一、建筑设计方案
（一）、小区规划设计概况
北京常营小区工程位于朝阳区常营乡，北侧为规划幺家店路，南侧为规划朝阳北路，东侧为规划双桥东路，西侧为规划常营路，规划建设用地48．67公顷，代征城市公共用地10．2公顷，已审定的总建筑面积909646m2，其中地上692042 m2，地下217604 m2，居住建筑608784 m2 (地上)，配套公建1 05745 m2 (地上)，非配套公建58783 m2 (地上)，本小区居住人口1311 0人，总户数4686户，停车数量3616辆，人均集中绿地4．1 8 m2，绿地率37．6％。其中，在四区的404号楼应用太阳能技术提供生活热水和部分用电需求。
（二）、建筑设计说明
常营小区404号楼为五层住宅。其顶层是带阁楼的跃层户型，建筑面积3337．17平方米，户数21户，朝向正南偏西。 以此幢住宅作结合太阳能集热技术建筑一体化设计。
北京市位于北纬39°57’，全年日照时数约2000~2800小时，太阳辐射量全年平均为112—136千卡／厘米2，具有比较丰富的太阳能资源。太阳能对节省传统能源十分有效，是绿色生态住宅的可持续能源应用的典范。
太阳能集热器的优越性早为人们所认同，已有多年使用，但在住宅建筑中都将其视为一种设备，通常支撑或挂附在建筑物的墙面、屋面上。其特有的模样影响了建筑的观瞻，以至于许多地区从整顿市容的角度出发，要求拆除群众自发安装的太阳能集热装置。
为了解决好上述问题，既有效利用太阳能又美化建筑环境，在本工程中考虑了太阳能集热技术与建筑一体化设计。根据太阳能平板集热器坡度要求，将其与坡屋面结合设计，嵌入南坡屋面并和瓦面相平，各种管线均为暗装(表面设可拆开挡板)与瓦屋面浑然一体。这种设计方案决定屋面防水成为技术关键。既要保证安装又要排水顺畅不漏雨。为此我们选择了盆槽式汛水方式解决。汛水表面敷设“自粘防水卷材”(自愈合)满足了瓦面交搭和设备安装点的防水要求。
北京大气环境可吸入颗粒物较多， 因此要经常对热板进行清洁维护。为方便入员在坡屋面上擦洗操作，设计中在屋脊处埋设钢管把杆(接入防雷系统)。在其上可钩挂软梯和人员安全带。
太阳能集热板安装角度要求一般与北京纬度相近〔40°)形成阁楼空间、本设计中加以利用，为顶层户型扩充了使用空间。
本工程中使用的太阳能集热板和太阳光伏电源系统的太阳电池方阵都有光滑平整的表面。将其嵌入斜屋面后，为人们司空见惯的形式增加了亮点，丰富了天际线。
二、平板集热器的改进与系统自控系统
本工程采用了在国标平板集热器基础上改进了的“九阳”牌平板集热器。
为了进一步提升平板集热器的质量，2000年初，北京九阳实业公司从美国引进了用于平板集热器焊接的专用设备——全自动超声波焊接系统，由于采用的是低温无介质的焊接工艺，在不改变母材的物理、化学性质的前提下，使平板集热器核心部件——全紫铜板芯的焊接质量有了一个质的飞跃。该系统在保证高品质焊接质量的前提下每分钟的焊接速度为4延米。同年又从德国一家公司引进新型超强吸热涂料，该涂料对太阳光吸收率为96%，反射率仅为6%，使用25年其热性能的衰减率不超过3％，这两项新工艺新材料的应用，使九阳公司生产的平板集热器的各项性能大大优于国内同类产品。九阳还在平板太阳热水工程中首家进行了系统压力试验。
针对平板系统在冬季不能运行的缺憾，九阳公司从98年起就将它立为一个专门课题，并建立了全天候太阳热水系统测试基地，经过反复试验和改进，于99年发明了专利产品——双向单流排空防冻阀，彻底解决了平板系统冬季不能运行的难题。经过几年的工程运行检验，九阳平板全天候太阳热水系统得到了用户的认可。
本工程的太阳热水系统设计原则是：无人职守状态下全天候24小时提供足量且温度适宜而恒定的生活热水。应用高度自动化的控制系统是实现这一目标的重要保障，同时也是今后进行自动化数据采集，以及进行不同控制方式和条件对比试验的需求。
三、经济技术分析
（一）、初投资分析
1、主要设备：
包括：太阳能集热器、排水系统、给水和热水循环等水泵、气压罐、变频控制柜、储水罐、容积式换热器、电脑控制器等，合计约100000元。
2、其它材料设备：
包括管材，管道附件如阀门、接头、除污器等，保温隔热材料，隔声减震材料，测量仪表，传感设备等等，合计近20000元。
3、土建费用：
主要包括因采用太阳能技术而增加的项目，合计约10000元。
4、安装费用：合计约15000元。
5、其它费用：合计约5000元。
6、太阳生活热水系统初投资：合计约15万元。
7、折合每建筑平米造价：45元。
以上未含因采用太阳能技术而改变原规划设计所造成的损失和投入，未含因科研目的而增加的支出等，若计入约合计25万元。
（二）、生活热水提供方式比较
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家用太阳
热水器 |
燃气快速
热水器 |
家用电
热水器 |
集中太阳
热水系统 |
生活热水
锅炉房 |
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加热方式 |
蓄热 |
即热 |
蓄热 |
蓄热 |
蓄热换热 |
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适用对象 |
家庭 |
家庭 |
家庭 |
集体/家庭 |
集体/家庭 |
|
洗浴人数 |
1–3人/次 |
1人/次 |
2–3人/次 |
依设计 |
依设计 |
|
设备寿命 |
10–15年 |
5–7年 |
5–7年 |
10–15年 |
5–10年 |
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安装运行维护使用 |
维修
概率高 |
简单 |
简单 |
较复杂 |
复杂
专业性强 |
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占地面积
|
需一定
屋面空间 |
室内安装 |
室内安装 |
需一定
楼内空间 |
专门建设
占地大 |
|
安全性
|
安全 |
有隐患 |
有隐患 |
安全 |
需定期
专门检查 |
|
环境影响
|
无影响 |
影响小
|
本地
无影响 |
无影响 |
需定期
专门检测 |
|
能源效率
|
几近
不耗能源 |
大于85% |
低于35% |
几近
不耗能源 |
70%–85% |
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初投资
|
1500–3000
元/台 |
1000–2000
元/台 |
1000–2000
元/台 |
40–50
元/M2 |
30–60
元/M2 |
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运行费用 |
100元/年 |
550元/年 |
700元/年 |
2元/M2 |
6–8元/M2 |
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可否收益 |
不能 |
不能 |
不能 |
可以 |
持平 |
经比较可知：
对于家用燃气或电热水器，具有安装和使用简单灵活的特点，初投资也不很高，但随着能源问题的出现，天然气费和电费会水涨船高，运行费用的压力会逐年加大。
锅炉房设计存在着分散锅炉房和集中锅炉房两种，燃油、燃气、燃煤和蓄电多种能源提供形式，容积锅炉和即热锅炉设计上也有区别，一般还设计有换热或蓄热设备，做具体分析十分复杂。总的来说，集中锅炉房还有外网投资，且占用规划面积，从热损失和经济的角度都不很合理，除非和集中供热一同考虑，一般不建议采用这种形式。分散锅炉房没有外网投资，但安装在楼内存在—定安全隐患和噪声问题。另外锅炉房设备集中，需专人维护，其运行费用也很高。
太阳热水技术最大的优点在于应用免费的能源，运行费用很低，虽然它的初投资较高。对于分户家庭热水器和集中生活热水系统来讲，后者可以有投资受益，假设本系统收取水费工10元／吨，与运行费用差余8元，全年大约可受益16000元，静态投资回收年限为9．4年，在其寿命期内基本可以收回投资。
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