目前對(duì)太陽能已有一定的研究，但對(duì)太陽能熱水器一體化住宅的外觀設(shè)計(jì)常走向兩個(gè)極端，一種是設(shè)計(jì)時(shí)忽視太陽能熱水器的設(shè)備，在立面造型完成后將需要的設(shè)備簡(jiǎn)單安裝上;另一種則是只相輔相成。失去建筑立面整體的平衡感。太陽能熱水裝置本身有別于建筑，但其作必須通過建筑的整體才能充分顯示。下面就太陽能熱水器與住宅建筑設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合進(jìn)行討論。

1 設(shè)計(jì)原則

太陽能熱水器一體化住宅的造型設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮到其居住建筑的特點(diǎn)。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(jié)構(gòu)和造型一般比較規(guī)整;其次，房間的功能性限制大，非常強(qiáng)調(diào)自然采光和自然風(fēng);第三，住宅受造價(jià)限制較大，外墻也應(yīng)當(dāng)盡量平直。由于住宅的這些特點(diǎn)，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(shí)際中常常利用相同元素的重復(fù)、增減來達(dá)到藝術(shù)效果。從這一點(diǎn)來看，住宅的造型設(shè)計(jì)較之公共建筑更有難度。但從另一角度來看，住宅內(nèi)部嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)性和功能的主導(dǎo)地位非常符合技術(shù)美學(xué)所強(qiáng)調(diào)的邏輯性及目的性。太陽能熱水器一體化的設(shè)計(jì)在住宅中表現(xiàn)技術(shù)美學(xué)是可行的，當(dāng)然高層住宅、多層住宅有自己的特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)區(qū)別對(duì)待。

(1)高層住宅

高層住宅本身就標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的成就，太陽能熱水器一體化的設(shè)計(jì)可與之相輔相成。由于管線和住戶密度的原因，高層建筑中的太陽能集熱器常常安裝在墻面和陽臺(tái)，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。直面上集熱器與建筑的協(xié)調(diào)。

首先，可以利用較大面積的集熱器加強(qiáng)垂直構(gòu)思。我國的高層住宅，特別是塔式住宅，平面會(huì)有一些變化，但其體形特征多為高聳挺拔。進(jìn)一步加強(qiáng)垂直構(gòu)思，可以使其更富于現(xiàn)代風(fēng)格。集熱器可以集中連續(xù)布置，也可以與窗或陽臺(tái)的凹凸處理結(jié)合形成豎向的劃分，使整個(gè)建筑在垂直方向上形成強(qiáng)烈的韻律感。太陽能熱水器的水箱應(yīng)當(dāng)盡量放置于室內(nèi)，以免破壞立面整體效果，常常選用強(qiáng)制循環(huán)式或直流式集熱器，并采用頂水式的管路。

集熱器的利用還可以體現(xiàn)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采用特有的體形或符號(hào)來加強(qiáng)標(biāo)志性，以避免單調(diào)的感覺。太陽能集熱器由于采用了吸收性涂層而具備特殊的色澤和質(zhì)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(jié)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。在一些熱帶或亞熱帶地區(qū)的住宅中，常采用大面積的玻璃窗，但又必須配備遮陽構(gòu)件，利用出挑的集熱板充當(dāng)遮陽體。由它形成的陰影增加了造型的虛實(shí)對(duì)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(shè)計(jì)首先可以從形式和體量出發(fā)，由于集熱器需要南向的坡屋面或墻作為安裝的依托，爭(zhēng)取盡量多的實(shí)體面積和可利用空間就成為一體化住宅形體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。通常可以使用退階和半接地式的設(shè)計(jì)。通過立體構(gòu)成的切割手法，使整個(gè)體量的橫斷面類似于臺(tái)階或三角形。

太陽能熱水器一體化設(shè)計(jì)還可以借助局部的構(gòu)件來表達(dá)技術(shù)特征和現(xiàn)代風(fēng)格，因?yàn)槭芄δ艿挠绊懀鄬幼≌w型的變化常會(huì)受到局限，此時(shí)局部的處理和構(gòu)件的形式將起到重要的作用。

2 構(gòu)造方案與系統(tǒng)選擇

太陽能熱水器一體化住宅外觀設(shè)計(jì)的美學(xué)原則和手法以及構(gòu)造方案與系統(tǒng)選擇，是建筑師對(duì)太陽能熱水系統(tǒng)所做的二次產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工，是實(shí)現(xiàn)“ 一體化”的關(guān)鍵步驟。內(nèi)容包括安裝部位選擇和構(gòu)造方案設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)、使用功能以及美觀相協(xié)調(diào)。為了保證足夠的日照時(shí)數(shù)，集熱器可能的安裝位置包括屋頂和南向的外墻和陽臺(tái)。下面就不同的安裝部位進(jìn)行討論。

(1)屋頂部位

當(dāng)太陽能熱水器安裝在屋頂時(shí)，由于其位置較高，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(yīng)集熱器類型也有較大的自由度，自然循環(huán)式、強(qiáng)制循環(huán)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(diǎn)解決太陽能設(shè)備與不同屋頂形式的有機(jī)結(jié)合和連接。

就熱水器的安裝而言，平屋頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)是施工比較方便，集熱器或支架與屋頂結(jié)構(gòu)的連接技術(shù)難度較小。而且平屋頂在一般視點(diǎn)是無法看到的，因此不需過多考慮集熱器的外形與建筑立面的協(xié)調(diào)。考慮到由高層或其他位置能夠看到平屋頂?shù)那闆r，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(jù)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(shí)際上，我國許多住宅的坡屋頂都是相對(duì)稍緩。稍緩的傾角更有利于集熱器接受太陽漫射輻射，可以不必另行安裝支架。由于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(diǎn)是施工會(huì)牽扯到防水的問題，技術(shù)上相對(duì)復(fù)雜。

1)平屋頂?shù)陌惭b

太陽能熱水器在平屋頂安裝時(shí)，要注意集熱器的平面安裝位置。應(yīng)當(dāng)盡量減少水平管路的長(zhǎng)度，將集熱器置于衛(wèi)生間的上方。優(yōu)點(diǎn)是此處的樓板為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，有利于設(shè)置管路和固定支架。

如果用戶選擇循環(huán)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(jié)構(gòu)相連接。支架的冷軋鋼板的厚度不應(yīng)當(dāng)小于2mm，不銹鋼板的厚度不應(yīng)小于1.5mm。屋面構(gòu)造上可以在柔性防水上另加40mm厚混凝土剛性防水層，預(yù)埋鐵件與支架焊接或螺栓連接。

如果用戶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(fēng)荷載，增加系統(tǒng)的安全性。而且，由于集熱管和反射板的遮擋，使屋面的隔熱作用有所加強(qiáng)，從而降低住宅頂層夏季室內(nèi)溫度，也使構(gòu)造連接的熱橋效應(yīng)減至最小。調(diào)試時(shí)，安裝人員根據(jù)當(dāng)?shù)氐奈恢煤妥匀坏乩砬闆r旋轉(zhuǎn)集熱管，將吸熱體的角度調(diào)整為最佳，就可以達(dá)到比較好的集熱效率。

2)坡屋頂?shù)陌惭b

一般循環(huán)式太陽能集熱器均需要一定的傾角，利用坡屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)坡度是很自然的。由于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(shè)計(jì)中，最好選擇集熱器與儲(chǔ)水箱分離的熱水系統(tǒng)，將儲(chǔ)水箱置于吊頂內(nèi)，可以減少屋面的荷載。在采用自然循環(huán)時(shí)，要求集熱器不高于水箱水位;而采用強(qiáng)制循環(huán)則沒有這種限制。

另一方面，我國出現(xiàn)了質(zhì)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(shí)隨時(shí)用熱水及操作繁瑣的缺點(diǎn)，上水無需任何操作，通常天氣熱水隨開隨用，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，適合于人字形屋頂，重心低，安裝極其方便、穩(wěn)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“ 餅干”一樣平貼于斜屋面，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(diǎn)，安全可靠，外形平整，成片安裝整齊美觀，已大量被房地產(chǎn)公司配套安裝。其共同的特點(diǎn)是水箱與集熱器結(jié)合在一起，降低了管路的造價(jià)。

(2)墻面與陽臺(tái)

在墻面或陽臺(tái)安裝太陽能熱水器，可以減小管路的長(zhǎng)度。對(duì)于高層住宅是其他安裝方式不能替代的。而且其位置往往處于立面的視覺焦點(diǎn)，可以成為立面構(gòu)成的重要因素，這也更加符合一體化設(shè)計(jì)的思想。由于與用水端沒有足夠的高差，所以在墻面或陽臺(tái)安裝的系統(tǒng)必須采用頂水式管路。而且同坡屋頂一樣，應(yīng)盡量選擇集熱器與儲(chǔ)水箱分離的系統(tǒng)，可以減小墜落傷人的概率。根據(jù)使用情況的不同，構(gòu)件連接可以分為固定式和活動(dòng)式兩種情況。

1)固定式

固定式是指熱水器在安裝后用戶不再移動(dòng)其位置或角度。所以要求集熱器在安裝之初就能夠達(dá)到比較好的效率，而且又不會(huì)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(xué)上還是心理上，都會(huì)形成不安全因素。所以在當(dāng)今的技術(shù)條件下，比較現(xiàn)實(shí)可行的方案是在豎直墻面上安裝直流式橫向集熱管和在陽臺(tái)傾斜欄板上安裝熱管式或平板式集熱器。集熱器可單獨(dú)懸掛于建筑物向陽的陽臺(tái)或外墻窗口下方，徹底解決高層建筑低層住房想裝卻怕管道太長(zhǎng)及屋頂無法安裝諸多難題。水箱懸掛于陽臺(tái)地面或室內(nèi)墻角。全自動(dòng)，擰開龍頭即可用熱水。管道基本不在室外，冬季不怕凍結(jié)，由于獨(dú)特的聚光專利技術(shù)，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(dòng)式

活動(dòng)式連接是指集熱器可以由用戶控制而在支架滑軌上運(yùn)動(dòng)，使其可以貼于豎直墻面，也可以斜出以達(dá)到最佳的集熱效果。活動(dòng)式連接是循環(huán)式集熱器常常采用的方式。比較理想的一種情況是將支架安裝在窗戶的上方，除支架外其余部分可以收起。使用時(shí)，將集熱器放至適當(dāng)位置和角度，在集熱同時(shí)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(shè)有檔位，可使集熱器在不同季節(jié)分別處于最佳的傾角。集熱器的打開和收起可利用下端的拉桿完成。缺點(diǎn)是由于集熱器已經(jīng)位于窗上過梁位置，該層已沒有足夠空間容納水箱，所以采用自然循環(huán)時(shí)水箱必須置于其上一層戶內(nèi)。但如果大規(guī)模建造或采用強(qiáng)制循環(huán)，則上述不便也不成為問題。此外，活動(dòng)式連接還可以應(yīng)用在陽臺(tái)的豎直欄桿或欄板外側(cè)。

3 結(jié)語

住宅太陽能熱水器一體化的設(shè)計(jì)將與現(xiàn)有住宅在形式和風(fēng)格上存在比較明顯的差別，在樣式各異的住宅中獨(dú)樹一幟，無論對(duì)住戶還是開發(fā)商，其獨(dú)特的可識(shí)別性都是有吸引力的。更為重要的是，這種一體化的設(shè)計(jì)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。