摘要：现如今，我国是科技发展的大时代，太阳能热水系统已在建筑中广泛应用，但其在高层建筑中的应用却有待增加。 随着城市中高层建筑的逐年增多，如何将太阳能热水系统与高层建筑有机结合已成为必然趋势。
关键词：高层建筑；太阳能；太阳能热水系统
引言
在城市的单、多层建筑中，太阳能的应用技术已经非常成熟，同时多地也已出台政策鼓励甚至强制在 12 层以下新建建筑中安装使用太阳能，因此，在建造低层和中层建筑时，人们会选择太阳能来满足基本的热水需求。然而，在城市化高速发展的今天，越来越多的居住建筑成为高层或小高层建筑，集热器安装在楼顶存在一些问题，如屋顶面积有限、管路长、热损大，并且会引发高层屋顶所有权的纠纷等。同时，考虑到太阳能的美观、与建筑的一致性、安全性以及技术限制，太阳能的推广应用处于低迷状态。
1概况
1.1简述太阳能热水系统
由太阳能集热器、太阳能管网、辅助热源、供热管网、蓄热水箱和用户终端等多个部分组成的太阳能集中供热水系统，其主要的工作原理是太阳能集热器将太阳的热能通过供热管网传送到蓄热水箱里，在将这些热水通过热水管网输送到各个用户的家里以供日常使用。剩余多的热能量将存放在蓄热水箱内，以备不时之需。该供水形式的特点主要是集中式供热，能将太阳热能最大化合理利用，为整个建筑物的热水系统提供热量。此外，大部分西方科学家经过多方分析研究在结合国家的发展情况，总结出太阳能热水系统是一种稳定性较高、经济、安全的新型供热模式。
1.2高层建筑应用太阳能热水系统所存在的问题
随着太阳能热水系统在高层建筑中的普及率不断升高，太阳能热水器在建筑建成后才安装的这一特点所带来的问题和矛盾也越来越明显。例如建筑物外观和城市景观被影响，房屋的使用功能被破坏，再加上无序不规范的安装增加了安全隐患。此外，最大的是缺点人均太阳能利用率低，因为大部分高层小区容积率偏高，楼间距都偏小，对于分散的太阳能热水系统，只有极少数的楼层才能满足冬至日日照 4h 的使用要求。目前，仅仅是建筑顶层住户安装使用了太阳能热水器。所以，太阳能热水系统与建筑结合遇到的最大难题，就是提高每栋住宅的太阳能利用率，让每一个住户都能享受并充分利用免费的太阳能资源。但是从实际工程的运行来看，这一难题的解决存在以下困难：（1）目前，太阳能热水系统在高层建筑中的运用较少，相关的设计方案也有待进一步研究，所以，太阳能热水系统在新型住宅小区中使用比较受限，很难规模化应用。（2）热水供应优化方面的研究以及辅助加热热源、加热方案比较等内容研究较少，太阳能热源技术设备及配套技术方面的研究较多。（3）太阳能和建筑有机结合较为困难，屋面集热面积的不足。运行维护的安全便捷性一般，建筑平面布置较难。
1.3 太阳能热水系统与高层建筑有机结合的基本含义
节能与环保，已经是一个全球性的重要命题，也必然的成为世界各国建筑业的两大目标，太阳能与建筑结合已成为人与自然和谐相处的必然趋势。随着太阳能热水系统的普及，全球太阳能界和建筑界都在力求太阳能与建筑的有机结合。如何进行太阳能热水系统与建筑的结合呢？外观上，太阳能集热器在屋顶或立面墙上的摆放都应合理，要使太阳能集热器融入建筑当中，实现与建筑的有机协调与统一。结构上，太阳能集热器的安装不可以影响到所在建筑物的承重、防水等基本功能，且要具备抵御强风、暴雪、冰雹等恶劣气候条件的能力。管路布局上，应尽量减小热水管路的长度。合理布置循环管路和供水管路。在建筑物的设计当中，都应提前留出所有管路的洞口。
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2不同类型的太阳能热水系统与高层建筑的有机结合
2.1集热器与平屋顶的结合
在住宅平屋面上设置集热器，对住宅的朝向无特殊要求，集热器布置方式有两种，其一，集热器直接安装在屋面上，集热器支架与屋面的连接构造应简便，系统管线易于隐蔽，且屋面便于上人安装维护。集热器应整齐有序排列，前后两排应留有足够的间距，可满足在冬至日时至少4 h 的集热器日照条件。但是，由于集热器直接安装在屋面上，占据了屋面空间，必要时要考虑留出消防通道；如果热水水箱为集中式，体积比较大，可能影响建筑外观，可考虑遮挡或将水箱布置在地下室，另外由于集热器的支架直接安装在屋面，做好防水尤其重要。另一种方式，集热器架空屋面之上安装，架空的刚架采用钢结构刚架或钢筋混凝土刚架。集热器不仅可以安装在刚架的顶部，还可以安装在刚架的南侧及东侧、西侧，以增加集热器面积；此方式保持了屋面原有的使用功能，架空的集热器顶棚还具有遮阳的作用；架空刚架的可塑性大，建筑师还能够创造出多样的造型，丰富建筑效果。
2.2 分体式太阳能热水系统
阳台壁挂系统是高层建筑中使用的典型分体式太阳能热水系统。它的集热器与储水箱是分开放置的，集热器安装在阳台上，储水箱安装在室内。工质将集热器吸收太阳光而得到的热量转变为水的热量，并自然循环或借助强制循环将热水输送到储水箱。分体式太阳能热水系统形式快捷方便，特别适用于楼顶面积比较少的高层，成本相对集中式太阳能热水系统较高。但由于其不受楼顶面积限制，管理方便，集热器安装在阳台上，且一次性投资，免维护费用，所以，此种型式的太阳能热水系统，太阳集热器可作为建筑的一个构件，实现与建筑的完美有机结合。
2.3户式太阳能热水系统
户式太阳能热水系统也称为分散式或户式，是一种以住户为单位安装的太阳能热水系统。根据热水系统结构不同，又可以分为“一体式”即集热器和水箱合为一体和“分体式”即集热器和水箱分离。一体式的系统，可以安装在建筑的阳台或外墙壁，辅助热源一般使用系统自带的电加热。分体式的集热板可以安装在建筑的阳台或外墙壁，水箱可以选择热水用量较大的位置就近安装，一般安装在阳台的角落、外墙面，如何做到美观大方，就是建筑师的创意了。分体式的辅助热源比较灵活，电加热、燃气加热、空气源热泵加热都可行。但空气源热泵设备投资较大。
2.4辅助热源
太阳能受自然天气影响十分明显，是十分不稳定的热源，特别是在恶劣的天气下，例如下雨、雪天等，这样的天气，日照根本达不到标准。为此，现代太阳能的使用应该与其它供热系统同时结合使用，这样才能保障热水的使用的稳定性，特别是在日照不足，自然天气恶劣的情况下，这些辅助系统是十分有用的。例如高层小区可以直接安装太阳能热水器，家里再安装其它供热设备，而高档酒店可以安装锅炉做为辅助热源。辅助热源可以是液化气，或者其它热源。
但是辅助热源的设备使用，必须符合《城市区域环境噪声标准》的基本要求，为此，很多高层建筑都喜欢用板式换热器对于水蒸汽进行噪音的清除。高层管道长而且多，产生的噪音很大，这个时候必须要减少管道的工度，为此，锅炉需要安装的在层面。与供热水箱相接近，这样可以减少一些因为距离而产生的噪音。特别是随着科技的发展，如今的辅助热源越来越多，例如水源、地源、空气源热泵等类型。
结语
太阳能集中热水系统采用的形式多种多样，其适用范围较广且各有优势。设计小高层建筑物的太阳能集中热水系统时，应充分结合用户的需求、当地的用水情况，多方面综合性考虑其多种因素。此外还要考虑到太阳能系统的节能性以及经济实用性，选择最合适的集热系统，经过多方核算以及考虑其安全因素等，设计调整出真正高效节能的太阳能集中热水系统，更好的服务社会做出应有的贡献。
参考文献：
[1]王 旭.济南市高层住宅太阳能热水系统设计研究[D].山东建筑大学，2011.
[2]杜晓辉.高层住宅太阳能热水系统一体化设计研究[D].天津大学，2010.
[3]张 贝.太阳能热水系统与居住建筑阳台整合设计研究[D].山东建筑大学，2014.
论文作者:伍伟雄
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签：太阳能论文; 热水论文; 系统论文; 建筑论文; 热源论文; 屋面论文; 水箱论文; 《基层建设》2018年第31期论文;