简论太阳能利用与建筑设计的因素与对策

【摘要】通过分析太阳能在建筑中的利用所涉及的技术，联系建筑设计中所需考虑的因素寻找二者之间的契合点；从太阳能建筑发展的几个阶段过程中技术的进步来探讨未来太阳能与建筑一体化的前景。

【关键词】建筑设计；太阳能；一体化；节能

目前，随着人们环保节能意识的逐步加强，作为可再生的清洁新能源的太阳能越来越被人们所关注和重视，而太阳能技术在建筑设计中的应用也得到了极大的推广和扩大，成为当前社会生活中的一种应用广泛的节能式建筑模式。太阳能在新能源里属于最便捷、最丰富的一种可再生能源，而太阳能建筑能够通过对太阳辐射热能的利用，进行建筑物内的热水供应、采暖制冷以及光电转换等工作，从而使人们的生活实现无污染、绿色环保的低碳模式。 现代太阳能建筑的定义主要基于建筑运营中如何充分利用太阳能，突出太阳能等可再生能源的建筑利用，以及对降低建筑使用能耗和营造健康室内环境的贡献。与绿色建筑、可持续建筑并不矛盾，他们更强调建筑全生命周期中的资源循坏、与自然的和谐共生等；从这里可以看出，太阳能建筑不是指那些简单的利用太阳能设施的建筑；而是反映了一个基于生态设计综合利用的建筑理念。与这里要探讨的太阳能建筑一体化也存在概念上的差异；以下将进行具体的分析

一、住宅节能设计的利用

1..提高密闭性。提高密闭性，就是尽量减少墙壁、天井及地面上的各种构配件和建材之间的缝隙，最大限度减少室内外冷热空气的对流。密闭性不好即使施加保温材料也无法达到节能的效果。但是密闭性好的住宅必须设置换气口，定期进行换气。

2. 提高保温性。提高保温性就是通过保温材料、保温构配件及严格的施工标准等减少室内热损失。目前，采用外保温是提高住宅保温性能的最为有效的做法。外保温与传统的保温方法不同，是采用保温材料将室内空间完全覆盖起来，不留丝毫缝隙。

3 .多种能源组合利用。即除普通电源外，还可以通过利用太阳能、风能、地热、燃料电池及各种余热，降低石化能源消耗。

4 .立体绿化。立体绿化就是尽量增加建筑物可以绿化的空间，通过植物吸收太阳热能，降低建筑物表面的温度。一般包括庭院、阳台、墙壁及屋面的绿化

二、主动式太阳能与建筑一体化研究

1. 太阳能集热器分类及工作原理

太阳能集热器性能是衡量太阳能热水系统的重要标志，按照工作原理可划分为：（1）板管式热水器：涂层的吸热板通过吸收透过玻璃盖板的阳光，一方面向四周散热，一方面将热量作为有用能量输出。（2）真空管热水器：吸热体与玻璃管中间保持真空层，有效避免了传导和对流热损失，并且通过吸收涂层红外发射率，降低了吸收板的热损失。（3）闷晒式集热器：是太阳能热水器最初的形态，通过太阳照射在闷晒盒，使得盒内塑料或者金属的盛水胆的水被加热。

2. 太阳能热水器系统的应用调研分析

太阳能热水器系统与建筑结合的系统根据形式可划分为：（1）整体式太阳能热水系统：该系统结构较为简单，运行安全。特点是集热器与蓄热水箱合二为一。（2）分体式太阳能热水器系统：主要是太阳能集热器与蓄水箱分开，安装附属能源设备来控制各个时段的用水，充分发挥太阳能集热器的热效率。

三、太阳能建筑一体化建议

1. 一体化的现状及原则

目前我国太阳能热水系统主要用于家用，还存在不少问题：从视觉角度，房屋在建筑设计形象大多不协调，影响建筑美观；从产品角度，太阳能产品构件化、规模化、标准化程度较低，部分还存在安装安全缺陷；从设计角度，太阳能热水器设计过程大多缺少建筑师结构师参与，缺乏通用设计图集和应用技术规范。

因此太阳能与建筑结合要根据以下原则：在外观上，实现太阳能集热器与建筑协调统一；在结构上，确保建筑物的承重、防水等功能前提下，综合考虑太阳能的抵御外界能力，合理安装太阳能；在管路布置上合理布置管路，各管路留出在建筑物中的通口；在系统运行上须具备可靠、稳定、易于安装、维护尽量实现系统的智能化。

2. 不同层高的选择方案

（1）多层住宅解决方案：首先单台一体式热水器小区集体安装；其次为联集管等分离式热水系统；最后阳台或者南立面壁挂式系统。

（2）小高层住宅解决方案：当水压可至屋面，首选在小区集体安装单台一体式热水器；其次联集管式热水系统或其它分离式系统；最后选用阳台或南向立面等壁挂式系统。

（3）高层住宅：对于从顶层往下1-7层，若水压充足，可选用单台一体式热水器或壁挂式系统；中间楼层可选用壁挂式分离热水系统；底部采光不好部分可选用分离式热水系统。

四、建筑设计要求

从建筑设计角度讲，太阳能技术的利用势必对建筑设计产生一定的影响，其对建筑设计的要求，从节能方面来说，首先建筑的平面和体型设计要合理，在平面设计时要考虑到建筑的采暖、降温、采光等多方面的要求。其次要有热工性能良好的围护结构设计，加强建筑的保温隔热，这是现代建筑充分利用太阳能的前提条件，同时也有利于创造舒适健康的室内热环境。建筑围护结构的设计又包括以下几点：

1. 合理的门窗设计

具体措施有增加窗户的气密性；减少传热量；设置遮阳构件；控制各立面的窗墙面积比，确定门窗的最佳位置、尺寸和形式；在建筑的主要出入口设置门斗等等。

2. 外墙外保温隔热设计

外墙外保温技术的使用需要注意如下几点：保护主体结构，延长使用寿命；适用范围广，技术含量高；保温效果明显；有利于室温保持稳定；墙体潮湿情况得到改善；增加房屋使用面积等。

屋面保温层设计应注意不宜选择松散密度较大、导热系数较高的保温材料，也不宜选择吸水率大的材料。当与太阳能设备构件综合考虑时，尤其应当妥善处理好防水的问题，做到不渗漏，不潮湿。

五、太阳能与建筑一体化时代

在太阳能与建筑一体化时代，太阳能技术体现在建筑上不仅仅是一种设备体量，更是建筑构件的一部分，也是建筑设计理念的支持和组成部分，很大程度上决定了建筑设计的取向，从某种程度上注入更新了以往的功能结构体系和建筑造型手法。其对设计师的要求是，建筑规划的良好把控能力，太阳能利用技术的了解和掌握，专业配合的协调性要求加大，工程设计的复杂程度提升等等。

这时期太阳能的利用将贯穿到设计领域的方方面面，从规划，到建筑、景观都将引入太阳能技术的理念，整体规划，通盘考虑犹显必要，设计观念的变化必将引起设计方法的变化；节能设计标准的实施从另一方面为太阳能建筑设计提供了一个量化参考标准；用发展的眼光看，建筑智能化时代的到来同太阳能技术的利用交相辉映，生态化的设计理念使得人们的生活环境更有层次和质感，可持续发展的理念在太阳能与建筑一体化时代仍然起着重要的导向作用。

综上所述：太阳能利用的城市化进程的到来，将带来建筑相关产业的出现，从社会层面上会带来诸多影响，对人们生活习惯甚或产生某些变化；所有种种，只有通过科学的论证，严谨的设计才能使人们利用太阳能来提高生活质量的美好愿望得以充分实现。

参考文献：

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