摘要： 介紹了太陽能熱水器與住宅設計的有機結合。住宅太陽能熱水器一體化的設計將與現有住宅在形式和風格上存在比較明顯的差別，在樣式各異的住宅中獨樹一幟，無論對住戶還是開發商，其獨特的可識別性都是有吸引力的。
更為重要的是，這種一體化的設計所代表的是一種新生事物，其前途和生命力都是無可限量的。
1 引言
目前對太陽能已有一定的研究，但對太陽能熱水器一體化住宅的外觀設計常走向兩個極端，一種是設計時忽視太陽能熱水器的裝置，在立面造型完成後將需要的裝置簡單安裝上；另一種則是只相輔相成。失去建築立面整體的平衡感。太陽能熱水裝置本身有別於建築，但其作必須通過建築的整體才能充分顯示。
下面就太陽能熱水器與住宅建築設計的有機結合進行討論。
2 設計原則
建築的形式與內容（ 功能、材料、結構、工藝）應一致。
太陽能熱水器一體化住宅的造型設計應當充分考慮到其居住建築的特點。首先，無論是高層住宅還是多層住宅，都是由套型組成，沒有大空間，平、立面結構和造型一般比較規整；其次，房間的功能性限制大，非常強調自然採光和自然風；第三，住宅受造價限制較大，外牆也應當盡量平直。由於住宅的這些特點，在造型處理上可以有大的體量變化，但一般很難打破層、套等單元性因素的限制。
實際中常常利用相同元素的重複、增減來達到藝術效果。從這一點來看，住宅的造型設計較之公共建築更有難度。但從另一角度來看，住宅內部嚴謹的結構性和功能的主導地位非常符合技術美學所強調的邏輯性及目的性。
太陽能熱水器一體化的設計在住宅中表現技術美學是可行的，當然高層住宅、多層住宅有自己的特點，應當區別對待。
（1）高層住宅
高層住宅本身就標誌著現代科學技術在建築工程領域的成就，太陽能熱水器一體化的設計可與之相輔相成。由於管線和住戶密度的原因，高層建築中的太陽能集熱器常常安裝在牆面和陽台，頂部的集熱器只能為上部幾層提供熱水。所以首先討論豎用。
直面上集熱器與建築的協調。
首先，可以利用較大面積的集熱器加強垂直構思。我國的高層住宅，特別是塔式住宅，平面會有一些變化，但其體形特徵多為高聳挺拔。進一步加強垂直構思，可以使其更富於現代風格。
集熱器可以集中連續布置，也可以與窗或陽台的凹凸處理結合形成豎向的劃分，使整個建築在垂直方向上形成強烈的韻律感。太陽能熱水器的水箱應當盡量放置於室內，以免破壞立面整體效果，常常選用強制迴圈式或直流式集熱器，並採用頂水式的管路。
集熱器的利用還可以體現在住宅部件和材料的處理上。近年高層住宅，常在頂部或外凹部拉梁採用特有的體形或符號來加強標誌性，以避免單調的感覺。太陽能集熱器由於採用了吸收性塗層而具備特殊的色澤和質感，其表面非常光亮，如果將其與高層頂部的電梯間或水箱間結合，既可以起到裝飾的作用，也能為上部幾層的住戶提供生活熱水。
在一些熱帶或**帶地區的住宅中，常採用大面積的玻璃窗，但又必須配備遮陽構件，利用出挑的集熱板充當遮陽體。由它形成的陰影增加了造型的虛實對比和空間的層次。
（2）多層住宅
多層住宅太陽能熱水器一體化設計首先可以從形式和體量出發，由於集熱器需要南向的坡屋面或牆作為安裝的依託，爭取盡量多的實體面積和可利用空間就成為一體化住宅形體設計的指導思想。通常可以使用退階和半接地式的設計。通過立體構成的切割手法，使整個體量的橫斷面類似於台階或三角形。
太陽能熱水器一體化設計還可以借助區域性的構件來表達技術特徵和現代風格，因為受功能的影響， 多層住宅體型的變化常會受到侷限，此時區域性的處理和構件的形式將起到重要的作用。
3 構造方案與系統選擇
太陽能熱水器一體化住宅外觀設計的美學原則和手法以及構造方案與系統選擇，是建築師對太陽能熱水系統所做的二次產品設計和加工，是實現「 一體化」的關鍵步驟。內容包括安裝部位選擇和構造方案設計，既要考慮到保證太陽能熱水器的工作效率，又要與住宅的結構、使用功能以及美觀相協調。為了保證足夠的日照時數，集熱器可能的安裝位置包括屋頂和南向的外牆和陽台。
下面就不同的安裝部位進行討論。
（1）屋頂部位
當太陽能熱水器安裝在屋頂時，由於其位置較高，可以形成自然壓頭，管路選擇比較靈活，既可以選擇頂水式，也可以選擇落水式。相應集熱器型別也有較大的自由度，自然迴圈式、強制迴圈式和直流式均可。但住宅屋頂形式有平屋頂和坡屋頂之分，所以需要重點解決太陽能裝置與不同屋頂形式的有機結合和連線。
就熱水器的安裝而言，平屋頂的優點是施工比較方便，集熱器或支架與屋頂結構的連線技術難度較小。而且平屋頂在一般視點是無法看到的，因此不需過多考慮集熱器的外形與建築立面的協調。考慮到由高層或其他位置能夠看到平屋頂的情況，集熱器只需排列整齊即可。
而坡屋頂安裝太陽能熱水器，根據其坡度不同，可以直接將集熱器安裝在屋頂，也可以用支架安裝，但都要做到不影響房屋的使用和外觀。實際上，我國許多住宅的坡屋頂都是相對稍緩。稍緩的傾角更有利於集熱器接受太陽漫射輻射，可以不必另行安裝支架。
由於坡屋頂正常視高一般可見，集熱器可以起到豐富其外觀的作用。缺點是施工會牽扯到防水的問題，技術上相對複雜。
1）平屋頂的安裝
太陽能熱水器在平屋頂安裝時，要注意集熱器的平面安裝位置。應當儘量減少水平管路的長度， 將集熱器置於衛生間的上方。優點是此處的樓板為現澆混凝土結構，有利於設定管路和固定支架。
如果使用者選擇迴圈式熱水器，則集熱裝置必須按一定角度傾斜安裝，集熱器須外加支架與屋面結構相連線。支架的冷軋鋼板的厚度不應當小於2mm，不鏽鋼板的厚度不應小於1.5mm。
屋面構造上可以在柔性防水上另加40mm厚混凝土剛性防水層，預埋鐵件與支架焊接或螺栓連線。
如果使用者選用了直流式熱水器，則集熱器可以直接水平安裝在屋頂上方，減小風荷載，增加系統的安全性。而且，由於集熱管和反射板的遮擋，使屋面的隔熱作用有所加強，從而降低住宅頂層夏季室內溫度，也使構造連線的熱橋效應減至最小。除錯時，安裝人員根據當地的位置和自然地理情況旋轉集熱管，將吸熱體的角度調整為最佳，就可以達到比較好的集熱效率。
2）坡屋頂的安裝
一般迴圈式太陽能集熱器均需要一定的傾角， 利用坡屋頂的結構坡度是很自然的。由於坡屋頂樓面下一般有吊頂空間，可以容納橫向管路，所以集熱器的平面位置可以比較靈活。
在設計中，最好選擇集熱器與儲水箱分離的熱水系統，將儲水箱置於吊頂內，可以減少屋面的荷載。在採用自然迴圈時，要求集熱器不高於水箱水位；而採用強制迴圈則沒有這種限制。
另一方面，我國出現了質量分布比較均勻的水箱— 集熱器一體化太陽能熱水器。屋脊式太陽能熱水器克服了單管上下水不能24小時隨時用熱水及操作繁瑣的缺點，上水無需任何操作，通常天氣熱水隨開隨用，結構獨特，適合於人字形屋頂，重心低，安裝極其方便、穩固。坡屋頂橫管式太陽能熱水器最適合坡屋頂平房或樓房，水箱外形像「 餅乾」一樣平貼於斜屋面，克服了各種太陽能熱水器重心高、在坡屋頂上安裝困難等缺點，安全可靠，外形平整，成片安裝整齊美觀，已大量被房地產公司配套安裝。
其共同的特點是水箱與集熱器結合在一起，降低了管路的造價。
（2）牆面與陽台
在牆面或陽台安裝太陽能熱水器，可以減小管路的長度。對於高層住宅是其他安裝方式不能替代的。而且其位置往往處於立面的視覺焦點，可以成為立面構成的重要因素，這也更加符合一體化設計的思想。
由於與用水端沒有足夠的高差，所以在牆面或陽台安裝的系統必須採用頂水式管路。而且同坡屋頂一樣，應盡量選擇集熱器與儲水箱分離的系統，可以減小墜落傷人的概率。根據使用情況的不同，構件連線可以分為固定式和活動式兩種情況。
1）固定式
固定式是指熱水器在安裝後使用者不再移動其位置或角度。所以要求集熱器在安裝之初就能夠達到比較好的效率，而且又不會造成立面的混亂或造成不安全因素。很明顯，斜向懸挑的固定集熱器無論在力學上還是心理上，都會形成不安全因素。
所以在當今的技術條件下，比較現實可行的方案是在豎直牆面上安裝直流式橫向集熱管和在陽台傾斜欄板上安裝熱管式或平板式集熱器。集熱器可單獨懸掛於建築物向陽的陽台或外牆視窗下方，徹底解決高層建築低層住房想裝卻怕管道太長及屋頂無法安裝諸多難題。水箱懸掛於陽台地面或室內牆角。
全自動，擰開龍頭即可用熱水。管道基本不在室外，冬季不怕凍結，由於獨特的聚光專利技術，以及消除集熱器表面落灰的方便條件，冬季水溫比屋頂式高得多。
2）活動式
活動式連線是指集熱器可以由使用者控制而在支架滑軌上運動，使其可以貼於豎直牆面，也可以斜出以達到最佳的集熱效果。活動式連線是迴圈式集熱器常常採用的方式。比較理想的一種情況是將支架安裝在窗戶的上方，除支架外其餘部分可以收起。
使用時，將集熱器放至適當位置和角度，在集熱同時起到遮陽的作用，尤其適合夏季太陽高度角比較高的情況。在外挑支架上設有檔位，可使集熱器在不同季節分別處於最佳的傾角。集熱器的開啟和收起可利用下端的拉桿完成。
缺點是由於集熱器已經位於窗上過梁位置，該層已沒有足夠空間容納水箱，所以採用自然迴圈時水箱必須置於其上一層戶內。但如果大規模建造或採用強制迴圈，則上述不便也不成為問題。此外，活動式連線還可以應用在陽台的豎直欄杆或欄板外側。
4 結語
住宅太陽能熱水器一體化的設計將與現有住宅在形式和風格上存在比較明顯的差別，在樣式各異的住宅中獨樹一幟，無論對住戶還是開發商，其獨特的可識別性都是有吸引力的。更為重要的是，這種一體化的設計所代表的是一種新生事物，其前途和生命力都是無可限量的。
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