可再生能源在建筑設(shè)計(jì)中的利用探微

陶雪

摘 要：能源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的必需品和基本保障，然而當(dāng)前能源和資源的短缺問(wèn)題已經(jīng)擺在了我們的面前，要實(shí)現(xiàn)高速度的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，就離不開強(qiáng)大的動(dòng)能來(lái)源，所需要消耗的能源更是一個(gè)未知數(shù)。因此人們更加注重可再生的資源和能源，希望能夠替代很多傳統(tǒng)型、不可再生的能源，而在建筑設(shè)計(jì)工作中，人們大量利用包括太陽(yáng)能在內(nèi)的新型清潔能源就是其中的典型代表，太陽(yáng)能的合理使用說(shuō)明了開發(fā)新型能源的重要性和必要性。

關(guān)鍵詞：可再生；能源；建筑設(shè)計(jì)；太陽(yáng)能

1 前言

我國(guó)是世界上的能源消費(fèi)大國(guó)，對(duì)于能源的需求比其他很多國(guó)家都要迫切，這就促使我們盡快將新型能源的開發(fā)利用提上工作日程。在當(dāng)前的建筑工程建設(shè)中，由于建筑項(xiàng)目的施工以及后續(xù)的管理維護(hù)都需要消耗很多的資源和能源，為了減少損耗和浪費(fèi)，啟用可再生的能源作為人們生活居住所需要的主要能量來(lái)源，這種情況已經(jīng)極為普遍，人們希望能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升能源的利用率。本文主要以太陽(yáng)能在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作為論述對(duì)象。

2 太陽(yáng)能資源在建筑中的應(yīng)用概述

我國(guó)共有近600億平米建筑， 目前城鎮(zhèn)化正處在快速發(fā)展時(shí)期， 每年建成的房屋面積近20億平米 97%以上都是高能耗建筑， 預(yù)計(jì)到2020年， 全國(guó)高耗能建筑面積將達(dá)700億平米。建筑總耗能占社會(huì)總耗能的比重已經(jīng)從20世紀(jì)70年代的10%增加到30%， 預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)上升到35%。

3 建筑利用太陽(yáng)能存在的問(wèn)題

建筑工程在設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員更為注重科學(xué)合理的配套規(guī)劃方案，目的是為了讓資源得到更為充分的利用，減少不必要的消耗和浪費(fèi)。雖然近些年來(lái)在建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃中我們開始意識(shí)到提高能源利用率和防止浪費(fèi)的重要性，但是在實(shí)施過(guò)程中依然會(huì)遇到很多困難和問(wèn)題。

就以現(xiàn)如今比較貼近人們生活的太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用為例，雖然太陽(yáng)能電池或者熱水器等生活中常用到的設(shè)備已經(jīng)迅速普及，應(yīng)用極為廣泛，但是在基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)的研究方面還處于較低的水平，還在發(fā)展中的關(guān)鍵階段，對(duì)于太陽(yáng)能的有效利用水平并不高，還有待進(jìn)一步挖掘這種可再生能源的潛力，因?yàn)檫@種能源在一定時(shí)期內(nèi)可以說(shuō)是取之不盡用之不竭的。可是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)由于技術(shù)發(fā)展水平的制約被限定在某個(gè)領(lǐng)域之中，很難在多個(gè)領(lǐng)域中真正發(fā)揮太陽(yáng)能的功效和優(yōu)勢(shì)作用。

總之，當(dāng)前在建筑領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計(jì)工作中，主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容還是以利用太陽(yáng)能來(lái)對(duì)水進(jìn)行加熱方面的分析，研究太陽(yáng)能電池板和充電器材究竟該怎么擺放才能提高能源的利用率，但是在其他方面還不能有效發(fā)揮出太陽(yáng)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和潛力，比如光伏發(fā)電，在這個(gè)領(lǐng)域涉及到的相應(yīng)技術(shù)方法還在深入研究中。

4 如何在建筑中合理應(yīng)用可再生能源

中國(guó)大部分地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富， 我國(guó)每年獲得的太陽(yáng)能約為3.6×10J， 相當(dāng)于1.2萬(wàn)億t標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值。約占全國(guó)國(guó)土面積2/3的地區(qū)年平均輻射總量在3 340～8 400 MJ/m， 其年日照時(shí)數(shù)超過(guò)2 200 h， 具有利用太陽(yáng)能的良好條件。按照輻射量的多少， 可以將我國(guó)劃分為四個(gè)區(qū)域， 分別為一類區(qū) （資源豐富區(qū)） 、二類區(qū) （資源較豐富區(qū)） 、三類區(qū) （資源可利用區(qū)） 和四類區(qū) （資源貧乏區(qū)） 。

（1）在太陽(yáng)能資源一、二類區(qū)， 屋面面積較大的大型公共建筑和多層住宅適合采用BAPV太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)；

（2）在太陽(yáng)能資源一、二類區(qū)， 輕鋼廠房或者倉(cāng)庫(kù)適合采用BIPV太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)；

（3）在太陽(yáng)能資源三類區(qū)， 屋面面積較大的大型公共建筑和多層住宅適合采用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)， 如果需太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)， 那么做充分可行性研究， 論證后如果可以采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)， 那么應(yīng)采用BAPV太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)；

（4）在太陽(yáng)能資源三類區(qū)， 輕鋼廠房或者倉(cāng)庫(kù)適合采用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)， 如果需太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)， 那么做充分可行性研究， 論證后如果可以采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)， 建議優(yōu)先采用BIPV太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。

5 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)及其組件的應(yīng)用情況

目前由于政府的政策導(dǎo)向， 太陽(yáng)能光伏發(fā)電工程在我國(guó)進(jìn)入飛速發(fā)展期。同樣， 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)也在建筑中得到了大量的應(yīng)用。太陽(yáng)能光伏發(fā)電建筑從一開始無(wú)序發(fā)展， 慢慢地發(fā)展到現(xiàn)在有條理的發(fā)展。

太陽(yáng)能光伏建筑系統(tǒng)即BMPV （Building Mounted Photovoltaic） ， 可以分為兩類：一是太陽(yáng)能光伏建筑一體化系統(tǒng)， 即BIPV （Building Integrated Photovoltaic） ；二是安裝在建筑上的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)， 即BAPV （Building Attached Photovoltaic） 。

太陽(yáng)能光伏組件可以安裝在建筑的屋頂處和建筑外墻處。安裝在建筑外墻的太陽(yáng)能光伏組件， 由于受到朝向和周邊建筑物遮擋的原因， 在通常情況下， 發(fā)電效率很低， 成本較高。太陽(yáng)能光伏組件更適合安裝在建筑的屋頂上。因此， 塔式高層建筑由于屋面面積和建筑外墻比值較小， 所以不適合安裝太陽(yáng)能光伏組件；而屋面面積和建筑外墻比值較大的建筑、多層住宅， 適合安裝太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)。

BIPV即太陽(yáng)能光伏組件可以直接作為建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。BIPV建筑安裝光伏組件后， 在同樣位置不需要安裝其他建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。常見(jiàn)的BIPV組件形式有光伏幕墻、光伏屋面板。BIPV建筑物能省去光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)和其他維護(hù)材料， 節(jié)約了建筑材料， 非常符合綠色建筑的理念。BIPV建筑組件和建筑可以統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)， 使建筑更為美觀， 不讓光伏組件顯得突兀。但是， BIPV建筑存在很多問(wèn)題， 最大的問(wèn)題是光伏組件壽命和建筑壽命不統(tǒng)一。光伏組件壽命一般為25年， 而建筑壽命一般為50年。所以， 在運(yùn)行期的第26年到第50年， 光伏組件材料的轉(zhuǎn)換效率、材料的耐久性和組件間的密封性能都是不可控的， 如果維修或者更換組件， 對(duì)建筑物本體就會(huì)帶來(lái)很大的影響。所以， BIPV建筑不適用于作為住宅類建筑和大型公共建筑的主體建筑維護(hù)材料， 其比較實(shí)用于一些門式鋼架廠房的屋頂、一些大型停車場(chǎng)的屋頂?shù)葘?duì)使用年限和耐久性等要求不是很高的建筑， 還可應(yīng)用到一些非主要建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)件上， 如雨棚、遮陽(yáng)篷等。

BAPV是二次安裝在建筑上的相對(duì)獨(dú)立的光伏組件。BAPV相對(duì)于BIPV浪費(fèi)組件支架材料。BAPV建筑的整體美觀性不如BAPV， 但是對(duì)BAPV建筑光伏組件維護(hù)和更換完全不影響建筑本身。所以， BAPV更適合用在多層住宅建筑和屋頂面積較大的大型公共建筑上。

結(jié)語(yǔ)

建筑利用可再生能源的普遍化， 已經(jīng)是一種不可逆轉(zhuǎn)的社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。在利用可再生能源時(shí)， 人們應(yīng)該注意其合理性。可再生能源分很多種， 建筑也分很多種， 不是所有建筑都適合利用各種可再生能源。因此， 針對(duì)不同的地區(qū)和不同種類的建筑， 人們必須選擇合適的可再生能源。

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