太阳能住宅设计方案
1设计原则
太阳能热水器集成住宅的造型设计应充分考虑其住宅建筑的特点。首先，无论是高层住宅还是多层住宅，都是由套房组成，空间不大，平面和立面结构和造型一般都比较规整；其次，房间的功能性有限，非常强调自然采光和自然风；第三，房屋受造价限制，外墙尽量直。由于住宅的这些特点，在造型处理上可以有很大的体量变化，但一般很难打破楼层、套数等单元因素的限制。在实践中，经常使用相同元素的重复、增减来达到艺术效果。从这个角度来说，住宅建筑的造型设计比公共建筑更难。但从另一个角度来看，严谨的结构和功能在屋内的主导地位，非常符合技术美学所强调的逻辑和目的。太阳能热水器的一体化设计在住宅建筑中表达技术美学是可行的。当然，高层住宅和多层住宅各有特点，应该区别对待。
(1)高层住宅楼
高层住宅本身就标志着现代科技在建筑工程领域的成就，太阳能热水器的一体化设计可以相得益彰。由于管道和住户的密度，高层建筑的太阳能集热器往往安装在墙壁和阳台上，顶层的集热器只能为上层提供热水。所以我们先讨论一下垂直使用。太阳能集热器与建筑的协调。
首先，垂直的概念可以通过使用大面积的收集器来加强。我国高层住宅尤其是塔式住宅的平面会有一些变化，但其形体特征多为挺拔。进一步强化垂直概念，可以让它更现代。集热器可以集中连续布置，也可以结合窗户或阳台的凹凸处理，形成垂直分割，使整个建筑在垂直方向上形成强烈的节奏感。太阳能热水器的水箱尽量放在室内，以免破坏立面的整体效果。常采用强制循环或直接集流体，采用顶部输水管道。
集热器的利用也可以体现在住宅部分和材料的处理上。近年来，在高层住宅建筑中，经常使用特殊的图形或符号来加强顶部或外凹部分的符号，以避免单调的感觉。太阳能集热器因为吸收涂层而具有特殊的颜色和纹理，其表面非常光亮。如果与高层建筑顶部的电梯间或水箱间结合，既能起到装饰作用，又能为上层住户提供生活热水。在一些热带或亚热带地区的住宅中，往往采用大面积玻璃窗，但必须配备遮阳部件，突出的集热板作为遮阳。它形成的阴影增加了造型的虚实对比和空间的层次。
(2)多层住宅
多层住宅建筑中太阳能热水器的一体化设计可以从形式和体量入手。由于太阳能集热器需要安装在朝南的坡屋顶或墙体上，因此，争取尽可能大的物理面积和可用空间已成为一体化住宅体设计的指导思想。通常，可以使用阶梯式和半接地设计。通过立体裁剪技术，整个体积的横截面类似于一个台阶或三角形。
太阳能热水器的一体化设计也可以借助当地的部件来表达技术特点和现代风格。由于功能的影响，多层住宅建筑的体形变化往往受到限制。这时，局部处理和组件形式将发挥重要作用。
2结构方案和系统选择
一体化太阳能热水器住宅外部设计的美学原则和技术，以及结构方案和体系的选择，是建筑师对太阳能热水器系统的二次产品设计和加工，是实现一体化的关键步骤。内容包括安装场地的选择和结构方案的设计，既要保证太阳能热水器的工作效率，又要与房屋的结构、功能和美观相协调。为了保证足够的日照时数，集热器可能的安装位置包括屋顶、南向外墙和阳台。下面讨论不同的安装部件。
(1)车顶位置
太阳能热水器安装在屋顶时，由于位置较高，可以形成自然压头，管道选择灵活，既可以是顶水式，也可以是跌水式。相应的集热器类型也有较大的自由度，如自然循环式、强制循环式、直流式等。而住宅建筑有平屋顶和坡屋顶，需要重点关注太阳能设备与不同屋顶形式的有机结合和衔接。
就热水器的安装而言，平屋顶的优点是施工方便，集热器或支架与屋顶结构的连接技术难度较小。而且平屋顶从一般角度看不出来，所以不需要过多考虑集热器的造型与建筑立面的协调性。考虑到从高层建筑或其他位置都能看到平屋顶，集热器只需要排列整齐即可。安装在坡屋顶上的太阳能热水器，可以根据其坡度直接安装在屋顶上，也可以用支架安装，但不得影响房屋的使用和美观。其实国内很多房子的坡屋顶都比较平缓。稍微慢一点的倾斜角度更有利于集热器的太阳漫辐射，不需要单独安装支架。因为坡屋顶的正常视觉高度一般是可见的，集热器可以丰富其外观。缺点是施工会涉及到防水的问题，技术上相对复杂。
1)平屋顶安装
当太阳能热水器安装在平屋顶上时，应注意集热器的平面安装位置。水平管道的长度要尽量减少，集热器要放在卫生间上方。好处是这里的楼板是现浇混凝土结构，有利于管道和固定支架的安装。
如果用户选择循环热水器，集热器必须倾斜一定角度安装，集热器必须用附加支架与屋顶结构连接。支架的冷轧钢板和不锈钢板厚度分别不小于2mm和1.5mm。屋面结构上，可在柔性防水层上加40mm厚混凝土刚性防水层，预埋铁件可与支架焊接或螺栓连接。
如果用户选择直流式热水器，集热器可以直接水平安装在屋顶上方，减少了风荷载，增加了系统的安全性。而且由于集热管和反射器的屏蔽，加强了屋顶的隔热效果，从而降低了夏季房屋顶层的室内温度，最大限度地减少了结构连接的热桥效应。调试时，安装人员根据当地的位置和自然地理条件，旋转集热管，将吸热器的角度调整到最佳，这样可以达到更好的集热效率。
2)坡屋顶的安装
一般循环式太阳能集热器都需要一定的倾斜角度，所以利用坡屋顶的结构坡度是很自然的。由于斜屋顶地板下有吊顶空间，可以容纳横向管道，集热器的平面位置可以更加灵活。
设计中最好选择集热器与储水箱分离的热水系统，将储水箱放在吊顶内，这样可以减轻屋顶的负荷。采用自然循环时，要求集热器不高于水箱水位；当采用强制循环时，没有这种限制。
另一方面，国内出现了集水箱和集热器于一体的太阳能热水器。屋顶式太阳能热水器克服了单管不能24小时随时使用热水，操作复杂的缺点。供水不需要任何操作。平时天气开了就用热水。结构独特，适用于人字形屋顶，重心低，安装极其方便稳定。斜顶横管式太阳能热水器最适用于斜顶平房或楼房。水箱的形状像饼干一样平放在坡屋顶上，克服了各种太阳能热水器重心高、不易安装在坡屋顶上的缺点。安全可靠，外形扁平，分片安装整齐，被大量房地产公司安装。其独特之处在于水箱与集热器合二为一，降低了管道成本。
(2)墙壁和阳台
在墙上或者阳台上安装一个太阳能热水器，可以减少管道的长度。对于高层住宅来说，是其他安装方式无法替代的。而且它的位置往往处于立面的视觉焦点，可以成为立面构成的重要因素，更符合整体设计的思路。由于与水端没有足够的高度差，所以安装在墙上或阳台上的系统必须采用顶部输水管道。而且像坡屋顶一样，尽量选择集热器与储水箱分离的系统，这样可以降低坠落伤人的概率。根据使用条件的不同，组件连接可分为固定式和移动式。
1)固定类型
固定是指用户安装后不会移动热水器的位置或角度。所以要求集热器在安装之初就能达到较好的效率，不会造成立面混乱或不安全因素。显然，斜悬臂固定集热器会在机械上和心理上形成不安全因素。因此，在今天的技术条件下，比较现实可行的方案是在垂直墙面上安装直流式横向集热器，在阳台斜栏杆上安装热管或平板集热器。集热器可以单独挂在建筑外墙的阳台或窗户下，彻底解决了高层建筑低层住宅想安装但又怕管道太长，屋顶无法安装的诸多问题。水箱挂在阳台地面或室内角落。全自动的，拧开水龙头就可以用热水。管道基本不在室外，冬天不怕冻。由于独特的聚光专利技术和消除集热器表面落灰的便利条件，冬季水温远高于屋顶式。
2)活字
活动连接是指集热器可以在使用者的控制下在支架的滑轨上移动，使其贴在立墙上或向外倾斜，以达到最佳的集热效果。活动连接常用于循环集热器。一个理想的情况是把支架安装在窗户上方，除了支架，其余的都可以收起。使用时，将集热器放置在合适位置和角度，既能收集热量，又能起到遮阳的作用，特别适用于夏季太阳高度角较大的场合。支腿上有齿轮，可以在不同季节使集热器处于最佳倾斜角度。利用下端的拉杆可以完成集热器的开启和关闭。缺点是由于集热器已经位于窗户上的过梁位置，本层没有足够的空间放置水箱，所以采用自然循环时必须将水箱放在上层。但如果采用大规模施工或强制循环，上述不便就不是问题了。此外，活动连接还可以应用于阳台的垂直栏杆或围栏的外侧。
3结论
住宅太阳能热水器的一体化设计在形式和风格上将明显不同于现有的住宅建筑，在不同的住宅建筑中独树一帜，其独特的可识别性对居民和开发商都具有吸引力。更重要的是，这种一体化设计代表了一种新生事物，它的未来和生命力是不可限量的。