建筑節能與建筑設計中的新能源利用

畢麗君

(山西省建筑設計研究院，山西太原 030013)

0 引言

人類的基礎居住空間即為建筑，建筑是構成城市的主要物質組成部分之一。建筑對于人類的生活環境有著最直接、重要的影響。良好的居住環境是人們高品質生活的條件之一，反之，惡劣的居住條件直接影響人們的生活以及工作。而要維持良好的居住環境，勢必需耗費大量的能源。因此，最大化節約能源和新能源的利用是其今后發展的必然走向。

1 當今的建筑節能狀況

1．1 我國的建筑節能現狀

在我國的所有能耗中，建筑能耗居于首位，約占全國總用能耗的1/4。主要原因是近年來我國的建筑業發展迅猛，調查研究，我國平均每年新建城鄉的房屋約12億m2，這個龐大的數字背后需要大量的建筑物能耗，特別是采暖和空調耗能在不斷增加。據統計，1994年全國僅住宅建筑能耗在基本上不供熱水的情況下為1．54億t標準煤，占全國能源消費總量的11．5%左右，占采暖區全社會能源消費的20%以上，在一些嚴寒地區，城鎮建筑能耗高達當地社會能源消費的50%左右［1］。我國的建筑節能開始于1987年，標志是國家頒布第一部JGJ 26-86民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)。據統計，在1996年～1998年間，全國每年平均建成節能住宅1．5億m2以上，雖然，到目前全國已累計建成節能建筑10億m2以上，推廣新型墻體材料建筑11．26億m2，但節能住宅建筑量僅占當年城鄉住宅建設總量的1%［1］。除此以外，我國尚有大量既有建筑每年需要耗費大量的能源，也急需進行節能改造，因此，我國的建筑節能工作任重而道遠。

1．2 世界的建筑節能現狀

在世界一些發達國家，由于當地人民較高的生活水平造成其建筑能耗占總能耗的比例也相當高，約為30%～40%。因此，建筑節能是世界各國需要一起面對而且必須重視的問題。

2 建筑節能的主要途徑

建筑節能主要包括兩個方面:1)節流，即從提高供暖(空調)系統效率和減少建筑本身所散失的能源;2)開源，即開發利用新能源。從節約的角度講，應采取以下措施。

2．1 節流

建筑節能的途徑一即節流，從提高能源系統效率和減少建筑物自身能源流失率兩方面改善。提高能源(供能)系統的效率可以從多個環節著手，比如設備自身的功效、傳送裝置的能效、用戶端的計量和室溫調控手段。其中，僅是用戶端的計量和室溫調控這兩個手段就可使能效提高20%～30%左右。另一方面是減少建筑物自身能源流失率，這就要加強使用高效經濟的保溫材料，增強先進科學的建構技術以提高建筑物的恒溫效果，減少建筑物自身能源流失率。

2．2 開源

建筑節能的途徑二是開發利用新能源，包括太陽能、風電、生物質能等新型的能源以及煤制天然氣等對傳統能源進行技術革新所產生的新能源，減少對環境的污染并實現可持續發展。這里重點介紹太陽能。太陽能作為一種無污染的可再生能源，在建筑上具有很大的應用潛力。太陽能的利用方式主要分為:被動式太陽能采暖、主動式太陽能采暖、太陽能供熱水與空調以及太陽能發電等。

我們都知道太陽能是可再生資源，在自然不可再生資源將近枯竭的社會下，開發可再生資源刻不容緩。我國地理位置適中，正好可以好好開發利用太陽能，以此來供給我國資源，滿足我國快速發展和人民生活水平的需要。近年來，我國對被動式太陽能采暖系統進行了較為詳細的研究，其中還有國家自然科學基金資助項目，即被動式太陽房節能優化研究。這個項目的主要研究方向是:根據對我國冬季最冷月份的太陽輻射強度與室外平均溫度等氣象參數進行詳細分析研究，以此繪出了我國可建零輔助熱源被動式太陽房的區域分布圖。這個范圍圖對我國利用太陽能技術來說具有重大意義，可以更好的節約資源。

如果冬季連續晴天的話，可以完全百分百利用太陽能來供暖，達到零輔助被動式太陽能的設計初衷。此時，房屋采暖不需要消耗任何常規能源，比如靠煤炭加熱產生的熱能和靠電力產生的熱能，而只是僅僅通過改變建筑朝向或者建筑物構造的設計符合陽光運行軌跡，或者建筑材料的合理利用等，以此達到完全依靠太陽能來保證冬季室內熱環境質量符合設計標準的建筑物。

3 依賴太陽能的建筑物構思

根據零輔助熱源被動式太陽能的理論研究得出的成果，可以運用于實踐設計出一套在冬日連續晴天完全依賴太陽能供暖的建筑物，可從以下幾方面考慮。

3．1 考慮建筑物的使用功能

目前，在國內主要居民建筑物中能有效利用太陽能采暖的面積僅占建筑面積的50%左右，而且大部分房建通風并不順暢。而利用上述理論建造的太陽房，采用雙排小進深布置，可以使所有房間都得到光照，利用太陽能采暖。相對于我國目前現有的太陽能住宅大都采用呈一字形排列，進深過大，格局單一的情況而言有了很大的進步。

3．2 考慮可持續發展的要求，充分利用太陽能及保護土地

現行房屋設計一般都是單排，不利于充分利用太陽光照。因此在建房屋應該設計成雙排，分前后兩排，在中間用玻璃封頂，這樣可以充分利用土地資源。中間形成的部分正好可以使前后兩排均勻受到陽光照射。這樣，中庭既是前排房間熱損失的緩沖區，又是后排房間的日光間，巧妙并最大限度的利用了太陽能源。

3．3 考慮建筑的整體造型及表面處理

在建筑造型及立面處理上，應盡量減少過多的凸凹變化，考慮盡量減少建筑的外露面，又要保持建筑造型的美觀。前后兩排的設計方案最符合以上要求，高低錯落，外形與功能的完美結合。并且在東、西、北三面墻上加以綠化，既可保護外墻面又有保溫隔熱的功效，并且美化了環境，形成外墻綠化帶。

4 其他太陽能利用

經歷了最初的悶曬式、平板式直到現在的全玻璃真空管、真空管熱管式，太陽能熱水器從技術上有了飛躍的發展，利用效率得到了大大地提高。主動式太陽能采暖才是高效太陽能熱水器，高品位熱源例如太陽能空調技術的發展是個很好的榜樣。其他諸如太陽能光電利用，是利用領域最廣泛、能源傳輸最快捷、利用品質最佳的一項技術。又如光電池與玻璃的復合技術，使得建筑的幕墻作為建筑本身部分自給電源也成為可能，這是一個成功實例，是建筑構件復合多功能高新技術領域及今后建筑發展的有利方向。

5 結語

新能源作為高效潔凈的能源，應大力應用于建筑設計中。要實現有效地開發利用新能源，首要的是把建筑構件與能源設備有效的結合利用，其次是不斷發展科學技術，開拓新的能源，融入建筑設計中。這是建筑設計者和設備研究組、生產企業必須共同重視的問題。建筑節能也使得可持續發展得以更好的實現。

［1］劉加平，武六元．建筑節能與建筑設計中的新能源利用［J］．新能源及工藝，2011(3):31-32．

［2］黃曉鶯．試論建筑設計與建筑節能［J］．建筑設計研究，2008(4):15-16．

［3］王曉寧．中國新能源發展現狀與趨勢［J］．能源研究，2010(7):21-22．