新能源在住宅建筑中的使用探析

中國五洲工程設計集團有限公司上海分公司 張 健

新能源技術在建筑行業中的合理應用，既能達到節能減排的效果，還能通過新能源的循環利用模式降低技術成本等。建筑設計關乎人類的居住環境，同時也影響著社會進步的進程，因此在建筑設計中應用新能源技術既能使建筑行業發展更上一層樓，減少對于環境的污染，使建筑更加綠色環保，降低不必要的能源消耗。因此必須加大對新能源技術的開發和利用。此外，將新能源技術應用到建筑行業中還會引起其他行業的重視，進一步全面貫徹我國綠色發展的政策，所以須從理論和實踐等角度綜合提高新能源技術在建筑設計的應用。所以，房地產開發商在建設住宅建筑時，將房屋建造的宜居的同時還應注重關于可持續發展和循環利用的相關問題，因此新能源技術的應用尤為重要。

1 建筑能源的消耗現狀

目前建筑工程和建筑使用對于能源的消耗形成了較為惡劣的影響，由于人們過度追求舒適的生活，導致了建筑能源使用不合理支配問題的出現，選擇科學合理的方式進行建筑節能設計，在建筑設計中應用新能源既能滿足社會發展的實際需求，同時還能在環保等理念下實現對建筑工程質量的升級，是滿足現階段社會發展需求的重要改革。傳統的建筑設計重視美觀和舒適性的同時忽視了環保的理念，導致過度的能源消耗，將新能源技術合理應用在建筑設計中成為一項十分重要的改革工作內容。

2 新能源技術在建筑行業中應用的重要性

2.1 新能源的利用推動建筑設計新發展

建筑設計與新能源技術二者相互結合，應結合不同的情況進行設計，依據具體的地理環境、氣候等諸多因素對地理位置進行深入的考察判斷新能源在建筑中應使用哪種能源。在建筑設計過程中須充分分析建筑整體結構，再利用建筑整體結構的構造對其進行獨特的設計。

如：房屋的開口。應減少表面開口部位內部等熱量散失，這樣做的目的是能在采暖方面減少能源的消耗程度，在制冷方面可通過自然風、人造風及排風口等，通過已存在的客觀因素降低熱量的產生。此外還應設計出采暖光好、不昏暗的方法，這樣的建筑設計通過反射面、房屋的朝向進行設計，既能達到節約用電、還能使房間更加明亮。此外是對房屋的絕熱設計，需額外注意的是地面和墻板的設計。由此可見，合理應用新能源技術能改變建筑設計的理念，推動建筑設計的發展進程，還能大幅度節約能源。

2.2 節能減排是建筑設計發展的新趨勢

目前我國各行各業發展的主要目標是節能減排。經濟水平迅速提高的同時也增加了能源的過度消耗，為滿足能源需求量的逐步增加，建筑行業須加大對新能源技術的開發和使用力度，須充分意識到新能源技術對建筑行業發展的現實意義，它可成為支撐社會和經濟發展的重要支柱。經濟水平提高的同時能源的消耗程度也在逐漸加劇，所以導致能源儲備也在不斷減少。然而社會對新能源的需求量已處于供不應求的狀態，這也使能源危機、環境污染問題越發嚴重，特別是建筑行業尤為突出。所以在建筑中應用新能源技術建設綠色環保的建筑也是勢在必行，如果想實現資源利用達到最大化，必須考慮由新能源帶來的作用效果，做到物盡其用。將建設設計與新能源技術相結合能降低能源的過度消耗，通過環保的設計理念降低對能源的消耗，提高人們的生活質量。

3 新能源技術在建筑設計中的應用和發展

由于現階段能源消耗程度較大，建筑行業設計應該開發和利用新能源來滿足現階段社會發展的需求，滿足基本的民生生活質量。新能源的開發項目種類較多，主要包括太陽能、風能、水能、地熱能。這些能源的開發及在建筑設計中的合理應用將會促進建筑行業的重大突破，滿足節能減排的行業發展需求。當前新能源的開發還有很大的發展空間，一些大型的建筑項目應用新能源技術，而用在一般建筑中還需要加強應用力度。

3.1 太陽能

就目前而言，新能源技術中相對廣泛應用的是太陽能，具有能夠使建筑設計脫離電能的優勢。依靠太陽能的作用可安裝熱水器，降低人們在洗漱時的水電浪費；可安裝太陽能路燈，可以自行調節控制同時還能夠節約電能。太陽能在建筑設計中主要有主動式、被動式兩種方式。

主動式太陽能建筑由于建筑步驟較為復雜、地理原因產生的成本較高，因此不易建造，基本沒有出現在現實的住宅建筑中。被動式的太陽能建筑由于整個過程中不主動使用能源，故而相對而言會較為簡約，便于設計和操作，也是現階段住宅中應用較多的形式。被動式太陽能住宅主要使用欄桿等維護結構進行自動放熱和吸熱，不依靠任何外界的輔助手段，深受人們喜愛。如房間朝向南方、陽光能夠直射進來，在房屋的頂部建造一個水池也能聚集熱量。

新能源太陽能技術在建筑設計中的應用隨處可見，如太陽能的構想創新發展了建筑設計采暖和制冷的利用，在建筑中太陽能供暖和制冷，能通過主動式和被動式兩種系統滿足冬暖夏涼的需求，主要是通過自然通風來實現降溫制冷的過程，系統不需消耗電量就能達到預期效果。利用這種技術建筑的房子叫做“太陽房”，不僅冬暖夏涼，同時建造人員無需安裝特殊的動力裝置，通過自然的資源能夠實現，不需要用空調，從而降低了電量消耗（圖1）。

圖1 太陽房實圖

太陽溫室利用太陽的能量提高塑料大棚內或玻璃房內的室內溫度，通過這樣的方式來滿足植物生長對于溫度的基本需求。太陽房的出現能夠降低成本、降低環境污染問題，以及減少能源消耗，所以太陽能是符合經濟能源環保節約的理念，所以應該加強在這方面的應用。

3.2 風能

風能作為重要的可再生能源之一，由空氣的流動產生，具有較低的成本。風能不僅對建筑有利，而且在農業、畜牧業的生產中也發揮著極其重要的作用。風力發電、交換室內外的空氣等是使用風能的主要方式，其中交換室內外空氣則是在建筑中使用的[1]。建筑內部的三維空間與二維空間的排列組合和風能有著極為緊密的關系，穿堂風在建筑學中稱為水平通風，水平通風是由于建筑物的迎風面和背風面所受到的不同壓力差所形成的的，能夠有效降低室內溫度、提高空氣流動速度，大幅度提升居民的舒適度。最好的選擇降低室內溫度是來自大自然的季候風、山谷風以及水陸風。風能的應用在生活中隨處可見，走廊的通風、管道通風、擋風的薄片及風塔等都是依據風能進行設計[2]。

風能的作用不低于太陽能，以廣州珠江江城大廈為例，其應用太陽能和風能等多種新能源技術相結合所建造的大廈，合理應用風能、太陽能自身優勢自行發電，大廈的突出特點是設有空調系統。冷輻射天花板（有溫差的效果，大約在2oC左右，能節省空調所消耗能源的25%）。江城大廈將雙層玻璃幕墻應用到了其中，幕墻還安裝光伏電設備，有利于日照發電。同時大樓還裝有其他太陽能板為大廈提供熱水，外墻和頂樓的結構使大廈的房間在白天完全可以利用日光照明。根據相關數據報告得知，這座大廈每年最少可以減少3～5噸的二氧化碳排放量，與一般的建筑相比建筑本身能源消耗降低近60%，充分說明了風能在建筑設計中的合理應用十分重要（圖2）[3]。

圖2 珠江大廈

3.3 地熱能

在建筑設計中合理應用地熱能是十分必要的，地熱能與新型能源中的其他能源同樣具有綠色環保的特征，在使用過程中具有良好的清潔性。地熱能由于地殼的不斷運動所產生，地暖的原理就是利用淺層的地下資源為居民提供所需要的熱量，降低了暖氣管道及煤炭的使用量，減緩了全球變暖速度。通過地暖的合理利用遏制室內暖空氣向外釋放的同時，還能防止外界的冷空氣進入室內，具有良好的保護作用。如果在建筑物的底部設置一段管道，利用空氣的風壓及熱壓通風，相當于是將室外的冷風帶入室內，加上土地本身就具有一定的溫度和濕度，最終保證空氣的溫度和濕度，達到改善居民室內溫度的效果。此外，隧道挖的越深越長、使用的土壤面積越大通風調節效果越為顯著，這種方法在現階段的建筑設計中應該廣泛應用[4]。

3.4 水能

在建筑設計中應用水能主要是用于水力發電。水能是應用物理學中的勢能和動能轉換成電能。水能具有成本較低、能夠循環利用、無污染的優勢，所以應加大水能的開發利用。加拿大馬尼托巴水電大樓則是充分利用了水能的獨特作用。首先在結構上將其設置成A字結構，這種設計結構可保證充足的光源；其次兩座大樓間還設置了冬季花園系列，能長期有效的保證空氣清新，使人們在工作時能夠呼吸新鮮的空氣[5]。最后瀑布的設計可依據季節變化而變化，具有加濕和干燥空氣的作用。同時大樓還設立了環保熱循環系統，能有效保暖和制冷（圖3）。

圖3 加拿大馬尼托巴水電大樓

綜上，隨著生活水平的不斷提高人們越來越重視生態環境的問題，新能源的開發和使用是當務之急。在住宅建筑中科學合理應用新能源技術，既能有效降低能源的過度消耗還能減少環境污染，同時還能綠化環境，減少了不必要的經濟資源的浪費。為滿足我國可持續發展策略的有效實施，面對建筑設計工作進行節能減排的考量十分必要，對于我國社會經濟發展以及節約和保護能源具有十分重要的意義。在建筑設計中應用新能源技術可作為一種新型的建筑發展趨勢，讓人與自然能夠和諧共處，在建筑設計中融入更多的設計元素，實現科學技術與經濟的共同進步。