建筑節能與建筑設計中的新能源應用

申璀煒

（機械工業第六設計研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

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建筑節能與建筑設計中的新能源應用

申璀煒

（機械工業第六設計研究院有限公司，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計中實現節能功能的可行性及其對應的途徑。

關鍵詞：建筑節能；建筑設計；新能源；應用

隨著社會與人們生活質量的需要，數據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，如此巨大的建筑規模的不斷攀升隨之帶來的能耗問題成為制約發展的關鍵。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，如北方地區冬天的供暖設備和南方地區空調設備等都需要大量依靠煤炭以保持建筑物內部的基本生存溫度。從建筑節能的角度來看，實現能源節約的兩個途徑一個是節流（即減少無效能源的散失），另一個就是開源，即開發新能源。發現和了解新能源的功效和特性，并將其更好的融合到建筑設計之中，將有助于為建筑節能打開新的突破口。

一、新能源及其特點

關于新能源和可再生能源的含義應該追溯到1981年內羅華的聯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、環保、良性循環等優于煤炭等常規化能源的新特性。聯合國開發計劃署（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、現代生物質能、海洋能）和傳統生物質能三種。本文中主要探討的是在建筑設計中新能源的應用問題，現選取太陽能、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用性最強、技術最純熟、商業化程度最高的一種可再生能源。太陽能發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電裝置也為建筑施工和使用過程節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部的熔融巖漿和放射性物質衰變產生的一種可再生性能源，溫泉沐浴與醫療、地下水利用（取暖、農作物溫室構建、水產養殖及谷物烘干等）等均是地熱能的運用。據2010年世界地熱大會統計，全世界共有78個國家正在開發利用地熱技術，27個國家利用地熱發電，總裝機容量為10715MW，年發電量67246GW·h，平均利用系數72％。我國的地熱資源也很豐富，但開發利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省區。

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

二、新能源提升建筑節能效果的可行性分析

建筑節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，即通過設備與技術更新提高加熱或冷卻系統的效率、智能溫度控制或高質量保溫保濕材料降低熱量散失等方法來實現能源的高效利用。二是減少建筑圍護結構的能量損失，即通過對門、窗、墻等維護結構的材質和構造進行節能設計的一種建筑節能方式。三是減少建筑施工過程的能耗，引進新設備、及時關閉不用的機器、定期對工作人員進行節能意識的訓練等都是實現節能的具體途徑。新能源的使用能夠在以上方法的基礎上，保證原有建筑系統的正常運轉，開發新能源的功能與作用，從而實現節能環保的目標。新能源在建筑節能方面的應用可以在以下幾方面進行實現：

1.新能源可以輔助傳統能源，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開發實現輔助傳統能源共同作用，提高效率，減少能耗。在建筑施工耗能方面，可以采用施工地區特有的地域特征，有效利用風能或地熱能實現中小型發電系統的應用。在實體墻部分，傳統的做法一般使用灰砂漿及其相應的技術實現保溫隔熱的效果，如果在設計中能夠充分考慮并利用風壓實現自然通風、利用太陽能熱流調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、自然通風等系統的設計可以有效借助新能源直接供能。

良好的遮陽系統可以較好地調節室內的環境，減少人們對暖氣、空調等耗電且不環保的溫度調節設備及照明設備的使用頻率。遮陽系統中如果能夠根據建筑物所處的地方的氣候環境、采陽效果、太陽能效率等因素因地制宜地設計出來，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設計之一。通風系統的設計，自然通風是通過風壓或熱壓單獨或共同作用產生的一種室內通風方式，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綠色供能。

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

三、建筑設計中新能源利用的途徑

1.優化太陽能的利用。

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，建筑設計中常常借助太陽能，主要應用有太陽能熱水系統、被動式太陽房、太陽能光伏發電、太陽能空調等。目前太陽能熱水器技術已趨于成熟，據統計，目前學校、醫院、政府、酒店等場所使用太陽能熱水器系統每平方米造價不到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能效果。優化太陽能的利用主要需要從以下幾方面來實現：一是不斷提升太陽能應用技術，技術支持是根本，提高太陽能空調、太陽房等新能源創新產品的節能率與使用率；二是明確節能標準，加大各類太陽能系統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，一是地熱發電或直接熱水供應，二是通過地源泵以及地道風系統開發低溫地熱能，供其他方面的能耗。例如現在許多學校都使用深井、地源泵等形式的開發途徑實現校園生態系統的創建。地熱能同樣可以使用在空調等電器設備中，利用地表淺層作熱源代替空氣源為建筑物中的空調設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、較低的環境影響等優勢均是科學家持續關注并研究地熱能空調的關鍵原因。

3.創新風能的利用。

風力發電最早在丹麥、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展這項技術，隨著電子信息技術、新材料技術、自動化技術的發展，建筑行業也逐漸開始使用風力。巴林世貿中心的兩座“風塔”風格的大廈，在雙子塔之間16層、25層和35層出分別設置了重達75噸的跨越橋梁和三座直徑29米的風力發電漩渦機，據統計，這三臺發電機每年約能提供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電系統已設計并投入使用，為以后創新普通公共建筑甚至是居民住房的風力應用提供了很好的基礎。

四、總結

近幾年我國的建筑規模迅速擴大，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、風能等清潔環保的新能源若是能夠結合建筑的設計理念和人們的使用需求有效應用于建筑設計之中，將能夠大大減少現有不可再生資源的浪費，提升人類的生活質量、實現可持續發展的美好愿景。

參考文獻：

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[3]張譽峰.建筑節能與建筑設計中的新能源利用[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