一、建筑設計方案

(一)、小區規劃設計概況

北京常營小區工程位于朝陽區常營鄉，北側為規劃幺家店路，南側為規劃朝陽北路，東側為規劃雙橋東路，西側為規劃常營路，規劃建設用地48.67公頃，代征城市公共用地10.2公頃，已審定的總建筑面積909646m2，其中地上692042m2，地下217604m2，居住建筑608784m2(地上)，配套公建105745m2 (地上)，非配套公建58783m2 (地上)，本小區居住人口13110人，總戶數4686戶，停車數量3616輛，人均集中綠地4.18m2，綠地率37.6%。其中，在四區的404號樓應用太陽能技術提供生活熱水和部分用電需求。

(二)、建筑設計說明

常營小區404號樓為五層住宅。其頂層是帶閣樓的躍層戶型，建筑面積3337.17平方米，戶數21戶，朝向正南偏西。 以此幢住宅作結合太陽能集熱技術建筑一體化設計。

北京市位于北緯39°57’，全年日照時數約2000~2800小時，太陽輻射量全年平均為112—136千卡／厘米2，具有比較豐富的太陽能資源。太陽能對節省傳統能源十分有效，是綠色生態住宅的可持續能源應用的典范。

太陽能集熱器的優越性早為人們所認同，已有多年使用，但在住宅建筑中都將其視為一種設備，通常支撐或掛附在建筑物的墻面、屋面上。其特有的模樣影響了建筑的觀瞻，以至于許多地區從整頓市容的角度出發，要求拆除群眾自發安裝的太陽能集熱裝置。

為了解決好上述問題，既有效利用太陽能又美化建筑環境，在本工程中考慮了太陽能集熱技術與建筑一體化設計。根據太陽能平板集熱器坡度要求，將其與坡屋面結合設計，嵌入南坡屋面并和瓦面相平，各種管線均為暗裝(表面設可拆開擋板)與瓦屋面渾然一體。這種設計方案決定屋面防水成為技術關鍵。既要保證安裝又要排水順暢不漏雨。為此我們選擇了盆槽式汛水方式解決。汛水表面敷設“自粘防水卷材”(自愈合)滿足了瓦面交搭和設備安裝點的防水要求。

北京大氣環境可吸入顆粒物較多， 因此要經常對熱板進行清潔維護。為方便入員在坡屋面上擦洗操作，設計中在屋脊處埋設鋼管把桿(接入防雷系統)。在其上可鉤掛軟梯和人員安全帶。

太陽能集熱板安裝角度要求一般與北京緯度相近〔40°)形成閣樓空間、本設計中加以利用，為頂層戶型擴充了使用空間。

本工程中使用的太陽能集熱板和太陽光伏電源系統的太陽電池方陣都有光滑平整的表面。將其嵌入斜屋面后，為人們司空見慣的形式增加了亮點，豐富了天際線。

二、平板集熱器的改進與系統自控系統

本工程采用了在國標平板集熱器基礎上改進了的“九陽”牌平板集熱器。

為了進一步提升平板集熱器的質量，2000年初，北京九陽實業公司從美國引進了用于平板集熱器焊接的專用設備——全自動超聲波焊接系統，由于采用的是低溫無介質的焊接工藝，在不改變母材的物理、化學性質的前提下，使平板集熱器核心部件——全紫銅板芯的焊接質量有了一個質的飛躍。該系統在保證高品質焊接質量的前提下每分鐘的焊接速度為4延米。同年又從德國一家公司引進新型超強吸熱涂料，該涂料對太陽光吸收率為96%，反射率僅為6%，使用25年其熱性能的衰減率不超過3%，這兩項新工藝新材料的應用，使九陽公司生產的平板集熱器的各項性能大大優于國內同類產品。九陽還在平板太陽熱水工程中首家進行了系統壓力試驗。

針對平板系統在冬季不能運行的缺憾，九陽公司從98年起就將它立為一個專門課題，并建立了全天候太陽熱水系統測試基地，經過反復試驗和改進，于99年發明了專利產品——雙向單流排空防凍閥，徹底解決了平板系統冬季不能運行的難題。經過幾年的工程運行檢驗，九陽平板全天候太陽熱水系統得到了用戶的認可。

本工程的太陽熱水系統設計原則是：無人職守狀態下全天候24小時提供足量且溫度適宜而恒定的生活熱水。應用高度自動化的控制系統是實現這一目標的重要保障，同時也是今后進行自動化數據采集，以及進行不同控制方式和條件對比試驗的需求。

三、經濟技術分析

(一)、初投資分析

1、主要設備：

包括：太陽能集熱器、排水系統、給水和熱水循環等水泵、氣壓罐、變頻控制柜、儲水罐、容積式換熱器、電腦控制器等，合計約100000元。

2、其它材料設備：

包括管材，管道附件如閥門、接頭、除污器等，保溫隔熱材料，隔聲減震材料，測量儀表，傳感設備等等，合計近20000元。

3、土建費用：

主要包括因采用太陽能技術而增加的項目，合計約10000元。

4、安裝費用：合計約15000元。

5、其它費用：合計約5000元。

6、太陽生活熱水系統初投資：合計約15萬元。

7、折合每建筑平米造價：45元。

以上未含因采用太陽能技術而改變原規劃設計所造成的損失和投入，未含因科研目的而增加的支出等，若計入約合計25萬元。

(二)、生活熱水提供方式比較

家用太陽

熱水器 燃氣快速

熱水器 家用電

熱水器 集中太陽

熱水系統 生活熱水

鍋爐房

加熱方式 蓄熱 即熱 蓄熱 蓄熱 蓄熱換熱

適用對象 家庭 家庭 家庭 集體/家庭 集體/家庭

洗浴人數 1–3人/次 1人/次 2–3人/次 依設計 依設計

設備壽命 10–15年 5–7年 5–7年 10–15年 5–10年

安裝運行維護使用 維修

概率高 簡單 簡單 較復雜 復雜

專業性強

占地面積

需一定

屋面空間 室內安裝 室內安裝 需一定

樓內空間 專門建設

占地大

安全性

安全 有隱患 有隱患 安全 需定期

專門檢查

環境影響

無影響 影響小

本地

無影響 無影響 需定期

專門檢測

能源效率

幾近

不耗能源 大于85% 低于35% 幾近

不耗能源 70%–85%

初投資

1500–3000元/臺

1000–2000元/臺

1000–2000元/臺

40–50元/M2

30–60元/M2

運行費用 100元/年 550元/年 700元/年 2元/M2 6–8元/M2

可否收益 不能 不能 不能 可以 持平

經比較可知：

對于家用燃氣或電熱水器，具有安裝和使用簡單靈活的特點，初投資也不很高，但隨著能源問題的出現，天然氣費和電費會水漲船高，運行費用的壓力會逐年加大。

鍋爐房設計存在著分散鍋爐房和集中鍋爐房兩種，燃油、燃氣、燃煤和蓄電多種能源提供形式，容積鍋爐和即熱鍋爐設計上也有區別，一般還設計有換熱或蓄熱設備，做具體分析十分復雜。總的來說，集中鍋爐房還有外網投資，且占用規劃面積，從熱損失和經濟的角度都不很合理，除非和集中供熱一同考慮，一般不建議采用這種形式。分散鍋爐房沒有外網投資，但安裝在樓內存在—定安全隱患和噪聲問題。另外鍋爐房設備集中，需專人維護，其運行費用也很高。

太陽熱水技術最大的優點在于應用免費的能源，運行費用很低，雖然它的初投資較高。對于分戶家庭熱水器和集中生活熱水系統來講，后者可以有投資受益，假設本系統收取水費工10元／噸，與運行費用差余8元，全年大約可受益16000元，靜態投資回收年限為9.4年，在其壽命期內基本可以收回投資。