探究可再生能源在建筑設計中的高效利用

張靜

摘 要：近年來，我國能源問題日益突出，在節省煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的同時，還應大力推廣可再生能源的高效利用?；诖耍疚囊钥稍偕茉醋鳛檠芯繉ο螅治銎溆糜诮ㄖO計的重要性，通過太陽能、風能、地熱能、生物質能等可再生能源在建筑設計環節中的應用，實現了對生態環境的保護。

關鍵詞：可再生能源;建筑設計;資源高效利用

隨著城市化建設進程的加快，城市內人口眾多，高層建筑施工規模擴大，施工的同時也需要消耗更多能源。建筑行業是我國能源消耗最為突出的領域之一，能源消耗問題也是制約建筑行業發展的一項因素，將可再生能源用于建筑設計環節中，將緩解能源緊張給建筑設計帶來的影響，同時推動太陽能、風能、地熱能的高效利用。

一、可再生能源在建筑設計中的重要性

從可再生能源的儲量上來看，我國大多數地域擁有豐富的可再生能源，超過70%的土地能夠利用太陽能，且太陽能輻射量可以達到每平米6000千伏。我國風能資源量達到三十億千瓦，結合當前我國可再生能源投入使用率的上升趨勢，大約在2020年能夠基本滿足我國對可再生能源的應用需求。分析建筑設計中應用可再生能源的重要性，具體如下：（1）有利于緩解環境污染。在建筑設計環節中樹立能源節約理念，綜合利用可再生能源，這樣做不僅可以優化設計方案，還能夠避免對環境造成污染。（2）有利于推動行業可持續發展。在建筑設計中應用可再生能源，實現建筑施工的節能目標，這是從國家戰略方針角度出發的，以建筑領域的未來發展目標相符合。（3）響應國家節能環保的號召。從設計階段開始應用可再生能源，這是對我國政策的積極響應，不僅解決了能源浪費的問題，還落實了節能環保的理念^[1]。

二、可再生能源在建筑設計中的高效利用

（一）太陽能在建筑設計中的高效利用

太陽能取之不盡，用之不竭，作為一種清潔可再生能源，太陽釋放出來的輻射可以被綜合利用，并轉化為熱能、電能以及化學能。在建筑設計領域內，對太陽能的利用主要如下：（1）將太陽能轉化為熱能。使用太陽能集熱裝置吸收太陽能輻射，再將收集到的輻射轉換為熱能，供居民熱水供應與空調取暖。（2）將太陽能轉換為電能。利用光熱電能力轉換，即光熱發電，或者依靠太陽能電池將光能轉化為電能，并存儲電能，即光伏發電。（3）太陽能轉化為化學能。使用太陽能分解水資源，分解出來的氫就是一種可再生能源。

在建筑設計中，人們對太陽能的利用主要體現在太陽能熱水供應系統和太陽能光電系統中。利用太陽能時，應從建筑物自身情況出發，將可再生能源的利用方案與建筑物實情結合，在保證太陽能充分利用的同時，滿足建筑物通風效果。某地太陽年日照數為1400-2200h，年太陽輻射總量為4190-5016MJ/（m2·a）。一年中以7、8月最高，1、2月最低，屬于第III類資源一般區，具備應用太陽能光伏發電技術的條件。建筑設計人員采用了非逆流分散式并網光伏發電系統，光伏板朝南布置，系統由光伏組件、防雷直流匯流配電箱、并網逆變器與監控系統組成，實現了對太陽能的高效利用，減少了室內氣體和污染物的排放，緩解了溫室效應^[2]。

（二）風能在建筑設計中的高效利用

同樣是可再生能源，風能在建筑設計中有著不可代替的優勢。通過對風能的合理布置，可以讓建筑物降低對機械能源的消耗，采用自然通風的方式合理設置建筑物主體結構和門窗部位，提升室內通風水平，為居住者營造舒適的生活環境。要求設計人員具體結合建筑物朝向、氣候條件與風向條件確定風能的利用。在電能轉換方面也可以利用風能，特別是針對能耗較高的工業建筑，風能的應用可以為建筑提供節能效果。現代風險技術有著極強的能量均衡能力，全球風能發電年度二氧化碳減排量至少在8.2億噸以上，預計到2020年，風能發電減排量將超過10億噸，2030年風能發電減排量將超過23億噸。在未來，應在全國形成統一風能市場聯網能力，將風電的高效利用作為電力規劃研究的前提，用于建筑設計環節中，為建筑領域帶來更加友好的風能電力系統。

（三）地熱能在建筑設計中的高效利用

地熱能作為可再生能源，可以通過地源熱泵技術實現其在建筑設計領域的高效利用。由于地源熱泵系統有著不同的交換方式，要求設計人員從地理條件和建筑規劃入手，做好建筑物勘測工作。建筑設計中應用地源熱泵技術，三合一地源熱泵系統的運行需要依靠一臺地源熱泵機組制出7℃、45℃、55℃水，其中7℃的冷水主要為夏季空調提供服務，45℃的熱水供冬季供暖，55℃的生活熱水供居民洗浴。地源熱泵空調系統綜合利用了地熱能，以地球表面淺層地熱作為冷熱源，通過能量轉換打造采暖空調系統和地熱系統。地源熱泵技術的應用改進了以往電能大量消耗的問題，符合現代化建筑設計中的“低碳”理念。

以往建筑物供暖需要依靠煤炭資源，但煤炭燃燒會給城市帶來大量煙塵，嚴重污染環境。近年來，北方地區供熱熱源嚴重不足，為了達到建筑設計節能減排與環境保護的目標，各地開始考慮利用淺層地熱能，以此解決公用建筑夏季制冷與冬季供熱的問題。200-400攝氏度的地熱能可以直接用于發電和綜合利用;150-200攝氏度的地熱能可以用于雙循環發電、制冷、工業熱加工等;100-150攝氏度的地熱能可以用于雙循環發電、建筑制冷供暖、工業干燥、脫水加工;50-100攝氏度的地熱能可以用于建筑供暖，滿足家庭用熱水需求;20-50攝氏度的地熱能可以用于生活沐浴、土壤加溫以及水產養殖等。在采暖與供熱方面，地熱能可以直接應用，該可再生能源適合用于我國北方地區。房屋設計中，人們在室內鋪設了加熱瓷磚，實現裝飾與采暖效果的二合一，支持智能溫控，使地熱能源利用最大化。瓷磚內部含有石墨烯芯片，安裝時無需鏟墻動土，不用鋪設水管和電纜，一次性安裝就能成型，瓷磚防水效果較強，自身絕緣不導電。

（四）生物質能在建筑設計中的高效利用

與太陽能、風能、地熱能相同，生物質能也是可再生能源的一種，在自然界取之不盡用之不竭，應用時不會對環境造成污染。生物質能就是將砍伐木材與農林剩余物充分處理和加工，使其在建筑設計中巧妙應用，從而達到減少石化能源使用量的目的。今后建筑設計和社會生產中，生物質能將占據50%的能源消耗總量。生物質能發電機組以廢氣稻殼、秸稈、木屑為原料，經過氣化爐得到氣化處理，產生可燃性氣體燃料，氣體燃燒后驅動發動機，實現發電機組的發電功能，設備功率在350-1000KW。內混式進氣系統與空燃比自動控制系統的應用，避免了生物質能發電機組高氫燃氣回火放炮問題。機組進氣閥箱可以自由拆卸，.非增壓自然進氣，對燃氣中焦油的適應性強，避免增壓器、中冷器堵塞、功率輸出不穩定的問題。生物質能在農村住房建設中應用廣泛，人們采用這一清潔生產技術，對農業生產廢棄物回收利用，在滿足建筑功能需求的前提下，采取節能環保的室內照明方式，墻體保溫層和建筑物主體結構一同施工。生物質能可以轉化為氣體燃料，經過生物質原料的厭氧發酵與熱化學轉化生成可燃性氣體，即生物燃氣，這也是人們常說的沼氣，它滿足農村地區的日常發電需求。

三、結束語

總而言之，在建筑設計環節中大力應用太陽能、風能、地熱能等可再生能源，將其與建筑物實際情況結合，可以推動建筑行業的可持續發展。在未來，各部門還應探尋可再生能源與生態住宅相融合的最佳方式，并將其作為今后建筑設計的重要發展方向。

參考文獻：

[1]吳秀紅.可再生能源在建筑設計中的利用分析[J].科技風，2019（18）：105.

[2]李霞.淺談可再生能源在建筑設計中的利用[J].建材與裝飾，2019（14）：102-103.