可再生能源在綠色建筑設計中的應用分析

李蕓蕓，季文霞

（1.山東舜誠建筑設計有限公司，山東 濰坊 261000； 2.山東安盛建筑規(guī)劃設計有限公司，山東 濰坊 261000）

作為當前城市化進程中的重要支柱產業(yè)，建筑行業(yè)在能源和資源上的耗用，包括空調系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等。目前，我國建筑能源消耗占了全社會能源的比重，并且呈現出不斷增長的態(tài)勢，因此，加強綠色建筑的使用是非常重要的。綠色建筑要求健康、舒適、安全的工作環(huán)境，提高建筑整體的人文，建筑與環(huán)境的協(xié)調作用，提高建筑的資源利用率。我國的綠色建材產業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展迅速，發(fā)展?jié)摿薮骩1]。

自然資源枯竭，綠色建筑理念應運而生：一個國家要想繼續(xù)發(fā)展，就必須要有足夠的能量。人類的資源枯竭，環(huán)境的惡化，都是因為能源消耗總額在不斷增加，再加上傳統(tǒng)的經濟增長模式，導致了人類面臨著能源危機。我國國土面積大，煤炭資源豐富，但由于人口眾多，資源的迅速消耗，人均資源的實際占有水平一直居世界末位，成為制約我國經濟發(fā)展的重要因素。

1 可再生能源對綠色建筑設計影響的國內外研究現狀

《淺析可再生能源在綠色建筑設計中的應用》是孟憲建主編的《能源與節(jié)能》。能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎。能源問題是近幾年全球范圍內的一個重要問題。21 世紀以來，很多建筑在進行建筑設計時，既要注重美觀，又要注重節(jié)能減排?？稍偕茉从捎谄洫毺氐奶匦?，正日益受到建筑師和工程師的青睞。

2010 年，在《建筑節(jié)能》期刊《可再生能源建筑應用技術及其發(fā)展前景》中，張英魁、張正梅指出，由于我國經濟的發(fā)展，建筑物的數量、企業(yè)的活動、建筑能耗的不斷增長，特別是傳統(tǒng)的工業(yè)和電力的發(fā)展，導致了建筑能耗的逐年增長。在這樣的大環(huán)境下，發(fā)展可再生能源建設既是中國和世界各國的重大戰(zhàn)略舉措，也是我國工業(yè)發(fā)展的必然選擇。

國外可再生能源對綠色建筑的作用：《國外可再生能源在建筑節(jié)能中的利用》。德國、日本可再生能源發(fā)展策略及策略：國外可再生能源在建筑節(jié)能方面的應用經驗。

美國卡羅恩，《可持續(xù)的建筑保護：現存建筑綠化改造》，闡述了節(jié)能與CO2的使用。包括建筑物的選址、燈光、可再生能源的選用、雨水處理、外墻保護及集成。文章對當前在使用中出現的問題進行了分析，包括：短期維修材料選擇、環(huán)境保護、室內空氣質量等。

2 綠色環(huán)境建筑的必要性

在施工過程中，環(huán)保的建筑是指建筑垃圾和生活垃圾的有效削減。這種結構可以有效地利用能源，這是一個基礎和先決條件，可以全面地反映現存的城市基礎設施[2]。同時，注重合理使用環(huán)保材料，為使用者創(chuàng)造一個舒適的內部空間。隨著社會的發(fā)展，城市化進程的加快，對生態(tài)環(huán)境造成了巨大的壓力，同時也造成了能源和資源的巨大浪費。

一些資源是不可再生的，它對人類的生存和發(fā)展起著舉足輕重的作用。在建設工程中，土地、水資源、生物資源的消耗是必然的，但要通過合理的方式和方法來提高資源的利用率。循環(huán)經濟效益是保證生態(tài)環(huán)保工作順利進行的關鍵，是要實現經濟的良性循環(huán)，可以對土地、原料、磚塊等廢料進行科學的開發(fā)[3]。強調生態(tài)環(huán)保是綠色建筑的核心內容，而綠色建筑對環(huán)境的影響具有很高的要求，因此要盡可能減少污染。

由于大氣、水污染等因素對生態(tài)系統(tǒng)的危害很大，所以在工程建設中應充分考慮以上問題，從而達到人與自然的協(xié)調發(fā)展。物理環(huán)境在綠色建筑中占有舉足輕重的地位，要想真正達到綠色建筑，就必須通過科學、合理的方法來調控周圍的物理環(huán)境，并有效地改善建筑的舒適度，這對于保證人們的健康和居住品質具有十分重要的作用[4]。太陽能和風能是一種可再生能源，它是一種綠色能源，可以在建造綠色建筑時得到最大限度的利用。

3 綠色建筑工程設計的主要特征

3.1 綠色建筑工程的特征

綠色建筑的內涵：在建筑的全壽命中，包括設計、使用、拆除三個階段，可以最大限度地減少電力、水、土地資源的消耗，減少環(huán)境污染，節(jié)約能源，并確保其實用性和舒適度，這就是綠色建筑。綠色建筑是一種具有代表性的可持續(xù)發(fā)展建筑，它與環(huán)境和諧共存，是人類與自然和諧相處、保護環(huán)境的重要途徑。

綠色建筑通過四個途徑來達到與自然的和諧：一是利用自然光來減少照明；二是利用通風管道來通風，縮短通風管道的使用壽命；三是利用可再生能源來降低對傳統(tǒng)能源的依賴性；例如太陽能集熱器、太陽能發(fā)電設備，既可以滿足使用者的需要，又可以減少傳統(tǒng)能源的污染；四是采用環(huán)保建材，減少環(huán)境污染。新型建筑材料的隔熱性能好，對環(huán)境污染小，在拆除和再利用過程中，可以保證建筑的環(huán)保性。從整體上看，綠色建筑是以建筑、使用者、自然三者相協(xié)調的方式，利用自然環(huán)境營造出一個舒適、健康的居住環(huán)境，減少使用者對傳統(tǒng)能源的依賴。

3.2 綠色建筑的發(fā)展策略

環(huán)境保護是一個宏觀視角的宏偉工程，而綠色建筑作為環(huán)境保護的一部分，也要從多個角度來看它的發(fā)展。城市的保護與改善是一個世界性的重大問題，它涉及空氣污染治理與保護、水體污染保護、物種保護等多個領域，僅從一個小區(qū)、一個區(qū)域的建筑角度來看，就像是管中窺豹。同樣，生態(tài)社區(qū)的建設與城市的發(fā)展密切相關。城市綠化建設、城市交通網絡結構、功能區(qū)分布等都會對城市的生態(tài)環(huán)境有很大的影響。因此，作為生態(tài)社區(qū)建設的基礎單位，必須充分考慮到周邊配套工程和社區(qū)功能區(qū)域的布局。

4 可再生能源的價值體現及其利用方法

4.1 太陽能的價值與利用

太陽能的發(fā)展可以分為主動和被動兩種，這兩種方法都有各自的優(yōu)點和缺點，因此在運用這兩種方法時要處理的問題也不盡相同。

對被動型太陽能的使用情況進行分析，利用太陽能的熱量轉化來收集太陽能，再利用建筑物內部的熱量進行換熱器。該技術的優(yōu)點在于其實施費用低廉、維修方便，但其缺點是太陽能利用率較低，而且主要采用供暖形式，不能滿足不同的能源需求。典型應用實例包括太陽能低溫熱水地板、熱水器、太陽房供暖等。

我國擁有豐富的太陽能資源，為我國的發(fā)展打下了良好的基礎，這種新型的太陽能熱水器因其價格便宜、操作簡便、技術簡便、技術成熟而在全球范圍內廣泛推廣，并逐步向光、電智能化方向發(fā)展。

太陽能采暖室是通過集熱器把太陽的熱能轉換成熱能，然后通過室內的門窗來實現。儲熱墻是建筑物最大的構件，它的應用領域主要集中于墻體的發(fā)展，它對集熱器的性能有很大的影響。

太陽能低溫熱水地板是通過對地面進行均勻的輻射，從而達到供暖目的。在房屋的外部設置了一種特殊的太陽能集熱器，集熱器在收集熱量后，通過低溫水向房間中擴散熱量，這種采暖模式比較均衡，可以營造出一個比較舒適的居住環(huán)境，但其實施成本比較高，因此有些高檔小區(qū)會采取這種形式[5]。

4.2 地熱能的價值體現及其利用方法

隨著人類對能源的不斷開發(fā)，傳統(tǒng)的能源已經無法滿足人類的需要，新世紀的能源危機日益嚴峻。在此背景下，新能源應用技術的發(fā)展受到了廣泛關注，并取得了一些成果。地熱是一種普遍的能源，在我國的應用范圍很廣，本文就其特點、用途、利用過程及存在的問題進行了簡要的闡述。

在表層的淺層（一般不到200 米），巖石中蘊藏著大量的熱量，是一種地熱的來源。地球內部蘊藏著巨大的熱量，地球從太陽吸收的能源大約是地球總能源消耗的2000 多倍，表面10 米以上的地表溫度會受到大氣的影響，低于10 米，則不會受到大氣層的影響。

地熱能是一種擁有大量資源的能源，主要是以地熱為主要能源，通過對建筑物的熱能進行冷卻和加熱，達到節(jié)能減排的目的，將地熱能用于淺層地熱發(fā)電，不僅不會對環(huán)境造成污染，還可以有效地解決氣候變化對地表的影響，同時也不會對地表的溫度產生任何影響，因此具有很好的適用性[6]。

5 可再生能源對綠色建筑工程設計的影響

5.1 房地產企業(yè)開發(fā)綠色建筑的影響

影響建筑公司綠色建筑的主要因素有：政策法規(guī)、政策支持、市場接受程度、后期維護費用、處罰時的損失。在這一過程中，應充分考慮建設項目的成本、經濟回報率、資本投入等，并與國家的經濟實力、經濟條件、人才資源等進行比較。

企業(yè)的社會節(jié)能減排能力、社會責任感、企業(yè)領導對綠色建筑的態(tài)度和與之相關的技術力量等都會有不同程度的影響。只要具備合適的投資機會，再加上綠色建筑的技術支持，就可以真正提高領導對綠色建筑、生態(tài)建筑的設計與開發(fā)的信心。

5.2 綠色建筑項目的開發(fā)阻力來源分析

可再生能源是一種與綠色建筑相適應的新型建筑，但由于其造價高昂、施工過程繁瑣、工期延誤等問題，導致許多開發(fā)商對綠色建筑缺乏清晰的認識，因而投資較少，而作為一種高成本的建筑，許多開發(fā)商都希望通過政府的政策來獲得最大的利益。他們將綠色建筑作為“標簽”以博得關注[7]。

6 可再生能源在建筑設計中的應用

6.1 風能利用的設計方法

風能資源十分豐富，超過10 米的風能資源約為32.26×108 千瓦，可供開發(fā)的風能占16%。因此，風力發(fā)電是清潔、可再生、分布廣泛、運行費用低廉，目前在美國國家展覽中心安裝的風力發(fā)電機，其發(fā)電能力已達到100x104kW?h。

建筑風能的利用途徑有兩種：一是利用風壓推動室內通風；二是利用風力發(fā)電。如在沿海熱帶雨區(qū)，在建筑的規(guī)劃布置中，要考慮到建筑的單體體量與組合式，在建筑的朝陽與背陰面上形成不同的風壓差異，從而在建筑物內部形成氣流，促進室內的氣流流通，從而達到較好的通風效果[8]。

在建筑物高度集中的地區(qū)，由于通風困難，可以在建筑物上安裝捕風設備，通過風能的豎向分布，以及通風管的作用，引導氣流沿著一定的路線移動，從而提高室內的溫度，達到人們對舒適的需求。

在單體建筑的設計中，應搜集氣象數據，調查施工現場，了解當地的風環(huán)境狀況，并根據建筑開放的位置及高度，以達到更好的通風效果。在建筑物上，通常都是使用小型或微型的風能發(fā)電，因為風力渦輪機的功率是與風速的平方成比例的，因此，在建筑物的結構設計中，必須保證風塔的形狀和樣式。

6.2 太陽能利用的設計方法

為了將太陽能應用于建筑物，一般可以在屋頂、陽臺、墻壁上安裝太陽能集熱器和太陽能電池板，屋頂的傾斜角度取決于太陽能集熱器和太陽能電池板的最佳傾斜角度，即當地經緯-10°。

陽臺護欄采用太陽能集熱器與太陽能面板組合而成，其強度、強度、防護性能均達到標準；墻壁上的太陽能集熱器和面板要與墻壁顏色、風格協(xié)調；本系全部配有管道、電器、電纜，與其它施工管道進行整體規(guī)劃，同步設計，施工同步，安全，隱蔽，集中，安裝和維修方便。

利用光導纖維技術，還可以利用光導纖維導光板來實現室內的室內照明，利用光纖導光板來實現對陽光的聚焦，通過光纜把陽光傳輸到室內、地下室等。

日光導入器是指建筑的屋頂、陽臺、地面、墻壁等四季如春的地方，由光纖與室內相連，從日出到日落，均有固定的（活動）光照，可在室內任意10 個小時的時間。

7 結語

總而言之，目前，我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，建筑節(jié)能越來越受到人們的關注，將可再生能源應用于建筑行業(yè)是一個新的發(fā)展趨勢。利用可再生能源如太陽能、風力發(fā)電，既可替代傳統(tǒng)的能源，又可降低污染排放，有利于保護生態(tài)環(huán)境。利用可再生能源進行綠色建筑的設計，對我國的建設具有重要意義。