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1、本科生毕业论文本科生毕业论文 题 目建筑太阳能一体化施工技术 在多层住宅工程中的应用研究 学生姓名张继元 学 号2008160636 系 别管理分院 专 业工程管理 班 级0801 申请学位本科学位 指导教师王文职称 答辩时间 2012 年 5 月 25 日 I 摘 要 能源形势的严峻性使建筑节能和建筑中应用新型能源的工作在世界范围内引起了 高度重视，太阳能在建筑中的利用成为其中的重要课题。因此，建筑太阳能一体化施 工技术也就显得格外重要。本文首先对太阳能资源的利用和建筑太阳能一体化施工技 术进行简要说明，总结被动式太阳能建筑和主动式太阳能建筑的应用情况。然后，简 述多层住宅的太阳能技术的应用
2、现状，总结太阳能一体化施工技术在多层住宅工程中 的应用与一般住宅工程中的应用的区别。最后，找出建筑太阳能一体化施工技术在多 层住宅工程中的应用中可能会出现的特殊情况和问题，并提出相应的解决措施。 关键词：建筑太阳能一体化；多层住宅；应用研究 II ABSTRACT The serious the situation of the energy makes the application of new building energy efficiency and building energy attracted much attention in the world. The utilizat
3、ion of solar energy in the building becomes one of the important topics. Therefore, the construction solar energy integration construction technology also appears especially importantly. This article first carries on the briefing to the utilization of the solar energy resources and the construction
4、solar energy integration construction technology, and summarizes the passive form solar- powered structure and the driving type solar-powered structure application situation. Then, give the application status of the multi-layer housing solar energy technology, and summarizes the difference between t
5、he application of the solar energy integration construction technology in the multi-layered housing project and in general housing project. Finally, discovers the peculiar circumstance and the question which possibly can appear in the multi- layered housing project application of the construction so
6、lar energy integration construction technology, and proposes the corresponding solution measure. Keywords: Construction solar energy integration; Multi-layered housing; Applied research I 目 录 摘摘 要要I ABSTRACT.II 1 绪论绪论1 1.1 选题的目的和意义选题的目的和意义1 1. 1.1 太阳能广泛应用于住宅的必然性分析太阳能广泛应用于住宅的必然性分析1 1.1.2 我国的太阳能资源及利用状
7、况我国的太阳能资源及利用状况2 1.2 研究思路和路线研究思路和路线3 1.2.1 文献阅读文献阅读3 1.2.2 多学科综合运用多学科综合运用3 2 建筑太阳能一体化技术建筑太阳能一体化技术3 2.1 概述概述3 2.2 被动式太阳能建筑的应用被动式太阳能建筑的应用3 2.2.1 被动式太阳能采暖设计策略被动式太阳能采暖设计策略4 2.2.2 被动式太阳能制冷设计策略被动式太阳能制冷设计策略.5 2.3 主动式太阳能建筑的应用主动式太阳能建筑的应用.6 2.3.1 太阳能热水系统太阳能热水系统7 2.3.2 热风集热式供热系统热风集热式供热系统.8 2.3.3 太阳能空调系统太阳能空调系统.
8、8 2.3.4 太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统8 3 太阳能一体化施工技术在多层住宅工程中的应用现状太阳能一体化施工技术在多层住宅工程中的应用现状9 3.1 多层住宅的太阳能技术的应用现状多层住宅的太阳能技术的应用现状.9 3.1.1 平屋面平屋面隐入式方案隐入式方案9 3.1.2 台阶型坡屋面台阶型坡屋面集热器支架型方案集热器支架型方案9 3.2 一般住宅工程中的应用与多层建筑的区别一般住宅工程中的应用与多层建筑的区别10 4 太阳能一体化施工技术在多层住宅工程的应用中可能出现的问题及解决方法太阳能一体化施工技术在多层住宅工程的应用中可能出现的问题及解决方法10 4.1 可能出现的问题
9、可能出现的问题10 4.2 解决方法解决方法11 结结 语语11 参考文献参考文献12 致致 谢谢13 1 1 绪论 1.1 选题的目的和意义 1. 1.1 太阳能广泛应用于住宅的必然性分析 能源形势的严峻性使建筑节能和建筑中应用新型能源的工作在世界范围内引起了 高度重视，太阳能在建筑中的利用成为其中的重要课题。自上世纪 70 年代，国外工业 发达国家和一些发展中国家都充分认识到利用太阳能是减少建筑常规能源消耗的最有 效途径，纷纷投入大量人力物力来研究，并在 70 年代末 80 年代初达到高潮，太阳能 建筑技术也因此得到了迅猛的发展，太阳能建筑产业在商业化、建材化等方面也取得 了可喜的成果。把
10、太阳能技术广泛应用到住宅建筑中，使太阳能作为住宅建筑运行的 动力，这是人类社会进步和科学技术发展的必然，其必然性体现在以下三个方面： （1）经济效益 首先，太阳能应用于住宅中可以节约常规能源，减少住宅建筑的能耗，产生较大 的经济效益。虽然在建设初期一次性投入较大，但从长远来看却是一劳永逸，建筑造 价增加值远远小于能源节约所带来的效益，如现在普通家用的太阳能热水器一般在三 到五年就能收回成本。另外，太阳能技术在住宅建筑中的应用有利于推动住宅产业现 代化，促进太阳能等其它产业的发展，其间接的经济效益不可估量。 （2）社会效益 目前，人们生活舒适度与能源紧缺的矛盾日益严重，随着人们对室内热环境的要
11、求越来越高，人们用于室内热环境的能源需求量也就越来越大，导致能源供应紧张。 如在一些大中城市，由于市政的电力、燃气不能满足人们的需要，政府不得不对常规 能源的使用做出了限制，往往只能靠停电等方式来缓解压力，给人们正常的生产生活 带来了极大的不便，严重影响了社会生活的正常运行。而太阳能应用于住宅建筑中， 可以大大节约能源，缓解能源紧缺的压力，解除能源问题对社会构成的严重威胁，促 进社会经济的可持续发展，带来巨大的社会效益。 （3）环境效益 目前住宅中的主要能源仍然是石化燃料，其所产生的有害气体和二氧化碳造成了 环境污染和全球气候变暖。太阳能是清洁卫生的绿色能源，应用于住宅建筑之中，不 但可以缓解
12、不可再生能源的过度开采和可再生能源所遭受的破坏，而且还可以减小化 石燃料燃烧所产生的有害气体对环境的破坏，具有巨大的环境效益。 2 1.1.2 我国的太阳能资源及利用状况 我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量在 33408400MJ/(m2.a)之间，从全国的总 体情况来看，我国属于太阳能资源相当丰富的国家之一，丰富的太阳能资源为我国进 行太阳能的开发和利用提供了得天独厚的条件，同时各个区域的差异性也向我们提出 了挑战。 当国外如火如荼地开发和利用太阳能资源的时候，我国的太阳能事业也开始起步 并迅猛发展。1975 年国家有关部门在河南安阳举行的“全国第一届太阳能利用经验交 流会” ，标志着我国的
13、太阳能利用开始获得国家支持并纳入到正常的发展轨道。1992 年， 国务院批准了中国环境发展十大对策 ，明确提出要因地制宜地发展太阳能等可再生 资源，从此，我国的太阳能利用进入了快速发展的新阶段。二十多年来，太阳能利用 技术在产品研发、商业化运转、市场开拓方面都获得了长足进步，已经成为一个朝气 蓬勃的新兴产业。到 2000 年底我国太阳热水器保有量达到 2600 万平方米、被动式太 阳房拥有量达到 1800 万平方米、太阳灶应用量达到 33.2 万台，均居世界第一位3。太 阳能利用、环保节能观念逐渐深入人心，成绩喜人。 但是，我国太阳能节能技术总体发展时间短，重视和研究不够投入，对太阳能的 利用
14、十分有限，在大量建设的多层住宅方面，研究和实践相对来说积累较少。并且， 我国太阳能技术在多层住宅上的应用比较单一，主要是太阳能热水器的使用。而多层 住宅由于可供太阳能集热用的建筑表面积有限性和技术上的限制，对于太阳能的利用 并不高。并且太阳能的应用还具有时段性和冬夏两季运行矛盾等问题。对于太阳能技 术与建筑的一体化设计，现行的太阳能技术、产品，一般都是独立研发，没有与住宅 结构、设备、空间设计形成有机结合，导致太阳能设备附着于建筑外部影响城市景观， 安装和施工上一般都是先建住宅再安装太阳能设备，亦导致对太阳能的利用效率低， 妨碍新技术的使用等。 将建筑与太阳能一体化相加整合，在对多层建筑设计的
15、初始，就将太阳能系统包 含的所有内容作为建筑不可或缺的设计元素加以考虑进去，巧妙的将太阳能系统与建 筑本身结合起来，乃至于不可分割，才是真正的太阳能一体化。因而，针对多层住宅 的特点以及可能出现的问题，把真正的建筑太阳能一体化的施工技术应用到多层住宅 中去，充分利用太阳能这样一种优越的绿色可再生资源，对于改进多层住宅能源节约， 乃至于我国整体能源节约与环保，具有十分现实的意义。 3 1.2 研究思路和路线 1.2.1 文献阅读 通过广泛的文献阅读和整理，了解现阶段国内外的研究动态，获取相关的理论成 果和结论，借鉴科学的调研方法，为课题的深入研究奠定基础。力求对该项研究有一 个整体的把握，以保证
16、本研究思路和方法上的前瞻性和内容上的创新点。 1.2.2 多学科综合运用 学习相关专业的教材和文献成果，向建筑理论、建筑物理、建筑结构等领域的教 授直接求教，并将建筑学、建筑类型学、建筑构造等理论综合运用。 2 建筑太阳能一体化技术 2.1 概述 近年来，建筑工程中的太阳能热水系统安装往往自成系统，并作为建筑的后置设 备进行安装，造成太阳能热水器在建筑上布置极为不合理，其固定、防风、避雷等安 全措施也得不到保障，也给城市景观、建筑的安全使用带来极为不利的影响。为使太 阳能热水系统安全可靠、性能稳定，且与建筑和周边环境协调统一，就需要推广建筑 太阳能一体化施工。所谓建筑太阳能一体化施工，就是将太
17、阳能的产品及构件与建筑 同步设计，同步施工，同步验收，并做到与建筑进行有机的结合。 建筑太阳能一体化设计就是要将太阳能热水应用技术融入到住宅建筑设计的整个 过程，系统所包含的所有内容都当作建筑不可或缺的元素加以考虑，使之成为建筑组 成的一个部分，而不是附加的多余构件，从而达到建筑设计美观、实用、经济的要求。 综合考虑建筑所处的气候特点，太阳能热水系统的不同类型、技术要求、建筑的造型、 平面功能与构造节点等因素，做到即符合住宅建筑造型和使用功能要求，又满足高质 量的供热水要求。 一体化设计对住宅的造型及立面提出了新的要求，作为工业化的产物，太阳能热 水系统的融入提升了住宅建筑的科技内涵，增加了美
18、学趣味。另外，住宅的平立面以 及结构体系都比较规整，逻辑性强，在立面的设计中应把握这一特点，做到尽量简洁 大方。 4 2.2 被动式太阳能建筑的应用 太阳房一词源于美国，是当时人们对玻璃房子的形象比喻，这种玻璃房子内部阳 光充足，四季如春，非常适合人们工作居住。后来，太阳房的涵义逐渐延伸为利用太 阳能来采暖和降温的建筑。太阳能在建筑中的应用主要有两种形式，即主动式应用和 被动式应用。被动式应用不采用任何机械动力，而是通过充分结合周边环境因素、合 理设置内部功能、巧妙处理外部形体、恰当选择建筑材料使建筑物在冬季能够采集、 蓄存和分配太阳能，而且也能在夏季遮蔽太阳辐射、调节空气状况使之降温，其工作
19、 原理是“温室效应” 。太阳能的主动式应用则需要利用机械设备和消耗常规能源。相对 于主动式太阳能系统，被动式太能阳系统构造简单、投资少、日常维护方便，因而容 易得到人们的接受。 2.2.1 被动式太阳能采暖设计策略 每个地区的自然环境都各有不同的特点，因此，在设计中对环境控制方法也是多 种多样，但归根结底主要有两个方向：冬季采暖控制和夏季制冷控制。冬季采暖控制 可以通过直接得热，集热蓄热墙式间接得热、附加阳光间式间接得热、综合得热等 几种方式来实现，每种方式对太阳能的利用也不相同，下面就每种方式进行探讨。 （1）直接得热 直接得热是被动式太阳房中最简单也是最普遍的一种形式。其做法就是把南向窗
20、户扩大，以提高建筑的集热面积，太阳辐射透过窗户直接射到室内地面、墙壁以及家 具上，使它们表面温度升高，从而使热量得以储存，当室外和室内温度都下降时，这 些被储存的热量再通过自然对流换热释放出来，加热室内空气，使室内温度维持到一 定水平。 直接得热式太阳房的优点是热效率高，一旦得到充足的阳光，室内温度上升很快， 因此对于需要白天采暖的建筑尤为适用，如办公楼、学校等公共建筑，缺点是温度波 动大，白天热，夜间冷，不能满足住宅、宾馆等对夜晚温度要求高的建筑。另外，南 窗洞口在有太阳辐射时起着集取太阳辐射能的作用，而在无太阳辐射的时候则成为保 温的最薄弱环节，因此在直接得热的太阳房中。南窗一方面要加大，
21、另一方面也要设 置有效的保温隔热措施，如做双层窗、加保温窗帘等。 （2）集热蓄热墙式间接得热 集热蓄热墙是间接利用太阳能的采暖方式。太阳光首先照射到南向、外面有一 5 道玻璃外罩内的深黑色储热墙体上，该墙体吸收太阳辐射热后，通过传导将热量传到 墙体的另外一侧，然后通过对流和热辐射方式向室内供热。并且，在集热墙体的上下 部位均做通气孔，冬天集热墙与玻璃间的热空气上升通过上部孔洞传入室内，而室内 较冷的空气下降并通过下部孔洞传出，这样形成内外层空气的对流循环。 采用集热蓄热墙式间接得热的太阳房由于室内和室外有过渡空间而使室内温度 波动小，居住舒适，缺点是热效率较低，黑色集热墙使建筑立面难以处理，另
22、外玻璃 与集热墙之间容易落灰，也不便打扫。 （3）附加阳光间式间接得热 附加阳光间也是间接利用太阳能得热的方式，它是集热一蓄热墙式与直接得热式 的结合形式。其做法就是在房屋的南面附加玻璃温室，可应用于新建房屋，也可用于 旧房改造。这种南部阳光间系统的工作原理和直接得热式系统相同，后部房间的集热 方式则跟集热蓄热墙式系统相似，因而兼有两种系统的优点，即热效率高、室内温 度波动小，同时方便打扫。温室则可以根据房屋自身需要做成花草房，外廊或者入户 门斗等形式。 （4）综合得热 在被动式太阳房的设计与建造中，通常是直接得热式、集热蓄热墙式、附加阳 光间式三种形式结合使用，发挥各自特点，综合得热。其通常
23、的做法是加大南向开窗， 用于直接得热，南墙为蓄热墙，并设置封闭阳台等间接得热。 我国甘肃地区一单层独院小住宅平、立面。在平面布置上，以起居室为中心，两 侧向阳位置有三间卧室，北侧为厨房及储藏室，并在南向入口设置门斗。工程采用被 动式太阳能采暖方式，通过直接得热与间接得热相结合的形式来达到采暖目的，其中 住宅两侧的卧室是蓄热墙和直接得热保温窗式，中间起居室和卧室则是通过入户门斗 阳光间间接得热。厨房位于建筑中心北侧，可以利用做饭余热加热与之较近的火炕， 同时提高相邻房间温度。建筑南向为大面积开窗，以吸收足够的太阳光。北墙的门窗 洞口均非常小，并设置防风门斗，防止冷风渗透，同时加强了屋面、门窗及墙
24、地面等 处的保温措施。 2.2.2 被动式太阳能制冷设计策略 对于我国广大夏热冬冷地区的住宅建筑，被动式太阳房的设计不仅要考虑冬季采 暖，还要充分重视夏季的制冷效果。被动式太阳房的制冷设计主要是利用热的对流， 6 辐射和传导的原理，采取积极有效措施来阻止外部热量的侵入和疏散内部热量，从而 使建筑内部的热量最低化。这里包含两方面的内容，即降低室内得热和提高散热，二 者结合，才能达到最佳的制冷效果。 （1）减少室内得热 来自太阳的热辐射作用主要从两个途径进入室内影响室内的热舒适度：一是透过 窗户进入室内并被室内表面所吸收，产生了加热的效果；二是被建筑的外围护结构表 面吸收，其中又有一部分热量通过建
25、筑围护结构的热传导逐渐进入室内。即建筑外墙、 屋顶和门窗的隔热和蓄热作用在一定程度上稳定了室内的温度变化，另外，透过窗户 进入室内的日照也对室温有直接而重要的影响。因此减少室内得热，最重要的是应做 好屋顶与外墙的隔热以及外窗的遮阳设计，关于具体的措施，本文将在本章最后一节 中进行探讨。 （2）提高散热 提高散热的主要策略就是进行合理的通风设计，通风加速热量的散逸和水蒸汽蒸 发，在同样温度下能给人凉爽之感，增加室内的舒适度。被动式太阳能住宅的通风设 计，可以通过风压通风和热压通风来实现。 （3）风压通风 风压通风的原理就是在迎风面和背风面形成压力差，室内外空气在压力差的作用 下由压力高的一侧向压
26、力低的一侧流动。在住宅中，我们常说的穿堂风就是明显的风 压通风，即室外空气在风压作用下，从建筑迎风面的窗洞或门洞吹进，穿过住宅室内 从背风面洞口吹出。被动式太阳能制冷设计应重视穿堂风的利用，良好的穿堂风可以 在短时间内使室内温度得到明显下降。在住宅的平面设计方面，由于两个开口位置的 关系，会使风的通道发生变化，影响通风效果，因此在设计中要协调好开口部位之间 的相对位置。 （4）热压通风 由于建筑物内外空气的气温差产生了空气密度的差别，于是形成压力差，驱使室 内外的空气流动。室内温度高的空气比重小而上升，并从建筑物上部风口捧出，这时 会在低密度空气原来的地方形成负压区，于是，室外温度比较低而比重
27、大的新鲜空气 从建筑物底部的开口被吸入，从而室内外的空气源源不断的进行流动。这种由热压而 引起的自然通风又被称为“烟囱效应” 。 在被动式太阳能住宅的设计中，可以利用上下空间的贯通来形成热压通风。即在 7 上下贯通的空间里面，分别在上部和下部设置换气窗，利用温差进行换气通风，也可 以直接设置通风竖井来带走室内热量。 2.3 主动式太阳能建筑的应用 对于一些使用标准较高的建筑而言，当单纯的被动式太阳能技术不能达到其使用 要求时，就需要采用主动式技术来弥补。相对于被动式系统，主动式太阳能利用系统 需要依靠集热器、各种循环管路、水泵等需要其它能源的机械装置来收集、储存和分 配太阳能，它是太阳能利用的
28、高级形式。当前，在世界范围内，太阳能的主动式利用 已被提高到战略高度，其发展的深度及广度在一定程度上反映了一个国家的综合可持 续发展能力。主动式太阳能系统可以满足建筑的各种能耗要求，但相对于被动式系统， 其初期一次性投资较大。另外，主动式太阳能系统的各种设备也影响了建筑物的设计， 如系统管线如何组织；集热器作为高科技产品要求暴露到室外接收阳光，如何与建筑 结合而不影响建筑美观等，这些都是建筑师在具体设计中需要面对的问题。 根据太阳能自身的特点，太阳能在住宅建筑中的应用主要为光热利用和光电利用， 而又以光热利用更为普遍。太阳能光热转换是将太阳的辐射能转变为热能的过程，在 住宅中的利用主要是太阳能
29、热水及采暖系统和太阳能空调系统；太阳能光电转换是指 太阳的辐射能转变为电能的过程，在住宅中的主要应用是太阳能光伏发电。我国良好 的太阳能资源为我国运用光热、光电技术奠定了坚实的基础。主动式太阳能技术在住 宅中有以下利用方式。 2.3.1 太阳能热水系统 太阳能热水系统是利用太阳能把水加热的装置，是目前实际应用最多、技术最成 熟、产业化最高的太阳能热利用系统。太阳能热水系统主要元件包括集热器、储存装 置及循环管路三部分。此外，还有辅助的再加热装置(如电热器等)以供应无日照时使用。 普通太阳能热水系统的原理是利用温室原理，把太阳能转变为热能，并向水传递 热量，从而获得热水。具体来说，太阳光透过玻璃
30、进入密封的集热器内，大部分能量 被集热器内的黑色吸收体吸收，然后将热量传给冷水，冷水加热后重量变轻，自动流 入水箱上部，水箱下部冷水由于密度大而自动流入吸热体继续获得热量，周而复始， 水箱内的全部冷水将被加热。当太阳能加热能力不足时，由辅助再热装置补充热量。 8 在我国，太阳能热水系统已经有了二十余年的发展历史，并在太阳能利用中居主导地 位，中国已成为世界上最大的太阳能热水系统的生产国与使用国。目前太阳能生活热 水系统和日益增多的地板辐射采暖系统结合在应用中已经成为趋势。低温热水地板辐 射采暖就是用满足生活热水后的余热，通过一种埋设于建筑地板水泥砂浆层内的聚丁 烯管，在设置的自动控制元件控制下
31、，将地板表面加热到设计所规定的温度，以辐射 方式向上均匀放热，从而达到舒适的采暖效果。 2.3.2 热风集热式供热系统 热风集热式供热系统由集热器、蓄热器、管道、风机等设备构成，传导媒质是不 活跃导体空气。其工作原理是空气在风机的驱动下从集热器到蓄热器，再从蓄热器返 回集热器，如此不同断循环往复，从而达到建筑物的采暖目的。蓄热体一般为砾石固 定床、砾石堆等，辅助加热器为煤气热风炉，可以设置控制调节装置，根据送风温度 调节辅助热源的投入量。对于热风集热式供热系统而言，热风式集热器较便宜，热交 换次数少，不会出现冻坏现象，使用方便安全，但集热器的体积和传导面积较大，风 道和蓄热体所据了较大的建筑空
32、间，影响了建筑的正常使用，故在住宅中的应用受到 限制。 2.3.3 太阳能空调系统 兼有供暖、供冷功能，也可以只有供冷功能。制冷系统分为吸收式和吸附式。太 阳能吸收式空调系统主要由太阳集热器和吸收式制冷机两部分构成，系统需要结合太 阳能热水系统，利用太阳能集热器获得高温热水，然后使热水吸收机制冷机运行，获 取建筑所需的冷量。吸附式制冷系统将太阳能集热器和制冷机合二为一，结构简单， 经济性好。其工作原理是采用沸石水或活性炭甲醇等无害材料作为工质组合，整 个系统由太阳能吸附集热器，真空阀门、冷凝器、蒸发储液器、风机盘管、水泵等组 成，白天太阳辐射充足，制冷解析，经冷凝器冷却成液态进入蒸发储液器，太
33、阳能转 化为代表制冷能力的吸附式储存起来，晚上温度降低。自然冷却后、吸附床温度下降， 制冷剂被吸收，达到制冷太阳能空调与常规空调相比，具有两方面的优点：首先，太 阳能空调季节适应性良好，夏季温度高，太阳辐射强，而系统制冷能力正是随着太阳 辐射能的增加而增大，恰好适合夏季人们的制冷需求。另外，传统的压缩式制冷机以 氟里昂为介质，它对大气层有极大的破坏作用，制冷机以无毒、无害的水或溴化锂为 介质，它对保护环境十分有利。 9 2.3.4 太阳能光伏发电系统 1954 年，美国科学家恰宾和皮尔松在贝尔实验室研制成功了实用的单晶硅太阳能 电池，从而诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。太阳能电池
34、是系统的 核心部件，太阳能的光伏发电就是指利用太阳电池将太阳辐射能转化为电能，白天接 收太阳能，输入电能，太阳能电池充电；晚上，太阳能电池输出电能向用电单位供电。 在住宅建筑中，常用的发电系统是住宅联网光伏发电系统，这种系统可以直接把所发 的电能分配到住户的用电终端，并通过所联接的公用电网来调节系统电量。住宅系统 可以分为有逆流和无逆流两种形式。有逆流系统，是和公用电网互相开放的一种形式， 光伏发电系统在产生剩余电力时能将电能送入公用电网；另外，当光伏发电系统电力 不能满足住户需要时，公用电网也可以打开进行补充。这种系统适用于光伏发电系统 的发电能力大于住户的用电负荷或光伏发电时间同住户用电高
35、峰时间不相一致的情况。 事实上，住宅联网光伏系统通常设计成有逆流系统，这是因为白天系统发电量大而负 荷耗电量小，晚上光伏系统不发电而负荷耗电量大，另外受到天气和季节因素的制约， 设计有逆流系统，可以确保白天晚上、晴天阴天的电力平衡。无逆流系统，是太阳能 光伏发电系统的发电量始终小于住宅用户负荷电量时的一种形式，这种系统是单向并 联形式，即公用电网可以向系统提供电量，而系统多余电量不能输入公用电网，在住 宅建筑中不常应用。住宅联网光伏发电系统又有小型家庭系统和集中小区系统之分。 小型家庭系统的装机容量较小，一般为 15 千瓦时，为自家供电，并由自家进行管理， 独立计算用电量。集中小区系统，装机容
36、量加大些，一般为 50300 千瓦时，为一个住 宅小区供电，小区进行统一管理，并集中分表计算用电量。 3 太阳能一体化施工技术在多层住宅工程中的应用现状 3.1 多层住宅的太阳能技术的应用现状 多层住宅的层数为四至六层，可以根据住户的用水需求设置足够的集热器面积。 按照普通 6 层住宅计算，屋面面积一般在 180m2以上，即使是坡屋面，屋面的可用面 积也在 100 m2以上。按照每户 3.5 人，最大配置 3 m2集热器面积，一个单元 12 户， 配备 36 m2集热器即可。所以对于多层住宅，屋面面积完全可以满足集热器的摆放，系 统形式可以根据需要任选。 10 3.1.1 平屋面隐入式方案 平
37、屋顶多层住宅在我国住宅中占有很大分量，在处理一体化问题时可以优先考虑 隐入式方案。所谓隐入式就是将热水器按一定角度直接放到平屋面上，支架与屋面结 构连接，通过女儿墙的遮挡，在地面一般视点无法看到，不需要过多考虑热水器的外 形，也不用担心热水器与建筑的结合问题，但考虑到越来越多的高层住宅的出现，需 要在屋面上面摆放整齐有序，以免妨碍高层住户的观瞻。 3.1.2 台阶型坡屋面集热器支架型方案 坡屋顶多层住宅与太阳能热水系统一体化设计可以首先从住宅形式和体量出发， 由于集热器需要南向的坡屋面作为安装的依托，因此在屋顶的设计上应尽量创造出安 装热水器的便 利条件。可以采用立体构成的切割手法，在坡屋顶的
38、三角形体中切出一 块，形成一个小的平台，然后在平台上面设置支架，安装集热器。集热器弥补了被切 除屋面部分的空缺，屋面搭配集热器后的形体仍维持原装，只是材质发生了变化。这 种形式使传统的住宅中融入了现代科技成分，使住宅的科技表现力大幅提高。另外这 种做法的安装和维护都比较方便，构造也不复杂，但屋面的形状使结构设计和施工的 难度加大，并对顶层空间会有一定影响。 3.2 一般住宅工程中的应用与多层建筑的区别 一般住宅工程在国外指在风景区或在郊外建造的供休养的住所。而国内通常把建 造在城市郊区附近，或独立或群体的低层住宅称为一般住宅工程，与多层及高层住宅 相比，一般住宅工程有以下特点： （1）一般住宅
39、工程具有较强的独立性，其层数通常为 23 层，建筑形式多样。 （2）一般住宅工程建筑结构简单，面积较小，一般在 400 平方米以内。 （3）一般住宅工程建筑的周边空间较大，日照条件好，利用太阳能有明显优势。 （4）一般住宅工程建筑中太阳能热水系统服务的人数有限，其集热器面积较小。 一般住宅工程在居住人数、用热水时间上规律性不强，因此不适宜采用集中热水 供应的方式另外一般住宅工程多为坡屋顶建筑，若采用自然循环式系统，集热器上 部的蓄热水箱势必造成对建筑造型的破坏，所以可以采用强制循环、分离式系统，在 屋顶只安装集热器，便于与建筑结合，不影响美观，在平面的设计中，可以在用热水 房间附近增设专门的设
40、备间，蓄热水箱放置在设备间内，便于检修维护。 11 4 太阳能一体化施工技术在多层住宅工程的应用中可能出现的问题及 解决方法 4.1 可能出现的问题 近年来，随着住宅安装太阳能热水器的增多，带来了另外一个重要问题，就是太 阳能技术与建筑的一体化设计问题。现行的太阳能技术和产品多是独立地进行研发， 没有与住宅的结构、设备或者空间的设计形成有机的结合。这样带来的问题是很多的， 主要有以下三点： （1）一些太阳能设备如同一层不相干的表皮，附着于建筑外部，造成城市和建筑 景观不协调； （2）安装和施工上的问题，多数都是在住宅建好之后，再去找专门的厂商来安装 太阳能设备，管道随便暴露在建筑外部； （3）
41、不适合新技术的应用； （4）太阳能利用效率低。 4.2 解决方法 （1）首先，根据夏季和冬季住宅能耗需求不同的特点，提出了以太阳能为主的多 种形式的可再生能源利用及转换技术的策略，以此为出发点进行合理组合和住宅的设 计，以保证室内舒适性环境的稳定性。 （2）考虑多层住宅的条件和限制因素，针对不同的部位和构造要求，设计和选配 相应的太阳能适用技术，体现“一体化”的设计原则。在多层住宅的屋顶和各个立面， 结合建筑造型应用各种适宜的太阳能技术，做到主动、被动太阳能技术结合，各技术 间彼此互补。 （3）结合我国实际情况，在选配高效能太阳能技术产品的同时，注重适用性和经 济性。另外，设计还引入了蓄能技术
42、、辅助供能设备、智能化监控技术等以保证建筑 所需能量的持续稳定供给，并对其效果进行了试算和评价。 结 语 上世纪太阳能应用技术的迅猛发展为本世纪太阳能更大范围的应用奠定了坚实的 基础。再加上日益恶化的能源形势，可以说本世纪必将是人类大规模利用太阳能的世 12 纪，这是历史发展的必然。而如何把太阳能应用到住宅建筑中并推广普及则是太阳能 利用中的一项重要内容，太阳能作为一种免费、清洁、取之不尽的能源，在住宅建筑 中能否得到合理利用，将直接影响着人类社会的可持续发展战略。本文从我国的实际 国情出发，着重探讨了住宅中太阳能利用的两种形式：被动式应用和主动式应用，对 一些设计要点进行了分析和探讨，提出了
43、一些切实可行的办法和策略，虽然有些问题 的研究还停留在理论层面，但是仍希望本文对今后太阳能住宅的设计有些借鉴与启发。 13 参考文献 1 高世宪.中国能源现状和发展战略J.中国海洋油气峰会，2006. 2 付融冰等.中国能源的现状.能源环境保护J，第 19 卷第 1 期，P9. 3 颜丰，范悦，陈滨.多层住宅的太阳能技术一体化设计探讨J.生态建筑，2008(03) 4 罗运俊等著.太阳能利用技术M.北京：化学工业出版社，2005，P3. 5 罗运俊等著.太阳能利用技术M.北京：化学工业出版社，2005，P13. 6 罗振涛，史立山主编.中国太阳能热水器产业发展研究报告(20012003)M.北
44、京： 中国环境出版社. 7 江亿等著.住宅节能M.北京：中国建筑工业出版社，2006，Pl2. 8 龙维定.国内建筑合理用能的现状及展望J.能源工程，2002.2. 9 张志莹.推广节能住宅是落实科学发展观的重要举措M.房地产信息，P13. 10 张志莹.推广节能住宅是落实科学发展观的重要举措M.房地产信息，P13. 11 江亿等著.住宅节能M.北京：中国建筑工业出版社，2006，P4，7. 14 致 谢 本论文是在我的指导老师王文的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态 度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。王老师不仅在 学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向王 老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们， 正是由于你们的帮助和支 持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 在论文即将完成之际， 我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、 朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!谢谢你们! 最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！