太阳能热水器与建筑一体化技术在历史街区保护中的应用

5.6.2　太阳能热水器与传统建筑一体化技术

在目前的历史街区中，居民自发使用太阳能热水器的现象十分普遍，但在具体的设备型式、安装位置上缺少规范和设计^[40]，对历史街区的风貌造成了一定的影响（图5.15）。太阳能作为一种最节能环保的能源方式，其经济性也符合街区居民低收入的状况，所以应该鼓励太阳能热水器在历史街区的应用，同时探索太阳能热水器与传统建筑风貌一体化的技术与管理措施。

图5.15　扬州东关历史街区内太阳能热水器

在技术上，目前我国城乡和历史街区中安装的太阳能热水器大多是整体式太阳热水器，这种热水器主要包括三个部分：贮水箱、集热器和支架，储水箱置于集热器上端，可以形成水箱和集热器中的水自然循环，所以无需电泵加压。具有结构简单、成本低、集热效率高等诸多优点，但屋面的水箱和支架对传统风貌的影响较大。为保护历史街区的传统风貌，实现太阳能热水器与传统建筑的风貌一体化，首先必须采用储水箱与集热器分离的分体式太阳能热水器，即把储水箱和集热器分离，集热器呈板状设于屋面，而储水箱设于室内，另增加电泵强制储水箱和集热器内的水进行循环^[41]。这样虽然耗费少量的电能，但对历史街区的风貌保护非常有利（图5.16）。

图5.16　太阳能热水器的两种类型

资料来源：郭晓洁.太阳能热水系统与建筑一体化应用技术研究［D］：［硕士学位论文］.上海：同济大学，2006：30

太阳能热水器的屋面集热器为平板或真空管组合板状。为了得到最大的年日照量，集热器应该面向赤道方向，即应有近似于当地纬度的倾角，在冬季获得最佳日照量倾角为＋10°，夏季为－10°^[42]。由于大多数热水器生产时是考虑用于平屋面的，故采用支架以形成适宜的倾角。历史街区的传统建筑绝大多数为坡屋顶，其屋面坡度一般在19°（三五举）至42°（九举）之间。我国哈尔滨的纬度为45°，北京为39°，苏州为31°，广州为23°，可见绝大多数地区的纬度都在屋面坡度的变化范围内，即大多数历史街区的传统建筑物屋面坡度和太阳能集热板的最佳安装角度基本吻合，集热效率较高。所以对历史街区的分体式太阳能热水器而言，完全可以取消屋面支架，使集热器和建筑屋面坡度一致，即可以紧贴现有屋面上敷设太阳能集热器。对可以略加改造的一般传统建筑也可以利用类似威卢克斯天窗的构造方式直接嵌入屋面，外观上和屋面相平，同时起到采光和集热的作用^[43]。而储水箱（储热器）和水泵可以设于建筑的一角或专门的房间内。当建筑平面空间紧张时，由于历史建筑的坡屋顶空间通常较大，储水箱和水泵也可以通过结构设计隐入天花上部的坡顶空间内。(www.xing528.com)

在太阳能热水器的安装位置上，必须通过管理禁止在街区主要街道和景观走廊可视的建筑屋面上安装整体式热水器。当采用分体式太阳能热水器时，可以安装在一般历史建筑的屋面上，但文物建筑和历史价值较高的建筑屋面上不应安装。历史街区的社区和物业部门应对街区热水器的安装位置进行指导和咨询，除了上述原则外，应鼓励集中式的太阳能热水器，即可选择四合院内次要建筑的屋面集中设置较大面积的太阳能集热板和统一的大容量储水器，通过热水管道供各家使用，而避免过多的太阳能集热板破坏传统风貌。

图5.17　屋面上紧贴安装的光伏电池板

资料来源：TopEnergy建筑节能＆绿色建筑论坛.太阳能和建筑设计［EB/OL］.http://bbs.topenergy.org/viewthread.php？tid＝1029＆extra＝page%3D2%26amp

图5.18　太阳能光伏电池瓦

资料来源：杨维菊，蔡立宏.太阳能热水设备与住宅建筑的一体化整合的探讨［J］.中国建设动态－阳光能源2004：19－23

此外，尚可结合院内空间改造，设置多种形式的太阳能集热板，如设置封闭庭院或插入式厨卫盒子时，封闭庭院的采光顶和厨卫盒子的顶面和四壁都可以采用构件化的太阳能集热板。而光伏电池的逐渐普及，除了可以直接将太阳能转换为电能从而为历史街区提供最环保的清洁能源供应外，由于光伏电池不依赖水循环，其形式更加灵活多样，除了传统的板状（图5.17），还可以将光伏电池直接制成瓦、墙、百叶等建筑构件，将对太阳能利用和传统建筑外观的统一带来革命性的进展（图5.18）。