住宅太阳能热水系统整合设计的定义
住宅太阳能热水系统整合设计，是指在住宅建筑中，采用太阳能(或与其他能源组合)作为热源的住宅太阳能热水系统设计，包括从策划定位、施工图设计到安装施工、验收评价的整个过程，涉及建筑、结构、设备等各个专业，使太阳能热水系统符合住宅工程的设计要求。因此，应综合考虑地区资源条件、住宅类型、居民的经济能力、平面布局、建筑外观、热水用量与使用工况、集热器型式与性能、系统配置、运行方式、安装方法、接口形式与尺寸、安全性、维修以及经济技术等因素。
整合设计的原则包括：优先、充分利用太阳能的节能性原则；提供稳定热水供应的功能性原则，统筹考虑建筑、设备、部件的安装和接口的适配性原则；安全可靠、维修方便的安全性原则。
住宅太阳能热水系统整合设计至少应包括建筑整合设计、系统整合设计、结构整合设计、技术经济评价以及根据建筑发展需要的热水器改型设计等方面。因此，需要跨专业、跨行业的协同工作，才能实现建筑与太阳能热利用技术的完美结合。
在太阳能热水应用发展的今天，提出整合设计的方针，将促进太阳能行业和建设行业进入携手前进，共求发展的阶段，为了大力推广太阳能热水系统这一目标，将各自的业务向外延伸、渗透，开拓新的领域，直至整合到太阳能建筑的范畴。
一、 建筑整合设计
建筑整合设计是指将太阳能应用技术纳入建筑设计全过程，以达到建筑设计美观、实用、经济的要求。从规划方案到完成施工图设计的整个过程中，应综合考虑建筑所处的地域纬度和气候特点，太阳热水器的不同类型、技术要求、建筑的造形、平面功能与热水器(集热器)位置、构造节点等因素，做到既符合住宅建筑造型和使用功能要求，又满足高技师供热水要求。
建筑整合设计的原则是充分利用太阳能，最大限度地满足太阳能热水系统设计和安装的技术要求；太阳能热水系统设计应与规划、建筑设计同步进行，做到统一规划、同步设计、合理布局、因地制宜；设计中应进行经济技术分析，选择适用的太阳能热水系统，达到节地、节水、节能、安全、卫生、环保的要求；集热器应作为建筑的组成元素，与建筑有机结合，做到造型美观、构件耐用、安装维护方便。
1、规划设计要点
气候条件：年日照时数宜大于1200h，年太阳能辐照量大于3500MJ/m2，年极端气温不低于-45℃。建筑规划：住宅建筑的朝向、间距及建筑形体组合，应结合场地的地形、日照和风向条件。安装集热器的住宅，主要朝向宜朝南，建筑组合应互不遮挡，在不影响场地利用效率的前提下，为充分接收太阳能辐射创造条件。建筑间距除应满足所在气候区日照间距要求外，还应通过日照分析满足集热器有不少于连续4h日照时数的要求。
建筑物周围的环境景观与绿化种植不应对投射到集热器上的阳光造成遮挡。应用太阳能热水系统的建筑，应考虑设备安装对相邻建筑的影响。不应因太阳能热水系统设施的布置影响相邻建筑日照标准。
需求与产品分析：规划设计阶段需与太阳能热水系统生产企业协调，了解技术条件，在综合考虑业主需求基础上选择适用的太阳能热水系统类型，初步计算出所需集热器面积、贮水箱的容积等主要设计条件，以确定建筑组合及屋面形式。
2、建筑整合与接口技术设计要点
建筑整合设计条件的确定
包括业主的使用需求(热水用量及使用方式)；太阳能热水系统的选型及各项技术条件；集热器的安装位置，调整集热器与建筑整体及周围环境的关系；贮热水箱的位置，满足系统技术条件和安装、维修的空间需求；用水空间(厨房、卫生间)及辅助能源加热设备的种类、安放位置；系统管道走线方式、管井位置及构造方案；集热器安装、维护检修的通道。
建筑专业根据上述要求进行建筑平面、立面设计和造型设计。
集热器的安装部位
集热器常见的设置位置有建筑的屋面(平、坡)、外墙面。檐口、阳台以及建筑雨蓬、遮阳板等位置。建筑设计应避免安装集热器部位建筑自身及周围设施的遮挡。
集热器应在安装部位、造型、材质、色彩等方面与建筑整体及周围环境相协调。应根据集热器的形式、安装面积、尺寸大小进行细部设计，确定其在建筑上的安装位置和安装方式(如一体式、叠合式、支架式等)。
集热部件的建筑功能
布置在建筑屋面、墙面、阳台或其他位置的集热器与建筑共同构成围护结构时，应与建筑整体构造有机结合，并满足该部位的围护结构功能和建筑防护要求(如承载、防护、保温、隔热、防水、排水等)。设置在建筑任何部位的集热器应与建筑锚固牢靠，保证其安全、坚固,同时不得影响该建筑部位相应的建筑功能。
建筑安全
建筑设计宜对安装集热器的部位采取防护措施，保证其安全不被破坏。建筑设计必须采取相应的构造措施为集热器安装施工提供安全保障，并为整合设计各阶段细目描述入口和人行通道上空安装集热器时，应设计建筑防护措施，人行通道不宜紧贴建筑，入口上方应设雨蓬，防止发生集热器掉落伤人事故。集热器不宜布置在建筑变形缝处。
住宅平面设计
合理安排各用水点和设备空间位置的关系。考虑辅助能源及辅助设施条件，根据贮水箱体积重量、体积尺寸、安装使用要求设计其空间。合理布置户内管线走向，管线布置应集中、整齐。水平管线应采取墙体或楼板预埋管线的构造做法，垂直管线应集中设置管道井，并预留检修口。
二、 系统整合设计
太阳能热水系统分为热源系统及供应系统两大部分，在工程化推广的过程中，应将其纳入到建筑热水设计的范畴，对热源系统与供应系统综合考虑，合理设计。
系统设计的基本原则是优先。充分利用太阳能，提供稳定的热水供应。
1、太阳能热水系统的选用原则
太阳能热水系统可以按照集热器类型、传热类型、集热系统运行方式、集热器与贮水箱的放置关系、是否配备辅助热源、能源组合方式、热水供应方式等7个要素进行分类。
根据集热性能、水质影响、防冻要求、与建筑的适配性，对环境的适应性以及价格等多方面因素，选择适宜的太阳能热水系统。
2、系统整合设计要点
太阳能热水的供应温度设定为45℃～55℃。
计算集热系统热水负荷时，应按照日平均用水量计算。当采用局部热水供应系统时，居民的平均热水用量取30～40L人·d；当采用集中热水供应系统时，居民的平均热水用量取45～60L/人·d。
根据经验值或供热水的目的选择太阳能保证率。按我国的具体情况，在太阳能资源丰富区，太阳能热水系统的年太阳能保证率宜大于60%；较富区宜大于50%；一般区宜大于40%。
系统的集热面积应结合建筑可以提供的安装集热器面积及所设定的太阳能保证率确定，并保证按照该面积配置的集热器所采集的热量能够被充分利用。
太阳能是一种低密度、间歇性的热源，为了实现稳定的热水供应，太阳能热水系统必须设置贮热容积，将集热系统收集的热量贮存起来。根据集热系统与供应系统的设计要求，可以分别计算两个系统的贮热水容积(V集和V供)，取二者的大值定为太阳能热水系统的贮热水容积。
辅助热源设计包括太阳能与辅助热源衔接、转换的平稳进行；设置适宜的能源比例，保证高效的太阳能得热效率；在阴雨天的情况下，可提供充足的热水供应。系统控制设计包括集热系统运行方式控制、防冻控制、防超温控制方式、热水供应系统的热水循环控制。
当设计集中热水供应系统时，必须考虑热水的计量方式。热水的计量应包含水量和水温两个因素，才能真正反映用户使用的热水品质。
供应系统的管道布置应保证冷热水系统压力平衡，保证系统的供水温度，防止管路冻裂。使太阳能热水系统在使用功能上满足居民舒适性的要求。
根据管道的位置和系统的要求的选用管材。
3、住宅太阳能热水系统优化
住宅太阳能热水系统的系统设计应遵循节水节能、经济实用、安全简便、便于计量的原则，根据使用要求、耗热量及用水点分布情况，结合住宅的类型、用户的用热水习惯、经济承受能力、系统的管理模式、辅助能源的种类等因素综合考虑，可以设计不同档次和供热水平的太阳能热水系统。
三、 结构整合设计
1、集热器安装位置的确定
在确保集热性能的同时，应尽量避开风载、雪载较大的部位，以及地震时易破坏部位；应考虑连接件构造上的安全性，构件保养、维修、替换的易操作性，对建筑物围护结构防水性能的破坏，避免围护结构“热桥”的产生等。
2、太阳能热水系统的安装设计
结构设计人员应对建筑结构主体与设备支撑部件(安装支架)之间的连接件、连接部位的建筑结构构件进行强度与刚度验算；设备厂家应对设备支撑部件进行强度与刚度验算。
在正常施工与使用期间，应保证连接件、结构构件及设备支撑部件能承受可能出现的各种作用。
在正常使用期间，连接件、结构构件及设备支撑部件产生的变形与移动等，不影响太阳能热水器设备的工作性能，太阳能热水设备不产生掉落、倾倒，不发生显著的噪声、振动。
在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持太阳能热水设备系统的整体稳定性，不引起系统结构的重大破坏，不产生系统部件的掉落、倾倒现象。
太阳热水器连接件及支撑部件的刚度、强度。防腐蚀性能应满足安全要求，并与建筑可靠连接。
3、设计使用年限
在正常维护下，连接件的材料，构造及设备支撑部件应至少与太阳能热水器同寿命(15年)，其中连接件的材料及构造宜同建筑结构的使用年限。
4、太阳能集热器的荷载确定
当无具体产品说明时。集热器的重量可参考下述原则确定；真空管集热器的重量约15～20kg/m2，平板集热器约20～25kg/m2。
5、结构整合设计要点
在高层建筑中和风力较大的地区，太阳能热水设备特别是大面积的太阳能集热器，大体积水箱等安装在屋面时，应特别注意在风荷载作用下热水设备附加风荷载对屋面结构本身的影响及对整个结构风荷载效应的增加。
太阳能热水设备安装在阳台栏板、屋面挑檐上时，应充分考虑集热器自重、安装荷载及风荷载对阳台，屋面挑檐结构的影响，验算外力作用下阳台、挑檐的抗弯强度、变形性能及抗倾覆能力，必要时可以在这些部位增加结构粱柱。
太阳能热水设备在外墙上时，应充分考虑集热器自重及由其附加风荷载对外墙的影响，特别是平板式集热器，在设计支架时应加强其刚度，增强其变形能力，以免使安装其上的集热器出现破裂。墙上的预埋件或固定螺栓应有足够的强度和可靠的锚固措施，以防在瞬时大风下被拔出，出现集热器坠落的现象。太阳能热水设备不能直接安装在轻质外墙上，应在安装部位设置结构粱或柱。
重量大的太阳能热水设备，如大体积水箱、辅助热源等，不论放在哪里，其自重和装载荷载对结构的影响都不容忽视，都应核算原结构的强度、裂缝、变形是否满足要求，还应考虑水平地震作用对连接件和原结构的影响；当贮热水箱放置在大跨度楼屋面或悬挑结构上时，应考虑竖向地震作用的影响。
对运行时产生振动的设备，应采取隔振措施，避免与原结构发生共振，增强其动力效应。
在既有建筑上安装太阳能热水设备，应避开有风化、腐蚀、裂缝的部位，或对这些部位进行有效的加固。
在安装太阳能热水设备时，应设置基座等增大受荷面积的构件，增加受力点，将荷载分散开，减小对原结构的负荷。
