許建華+蔡濱+王啟春+修大鵬+曹樹梁

摘 要：本文主要從陶瓷太陽能房頂與傳統(tǒng)瓦片房頂之間的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方面進(jìn)行對比，從而進(jìn)一步說明陶瓷太陽能房頂在建筑行業(yè)中的應(yīng)用是可行的。筆者希望更多的人了解、改進(jìn)、提高太陽能陶瓷房頂?shù)男阅?，促使更多、更好地發(fā)展其在建筑行業(yè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：陶瓷；太陽能；；建筑；房頂；優(yōu)勢

1 陶瓷太陽能房頂符合建筑發(fā)展的要求

國家標(biāo)準(zhǔn)GB50364—2005“民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范”提出：“當(dāng)前太陽能熱水器的設(shè)計、生產(chǎn)與建筑脫節(jié)，太陽能熱水器產(chǎn)品往往自成系統(tǒng)，作為后置設(shè)備在建筑上安裝和使用，即便是新建建筑物考慮了太陽能熱水器，也是簡單的疊加安裝，必然對本來是完整的建筑形象和構(gòu)件造成一定程度的損害。同時，其設(shè)置位置和管線布置也難以與建筑平面功能及空間布局相協(xié)調(diào)，安全性也受到影響。太陽能熱水系統(tǒng)與建筑結(jié)合，就是把太陽能熱水系統(tǒng)產(chǎn)品作為建筑構(gòu)件安裝，使其與建筑有機(jī)結(jié)合。需要從建筑設(shè)計開始，考慮設(shè)計、安裝太陽能熱水系統(tǒng)，包括：外觀上的協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)集成、布局和管線系統(tǒng)等?！?/p>

目前，有人大膽設(shè)想，將制造太陽能熱水系統(tǒng)放在建造好的房頂上，還不如將整座房頂一次建造成與建筑一體化，使其具有傳統(tǒng)房頂一樣的功能、造價與傳統(tǒng)建筑相當(dāng)、主要部件壽命與建筑相當(dāng)，同時具有收集陽光功能的陶瓷太陽能房頂。

陶瓷太陽能房頂采用中空黑瓷復(fù)合陶瓷太陽板為太陽能集熱體，黑瓷復(fù)合陶瓷太陽板以普通陶瓷為基體，立體網(wǎng)狀釩鈦黑瓷為表面層，兩者經(jīng)1200℃以上高溫?zé)Y(jié)后獲得較好的瓷質(zhì)制品，也稱作復(fù)合陶瓷太陽板，簡稱陶瓷太陽板。

2 陶瓷太陽能房頂與傳統(tǒng)瓦片房頂?shù)牟馁|(zhì)比較

傳統(tǒng)兩面坡或四面坡瓦片房頂由三角形空間、屋面板（結(jié)構(gòu)層）、下找平層、下防水層、保溫層、細(xì)石混凝土鋼筋網(wǎng)找平層（上找平層、持釘層）、順?biāo)畻l、掛瓦條、平瓦（上防水層）、正脊、斜脊、天溝、挑檐、檐口封邊瓦、檐口擋箅、檐口通風(fēng)條等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有一定的濕法施工工程量。

陶瓷太陽能房頂由一面坡屋面板、混凝土邊框、下找平層、下防水層、帶錨樁件的剛性墊板、保溫層、陶瓷太陽板、硅橡膠連接短管、上下匯集管、快接件、空氣層、鋼化玻璃板（上防水層）等構(gòu)成，并采用干法施工工藝，一般稱作剛性墊板錨樁支撐結(jié)構(gòu)陶瓷太陽能房頂。

傳統(tǒng)瓦片房頂以兩面坡或四面坡屋面板為結(jié)構(gòu)層；陶瓷太陽能房頂以一面坡屋面板為結(jié)構(gòu)層。傳統(tǒng)房頂采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、酚醛樹脂泡沫板或者現(xiàn)澆珍珠巖水泥作為保溫層；陶瓷太陽能房頂一般采用聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、酚醛樹脂泡沫板作為保溫層。傳統(tǒng)房頂與陶瓷太陽能房頂都采用防水卷材作為下防水層，傳統(tǒng)房頂采用脊瓦、平瓦、封邊瓦等作為上防水層；陶瓷太陽能房頂采用鋼化玻璃板作為上防水層，稱作與原房頂共用防水層。玻璃板之間用不銹鋼S鉤固定，玻璃板與混凝土邊框用不銹鋼直角鉤固定，硅酮膠密封。

陶瓷太陽能房頂與原房頂共用結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層，需與建筑同時設(shè)計。同時，施工安裝，不論外觀還是整體上都能同建筑與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)、風(fēng)格統(tǒng)一、安全可靠、性能穩(wěn)定、布局合理，是兼具太陽能熱水系統(tǒng)功能的太陽能房頂。太陽能熱水系統(tǒng)產(chǎn)品與建筑有機(jī)地結(jié)合為一個整體，實現(xiàn)了太陽能熱水系統(tǒng)與建筑結(jié)構(gòu)一體化。

3 陶瓷太陽能房頂與傳統(tǒng)瓦片房頂?shù)膮^(qū)別

陶瓷太陽能房頂與傳統(tǒng)瓦片房頂?shù)膮^(qū)別在于，傳統(tǒng)房頂結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，采用濕法施工工藝，工程量較大。陶瓷太陽能房頂結(jié)構(gòu)相對簡單，一面坡陶瓷太陽能房頂?shù)谋泵娓哂趥鹘y(tǒng)兩面坡或四面坡瓦片房頂，需要增加部分墻壁，獨立住宅一般需要單獨水箱、控制器、水泵等。并采用干法施工工藝，工程量較小。

傳統(tǒng)房頂夏季晴天上午10點至下午4點房頂溫度長時間達(dá)到70℃左右，整座房頂成為蓄熱體，到下半夜房頂仍然在散熱，冬天傳統(tǒng)房頂是大面積的散熱面，所以多數(shù)房頂有三角形空間用于進(jìn)一步保溫、隔熱。陶瓷太陽能房頂夏天進(jìn)入房頂?shù)钠鹗妓疁厥?0℃左右，至下午4點左右加熱的目標(biāo)是50～60℃生活熱水，并且達(dá)到預(yù)期溫度的熱水全部自動進(jìn)入保溫水箱，房頂中沒有水，房頂蓄熱大幅度減少。冬天房頂吸熱，從根本上提高了房頂?shù)母魺?、保溫效果，鋼化玻璃板搭接固定密封，陶瓷太陽能房頂?shù)母魺?、保溫、防水、防風(fēng)性能明顯優(yōu)于普通房頂，可以將三角形空間轉(zhuǎn)化為有效的居住面積，轉(zhuǎn)化為北屋和儲物間。筆者在山東省巨野縣核桃園鎮(zhèn)吳平坊村采用陶瓷太陽能房頂?shù)男罗r(nóng)村建設(shè)中，將每戶三角形空間轉(zhuǎn)化為40m2北屋和26m2斜坡儲物間，增加建筑面積的價值超過增加墻壁和太陽能熱水系統(tǒng)的費用，使單位建筑面積造價下降，建筑物明顯增值。這種增值在別墅和城市建筑中效果更顯著。

目前，農(nóng)村建筑通常不按照建筑標(biāo)準(zhǔn)建造房頂，多是在下防水層上鋪水泥層，在水泥層上直接貼粘土瓦，房頂?shù)脑靸r與性能都大幅度下降，筆者在山東省巨野縣核桃園鎮(zhèn)吳平坊村采用陶瓷太陽能房頂?shù)男罗r(nóng)村建設(shè)中就是在此基礎(chǔ)上改設(shè)計為陶瓷太陽能房頂，現(xiàn)在初步核算，由于增加了建筑面積，每平方米造價可以低于原設(shè)計造價，使建筑增值，實現(xiàn)了陶瓷太陽能集熱系統(tǒng)與建筑成本一體化。這也是陶瓷太陽能房頂受到當(dāng)?shù)鼐用?、干部歡迎的主要原因之一。

陶瓷太陽能房頂使整座房頂成為具有了提供能量、保溫、隔熱、防水、防風(fēng)性能優(yōu)良的房頂。另外，還增加了房頂?shù)氖褂脙r值。

4 陶瓷太陽能房頂?shù)膽?yīng)用優(yōu)勢

陶瓷太陽板效率高、壽命長、無毒、無害、無放射性、不腐蝕、不老化、不衰減、陽光吸收比0.94，是全瓷質(zhì)太陽能集熱體，屬于新型建材。而保溫材料、剛性墊板、鋼化玻璃是傳統(tǒng)建材，可以實現(xiàn)陶瓷太陽能房頂?shù)闹饕考c建筑壽命一體化。

目前，陶瓷太陽能房頂采用兩種保溫材料，一種是單層酚醛樹脂泡沫板；另一種下層是聚苯乙烯擠塑板，上層是聚氨酯泡沫板，都屬于常用的建筑材料。錨樁結(jié)構(gòu)組件可以調(diào)整高度，陶瓷太陽能房頂內(nèi)十分干燥，從使用幾年后的效果看，鍍鋅螺栓組件沒有發(fā)現(xiàn)任何生銹的跡象。陶瓷太陽板是中空陶瓷板，陶瓷太陽板之間熱水的流通采用專門定制的進(jìn)口材料的硅橡膠管，連續(xù)五年使用沒有發(fā)現(xiàn)明顯老化現(xiàn)象，近期建造的陶瓷太陽能房頂?shù)墓柘鹉z管上面加蓋了鍍鋅鐵皮，以阻擋陽光直接照射。陶瓷太陽能房頂及建筑內(nèi)使用的管道采用薄壁不銹鋼管，連接件采用鑄鐵快接件，鑄鐵快接件內(nèi)原橡膠密封圈全部換為專門定制的硅橡膠密封圈，原鐵墊圈不適用于薄壁不銹鋼管，將全部換為專用的鐵墊圈。

陶瓷太陽能房頂已經(jīng)試用、使用數(shù)年時間，從理論上說，陶瓷太陽板可以與建筑同壽命，陶瓷太陽能房頂主要部件是常用的建筑材料，可以實現(xiàn)與建筑壽命一體化。陶瓷太陽能房頂是一種設(shè)備，也是建筑的一部分，與普通設(shè)備、房頂一樣，也需要必要的維護(hù)、維修。

5 陶瓷太陽能房頂?shù)闹饕猛?/p>

房頂是離人類最近，最容易獲得陽光的場所，陶瓷太陽能房頂可以使陽光利用最大化，可以為各種建筑提供熱水、取暖、空調(diào)；充分利用可再生能源，為節(jié)能減排，減少霧霾天氣作貢獻(xiàn)；降低建筑和相關(guān)設(shè)備建設(shè)成本、降低了建筑物運行成本。

目前主要可以為獨立住宅，即農(nóng)居、別墅、城鄉(xiāng)結(jié)合部的獨戶住宅等提供部分冬天取暖的熱能、全年生活熱水；為廠礦企業(yè)的車間、倉庫、辦公樓及養(yǎng)殖業(yè)等提供部分冬天取暖、全年生活熱水；為城市住宅樓、公共建筑、服務(wù)業(yè)、學(xué)校、機(jī)關(guān)、賓館、飯店、游泳池等提供部分或全部熱水。

我國北方農(nóng)村地區(qū)，冬天主要依靠燒煤取暖，白天室溫大多在12℃左右，夜間封爐室溫下降，24h平均室溫10℃左右或以下。我國北方地區(qū)獨立住宅的陶瓷太陽能房頂一般可以為相同面積的普通房間提供50%左右的取暖能量，也可以為少量房間提供更高比例的取暖能量，目前北方農(nóng)村家庭多為1-2間房間取暖。

陶瓷太陽能房頂應(yīng)該使房頂陽光利用最大化，盡量采用全面積陶瓷太陽能房頂，如20層住宅樓，電梯間放在北面，戶均建筑面積100m2，垂直20戶共同擁有房頂面積100m2左右，斜面大于平面，戶均陶瓷太陽能房頂采光面積可以達(dá)到5m2左右。即便考慮到房頂至一層的主熱水管道恒溫循環(huán)消耗，戶均有效采光面積的實際效果也可以達(dá)到4m2左右?？紤]到傳統(tǒng)普通單臺太陽能熱水器采光面積一般是2m2左右，所以陶瓷太陽能房頂應(yīng)該可以提供20層住宅樓住戶生活熱水。

調(diào)整單位面積加熱水量，如濟(jì)南地區(qū)每平方米加熱30L水量，夏季晴天陶瓷太陽能房頂水溫可以達(dá)到100℃，根據(jù)記錄，2013年夏季49天水溫達(dá)到100℃，每天可以維持1～4h，大量能量和水資源轉(zhuǎn)化為蒸汽。溫水型溴化鋰吸收式制冷機(jī)可以將75℃以上熱水轉(zhuǎn)換為8～10℃冷水，風(fēng)機(jī)盤管可以將冷水轉(zhuǎn)換為冷風(fēng)，提供空調(diào)制冷，小型溫水型溴化鋰吸收式制冷機(jī)價格過高，而制冷機(jī)的功率與價格不是同比例增加，如目前10千瓦近10萬元，100千瓦約23萬元，400千瓦約34萬元，800千瓦約45萬元。一般新農(nóng)村、有的公共建筑、工廠建筑的建筑密度比較高，夏天采用聯(lián)戶或聯(lián)棟的方式，大面積陶瓷太陽能房頂可以提供大量熱水，可以采用大功率制冷機(jī)向各戶或各棟建筑的風(fēng)機(jī)盤管提供制冷冷水，比如對數(shù)百戶新農(nóng)村社區(qū)每戶提供2千瓦的制冷能量，戶均投資額1萬元以下可能是今后的努力方向，公共建筑、工廠建筑可以用這種方式向部分建筑提供制冷能量，這種方式的本質(zhì)是集中式空調(diào)。陶瓷太陽能房頂空調(diào)利用的開發(fā)可能為夏天過剩的熱水和能量找到利用途徑。

6 結(jié)語

陶瓷太陽板陽光吸收比為0.94，國家標(biāo)準(zhǔn)為0.92；陶瓷太陽能房頂日有用得熱量為8.6MJ，國家標(biāo)準(zhǔn)為7.0MJ；陶瓷太陽能房頂是多年以來太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化不斷改進(jìn)、發(fā)展的一種應(yīng)用形式，其結(jié)構(gòu)簡單，采用干法施工工藝、建造成本較低。如果增加建筑面積，可以使建筑增值。因此，實現(xiàn)陶瓷太陽能與建筑一體化是未來行業(yè)發(fā)展的一種趨勢，值得大力推廣。