式引发了最近几年传统太阳能热水设备在城市住宅应用中的诸多问题。具体表现在: (1) 不规范的自行安装模式使太阳能产品无法与建筑、环境相协调, 显得杂乱无章, 给城市的边际景观造成了视觉污染; (2) 由于国内标准不完善, 标准不一的太阳能产品破坏了建筑的结构与功能, 在建筑的防水、防雷、防风、承重等方面留下了安全隐患; (3) 屋顶采光面积有限而无法满足全部住户使用要求, 导致屋顶所有权存在争议, 后期物业管理、维护不方便; (4) 部分太阳能安装管道内大量存水、管线外露, 夜间散热大, 造成用水浪费, 产品不承压, 在高层建筑中与供水管网压力不匹配, 开放式储热水箱与非循环用水方式, 易造成水质不卫生等问题。这些都严重制约了太阳能利用的发展和建筑节能的进一步实施。

本文通过对广州市地方技术规范《民用建筑太阳能热水系统建筑一体化设计标准》编制的总结, 对太阳能热水系统建筑一体化设计的全过程进行一个简单的阐述和总结。

1 地域特色及背景

广州地处南亚热带, 太阳辐照量介于5400~6700 MJ/m2·a, 属于太阳能资源丰富区, 夏长冬暖、炎热潮湿, 台风及雷电雨水等自然性灾害较多, 采用太阳能热水系统的建筑应注重防水防潮防雷电、通风隔热、防风抗震。在太阳能热水系统设备的选择上, 应重点关注防锈、防风功能, 宜采用平板型集热器、U型管式真空管集热器和全玻璃真空管型集热器。

随着《广东省民用建筑节能条例》的实施, 广东省内具备太阳能光热条件的建筑, 都将强制要求安装太阳能光热设施, 未按照标准进行设计的, 不得通过施工图设计文件审查和竣工验收备案。《广州市民用建筑节能管理试行办法》第二十一条也提出:本市新建12层以下的居住建筑和实行集中供应热水的医院、学校、宾馆、游泳池、公共浴室等公共建筑应当优先采用太阳能热水系统与建筑一体化设计, 并按照相关规定和技术标准配置太阳能热水系统。

2 太阳能热水系统与建筑一体化的设计理念

2.1 规划设计

在规划设计阶段, 除了要考虑建筑功能、场地条件、周边环境等制约规划设计的因素外, 在确定建筑布局、朝向、间距、群体组合和空间环境时, 应结合建设场地的地理、气候、日照条件等因素, 最大限度地满足太阳能热水系统设计和安装的技术要求。设计安装太阳能热水系统的建筑单体或建筑群体, 主要朝向宜为朝南偏东15°至南偏西15°的范围内, 建筑体型及空间组合应与太阳能热水系统紧密结合, 为充分接收太阳辐射创造条件。在装置太阳能集热器的建筑物周围进行景观设施设计及环境绿化配置时, 应注意避免对投射到太阳能集热器上的阳光造成遮挡, 规划设计时应进行日照计算分析, 确保集热器在冬至日的日照时数不少于4h。

此外, 规划设计阶段应根据建筑类型、用水习惯、物业管理要求、辅助能源种类、系统技术经济性能及控制系统的简便可靠性等综合因素来选择适用的太阳能热水系统类型。按照集热与供热水的方式, 可分为三种系统进行规划设计。 (见表1) 。

2.2 建筑设计

建筑设计应结合建筑功能及其对热水供应方式的需求, 充分考虑太阳能热水系统的选型、组合方式、安装位置, 需将太阳能热水系统作为建筑的组成元素, 与建筑有机结合, 保持建筑统一和谐的外观, 并与周围环境相协调, 同时避免集热器部位受建筑自身及周围设施和绿化树木的遮挡, 对设置太阳能集热器的部位应采取安全防护措施, 避免因太阳能集热器损坏可能对人员造成的伤害。

应用太阳能热水系统的民用建筑设计应与太阳能热水系统设计同步进行, 建筑设计单位应完成以下工作: (1) 根据用户对热水系统的使用需求确定太阳能热水系统的选型和方式; (2) 确定太阳能集热器的安装位置, 协调太阳能集热器与建筑整体及周围环境的关系; (3) 确定集热器面积, 进行系统设计; (4) 明确太阳能集热器在建筑立面中的构图要求, 并在相应位置设置预埋件, 为太阳能集热器的锚固、安装提供安全牢靠的条件; (5) 确定贮水箱的位置, 满足贮水箱在其位置上的荷载要求及该位置相应的排水、防水要求; (6) 确定贮水箱与太阳能集热器之间的管道走线方式及位置, 预埋防水套管并在竖向管井中预留相应的管道位置; (7) 明确辅助能源设备的种类、安装位置; (8) 满足以上系统设备安全、牢固安装, 便于维护检修的要求。

2.3 结构设计

在结构设计时, 应满足设置在建筑任何部位的太阳能热水系统与建筑锚固牢靠, 应确保建筑物的承载、防水等功能不受影响, 还应充分考虑太阳能集热器与建筑物共同抵御强 (台) 风、暴雨、冰雹、雷电及地震等自然灾害的能力, 同时不得影响该建筑部位的承载、防护、保温、防水、排水等相应功能。

2.4 给排水设计

安装太阳能热水系统贮水箱、热水机组等设备的机房或安装地点应设排水沟、地漏等排水设施并与建筑内的排水系统连接。在管线布置上, 应合理布置太阳能循环管路以及冷、热水供应管路, 建筑设计时应预留所有管线的接口、通道或竖井, 严防渗漏, 尽可能减少热水管路的长度, 减少热能耗。

2.5 电气设计

太阳能热水系统的电气设计应满足太阳能热水系统用电负荷的分级和运行安全, 设置在屋面的太阳能热水系统应采取有效的防雷设计措施。由于太阳能是不稳定的间歇能源, 电气设计时应考虑配置另一辅助形式能源的加热设备, 在阴雨天或夜晚用其补充或替代热水的不足。

2.6 其他

太阳能热水系统设计应进行技术经济性比较, 包括太阳能保证率、太阳能热水系统年节能量、太阳能热水系统经济回收期的测算等, 整体上满足节能节水、安全卫生、环境保护等有关规定。

3 基于一体化设计的太阳能热水系统的优化选择

太阳能热水系统设计应作为建筑给排水热水供应设计的一部分, 与太阳能专业人员协调合作设计。集热器的位置、色泽及数量要与建筑师配合设计, 在承载、控制等方面要与结构专业、电气专业配合设计, 使太阳能热水系统真正纳入到建筑设计当中来。从太阳能热水系统与建筑相结合的基本要求出发, 要针对广州的气候特点, 尤其是太阳辐射资源的全年变化以及全年气温变化的特点, 充分考虑建筑物的使用功能、地理环境和当地的安装条等综合因素, 选择太阳能热水系统面积、类型、色泽和安装位置等。现有太阳能热水器产品的尺寸规格不一定满足建筑设计的要求, 因而从有利于建筑围护结构一体化结合的原则出发, 必须强调太阳能集热器的规格与建筑模数相协调。

4 太阳能热水系统的节能效益评估和能效测评

在设计阶段对太阳能热水系统的节能经济效益与环境效益进行预评估和长期监测, 能充分体现太阳能热水系统的节能环保效益优于常规热水系统, 不断总结设计与施工的经验教训, 更好的推广太阳能热水系统的应用。同时可以及时发现运行故障, 提高运行管理水平, 更好地节约能源, 整体上满足节能节水、安全卫生、环境保护等有关规定。

5 结束语