公共建筑節(jié)能技術措施

楊梅蘭

0 引言

隨著我國經濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，城市化發(fā)展越來越快，大量公共建筑也迅速興建起來，但是由于我國建筑節(jié)能技術還不成熟，修建建筑物的同時帶來了巨大的能源損耗。在我國，建筑能耗居各種能耗之首，隨著世界范圍內能源供應緊張狀況的加劇，能源將成為制約各國經濟的主要因素。為此，我國提出了社會經濟和能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，建設節(jié)約型社會，在實現(xiàn)國民經濟快速發(fā)展的同時努力降低單位GDP的能源消耗。而建筑行業(yè)作為耗能大戶，節(jié)能潛力巨大，大力發(fā)展和推廣新型建筑節(jié)能技術，在不斷提高人們居住環(huán)境舒適度的同時，降低建筑耗能總量，有效緩解能源的供需矛盾，既具有實際經濟意義，又具有重要的社會意義和環(huán)保價值。以下從四個方面介紹公共建筑節(jié)能的技術措施。

1 建筑的體型

在建筑設計中，應對建筑的體型以及建筑群體組合進行合理的設計，以適應四季不同的氣候環(huán)境。首先要控制體型系數(shù)，體型系數(shù)是建筑物外包表面積與其所包圍的體積之比，體型系數(shù)過小，將影響建筑造型、平面布局、采光通風等;體型系數(shù)過大，則建筑物的外表面積大，導致外圍護結構的傳熱損失大，直接影響建筑能耗。一般來說，條形建筑的體型系數(shù)應不大于0.35，點式建筑的體型系數(shù)應不大于0.40。也可以加大建筑的體量，即加大建筑的地基面積，加大建筑物的長度和深度。其次盡量減少建筑的凹凸變化，盡可能讓外形變化減至最低限度，盡量提高建筑的層數(shù)，然后對于體型不易控制的點式建筑，可采用群樓連接多個點式的組合體形式。

2 建筑的朝向

良好的自然通風可以降低室內溫度，減少制冷設備的使用。建筑朝向對建筑的采光通風與節(jié)能有很大的影響，朝向選擇需要考慮很多因素，如可以根據(jù)建筑物的功能要求，設置合理的朝向使得冬季有適量并具有一定質量的陽光射入室內;炎熱季節(jié)盡量減少太陽直射室內和居室外墻面;夏季有良好的通風，冬季避免冷風吹襲;充分利用地形節(jié)約用地。

3 智能光伏玻璃幕墻

由于玻璃幕墻的美觀、通透、宏偉氣派的藝術效果，近年來被廣泛使用于公共建筑圍護結構。玻璃幕墻的節(jié)能在整個建筑節(jié)能系統(tǒng)中占有重要地位。夏熱冬暖地區(qū)主要考慮建筑的夏季隔熱，太陽輻射對建筑能耗的影響。太陽輻射通過窗進入室內的熱量是造成夏季室內過熱的主要原因。冬冷夏熱地區(qū)則主要考慮冬季保溫，夏季避免太陽直射造成室內過熱問題。如果將玻璃幕墻和太陽能結合起來應用到建筑中，可以達到大幅度降低建筑能耗的目的。

以下對智能玻璃幕墻與光伏產品結合而形成的智能光伏玻璃幕墻進行介紹。

3.1 智能玻璃幕墻

智能玻璃幕墻廣義上包括玻璃幕墻、通風系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)。其技術核心是一種有別于傳統(tǒng)幕墻的特殊幕墻——熱通道幕墻。它主要由一個單層玻璃幕墻和一個雙層玻璃幕墻組成。在兩個幕墻中間有一個緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)的上下兩端有進風和排風設施。熱通道幕墻工作原理在于冬天內外兩層幕墻中間的熱通道由于陽光的照射溫度升高，像一個溫室。這樣等于提高了內側幕墻的外表面溫度，減少了建筑物采暖的運行費用。

智能玻璃幕墻從設計構思、內容組成和工作過程各方面看，都是一個各專業(yè)協(xié)調合作的多功能系統(tǒng)，它與傳統(tǒng)玻璃幕墻有很大差別，不僅有玻璃支撐結構，還包括建筑內部分環(huán)境控制和建筑服務系統(tǒng)，通過智能玻璃幕墻可以控制室外光線，提供通風。由于智能玻璃幕墻為3層玻璃，外側為全封閉式，可大大減少外界噪聲對建筑內部的干擾。

3.2 先進的太陽能電池

電池是太陽能(光伏)產品的核心部分，在這里主要介紹薄膜太陽能電池，因為它是目前為止世界上最先進的電池之一，價格便宜，透光性好，而且薄膜光伏組件非常適用需要造型的建筑結構。隨著非晶硅太陽能電池的衰減降低、GaAs和CdTe太陽能電池制造技術的突破，薄膜太陽能電池更具備競爭性。目前較成熟且已經大批量生產的薄膜太陽能電池是基于非晶硅系的薄膜太陽能電池，具有以下突出優(yōu)點:高溫下的光伏輸出特性好，比晶體硅太陽能電池有更大的實際功率輸出，環(huán)境又好，更少的能量償還時間;非晶硅系薄膜太陽能電池具有相對較低生產成本和較高轉換效率的開發(fā)潛力，從長遠的發(fā)展來看將有可能最終取代晶體硅電池，成為市場主導產品。

3.3 智能光伏幕墻工作原理

薄膜光伏組件與建筑結合，不僅可作為建筑外窗玻璃、幕墻，還可根據(jù)建筑物功能要求改變顏色與透明度。節(jié)能型熱通道智能光伏幕墻是在雙層玻璃幕墻中間安裝薄膜光伏組件，而在外側上下兩端設有進出風口，內外玻璃夾層之間形成一個相對封閉的熱通道，在進風口段安裝由陽光自動追蹤器控制的活動式薄膜太陽能電池板，在進(出)風口安裝風機，由太陽能電池直接供電可進行強迫送(抽)風對流換熱。在雙層幕墻內外表面設置太陽光輻射照度、氣流風速及表面溫度等多個不同的傳感器，自動采集多項環(huán)境參數(shù)，使用微型智能控制系統(tǒng)自動控制通道內薄膜太陽能電池板的角度變化，整體組合構成智能光伏幕墻系統(tǒng)。

由于光伏組件主要是吸熱材料，這樣的設計可以改善建筑內部及太陽能電池表面的微氣候環(huán)境，提高建筑內部環(huán)境舒適度及維持較高的太陽能電池轉換效率，同時還不妨礙玻璃幕墻的外觀效果，滿足現(xiàn)代建筑的設計需要。而光伏電池陣列正好提供了整個系統(tǒng)的動力保障，不再需要城市電網支持，如果大面積使用時還可以并網發(fā)電，帶來更大的社會經濟效益。

當太陽照度強烈，光伏電池發(fā)電量充足時，采用光伏電池直接供電的方式，根據(jù)通道內環(huán)境參數(shù)，實時調節(jié)強制對流系統(tǒng)風扇轉速，確定通道內最優(yōu)空氣流速，改善熱通道幕墻的熱工性能。在滿足上述條件的同時，多余電量輸入電池組儲存。當太陽照度不足，光伏電池發(fā)電量不足以滿足強制對流需要時，將所發(fā)電量直接對電池組充電，強制對流系統(tǒng)改由蓄電池供電的方式運行。

4 光伏屋面

光伏與建筑屋頂?shù)慕Y合有兩種形式。一類是建筑與光伏系統(tǒng)相結合，把封裝好的光伏組件平板或曲面安裝在居民住宅或建筑的屋頂上，建筑物作為光伏陣列載體，起到支撐作用，然后光伏陣列再與匯流箱、逆變器、交直流配電柜等相連。這是一種常用的光伏建筑一體化形式，特別是與建筑屋頂?shù)慕Y合。另一種是建筑與光伏構件相結合，這種結合是光伏建筑一體化的一種高級形式，它對光伏組件的要求較高。組件安裝必須能夠適合各種屋面形狀及結構，比如無論是金屬屋面還是防水卷材屋面都要能夠勝任，即使是屋面載荷很小的情況下也必須滿足客戶對于光伏系統(tǒng)的要求。除此之外，還有最重要的一點是，不能夠破壞屋頂或者建筑外墻的防水功能。

將建筑屋頂作為光伏陣列的安裝位置有其特有的優(yōu)勢:日照條件好，不易受到遮擋，可以充分接收太陽輻射;光伏系統(tǒng)可以緊貼建筑屋頂結構安裝，減少風力的不利影響;太陽光伏組件可替代保溫隔熱層遮擋屋面。此外，與建筑屋頂一體化的大面積光伏組件由于綜合使用材料，不但節(jié)約了成本，單位面積上的太陽能轉化設施的價格也可以大大降低，有效地利用了屋頂?shù)膹秃瞎δ?。新技術可以將光伏電池薄膜與屋面材料復合在一起，使得屋面在防水、保溫的基礎上增加了發(fā)電的新功能。

5 結語

建筑節(jié)能是我國建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題。大力開展建筑節(jié)能的新技術、新產品、新工藝及先進適用成套技術的研發(fā)、攻關，同時加速建筑節(jié)能科技成果的轉化和推廣應用，為建筑節(jié)能的通用化、配套化、系統(tǒng)化提供技術支持，逐步推進節(jié)能建筑專業(yè)化、標準化的設計、施工已成為當務之急。只有這樣，才能不斷促進建筑產業(yè)的發(fā)展，保護生態(tài)環(huán)境，提高人民的生活質量。

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