住宅產業中新能源的開發與利用

住宅建設已經成為地球森林資源、淡水資源的第一消耗大戶，同時也是能源消費第一大戶。因此，住宅建設在考慮人類安全性和舒適性的同時，更要考慮人類可持續生存和發展問題，應該盡可能使用新能源。新能源主要包括太陽能、風能和地熱能等可再生自然能源。可再生能源的開發利用，將成為緩解當前能源日益緊缺矛盾的重要途徑，其優點是豐富、清潔、廉價、安全。這些綠色能源的使用不但可以改善不合理的能源結構，減少煤、油等常規能源的消耗，又可以減輕污染，維護生態環境的持續性穩定性。自然能源的利用技術較為成熟的形式主要有：太陽能光熱與光電技術、地源熱泵中央空調技術、風力發電等。

1 住宅小區建筑中太陽能資源的合理使用

太陽能作為一種可再生能源，取之不盡，用之不竭，同時又不會增加環境負荷，我國屬于太陽能資源十分豐富的國家之一。利用太陽能的建筑可分為主動式太陽能建筑和被動式太陽能建筑。主動式太陽能的利用由于設計復雜，造價高，很少應用于住宅建筑設計中。而被動式太陽能建筑因為被動系統本身不消耗能源，設計相對簡單，是小區建筑利用太陽能的主要方式。它不需要依靠任何機械手段，通過建筑圍護結構本身完成吸熱、蓄熱和放熱過程，實現利用太陽輻射采暖。它主要有五種形式：利用建筑南面大面積玻璃透射陽光直接受益；在室內增加集熱墻加強太陽輻射獲得量，同時避免陽光直接射入室內；在建筑南側設置帶玻璃罩的陽光間，與主體房間用墻或窗隔開，用于養花或栽培；在建筑屋頂設置蓄水池，通過水吸收太陽輻射；由太陽能集熱器和卵石地床構成蓄熱裝備。

太陽能光熱與光電技術就是將光能轉化成熱能、光能轉化成電能加以利用，常規的太陽能利用系統有太陽能熱水系統、太陽能供熱采暖和制冷系統、太陽能光伏發電系統。在生態住宅小區中使用的主要有太陽能熱水器和太陽能電池；多用于草坪燈、庭院燈、航空障礙燈、樓道燈等。目前技術最成熟、應用范圍最廣泛、產業化發展最興旺的是太陽能熱水系統，較普遍的是在建筑屋頂安裝太陽能熱水器以獲得高溫熱水，也可將太陽能集熱板安裝在窗臺或陽臺外部，由集熱板制取熱水供采暖和生活熱水使用，還可通過熱水吸收機制冷獲得建筑所需的冷量替代空調制冷系統。在住宅建筑保溫設計中，對太陽能的利用主要考慮兩個問題，一是對太陽能輻射熱的吸收，二是對太陽輻射熱的蓄集。寒冷的北方還可選用太陽能被動式采暖系統，依靠建筑本身部件及材料熱工性能，設置集熱保溫墻、地面、屋頂以及集熱保溫門窗等，防寒保暖，節約能源。蓄熱墻能充分吸收太陽熱量，冬季能使室溫升高，夏季則通過特定的通道形成熱對流，能促進涼爽氣流的循環，達到冬暖夏涼的目的。保溫隔熱墻則是通過墻體材料的特殊性能阻止外界熱量進入和使室內能源免于流失。另外，在住宅的一定部位設計可調溫調濕的太陽房，利用太陽輻射的熱量使室內溫度上升，便于植物的生長，并可讓太陽房與其他居室相連，使空氣能夠交換，提高居室的氣溫。[1]總之，太陽能是自然界中最充分、最便捷的可利用的綠色能源，可在地面、屋頂上安裝一些裝置，直接利用日光和自然風，還可運用機械方法，把太陽能送至暖房、冷庫等處采暖、降溫、照明、通風，以達到自然循環的目的。利用太陽能降溫也是很有前途的。太陽能制冷有兩種方法，一種是利用太陽能驅動機械裝置，機械裝置再驅動壓縮制冷循環。另一種是利用從太陽直接獲得的熱量來驅動吸收式制冷機，從而降低室內溫度。

2 風能、地熱能及其他自然能源的利用

風能是地球上重要的能源之一，風能的利用有風力發電和利用風能促進室內通風換氣等方式，而后者是建筑利用風能的主要方式。風能的利用與建筑內部平面和空間組合及建筑形態密切相關。水平通風即人們通常所說的穿堂風。利用建筑在迎風面和背風面空氣的壓力差在建筑內部促使空氣流動，降低表面溫度，加強室內氣流循環，改善室內熱環境，滿足人體舒適度。大氣中空氣的流動形成的季候風、山谷風、水陸風等都是降低室內外溫度的重要能源，而且是首選的措施。環境布局中的通風、室內空間建構的通風以及民居中的風管、風塔、導風的隔片等都是利用風能的有效措施。全天候持續自然通風并不能達到降溫目的，而改用間歇通風，即白天（特別是午后）關閉門窗限制通風可避免熱空氣進入，遏制室內溫度上升，減少蓄熱；夜間則開窗，利用自然通風或小型通風扇，效果更佳，讓室外相對干、冷的空氣穿越室內，即可達到散熱降溫的效果。風力發電是在風力資源豐富地區，利用自然風能轉讓為機械能，再將機械能轉化為電能的過程。風力發電對大氣、水體和陸地不產生任何污染，有著明顯的環境效益，但考慮到可能存在噪音干擾，所以目前一般在居住區內很少應用。[2]

大地所蘊含的熱量和溫度為我們提供了一個恒定、安全的可替代能源選擇。這種熱量來自地球深處釋放的巨大能量。地源熱泵中央空調的概念就是利用地下淺層地熱資源（如地下水、土壤或地表水等）來提供冷熱源，即地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源。冬季，把地能中的熱量取出來，通過熱泵經熱交換，提高溫度供給室內采暖。夏季，由于地表以下溫度受太陽輻射影響較小，在炎熱的夏季地表深層溫度較低，將空氣或水送入埋置在地下的導管，利用地溫降低空氣和水的溫度，再利用空氣和水去降低室內溫度。這樣做，一方面減少了外界不利環境對建筑室內溫度的影響，另一方面可以防止室內熱量向外散失。在地下埋設一定截面的管路系統，通過空氣熱壓通風和風壓通風，將室外空氣引入室內，利用土壤的恒溫和恒濕性能，使空氣保持恒定的溫度和濕度，調節室內微氣候。應當指出，地道愈深，利用地下能源的節能效果就愈好。這種投入少量機械能源（用于凈化和干燥地道中的空氣）便可使室內熱環境得到較大改善的措施值得推廣。目前，熱泵技術在住宅中應用的合理系統及相關產品有：新型供暖技術及產品（如電熱輻射、地板采暖等）太陽能照明與供熱技術及設備、地熱的采集與供配成套設備、天然水蓄冷技術及設備、供暖計量控制表具和部件、沼氣的開發與利用技術及設備、節能保溫門窗及五金件。

其他自然能源，如長波輻射降溫，夜間建筑外表面通過長波輻射向天空散熱，采取措施可強化降溫效果。如白天使用反射系數大的材料覆蓋層以減少太陽的短波輻射；夜間收起，或者使用選擇性材料涂刷外表面。又如，被動蒸發降溫是利用水的汽化潛熱大的特點，在建筑物的外表面噴水、淋水、蓄水，或用多孔含濕材料保持表面潮濕，使水蒸發而獲得自然冷卻的效果。當然，建筑綠化也是常見的利用自然能源的方法。在小區建筑物周邊廣植樹木，兼有防風、遮陽、蓄水及改善景觀效果等作用。[3]

3 新能源開發利用實例

在住區中對太陽能的主動式利用方面，我國與國外的差距不小。歐盟在歐洲選出了100個居民區作為“能源再生運動”（Campaign for Take off）的示范工程，希冀借此活動，促進歐洲對可更新能源（Renewable Energy）的使用。“能源再生運動”的目標是希望到2010年，歐盟國家的電能、交通動力和熱能中的12%能達到可更新利用的能源。德國綠色住區的居民所使用的能量有2/3來自太陽能光電裝置；澳大利亞和以色列太陽能熱水器的普及率分別是30%和50%。我國太陽能熱水器普及率僅為6%左右。

（1）德國。德國建筑師塞多?特霍爾斯建造了一座能跟蹤陽光的太陽房屋，房屋被安裝在一個圓盤底座上，由一個小型太陽能電動機帶動一組齒輪。房屋底座在環形軌道上以每分種轉動3cm的速度隨太陽旋轉。當太陽落山以后，該房屋便反向轉動，回到起始位置。它跟蹤太陽所消耗的電力僅為房屋太陽能發電功率的1%，而所吸收的太陽能則相當于一般不能轉動的太陽能房屋的兩倍。德國還有一個零能量住房，所需能量100%靠太陽能。零能量住房向南開放的平面被設計成扇形，可以獲得很高的太陽能輻射能。墻面采用儲熱能力較好的灰沙磚、隔熱材料和裝飾材料，陽光透過保溫材料，熱量在灰沙磚墻中存儲起來。白天房屋通過窗戶由太陽來加熱，夜間則通過隔熱材料和灰沙磚墻來加熱。

（2）芬蘭。芬蘭以生態原理設計的第一個住宅小區正在Viikki建造，該區距赫爾辛基市中心8公里。Viikki的規劃設計首先要求應為生態建筑提供良好的基礎。建筑師將建筑物與自然環境相結合。建筑物有高層、低層，也有一些獨戶住宅。幾乎所有的建筑物都朝南，以便最大限度地利用太陽能。為了獲得良好的小氣候，住宅樓群與敞開式空間設置了擋風屏障帶。

（3）丹麥。丹麥在節能與開發新能源方面具有領先優勢。在其北部奧爾期斯市建成的“日”與“風”住宅區，全區采暖由一個600㎡的太陽能集熱器和一個天然氣供暖中心解決，小區內其它用電則由一臺風力發電機提供。

（4）日本。日本中央住宅和夏普公司致力于住宅使用太陽能的研究工作，他們提出“環境合理分散住宅”的概念，即通過在大規模住宅上安裝太陽能控制板，實現了私人住家安裝太陽能系統，從而有效地減少了二氧化碳的排放。日本的OM陽光體系住宅的屋頂除了作為整個建筑自然通風系統的組成部分，利用天窗、煙囪和風斗等構造為氣流提供進出口外，本身也可以成為一個獨立的通風系統。這種通風屋頂內部一般有一個空氣間層，利用熱壓通風的原理使氣流在空氣間層中流動，以提高或降低屋頂內表面的溫度，進而影響到室內空氣的溫度。在OM陽光體系住宅中，室外空氣由屋頂下端被吸入空氣間層，并被安裝在屋頂上的玻璃集熱板加熱，受熱后上升到屋頂的最高處。屋頂最高處設置了空氣處理裝置，包括空氣閥門、熱交換盤管和一個小型風機。這個裝置既能將加熱過的空氣通過管道送到建筑的各個角落，又能將不需要加熱的空氣由排氣管排出。同時，在日本九州市新建成了一種新型“環境共生”公寓。居民洗滌用水是用“超太陽能集熱器”加熱。每戶的陽臺上裝有一種垃圾處理機，將每戶的生活垃圾加以處理變成植物的肥料。公寓停車場的混凝土具有良好的透水性，使雨水存留于地下，與停車場地內的樹本形成一種供水循環系統。房間的墻壁上留有通風口，使房間內形成良好的通風效果。同時，在大樓前裝有風車，由風力發電為公共走廊的照明提供輔助電源，整幢住宅成為一個良性生態循環系統。[4]

（5）中國。杭州市具有良好的太陽能資源，全年平均日照約1375小時。因此，利用太陽能實現集中供應熱水是江南春城小區生態建設的一個亮點。小區共建設太陽能集熱面積達3000㎡，人均可供應熱水量60L/人?天，節能（折合電能計算）5KW?H，創造效益1000元/年?戶。另外，香港將軍澳新城欣怡花園采用外墻遮陽和屋頂隔熱措施，控制建筑對熱量的吸收，與自然通風降溫手段相配合，減少空調費用；采用建筑與太陽能光電系統相結合，產生無污染能源用于照明、動力泵等，居室窗戶上部安裝“反光板”，能提供最佳日照角，以改善房間深處的天然采光條件，每戶設計的熱水裝置與大樓太陽能熱水系統相聯系；設置內天井似的“通風塔”，利用太陽能熱量產生熱蒸發氣流，帶動溫度較低的氣流穿過與它相連的居室，以提高降溫效果，無風時效果更佳。

4 結 語

綠色住宅要有“綠色”能源系統。城市生態住宅的發展需要一系列科學而可行的技術支持。其技術路線當然包括了新能源的開發與利用。要盡可能節約不可再生能源（如煤、石油、天然氣），并積極提高能源使用效率，減少因大量過度使用能源，對環境造成的影響。發展使用可再生能源技術，通過太陽能、風能、地熱和生物沼氣等提高住區能源自給自足的能力，并采用各種節能技術措施。其實，許多新能源在技術上已無不可逾越的障礙，關鍵在于提高轉換效率，掌握設備制造技術和降低成本問題。在住區的建設中，應該積極推廣使用清潔能源，尤其是太陽能。隨著生態型住宅的發展和建設管理部門對節能降耗、環境保護的重視，要將太陽能系統廣泛納入各類住宅建設總體設計，不斷推進實現太陽能應用與建筑結構一體化的進程。