建筑節(jié)能與建筑設(shè)計中的新能源應(yīng)用

申璀煒

（機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

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建筑節(jié)能與建筑設(shè)計中的新能源應(yīng)用

申璀煒

（機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

摘要：本文介紹了新能源的概念與特點，重點論述了太陽能和地熱能等新能源在建筑設(shè)計中實現(xiàn)節(jié)能功能的可行性及其對應(yīng)的途徑。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；建筑設(shè)計；新能源；應(yīng)用

隨著社會與人們生活質(zhì)量的需要，數(shù)據(jù)表明我國的建筑面積已高達400多億平方米，在未來的20年里還將建成300億平方米的建筑，而我國的建筑耗能也了占全國總用能的四分之一，如此巨大的建筑規(guī)模的不斷攀升隨之帶來的能耗問題成為制約發(fā)展的關(guān)鍵。而從建筑所使用的能源追溯，目前我國主要的能源還是煤炭，如北方地區(qū)冬天的供暖設(shè)備和南方地區(qū)空調(diào)設(shè)備等都需要大量依靠煤炭以保持建筑物內(nèi)部的基本生存溫度。從建筑節(jié)能的角度來看，實現(xiàn)能源節(jié)約的兩個途徑一個是節(jié)流（即減少無效能源的散失），另一個就是開源，即開發(fā)新能源。發(fā)現(xiàn)和了解新能源的功效和特性，并將其更好的融合到建筑設(shè)計之中，將有助于為建筑節(jié)能打開新的突破口。

一、新能源及其特點

關(guān)于新能源和可再生能源的含義應(yīng)該追溯到1981年內(nèi)羅華的聯(lián)合國新能源和可再生能源的會議，會議明確了新能源可再生、環(huán)保、良性循環(huán)等優(yōu)于煤炭等常規(guī)化能源的新特性。聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）也對新能源和可再生能源進行了分類，分為大中型水電、新的可再生能源（包括小水電、太陽能、風能、地熱能、現(xiàn)代生物質(zhì)能、海洋能）和傳統(tǒng)生物質(zhì)能三種。本文中主要探討的是在建筑設(shè)計中新能源的應(yīng)用問題，現(xiàn)選取太陽能、地熱能、風能三種進行簡單的概述。

一是太陽能。新能源中太陽能是應(yīng)用性最強、技術(shù)最純熟、商業(yè)化程度最高的一種可再生能源。太陽能發(fā)電是太陽能熱利用的主要方面，自1891年世界上第一臺太陽能熱水器的誕生開始，1998年世界太陽能熱水器的總保有量已高達54萬平方米集熱面積，同樣各類的太陽能發(fā)電裝置也為建筑施工和使用過程節(jié)約了不少的不可再生能源。

二是地熱能。地熱能是一種由地球地殼內(nèi)部的熔融巖漿和放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生的一種可再生性能源，溫泉沐浴與醫(yī)療、地下水利用（取暖、農(nóng)作物溫室構(gòu)建、水產(chǎn)養(yǎng)殖及谷物烘干等）等均是地熱能的運用。據(jù)2010年世界地熱大會統(tǒng)計，全世界共有78個國家正在開發(fā)利用地熱技術(shù)，27個國家利用地熱發(fā)電，總裝機容量為10715MW，年發(fā)電量67246GW·h，平均利用系數(shù)72％。我國的地熱資源也很豐富，但開發(fā)利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省區(qū)。

三是風能。風力資源豐富且分布廣泛，風力發(fā)電是近幾年發(fā)展速度最快的行業(yè)之一，許多國家對于風力發(fā)電也制定了發(fā)展規(guī)劃和激勵政策，風力發(fā)電機的研制也逐漸由發(fā)電機組向增大單機容量的方向發(fā)展。但是由于風力的不穩(wěn)定和風力的發(fā)電效率低等原因，風能的利用研究需進一步加深。

二、新能源提升建筑節(jié)能效果的可行性分析

建筑節(jié)能的方法主要有以下幾種：一是提高能源利用效率，減少能耗，即通過設(shè)備與技術(shù)更新提高加熱或冷卻系統(tǒng)的效率、智能溫度控制或高質(zhì)量保溫保濕材料降低熱量散失等方法來實現(xiàn)能源的高效利用。二是減少建筑圍護結(jié)構(gòu)的能量損失，即通過對門、窗、墻等維護結(jié)構(gòu)的材質(zhì)和構(gòu)造進行節(jié)能設(shè)計的一種建筑節(jié)能方式。三是減少建筑施工過程的能耗，引進新設(shè)備、及時關(guān)閉不用的機器、定期對工作人員進行節(jié)能意識的訓練等都是實現(xiàn)節(jié)能的具體途徑。新能源的使用能夠在以上方法的基礎(chǔ)上，保證原有建筑系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，開發(fā)新能源的功能與作用，從而實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標。新能源在建筑節(jié)能方面的應(yīng)用可以在以下幾方面進行實現(xiàn)：

1.新能源可以輔助傳統(tǒng)能源，提高效率、減少能耗。

太陽能、風能、地熱能等新能源可以通過一定的功能挖掘的技術(shù)開發(fā)實現(xiàn)輔助傳統(tǒng)能源共同作用，提高效率，減少能耗。在建筑施工耗能方面，可以采用施工地區(qū)特有的地域特征，有效利用風能或地熱能實現(xiàn)中小型發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。在實體墻部分，傳統(tǒng)的做法一般使用灰砂漿及其相應(yīng)的技術(shù)實現(xiàn)保溫隔熱的效果，如果在設(shè)計中能夠充分考慮并利用風壓實現(xiàn)自然通風、利用太陽能熱流調(diào)整采光可以一定程度上起到隔熱保溫、防止能量散失的作用。

2.遮陽、自然通風等系統(tǒng)的設(shè)計可以有效借助新能源直接供能。

良好的遮陽系統(tǒng)可以較好地調(diào)節(jié)室內(nèi)的環(huán)境，減少人們對暖氣、空調(diào)等耗電且不環(huán)保的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備及照明設(shè)備的使用頻率。遮陽系統(tǒng)中如果能夠根據(jù)建筑物所處的地方的氣候環(huán)境、采陽效果、太陽能效率等因素因地制宜地設(shè)計出來，就能夠有效的利用太陽能的熱流，有效降低其他能量的耗費，目前人們常說的太陽房就是巧妙運用太陽能的最好系統(tǒng)設(shè)計之一。通風系統(tǒng)的設(shè)計，自然通風是通過風壓或熱壓單獨或共同作用產(chǎn)生的一種室內(nèi)通風方式，是綠色建筑的基本要求之一。

3.新能源可以有效利用在家用電器中實現(xiàn)綠色供能。

太陽能在建筑節(jié)能中使用最為廣泛，太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能空調(diào)、小型太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)、被動式太陽房等都是其比較典型的應(yīng)用。此外，地熱能、風能等新能源在家電中的應(yīng)用也越來越多，新能源家電的產(chǎn)生與推廣進一步證實了系能源在建筑節(jié)能方面的可行性。

三、建筑設(shè)計中新能源利用的途徑

1.優(yōu)化太陽能的利用。

太陽能是一種能量密度較低的能源，由于陽光的普遍與豐富性，建筑設(shè)計中常常借助太陽能，主要應(yīng)用有太陽能熱水系統(tǒng)、被動式太陽房、太陽能光伏發(fā)電、太陽能空調(diào)等。目前太陽能熱水器技術(shù)已趨于成熟，據(jù)統(tǒng)計，目前學校、醫(yī)院、政府、酒店等場所使用太陽能熱水器系統(tǒng)每平方米造價不到1200元，居民用太陽能熱水器的使用年限也達到15-20年，可見這種能源理想的節(jié)能效果。優(yōu)化太陽能的利用主要需要從以下幾方面來實現(xiàn)：一是不斷提升太陽能應(yīng)用技術(shù)，技術(shù)支持是根本，提高太陽能空調(diào)、太陽房等新能源創(chuàng)新產(chǎn)品的節(jié)能率與使用率；二是明確節(jié)能標準，加大各類太陽能系統(tǒng)與不同建筑的兼容性和匹配度。

2.提高地熱能的利用。

地熱能的使用一般有兩種途徑，一是地熱發(fā)電或直接熱水供應(yīng)，二是通過地源泵以及地道風系統(tǒng)開發(fā)低溫地熱能，供其他方面的能耗。例如現(xiàn)在許多學校都使用深井、地源泵等形式的開發(fā)途徑實現(xiàn)校園生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)建。地熱能同樣可以使用在空調(diào)等電器設(shè)備中，利用地表淺層作熱源代替空氣源為建筑物中的空調(diào)設(shè)備提供熱源的一種方式，其使用年限長、較低的能量消耗、免費的生活熱水和較低的維護費用、較低的環(huán)境影響等優(yōu)勢均是科學家持續(xù)關(guān)注并研究地熱能空調(diào)的關(guān)鍵原因。

3.創(chuàng)新風能的利用。

風力發(fā)電最早在丹麥、荷蘭、德國和英國等一些歐洲國家開始研究，此后美國、印度等國也開始大力發(fā)展這項技術(shù)，隨著電子信息技術(shù)、新材料技術(shù)、自動化技術(shù)的發(fā)展，建筑行業(yè)也逐漸開始使用風力。巴林世貿(mào)中心的兩座“風塔”風格的大廈，在雙子塔之間16層、25層和35層出分別設(shè)置了重達75噸的跨越橋梁和三座直徑29米的風力發(fā)電漩渦機，據(jù)統(tǒng)計，這三臺發(fā)電機每年約能提供120萬度的電量，相當于300個家庭的用電量，可支持大樓用電的11％-15％。2015年投入運營的中國第一高樓——上海中心大廈在其565-578米的270臺500瓦風力發(fā)電機為建筑的外部照明和部分停車庫提供了基本的用電需求。這些大型建筑物的風力發(fā)電系統(tǒng)已設(shè)計并投入使用，為以后創(chuàng)新普通公共建筑甚至是居民住房的風力應(yīng)用提供了很好的基礎(chǔ)。

四、總結(jié)

近幾年我國的建筑規(guī)模迅速擴大，建筑方面的能耗也隨之增加，而可用的能源卻越來越少，太陽能、地熱能、風能等清潔環(huán)保的新能源若是能夠結(jié)合建筑的設(shè)計理念和人們的使用需求有效應(yīng)用于建筑設(shè)計之中，將能夠大大減少現(xiàn)有不可再生資源的浪費，提升人類的生活質(zhì)量、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的美好愿景。

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[3]張譽峰.建筑節(jié)能與建筑設(shè)計中的新能源利用[J].建材與裝飾, 2013(7):25-26.

中圖分類號：TU2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-864X（2016）01-0291-02