探討可再生能源在建筑設(shè)計(jì)中的利用

徐 薇

（安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院 232001 ）

0 引言

在石油、煤、天然氣等不可再生能源全球資源緊缺，生態(tài)環(huán)境被嚴(yán)重破壞的背景下，我國以煤炭為主的能源消耗結(jié)構(gòu)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，從環(huán)境保護(hù)的方面考慮，應(yīng)逐漸使高效清潔型能源取代低效污染型能源，開發(fā)利用可再生能源是應(yīng)對(duì)能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)、生態(tài)危機(jī)的重要舉措。近年來，我國城市化進(jìn)程加快，建筑工程規(guī)模不斷加大，將各類可再生能源應(yīng)用到建筑工程設(shè)計(jì)中去，不僅能夠在一定程度上解決建筑高能源消耗的問題，并且能夠推動(dòng)低碳環(huán)保，資源節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展。

1 可再生能源與建筑能耗

可再生能源是指能夠不斷再生或重復(fù)利用的資源，不存在資源短缺的問題是可再生能源的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)能源的消耗過程中，隨之而來的是全球氣候變暖、臭氧層破壞、霧霾、酸雨等自然環(huán)境的損害，使人們不得不將關(guān)注點(diǎn)放在使用過程中清潔無污染的可再生能源上去。目前利用較為廣泛的可再生能源有太陽能、潮汐能、地?zé)崮堋L(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等等。

建筑能耗主要是指建筑物在使用過程中產(chǎn)生的能源消耗，其中包括空調(diào)系統(tǒng)、建筑采暖、建筑通風(fēng)、熱水供應(yīng)、電力系統(tǒng)等等。隨著生活水平的提高，人們對(duì)于室內(nèi)環(huán)境舒適度的要求越來越嚴(yán)格，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度的空調(diào)系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)的能源消耗在總能耗中占據(jù)了相當(dāng)大的比重。

2 可再生能源在建筑中的應(yīng)用

2.1 太陽能熱利用形式在建筑中的應(yīng)用

在可再生能源中，太陽能資源在建筑中的應(yīng)用具有典型代表性。太陽能本身具有清潔無污染、取量豐富、無需開采和運(yùn)輸、可直接開發(fā)利用等特點(diǎn)。我國擁有豐富的太陽能資源，按接受太陽輻射能量的大小分為五個(gè)地區(qū)類型，其中一、二、三類地區(qū)占全國2/3以上的國土面積。目前在建筑領(lǐng)域，太陽能熱利用技術(shù)較為成熟，太陽能熱水系統(tǒng)是最常見的熱利用形式，其核心在于將太陽的輻射能轉(zhuǎn)化成熱能，并將熱能收集儲(chǔ)存起來用來加熱冷水，以獲得生產(chǎn)生活所需的熱水。集熱裝置是太陽能熱水系統(tǒng)的重要組成部分。現(xiàn)階段，太陽能集熱器主要有真空管型和平板型兩種。真空管型集熱器，結(jié)構(gòu)簡單，保溫性能好，在環(huán)境溫度較低的情況下仍具有較高的集熱效率，但是存在結(jié)構(gòu)承壓能力較差，管材易破裂的缺點(diǎn)。平板型集熱器則承壓能力較好，運(yùn)行安全可靠，但針對(duì)集熱溫度而言，真空管集熱器在中、高溫溫度范圍內(nèi)易發(fā)揮其自身優(yōu)勢(shì)，而平板集熱器更適用于低溫范疇，高溫段效率偏低。另外，真空管型集熱器的工作原理是采用內(nèi)管的吸熱涂層對(duì)太陽輻射的能量進(jìn)行吸收以加熱管中的冷水，內(nèi)外管之間的真空層能夠有效防止熱量傳導(dǎo)，減少熱量損失，熱力性能較好。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新興材料被不斷應(yīng)用于太陽能集熱器設(shè)計(jì)開發(fā)中，大量集熱效率高，保溫性能好，構(gòu)造簡潔的新型集熱器涌入市場(chǎng)，但是提高太陽能在建筑中的利用效率，不能只關(guān)注于新產(chǎn)品的研究制造，太陽能本身受日夜、季節(jié)、天氣、地理位置等因素的影響，資源在利用時(shí)存在穩(wěn)定性差，效率低的缺點(diǎn)，這就要求設(shè)計(jì)者在建筑物設(shè)計(jì)建造之初，對(duì)該區(qū)域的太陽能條件深入研究，合理規(guī)劃建筑的朝向，樓房間的距離，保證建筑工程整體能夠最大限度的利用太陽資源。

2.2 地?zé)崮芘c地源熱泵

地源熱泵系統(tǒng)是一種運(yùn)行成本低，使用壽命長，運(yùn)行安全穩(wěn)定的新型中央空調(diào)系統(tǒng)，比傳統(tǒng)中央空調(diào)操作更靈活，調(diào)節(jié)更方便，便于集中管理。地源熱泵技術(shù)可在消耗少量高品位電能情況下，通過高效熱泵機(jī)組，開發(fā)利用蘊(yùn)藏在淺層地下的地?zé)崮?。地?zé)崮苁堑厍騼?nèi)部熱能的總稱，是近年來備受關(guān)注的一類可再生能源，地?zé)崮軣o處不在，儲(chǔ)量巨大，資源開采不受地域環(huán)境限制，我國的地?zé)豳Y源約占全球7.9%是地?zé)豳Y源較為豐富的國家。地?zé)崮芙柚鸁岜眉夹g(shù)在建筑中發(fā)揮作用，儲(chǔ)藏于土壤、地下水、地表水中的能量通過設(shè)備的引入，夏季作為冷源，將建筑物的熱量排放到地下，實(shí)現(xiàn)制冷的目的。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，無需冷卻塔。冬季作為熱源，熱泵系統(tǒng)將地下的熱量轉(zhuǎn)移到地上，供給建筑采暖和制備熱水。地?zé)崮芘c常規(guī)能源相比在低碳環(huán)保，清潔無污染方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。地源熱泵是建筑領(lǐng)域一項(xiàng)高效供能技術(shù)，在系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)建造時(shí)，要針對(duì)建筑當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件，開展淺層地?zé)崮苜Y源的勘察與測(cè)評(píng)，對(duì)地?zé)崮艿姆植记闆r予以全面調(diào)查，充分考慮長期的能源開采利用對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成的影響，制定總體發(fā)展規(guī)劃，在機(jī)組實(shí)際設(shè)計(jì)建造和材料選用時(shí)，要注重系統(tǒng)的保溫性能，以減少運(yùn)行中冷熱量的損失，提高能源利用效率。

2.3 風(fēng)能在建筑通風(fēng)中的利用

當(dāng)太陽照射到地球表面時(shí)，由于受熱不均勻各地產(chǎn)生了溫差，從而引起大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)，形成了我們所稱的風(fēng)。在建筑中風(fēng)能主要用于室內(nèi)通風(fēng)換氣，良好的自然通風(fēng)能夠獲得改善室內(nèi)環(huán)境溫濕度，促進(jìn)空氣流動(dòng)，帶走室內(nèi)污染物的效果。在炎熱的季節(jié)能夠有效降低室內(nèi)溫度與空氣含濕量，減輕了空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，節(jié)約了電能。擁有較好通風(fēng)效果的建筑單體，通常需要利用建筑物的向陽面與背陽面產(chǎn)生壓力差驅(qū)動(dòng)空氣，在建筑內(nèi)部形成空氣流動(dòng)，增加室內(nèi)空氣對(duì)流。針對(duì)空氣流動(dòng)性較差的密集建筑群體，可在建筑上設(shè)置相應(yīng)的捕風(fēng)裝置，運(yùn)用先進(jìn)的通風(fēng)設(shè)備，提升空氣流通效果。通風(fēng)設(shè)備應(yīng)與建筑新風(fēng)系統(tǒng)的匹配適宜，避免出現(xiàn)由于選用設(shè)備功率過大導(dǎo)致的能源浪費(fèi)情況。優(yōu)化建筑物的通風(fēng)設(shè)計(jì)，需要在建筑方案設(shè)計(jì)階段，針對(duì)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，充分利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)能條件的優(yōu)勢(shì)，盡最大可能規(guī)避劣勢(shì)。考慮建筑單體體量與建筑群體的組合，結(jié)合建筑工程區(qū)域內(nèi)的風(fēng)向特點(diǎn)，科學(xué)規(guī)劃建筑物間距，建筑物的朝向，避免建筑物對(duì)風(fēng)能的遮擋，圍繞建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致分析。對(duì)于門窗的位置、高低、面積進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使門窗結(jié)構(gòu)具有較好的空氣流動(dòng)效果。在建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)科學(xué)運(yùn)用風(fēng)能目的就是利用自然條件營造良好的室內(nèi)環(huán)境，促進(jìn)室內(nèi)環(huán)境冷熱、干濕協(xié)調(diào)，降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗。

2.4 生物質(zhì)能在建筑中的應(yīng)用

生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能的形式貯存的能量，未來將會(huì)成為人類重要能源供應(yīng)之一，目前很多國家在積極開發(fā)利用生物質(zhì)能。生物質(zhì)能在建筑中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩方面，一是適用于農(nóng)村地區(qū)的沼氣，沼氣是人畜糞便，生活污水和農(nóng)作物物秸稈經(jīng)過沼氣池中的微生物無公害發(fā)酵，并對(duì)產(chǎn)生的沼氣加以過濾提高純度處理后產(chǎn)生的一種清潔燃料。使用沼氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料，可有效減少污染物的排放，并且用沼氣做生產(chǎn)生活的燃料具有較高的經(jīng)濟(jì)性能。二是對(duì)各類生活垃圾進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)或生產(chǎn)化學(xué)制品。生物質(zhì)能的利用是一種變廢為寶的思想，在實(shí)際工程中，要加強(qiáng)技術(shù)手段的運(yùn)用，在提高供給效率的同時(shí)，保證能源利用的穩(wěn)定性和安全性。

3 結(jié)語

綜上所述，以太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能為代表的可再生能源運(yùn)用到建筑中，不僅能優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)體系，減輕環(huán)境污染，而且能夠提升人們生活環(huán)境品質(zhì)，推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展?？稍偕茉丛诮ㄖ袚碛袕V闊的應(yīng)用前景，在未來建筑領(lǐng)域應(yīng)綜合多方面技術(shù)領(lǐng)域，積極發(fā)展新的科學(xué)技術(shù)運(yùn)用到可再生能源的開發(fā)利用中去，相關(guān)工作人員在進(jìn)行建筑工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)要注重可再生能源在建筑中的運(yùn)用。