民用建筑節能與建筑設計中新能源的利用與研究

花 蕊 神華工程技術有限公司安徽分公司工程師

面對當前發展與生態環境保護相矛盾的嚴峻形式，我國各行各業的生產活動均應使用新能源。尤其是在能源消耗量較大的建筑工程行業，應該在民用建筑設計中大力推行新能源。因此，需加強對新能源的利用和研究。本文主要對建筑節能設計中新能源利用的意義入手，對利用的方法進行綜合分析，并提出有效措施進，更好地保證在民用建筑節能與建筑設計中實現節能降耗設計，希望可以為相關工作人員和學者提供一定的參考。

1 建筑節能設計概述

1.1 建筑節能概念

建筑物的節能環保要嚴格踐行國家提出的綠色發展理念，特別是在對建筑進行設計時，需重點考慮使用節能環保的建筑材料，從施工根源減少不可再生材料的出現，提高對可再生材料的使用頻率。目前的節能環保設計對周邊環境產生的影響較小，得到了人們的廣泛使用。

1.2 建筑節能設計規劃

建筑節能工程的設計規劃，是指在建筑工程項目建設期間，根據國家現行節能規范、綠色建筑設計規范以及地方性規范，制定出經濟合理的、符合當地氣候和環境的節能方案[1]。通過對工程施工現場已有建設用房和場地周圍環境情況的勘測，根據原有的工程，對該施工建筑物整體外貌及建筑形態、綠色環保規劃等相關設計進行詳細調整并落實到位。項目的施工保障環節主要是對建筑物竣工后的應用和準備環節進行保障，尤其是在一些周圍環境水質狀況比較惡劣的偏遠地區，提前、有效地做好前期準備和保障工作，能夠促進后期建筑物對于周圍環境的應用，使其適宜性相對較強，后期可以給居民創造出更為優質的工作和生活環境。

建筑節能規劃設計應從建筑的最大體量結構設計、體系系數設計、照明發電系統設計、排水系統設計以及道路建筑規劃和布局等幾個主要方面，根據各個地區道路建筑布局的實際情況，綜合考慮多種影響因素，對建筑的風環境、聲環境、日照、降雨等多種因素綜合起來進行協調和管控，建筑風格圍繞節能環保來展開設計。

1.3 當前我國建筑節能的發展特點

近幾年，中國社會經濟有了明顯發展，人們生活水平不斷提高。通過各個階段的改革建設，越來越多的人逐漸意識到當前形勢下節能設計的優勢所在。為了更好地踐行可持續發展目標，在對建筑物進行設計時，要優先考慮節能材料的使用。特別是在對外墻建筑物進行設計時，要重點考慮玻璃幕布的設計，工作人員可以參照當地的發展狀況進行節能材料的選擇。通過優化建筑物的節能性能來改善建筑物的節能環保狀況[2]。在四季分明的地區，當夏季較為炎熱、冬季較為寒冷時，可以積極地采用節能設計，利用氣候的變化，降低自然資源的損耗。

2 新能源相關概述

2.1 無污染的清潔能源

對于大部分傳統能源來說，其使用過程都會造成或多或少的污染。比如石油，泄露的石油漂浮在海面上，迅速擴散形成油膜，油類可粘附在魚鰓上使魚窒息，抑制水鳥產卵和孵化，破壞其羽毛的不透水性，降低水產品質量。油膜可阻礙水體的復氧作用，影響海洋浮游生物生長，破壞海洋生態平衡[3]。石油的使用過程還會產生大量的有害氣體，散到空氣中會產生致癌物質、破壞臭氧層。煤炭燃燒的主要污染物有氮氧化物、硫氧化合物等，這些物質會形成酸雨；燃燒產生大量的CO2排放會產生溫室效應，致使全球變暖；煤炭燃燒后還會產生廢渣，造成土地污染。而新能源則不會產生污染，太陽能、風能、水力、地熱等新能源都可直接轉化為能源，不會產生排放，也不會對環境造成污染。

2.2 使用簡單方便

新能源的使用方式十分簡單方便。例如太陽能的使用，可以安置太陽能發電板，用來收集太陽能進行發電，也可以直接利用太陽產生的熱量，為溫室提供所需要的熱量。水力方面，利用水力發電機組將河川、湖泊等位于高處、具有勢能的水引流至低處，經水輪機轉換成機械能，水輪機又推動發電機發電，將機械能轉換成電能。風力方面，風力發電的原理是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機提升旋轉速度，促使發電機發電。風車以大約3 m/s 的微風速度便可以開始發電。潮汐能是利用大海湖泊水位漲退產生的動能進行發電，地熱能是利用地下熱量，地熱發電是以地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發電技術，其基本原理與火力發電類似，也是根據能量轉換原理，首先把地熱能轉換為機械能，再把機械能轉換為電能[4]。這些新能源的使用只需建設特定裝置，便可以直接將其轉化為電力資源，十分方便，推廣起來也極為便利。

2.3 開發利用新能源建筑材料的重要意義

對于能源消耗較高以及環境污染嚴重的現代建筑業來說，有必要在現代建筑設計中進行新能源材料的推廣和應用。要實現經濟的可持續發展，保護整個地球良好環境，人們必須進行積極探索，不斷地將現有原材料重新利用，作為新能源的發展的元素。預計在未來幾十年內，新的可再生能源建筑將逐步取代傳統的不可再生資源建筑，漸漸成為主要的建筑設計規劃，這將在促進環境保護方面發揮重要作用。

3 民用建筑節能與建筑設計中新能源利用的意義

能源對于任何國家的發展都非常關鍵，甚至有可能影響一個國家的發展前途。目前，世界上所有國家都越來越重視能源使用情況及重視合理利用能源的問題。在世界各國的競爭中，能源的高效利用可以使得各國實現更加快速的發展。同時，在建筑設計中充分利用新能源，也是現代社會高速發展的主題。

在建筑項目施工過程中，從項目開始到結束，每個環節的連接都會消耗大量的能源。不斷在建筑設計中加入能源使用的新元素，可以在一定程度上使能源短缺危機得到有效緩解，更好地促進中國的經濟發展。石油、天然氣、化學、核燃料等能源是不可再生能源[5]。使用新能源可以更好地保護能源來源，例如建筑設計正越來越多地推動建造光電抽水系統，充分利用太陽能和水資源，合理分配能源和水資源。另外，在建筑設計中充分利用新能源能創造更多的就業機會。在建筑項目的施工過程中落實節能的理念，要做到以人為本。

4 民用建筑節能的主要方式

中國民用建筑業的主要節能措施可歸納為以下3 個方面。第一，建筑項目的能源使用率必須提高，在這種條件下，建筑項目的供暖和制冷系統的使用率也會隨之提高[6]。第二，能源消耗問題，在減少能源消耗方面，可以最大限度地降低能源的損失率及流耗率。第三，必須合理規劃建筑能源節約工作。比如我國南部地區，建筑節能的主要工作需集中在建筑物外部結構的隔熱措施上，采用各種隔熱措施，如屋頂結構的遮蔽、建筑物外部結構的遮蔽以及窗戶的遮蔽。建筑隔熱項目的建造可以有效降低太陽能對建筑物內輻射的強度，減少空調系統的運行。

5 目前民用建筑能源消耗的現狀

5.1 能源消耗速度較快

從新發展的角度來看，建筑行業仍將作為未來我國基礎設施行業的重要內容進行發展。隨著我國建筑行業能源消耗量的不斷提高，我國的社會和經濟發展已達到世界高質量、高標準發展的前端水平[7]。隨著時間的不斷推移，我國人民的生活水平將獲得大大的提升。但在這些成就的基礎上，能源消耗的成本將會上升。這方面的代價太大，其影響無法彌補，為了實現健康的經濟發展，必須加強可持續發展的理論，制訂可持續發展的有效措施。在建設新基礎設施時，必須有效控制能源消耗、開發新能源。

5.2 民用建筑行業能源緊缺程度不斷提升

社會發展的方方面面都與能源消耗密切相關。在現代化建設過程中，人們需要更多的能源投入到建筑行業中。隨著我國社會基礎設施建設不斷完善，我國能源儲備緊缺問題也將日益嚴重，需要未雨綢繆，進行新能源革命以服務于社會建設。

5.3 建筑節能管理體系較混亂

中國對建筑物開展節能工作中已有10 多年的經驗，并且積累了大量的技術，促使建筑物節能效率得到明顯提高。但中國建筑節能管理體系還存在不規范的問題，如上述所說，目前建筑物節能技術主要用于解決夏季制冷、冬天取暖的能耗問題，只是通過提高建筑物的隔熱保溫性能來提升冷熱利用率。中國研發的墻體材料主要由墻體材料辦公室負責，隸屬國家經濟貿易委員會，但節能建筑工作主要由住房和城鄉建設部負責，這就要求在具體的工作中兩個部門需要多加聯絡，通過溝通交流，不斷完善建筑節能管理體系，推動工作順利進行[8]。

5.4 民用建筑能源損耗的主要特點

從當前的我國能源需求來看，煤炭資源一直居于相對穩定的歷史地位。中國現有建筑總面積達500 億m2。在未來20 年中，中國的建筑面積預計將保持在200 億m2左右。相關統計數據顯示，中國建筑業的能源消費量約占總能源消費量的30%，與其他類似國家相比，可以清楚地看到，中國每面積單位的能源消費量幾乎比其他國家高3 倍，因此治理和科學監督不應拖延，也不應忽略不計[9]。此外，公共建筑物的能源消耗比住宅樓的能源消耗高出15 倍，住宅樓的能源消耗的70%是使用空調和照明，因此公共建筑物和住宅必須進行節能設計，倡導環保行為習慣，以最大限度地減少建筑物的能源消耗。

6 積極有效的建筑節能措施探討

6.1 降低能源損耗，提升能源利用效率

對建筑物進行節能設計是為了更好地調節室內溫度失衡狀況，因此要提高室內加熱與冷卻系統的使用效率，通過能量傳輸來更好地調節室內溫度。也可以通過以下兩種方式進行控制，一種是利用計算機智能儀器來對閥門進行流量控制，在保證供熱、制冷正常的前提下，對能源進行節約利用。另一種方式是在多個用戶家中安裝溫控開關，居住者可以根據自身實際需要進行溫度調節，也可以達到節約能源的目的。近幾年的新興建筑物常常會利用聚乙丙烯管作為通水管道，對地板進行降溫處理，取得了較好的效果，在建筑領域得到廣泛使用[10]。

6.2 采取有效措施降低建筑內設備能耗

降低建筑內設備損耗的主要方法在于淘換能耗較大的老舊設備，改用新的節能設備。此外，在建筑施工的過程中，對于暫時不需要的設備應及時關停，施工監督管理者要注意對施工人員的設備操作進行監督，使其按照規定的正常程序操作設備，從源頭上節約能源。

7 民用建筑節能與建筑設計中新能源的利用與研究

7.1 加強民用建筑對太陽能的使用

太陽能是一種較為穩定的可再生能源，在一些建筑物中具有很高的使用價值。將太陽能轉化為熱能，在能量轉化的過程中可以為用戶提供熱水，同時也可以將太陽能轉化為電力，并在建筑物內實現電力供應。太陽能的使用并不昂貴，但設計要求較高，建筑設計者在實際設計過程中可以充分利用太陽能資源，特別是在某些太陽能資源豐富的地區。在建設設計過程中，太陽能的應用方式主要間接獲取、混合式獲取以及被動式利用3 種，主要應用于熱水器、太陽照或采光等方面。太陽能在房屋設計中的應用，如圖1 所示。

圖1 太陽能在房屋設計中的應用

（1）在設計過程中合理設計窗戶結構和方位，能夠延長陽光照射房間的時長，減少冬天的空調等發熱設備的電能消耗。（2）在建筑物的樓頂安裝數量較多的太陽能發電裝置，利用其在日間所吸收的能源為建筑物提供電力資源，達到節能的目的，有效利用建筑物的樓頂。（3）在建筑物的頂部設置一定數量的太陽能集熱裝置，利用蓄熱的設備進行太陽能資源的儲存，通過末端裝置實現供熱水和采暖的功能，促使在陽光不充沛時也能達到發熱的效果。房屋設計通過房屋頂部安裝太陽能光電池、平板型集熱器以及熱管式真空管集熱器，利用其所吸收的太陽能為室內的儲水器以及鍋爐提供電能，通過太陽能實現供電功能，減少對環境的破壞。

7.2 加強對新空調技術的使用

空調在人們的日常生活中發揮著重要作用，不管是夏天還是冬天，人們都需要使用空調。然而，空調運行需要大量能源，建筑設計人員必須將建筑物能源供應與新能源有關技術結合起來，引進新的、先進的空調技術，調整目前的空調使用方式，以減少不必要的能源浪費。不能直接使用特定的空調技術，而要將冷卻系統改造成一個匹配的冷卻塔，從而進一步減少空調操作所需的能量，同時還要調整空調的空氣供應量，以控制室內溫度并確保室內舒適。建筑公司必須充分考慮客戶的需要，可設計安裝變頻空調或變風量系統，其主要通過改變頻率或送風量，以控制建筑物內的溫度和濕度，從而達到最低限度的能源消耗。

使用變頻空調或變風量系統，可大幅度降低供熱和制冷成本，減少能源消耗，實現節能目標。可變空調系統由溫度傳感器、風速傳感器、控制器和其他基本部件組成，根據室內溫度傳感器的指令實現溫度控制。在變頻空調系統的操作過程中，最大負荷的情況較為罕見，僅為總運行時間的1/10，消耗的資源較少，可實現節能減排。變風量空調系統屬于全空氣系統類別，系統中的冷凍和冷凝水管不會通過傳統的建筑吊頂方式安裝，使得霉變等問題出現的概率得到了明顯降低。變風量空調系統能夠使住戶更便利、有效地實現節能和保護環境的目標。作為空調的使用者，應當充分了解空調的使用技巧，減少能源消耗，在滿足溫度需求的基礎上，實現節能的目標。

7.3 照明系統設計

在建筑設計環節中，照明系統是一個關鍵的、不可或缺的存在，一套優良的照明系統可以改進建筑物的應用功能。但照明系統也是直接使用電力的系統。改進照明系統，可以有效地控制電力消耗，因此必須結合相關措施，實現節能。設計師必須充分考慮到國家和相關行業標準，控制照明系統的能源消耗。

7.4 地熱能的使用

地熱能是一種與太陽能相似的清潔能源，具有無污染的特點。在建筑設計過程中，通常借助熱交換儀器將地表以下的土地層溫度轉換為建筑物內冬季的熱源，使得建筑物室內能夠以此作為取暖或生產用電或熱水的基礎，通過使用地熱能達到供電等目的，能夠減少煤炭或電能的消耗。例如，我國部分高校通常使用地熱能提供采暖和熱水，為高校降低較多的供熱與供水成本。在校內利用地熱能，還能夠降低安全事故發生的可能性。

7.5 在民用建筑設計中有效利用節能環保材料

在建筑節能設計中，對各種節能環保的新型材料進行開發利用是一項重要內容，對于以往的家裝材料而言，釋放出甲醛氣體是在所難免的事情，這對于室內和周圍的環境來說無疑會產生很大的污染，如果通風的時間不夠和除甲醛的措施不到位，那么對于人體健康會有非常大的危害。為了擺脫甲醛的影響和危害，現階段的室內裝修一般會采用硅藻泥材料，因為它不會產生像甲醛那樣的危害性氣體，更具環保性和裝飾性。

7.6 對于建筑遮陽系統的應用

科學合理地使用建筑物中的遮陽系統，可以較好地實現節約資源的目的，主要涉及以下環節。其一，合理地利用建筑外形與遮陽之間的聯系，選擇適宜的遮陽材料，如較輕的金屬板以及立面結構，對其進行設計優化，可以選擇性價比較高的百葉簾進行遮陽，通過智能控制百葉簾對太陽光的感應，實時調節百葉簾的角度與高度，保證建筑物溫度變化協調統一。其二，由于不同房間功能不一樣，因此在設計時需要根據房間功能使用狀況，進行遮陽效果的差異化設計。

7.7 減少建筑圍護結構的能量損耗

對于建筑圍欄結構的設計，在建筑設計中具有較高難度。建筑圍欄是能源損耗較高的保溫材料，要想更好地落實建筑節能效果，可以在墻體內部或外部使用保溫材料，達到較好的保溫效果，以此降低能源損耗。在氣候較為嚴寒時，可以通過選擇節能型的建筑圍欄，降低建筑物內部的能量損失。當氣候較為炎熱時，可以通過增加建筑內部的通風，減少建筑物內部熱量聚集度，最終使得建筑物內部溫度維持在適宜狀態，給居住者較為舒適的居住環境。我國建筑圍欄結構可以更好地發揮節能環保效果，依靠太陽能以及對自然光照的控制，完成對墻體外部熱量吸收的調節。

8 結語

在我國的民用建筑節能和建筑設計中，新型能源有著非常重要的作用，不僅可以降低能源的消耗量，還可以減少對生態環境的破壞，減少建筑工程施工的成本開支，推動我國社會經濟的快速發展，更好地提升人們的生活質量。因此，建筑設計必須結合地區實際情況以及氣候等因素，合理地應用新型能源，規劃合理的設計方法，有效提升民用建筑的節能效果。