生態節能技術及新能源在建筑中的應用

楊 琳

廈門大學嘉庚學院（363105）

0 前言

我國實現2030年碳減排目標的關鍵就是如何在建筑領域開展建筑節能。一方面建筑行業對于生態節能技術及新能源等的運用，使得建筑能耗總體呈現下降趨勢，另一方面，我國相關部門也相應加大了對新建建筑節能標準執行工作的監督與檢查力度。基于此，建筑領域應積極推廣生態節能技術及利用新能源，做好節能工作，從而提高建筑的能效水平。

1 實施建筑節能的重要意義

1.1 實施建筑節能是經濟發展的需求

作為人類賴以生存與發展的重要舉措，社會經濟的發展與能源的利用息息相關。因此，能源的節約與利用已成為世界關注的重點話題，能源短缺問題上升為制約經濟發展的關鍵因素。建筑領域從一開始的建材生產環節、建筑施工環節直至建筑物投入使用，每一環節都需要消耗大量能源。與傳統能源不同的是，新能源作為能夠與生態環境相協調的清潔能源，對環境污染較小，具有取之不盡、用之不竭的優勢。因此，建筑領域全面推廣應用生態節能技術及新能源勢在必行。

1.2 實施建筑節能是環境保護的需求

世界對能源的需求量不斷增加，現階段主要應用的不可再生能源包括石油、煤炭、天然氣等，在利用過程中二氧化碳、硫化合物等氣體的排放量逐步增加，進一步加劇了溫室效應及大氣污染問題，導致生態環境被破壞。根據現有的能源使用速率來看，不可再生能源面臨枯竭的風險。因此，提倡建筑節能可延緩不可再生能源枯竭的速度，對改善生存環境及降低污染物排放量具有積極作用，從而間接改善人類的生活質量[1]。

1.3 實施建筑節能是提高人民生活水平的需求

隨著生活水平的不斷提升，大家開始追求更為舒適且現代化的建筑生活環境。在這種環境下不可避免地需要消耗大量能源。因此，應在保證人們生活舒適度的基礎上，運用先進的節能技術及新能源，降低建筑能耗。

2 可再生能源在建筑中的應用

2.1 太陽能的應用

2.1.1 光伏能源技術

光伏能源技術主要是利用太陽能電池組件采集太陽能資源，將采集的資源運用一定技術手段轉換為電能資源，再經過系統中逆變器的操作，將電能資源轉化為可供利用的交流電。該技術主要應用于建筑行業的電氣節能環節，能夠有效地降低傳統電能的消耗量，且具有可充電蓄能的優勢。該技術的廣泛運用，不僅解決了我國部分無電地區居民的用電問題，也在一定程度上改善了日趨嚴重的環境污染問題，為用戶帶來了更大的經濟效益。

光伏能源技術具體體現為以下幾點優勢:①利用太陽能資源發電，節約了石油、天然氣等不可再生能源，且在發電過程中能夠對供電峰值進行自動化調節，具有可控性，保障了電網的安全性與穩定性；②應用過程中，具有經濟性、環保性和可持續性等特點，且在白天、夜間均能進行蓄電，從而縮減一定成本；③能源利用效率較之傳統技術高。

2.1.2 太陽能制冷系統

太陽能制冷系統是在太陽能系統光能轉化為熱能的基礎上，應用吸收式制冷技術達到制冷的目的。通常情況下，太陽能制冷模式包括蒸汽噴射式制冷、吸收式制冷及壓縮式制冷。

蒸汽噴射式制冷系統可充分利用蒸汽噴射設備的抽吸作用，在蒸發器內部形成真空環境，從而在水分蒸發的過程中達到制冷的效果。該系統包含蒸汽噴射設備、蒸發機冷凝器等，在使用過程中需要保證較高的集熱溫度，因此使用效果有待改善。

吸收式制冷系統依據液體在汽化過程中吸收大量熱量的原理達到制冷效果。可選擇水作為吸收劑，加入氨水溶液，以此形成較為完善的制冷循環系統。該方法對熱能的要求不高，生產成本較低，制現階段的新建建筑中，廣泛應用了具有環保特點的地熱空調。早在我國舉辦北京奧運會時，該項技術已經被應用于提供生活熱水及游泳池的加熱中。除了能夠滿足每天較高的熱水使用量外，地熱能加熱的游泳池也能夠長時間保持水溫的恒定，且在應用過程中不會生成污染物，符合綠色環保及生態可持續發展的要求。

3 生態節能技術在建筑中的應用

傳統建筑在設計過程中，并未全面考慮建筑能耗問題，新能源及生態節能技術未得到廣泛利用，導致建筑耗能嚴重，不利于節約能源，保護環境。因此，需要逐步開展已有建筑的改造工作，以達到節能減排的目的。下面以某建筑改造工程為例，從通風、光照及供熱等方面分析生態節能技術的應用。

3.1 自然通風與機械通風相結合

經檢測，建筑內的污染物顆粒聚集度較大，空氣流通性較差，存在有害氣體。有害氣體主要包括生產生活中未能及時排出的廢氣、陰暗潮濕環境中產生的次生氣體及吸煙等人為制造的煙塵廢氣等。基于此，設計時應在改善建筑內部通風結構，充分遵循生態、環保的理念，從而達到自然通風的標準。自然通風一般情況下是指一種在風壓與熱壓共同作用下的空氣運動。自然通風效果與多種因素有關，如建筑物的方位、朝向等。為了實現更好的通風效果，需要加強排風管及天井對風向的引導，即依靠建筑物預留的通風廊道、孔洞等聯通外界環境，借助天井頂部的冷氣裝置，井口冷卻后的空氣自動下沉到建筑內部，從而實現自然通風的目的。為達到環保建筑的效果，滿足現代高層建筑的需求，還需要借助機械在自然通風力度不夠或風力不足的情況下輔助通風，即:有效地依據空氣力學，運用機械設備，強行改變風的流向，在建筑內部形成低、中、高三種形式的節能通風。

3.2 自然采光結合機械采光

建筑通常情況下的采光包括自然采光及人工照明兩種形式。傳統型建筑一般在日間依靠自然采光，夜間利用燈光照明的形式。但在夜間長時間使用燈光，會消耗較多的電能，產生過多的能耗，造成成本增加。因此，在滿足日常需求的前提下，可通過改變建筑結構及增設物理采光設計的方式，實現長期采光、節能采光、環保采光的目的。如將建筑物的墻面及梁進行錯位設計，創建采光空間，同時安裝采光板，結合建筑的實際情況，根據建筑物的結構冷效率較高，符合絕大多數用戶需求，應用更為廣泛。

壓縮式制冷系統，制冷劑在壓力、溫度的作用下產生沸騰現象（溫度小于被冷卻物體溫度），壓縮機吸收蒸發機所產生的蒸汽，以壓縮的方式將其與冷凝壓力整合后輸入冷凝器，此時蒸汽轉變為液體。此方法在建筑中的應用受限于造價成本及其對熱能的需求。

2.1.3 太陽能建筑

太陽能建筑的主要特征就是被動地利用太陽能，這里的“被動”是指在設計過程中結合建筑物的結構特征，有針對性地收集并利用太陽能。以某太陽能建筑為例，該建筑在設計時為了達到陽光直射到建筑內部的目的，結合建筑頂部及其南側窗體，同時兼用墻體儲能的方式儲存更多的太陽能，最終利用建筑內部的熱能蓄積能力，實現了對太陽能的高效儲存。由此可知，在建筑設計中，對太陽能的應用應建立在科學合理的基礎上，選擇科學、綠色、適宜的建筑材料，配合設計合理的建筑結構，構建并利用建筑周圍良好生態環境，提高內外部結構的契合度，由此完成對太陽能的收集、儲存與利用[2]。太陽能建筑能夠有機整合太陽能與建筑各自的特點，對于減少建筑能耗具有顯著的效果。隨著科學技術的發展，太陽能建筑將更趨向于完善性與科學性，并廣泛應用于建筑工程中。

2.2 地熱能的應用

2.2.1 地熱供暖

地熱能是來自于地球深處的熱能，源于地球熔融巖漿及放射性物質的衰變。地球可視為一個巨大的熱能庫，內部蘊含著巨大能量。高品位地熱能及低品位地熱能只是一個相對的概念。在建筑領域，高品位地熱能可以直接被利用，但對于土壤、地下水及地表水中蘊藏著的低品位熱能，需要輸入少量高位電能，使其轉變為高品位電能后，也能夠被利于建筑領域。因此，在建筑中的采暖、供熱及熱水供應等系統中直接利用高品位電能是僅次于地熱發電的利用方式，其在應用過程中的無污染、經濟性能佳、節能、利用便捷等諸多優勢受到各國建筑行業關注。對于我國而言，地下熱水為建筑供暖并提供生活用熱水是京津地區最為常見的地熱能利用方式。

2.2.2 地熱空調

地熱能在應用過程中促進了暖通行業的發展。合理延伸多塊采光板，即通過物理光學原理，充分利用自然光，將其引入光照不足的建筑物內部，從而在一定程度上達到節能減排、生態節能的目的。此外，也可以適當采用LED節能燈、冷光燈作為照明燈具，盡量減少建筑能耗。

3.3 科學技術降低空調能耗

除上述利用新能源中的地熱能對建筑進行整體供暖，還可以改造暖通空調系統，實現節能減排、降低建筑能耗的目的。暖通空調兼具供暖與通風的特點，發揮了對冷熱空氣交換、室內保溫或降溫的作用，應用廣泛。隨著計算流體力學的不斷發展，暖通空調可以根據環境自動選擇合適的空調溫度或實際負荷，達到降低能耗的目的。現階段，對采用CFD軟件模擬室內氣流組織的技術的研究已較為成熟，在應用過程中可達到生態節能的目的，但同時也需要使用者樹立綠色環保、節能減排的理念。

3.4 合理配置綠色植物

綠色植物對于建筑而言具有十分重要的地位，能夠有效過濾有害氣體，改善建筑物周圍及內部的被動式通風現狀，發揮有利的生態效益。對綠色植物的選擇，需要依據植物的生長習慣及建筑物所在地的環境因素加以考慮，如在室內放置仙人掌、綠蘿等。在室外進行規劃設計時，可以考慮在建筑物周圍栽種綠植和樹木，起到防塵、防污染等作用，使植物與建筑的不同功能有機結合，最大限度地發揮生態環保建筑的效果。

4 結語

運用生態節能技術及新能源，目的是為了有效緩解能源危機，最大程度減輕環境的污染，降低建筑能耗，促進社會經濟的持續發展。因此，在建筑設計過程中，應樹立生態建筑理念，充分尊重自然環境，將科學技術、經濟效益、生態效益有機結合，將綠色融入建筑設計。