欧文托普（中国）暖通空调系统技术有限公司 北京 100176
摘要：建筑能源系统与人们的生活密切相关，建筑用能占据全国总能耗相当大的比例。近些年雾霾愈发严重，因此建筑的清洁能源利用引起各广泛的重视。太阳能热水是建筑可再生能源应用方式的一种，需要因地制宜地结合建筑和使用情况设计和施工。分析了某高层绿色建筑中太阳能热水系统的应用情况，为今后绿色高层住宅建筑中因地制宜地应用太阳能热水系统提供借鉴和经验参考。
关键词：太阳能热水系统；绿色建筑；建筑节能；清洁能源
1 项目背景
自2008年我国开展“绿色建筑评价标识”工作以来，我国绿色建筑得到了较为快速的发展。太阳能热水系统作为市场上推广时间最早、技术成熟度最高的绿色建筑节能技术，受到使用者的青睐。该项技术能够节约电能、减少资源消耗，节约用户开支，同时兼顾环境效益和经济效益，各种形式的热水系统能够有很好的地域适应性，是建设绿色建筑和生态城市的重要手段。但太阳能热水在建筑上的应用也存在一些弊端，譬如：①集热器及设备的安装和建筑物整体规划布局之间的矛盾；②高层建筑中的光热利用问题，尤其是集热器安装的安全问题，包括结构安全核算和破碎物跌落问题；③包括太阳能热水施工在内的绿色施工有序组织问题。特别是对于中高层建筑，在热水需求量较大、安装空间不足的前提下，如何破解上述矛盾，需要对太阳能热水工程的设计进行因地制宜的整体策划。本项目中安全、有效而且美观地采用了屋顶、立面和阳台等多种形式的太阳能热水系统，最大程度地利用了太阳能热水资源。可为中高层绿色建筑中太阳能热水的利用提供有益的经验参考。
2方案设计和技术难点
2．1方案设计要点
（1）集热器安装设计。建筑为高层建筑，高达27"-'28层，屋面面积无法满足实际需要的集热面积，需要集热器挂立面以补充屋面面积不足，所以集热器安装位置分为3大块：①屋面架空安装集热器；②南立面、西立面挂墙集热器；③南立面阳台壁挂集热器。
（2）节水设计。方案采用集中集热分户储热系统，是通过太阳能集热器对户内小水箱二次加热，用水不与循环水接触。用水质量高，用水不易受到污染，避免了水的浪费。系统供水采用分区供水，保证入户端供水压力≤0．2 MPa，
且不低于用水设备最低工作压力，避免超压供水造成水的浪费；承压供水，；令热水端两侧压力一致，避免了忽；令忽热而造成水资源浪费，节约用水。
（3）改善室内外环境。钢架架空层集热器安装方式和挂立面“幕墙”式集热器安装方式，不仅解决了集热器安装面积不足的问题，而且还解决了两大难题：一为屋面腾出了宝贵的空间，可以设计成活动空间、种植屋面等，增加舒适度；二有利于增强建筑物的隔热效果，改善室内环境。
2．2方案设计解决的难点
（1）在本项目中，前期在建筑中就规划了太阳能光热利用，所以在设计上考虑了结构安全，提前预留了集热器的安装位置，解决了现有绝大部分建筑太阳能设计安装滞后，集热器安装和建筑整体布局规划之间的矛盾，实现了光热与建筑一体化，安装美观、结构安全。
（2）阳台壁挂设计安装在凹槽内，立面集热器采用内嵌式安装，屋面集热器采用架空钢架安装，并设计安装护栏和检修通道，太阳能循环管道均安装于集热器背部，最大可能避免物件跌落造成的安全事故。
以屋面集热器架空安装为例，设计荷载取值如下：①恒荷载：支架计算时取0．2 kN／m2，檩条计算时取O．2 kN／m2；②雪荷载：0 kN／m2；③基本风压：0．68 kN／m2；④地面粗糙度为B类，高度变化系数为2．O；⑤本工程抗震设防烈度为7度，基本地震加速度值为0．1 g，设计地震分组为第一组；屋面支架为钢支架+槽钢檩条光热支撑系统。通过恒荷载和风荷载的组合用SAP 2000集热器玻璃、边框和支架都经过严格的结构计算，集热器压码采用长短双卡码件固定，加上内嵌式、凹槽等特殊的安装方式，保证安全。
（3）在项目的具体实施过程中，成立施工项目部，制定施工组织计划。作为总包方绿色建筑项目施工管理体系的一部分，在实际施工中和建筑方紧密配合，满足绿色施工的要求。集热器支架、钢结构采用工厂预制，在现场尽量采用螺栓连接，减少焊接，避免在施工中产生噪声、扬尘和光污染。合理安排集热器安装的顺序，采用自上而下安装，避免在安装过程中物件的跌落，砸坏下方已经安装好的集热器。
2．4方案设计的局限性及展望
本项目对中高层绿色建筑中太阳能热水的利用提供了有益的经验参考。项目通过架空、挂立面、阳台壁挂等方式解；夹了集热器面积严重不足的问题，达到了充分利用可再生能源的目的。通过一系列的技术措施，实现了节能、节水、环
保的要求。在中高层绿色建筑中太阳能利用要达到良好的效果，需要满足两个前提：第一需要在建筑设计中同步设计太阳能，从结构安全、安装位置的预留充分考虑；第二要综合投资成本、质量安全、绿色施工保证和使用效果，选择合适的太阳能应用类型。现有传统的太阳能热水系统在单体建筑中设计方案都是“从一而终”，但是太阳能热水系统应用形式各有优缺点。本项目集中集热分户储热系统选用，取决于自身的特点，高层住宅建筑的集热器安装面积严重不足，才选择了此方案。实际设计过程中应该根据建筑的类型选择合适的系统。单体建筑中，可以单一选择一种太阳能利用形式，可以是其中2种甚至3种形式的组合。比如单体建筑中，不考虑保证安装的统一性、美观性和投资成本等其他因素的影响，在较高楼层，从顶层往下10层采用集中集热分户系统，南立面采用分户集热分户储热一阳台壁挂系统；低层非南立面采用家用热泵系统或者常规能源系统。单体建筑太阳能热水系统设计应细化，利用形式可以多样化。由上可知不论采用怎样的光热利用形式，是单一还是组合，都是为了充分利用而非“强制”利用太阳能，最终目的就是满足使用需求，同时满足节能环保建筑，可持续发展的要求。
开发新的光热利用形式，实现光热与建筑一体化；发挥工匠精神优化设计，满足绿色建筑“四节一环保”要求，太阳能光热利用才能健康、可持续地发展。
3结束语
我国能源技术的发展为太阳能的广泛应用提供了重要动力，太阳能作为我国实现经济可持续发展的重要保证，受到了人们的广泛关注，目前太阳能开发利用的主要形式是光热利用和光伏发电。政府应加大力度推广太阳能在建筑中的应用，使得我国建筑业迎来跨越式的发展，成为我国经济可持续发展的重要参与者以及推动者。
参考文献：
[1]周俊立.探析太阳能技术在建筑设计中的应用[J].低碳世界，2017（20）：114-115.
[2]孙玲.太阳能热水系统在高层建筑中的应用研究[D].山东大学，2017.
[3]张道勇.论太阳能和当代建筑相结合的应用[J].决策探索（下），2018（05）：86.
[4]万鹏.太阳能热水系统在住宅建筑的应用[J].建筑技术开发，2017，44（17）：113-114.
[5]吴清林.探讨太阳能热水系统在建筑给排水设计中的应用[J].中国标准化，2017（10）：172-173.