1、住宅建筑太陽能應用整合設計居民住宅建筑太陽能系統應用整合設計思路住宅太陽能熱水系統整合設計的定義住宅太陽能熱水系統整合設計，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設計， 包括從策 劃定位、 施工圖設計到安裝施工、 驗收評價的整 個過程，涉及建筑、結構、設備等各個專業，使 太陽能熱水系統符合住宅工程的設計要求。因 此，應綜合考慮地區資源條件、住宅類型、居民 的經濟能力、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 修以及經濟技術等因素。整合設計的原則包括：優先、充分利用 太陽

2、能的節能性原則； 提供穩定熱水供應的功能 性原則，統籌考慮建筑、設備、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整合設計至少應包 括建筑整合設計、系統整合設計、結構整合設計、 技術經濟評價以及根據建筑發展需要的熱水器 改型設計等方面。因此，需要跨專業、跨行業的 協同工作，才能實現建筑與太陽能熱利用技術的 完美結合。在太陽能熱水應用發展的今天，提出整 合設計的方針，將促進太陽能行業和建設行業進 入攜手前進，共求發展的階段，為了大力推廣太 陽能熱水系統這一目標，將各自的業務向外延 伸、滲透，開拓新的領域，直至整合到太陽能建 筑的范疇。一、建筑整合設計建

3、筑整合設計是指將太陽能應用技術納 入建筑設計全過程，以達到建筑設計美觀、實用、 經濟的要求。從規劃方案到完成施工圖設計的整 個過程中，應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、技術要求、建筑的造形、平面功能與熱水器 （ 集熱器）位置、構 造節點等因素，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設計和安裝 的技術要求； 太陽能熱水系統設計應與規劃、 建 筑設計同步進行，做到統一規劃、同步設計、合 理布局、因地制宜；設計中應進行經濟技術分析， 選擇適用的太陽能熱水系統，達到節地、節水、 節

4、能、安全、衛生、環保的要求；集熱器應作為 建筑的組成元素， 與建筑有機結合， 做到造型美 觀、構件耐用、安裝維護方便。1. 規劃設計要點氣候條件：年日照時數宜大于 1200h， 年太陽能輻照量大于 3500MJ/m2，年極端氣溫不 低于-4 5。建筑規劃：住宅建筑的朝向、間距 及建筑形體組合， 應結合場地的地形、 日照和風 向條件。安裝集熱器的住宅，主要朝向宜朝南， 建筑組合應互不遮擋， 在不影響場地利用效率的前提下， 為充分接收太陽能輻射創造條件。 建筑 間距除應滿足所在氣候區日照間距要求外， 還應 通過日照分析滿足集熱器有不少于連續 4h 日照 時數的要求。建筑物周圍的環境景觀與綠化種植不

5、應 對投射到集熱器上的陽光造成遮擋。 應用太陽能 熱水系統的建筑， 應考慮設備安裝對相鄰建筑的 影響。不應因太陽能熱水系統設施的布置影響相 鄰建筑日照標準。需求與產品分析：規劃設計階段需與太 陽能熱水系統生產企業協調， 了解技術條件， 在 綜合考慮業主需求基礎上選擇適用的太陽能熱 水系統類型， 初步計算出所需集熱器面積、 貯水 箱的容積等主要設計條件， 以確定建筑組合及屋 面形式。2. 建筑整合與接口技術設計要點建筑整合設計條件的確定包括業主的使用需求 （ 熱水用量及使用 方式） ；太陽能熱水系統的選型及各項技術條件； 集熱器的安裝位置， 調整集熱器與建筑整體及周 圍環境的關系； 貯熱水箱的位

6、置， 滿足系統技術 條件和安裝、 維修的空間需求； 用水空間 （ 廚房、 衛生間 ） 及輔助能源加熱設備的種類、 安放位置； 系統管道走線方式、 管井位置及構造方案； 集熱 器安裝、維護檢修的通道。建筑專業根據上述要求進行建筑平面、 立面設計和造型設計。集熱器的安裝部位集熱器常見的設置位置有建筑的屋面 （ 平、坡 ） 、外墻面。檐口、陽臺以及建筑雨蓬、 遮陽板等位置。建筑設計應避免安裝集熱器部位 建筑自身及周圍設施的遮擋。集熱器應在安裝部位、造型、材質、色 彩等方面與建筑整體及周圍環境相協調。 應根據 集熱器的形式、 安裝面積、 尺寸大小進行細部設計，確定其在建筑上的安裝位置和安裝方式 （ 如

7、 一體式、疊合式、支架式等 ） 。集熱部件的建筑功能布置在建筑屋面、墻面、陽臺或其他位 置的集熱器與建筑共同構成圍護結構時， 應與建 筑整體構造有機結合， 并滿足該部位的圍護結構 功能和建筑防護要求 （ 如承載、防護、保溫、隔 熱、防水、排水等 ） 。設置在建筑任何部位的集 熱器應與建筑錨固牢靠，保證其安全、堅固 , 同 時不得影響該建筑部位相應的建筑功能。建筑安全建筑設計宜對安裝集熱器的部位采取防 護措施， 保證其安全不被破壞。 建筑設計必須采 取相應的構造措施為集熱器安裝施工提供安全 保障，并為整合設計各階段細目描述入口和人行 通道上空安裝集熱器時，應設計建筑防護措施， 人行通道不宜緊貼建

8、筑， 入口上方應設雨蓬， 防 止發生集熱器掉落傷人事故。 集熱器不宜布置在建筑變形縫處。住宅平面設計合理安排各用水點和設備空間位置的關 系。考慮輔助能源及輔助設施條件， 根據貯水箱 體積重量、體積尺寸、安裝使用要求設計其空間。 合理布置戶內管線走向， 管線布置應集中、 整齊。 水平管線應采取墻體或樓板預埋管線的構造做法，垂直管線應集中設置管道井， 并預留檢修口系統整合設計太陽能熱水系統分為熱源系統及供應系 統兩大部分， 在工程化推廣的過程中， 應將其納 入到建筑熱水設計的范疇， 對熱源系統與供應系 統綜合考慮，合理設計。系統設計的基本原則是優先。充分利用太陽能，提供穩定的熱水供應。1. 太陽能

9、熱水系統的選用原則太陽能熱水系統可以按照集熱器類型、 傳熱類型、 集熱系統運行方式、 集熱器與貯水箱 的放置關系、是否配備輔助熱源、 能源組合方式、 熱水供應方式等 7 個要素進行分類。根據集熱性能、水質影響、防凍要求、 與建筑的適配性， 對環境的適應性以及價格等多 方面因素，選擇適宜的太陽能熱水系統。2. 系統整合設計要點太陽能熱水的供應溫度設定為 45 55。計算集熱系統熱水負荷時，應按照日平 均用水量計算。 當采用局部熱水供應系統時， 居 民的平均熱水用量取 3040L 人 d；當采用 集中熱水供應系統時，居民的平均熱水用量取 4560L/ 人d。根據經驗值或供熱水的目的選擇太陽能 保證

10、率。 按我國的具體情況， 在太陽能資源豐富 區，太陽能熱水系統的年太陽能保證率宜大于 60%；較富區宜大于 50%；一般區宜大于 40%。系統的集熱面積應結合建筑可以提供的 安裝集熱器面積及所設定的太陽能保證率確定， 并保證按照該面積配置的集熱器所采集的熱量 能夠被充分利用。太陽能是一種低密度、間歇性的熱源， 為了實現穩定的熱水供應， 太陽能熱水系統必須 設置貯熱容積，將集熱系統收集的熱量貯存起 來。根據集熱系統與供應系統的設計要求， 可以 分別計算兩個系統的貯熱水容積 （V 集和 V供） ， 取二者的大值定為太陽能熱水系統的貯熱水容 積。輔助熱源設計包括太陽能與輔助熱源銜 接、轉換的平穩進行

11、；設置適宜的能源比例，保 證高效的太陽能得熱效率；在陰雨天的情況下， 可提供充足的熱水供應。 系統控制設計包括集熱 系統運行方式控制、 防凍控制、防超溫控制方式、 熱水供應系統的熱水循環控制。當設計集中熱水供應系統時，必須考慮 熱水的計量方式。 熱水的計量應包含水量和水溫 兩個因素，才能真正反映用戶使用的熱水品質。供應系統的管道布置應保證冷熱水系統 壓力平衡，保證系統的供水溫度， 防止管路凍裂。 使太陽能熱水系統在使用功能上滿足居民舒適 性的要求。根據管道的位置和系統的要求的選用管 材。3. 住宅太陽能熱水系統優化住宅太陽能熱水系統的系統設計應遵循 節水節能、經濟實用、安全簡便、便于計量的原

12、則，根據使用要求、耗熱量及用水點分布情況， 結合住宅的類型、 用戶的用熱水習慣、 經濟承受 能力、系統的管理模式、 輔助能源的種類等因素 綜合考慮，可以設計不同檔次和供熱水平的太陽 能熱水系統。三、 結構整合設計1. 集熱器安裝位置的確定在確保集熱性能的同時，應盡量避開風 載、雪載較大的部位，以及地震時易破壞部位； 應考慮連接件構造上的安全性， 構件保養、維修、 替換的易操作性， 對建筑物圍護結構防水性能的 破壞，避免圍護結構“熱橋”的產生等。2. 太陽能熱水系統的安裝設計結構設計人員應對建筑結構主體與設備 支撐部件 （ 安裝支架 ） 之間的連接件、 連接部位的 建筑結構構件進行強度與剛度驗算

13、； 設備廠家應 對設備支撐部件進行強度與剛度驗算。在正常施工與使用期間， 應保證連接件、 結構構件及設備支撐部件能承受可能出現的各 種作用。在正常使用期間，連接件、結構構件及 設備支撐部件產生的變形與移動等， 不影響太陽 能熱水器設備的工作性能， 太陽能熱水設備不產 生掉落、傾倒，不發生顯著的噪聲、振動。在設計規定的偶然事件發生時及發生 后，仍能保持太陽能熱水設備系統的整體穩定 性，不引起系統結構的重大破壞， 不產生系統部 件的掉落、傾倒現象。太陽熱水器連接件及支撐部件的剛度、 強度。防腐蝕性能應滿足安全要求， 并與建筑可 靠連接。3. 設計使用年限在正常維護下，連接件的材料，構造及 設備支撐

14、部件應至少與太陽能熱水器同壽命 （15 年） ，其中連接件的材料及構造宜同建筑結構的 使用年限。4. 太陽能集熱器的荷載確定當無具體產品說明時。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 20kg m2，平板集熱器約 2025kg/m2。5. 結構整合設計要點 在高層建筑中和風力較 大的地區，太陽能熱水設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， 應特別 注意在風荷載作用下熱水設備附加風荷載對屋 面結構本身的影響及對整個結構風荷載效應的 增加。太陽能熱水設備安裝在陽臺欄板、屋面 挑檐上時， 應充分考慮集熱器自重、 安裝荷載及 風荷載對陽臺， 屋面挑檐結構的

15、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構粱柱。 太陽能熱水設備在外墻上時，應充分考- 慮集熱器自重及由其附加風荷載對外墻的影響， 特別是平板式集熱器，在設計支架時應加強其剛 度，增強其變形能力，以免使安裝其上的集熱器 出現破裂。墻上的預埋件或固定螺栓應有足夠的 強度和可靠的錨固措施，以防在瞬時大風下被拔 出，出現集熱器墜落的現象。太陽能熱水設備不 能直接安裝在輕質外墻上，應在安裝部位設置結 構粱或柱。重量大的太陽能熱水設備，如大體積水 箱、輔助熱源等，不論放在哪里，其自重和裝載 荷載對結構的影響都不容忽視，都應核算原結構 的強度、裂縫、變形是否滿足要求，還應考慮水 平地震作用對連接件和原結構的影響；