基于可再生能源應(yīng)用技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)研究*

李達(dá)耀，劉富京，李盈采，王 丹

（北部灣大學(xué)，廣西 欽州 535011）

1 研究背景

人類社會的發(fā)展離不開能源，能源是人類賴以生存的基礎(chǔ)。可再生能源是指能夠重復(fù)產(chǎn)生的自然能源，比如太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿龋哂袑Νh(huán)境無害或危害極小、分布廣泛、適宜就地開發(fā)等特點(diǎn)。現(xiàn)階段，在我國的能源消耗當(dāng)中，建筑能耗占據(jù)的比重較大，如何有效降低建筑能耗、提高可再生能源在建筑中的應(yīng)用比例是建筑師迫切關(guān)注的問題。可再生能源技術(shù)運(yùn)用在建筑領(lǐng)域能夠有效解決傳統(tǒng)能源不足的問題，降低大氣污染，實(shí)現(xiàn)可再生能源的充分利用，促進(jìn)建筑的節(jié)能發(fā)展，符合綠色環(huán)保理念，較適宜應(yīng)用在建筑中的可再生能源主要有太陽能、淺層地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能等[1]。但是目前可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)只是粗略的結(jié)合，并沒有真正實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合和一體化設(shè)計(jì)。本文從可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合的重要性出發(fā)，總結(jié)可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合遇到的實(shí)際問題，為可再生能源技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供參考。

2 可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合的重要性

2.1 促進(jìn)建筑行業(yè)綠色發(fā)展

綠色發(fā)展是在傳統(tǒng)發(fā)展模式上的一種創(chuàng)新，是建立在生態(tài)環(huán)境容量和資源承載力的約束條件下，將生態(tài)保護(hù)作為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展重要支柱的一種新型發(fā)展模式[2]。綠色建筑指的是在建筑全生命周期中，能實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源，做到保護(hù)環(huán)境、減少污染的建筑，給人們提供健康舒適的生活、工作環(huán)境，可最大限度地實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑[3]。可再生能源與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合，即通過減少石油、天然氣、煤炭等非可再生能源的使用，來達(dá)到降低環(huán)境污染程度、環(huán)境污染指數(shù)的成效，促進(jìn)了建筑的綠色發(fā)展。綠色建筑是環(huán)境友好型的建筑，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，往往與場地、自然環(huán)境等因素緊密結(jié)合，在能有效滿足使用功能的前提下，創(chuàng)造出人與自然和諧相處的環(huán)境[4]。可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合符合我國未來市場發(fā)展要求，與“十四五”規(guī)劃及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相匹配。從全球范圍來看，建筑用能占一次能源消耗的20%，在某些發(fā)達(dá)地區(qū)甚至高達(dá)45%[5]。目前，我國正處于加快推進(jìn)城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和現(xiàn)代化的關(guān)鍵時(shí)期。建筑業(yè)、工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)作為能源消耗的三大主力行業(yè)，其中建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的潛力最大，實(shí)現(xiàn)途徑最廣。

2.2 體現(xiàn)以人為本的建筑理念

隨著近些年全球經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源消耗日益增多，非可再生能源已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類生活和生產(chǎn)的需要。步入可再生能源的新時(shí)代，人與自然的矛盾將得到一定的緩解，人與技術(shù)之間的關(guān)系也變得更加緊密，難以分割。人與技術(shù)相互建構(gòu)，使兩者之間的對立關(guān)系弱化。從核心能源的發(fā)展歷程上看，每一輪能源的開發(fā)往往伴隨著人與技術(shù)關(guān)系的變化，每一種能源的使用和發(fā)展也體現(xiàn)出人與技術(shù)的緊密相連[6]。可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)充分利用自然界中未被利用的可再生能源，從根本上減少非可再生能源的浪費(fèi)，為后人節(jié)省下寶貴的自然資源，所得的成果也將給社會帶來巨大影響。由此可見，可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合始終堅(jiān)持以人為中心的態(tài)度，體現(xiàn)了以人為本的建筑理念。

2.3 減少污染及提升城鄉(xiāng)居民生活質(zhì)量

我國工業(yè)化發(fā)展以來，煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源的消耗對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，能源消耗所導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境惡化日益顯現(xiàn)。隨著國際社會越來越關(guān)注CO2排放問題，我國未來能源使用問題也受到了來自外部壓力的沖擊[7]。可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合不僅起到了節(jié)能的作用，也減少了化學(xué)有害物質(zhì)的排放量和大氣污染。

3 實(shí)際問題以及相關(guān)措施建議

3.1 影響建筑外觀、使用空間以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

將可再生能源應(yīng)用到建筑領(lǐng)域，例如將太陽能技術(shù)應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)上，一般需要在建筑物的墻面及其屋頂安裝相應(yīng)的太陽能設(shè)備。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，將太陽能板安裝在建筑物的墻面，會影響建筑物的美觀度；安裝在建筑物頂部時(shí)，會占用一部分屋頂使用空間；強(qiáng)行安裝還有可能會破壞建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響其受力特性，進(jìn)而造成安全隱患。可再生能源建筑一體化設(shè)計(jì)不僅能夠合理地運(yùn)用建筑空間，也可以為人們在建筑物內(nèi)活動時(shí)提供更多便利，同時(shí)還可以在不破壞建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上安裝可再生能源的相關(guān)設(shè)備。

3.2 對設(shè)計(jì)人員要求較高

要實(shí)現(xiàn)可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合，對設(shè)計(jì)人員的技術(shù)要求較高，即設(shè)計(jì)師既要掌握可再生能源應(yīng)用技術(shù)，也要具備建筑設(shè)計(jì)專業(yè)知識。目前這類專業(yè)人員、研究人員十分稀缺，很多難題無法及時(shí)解決，進(jìn)而造成工程無法開展。

3.3 成本較高

將可再生能源應(yīng)用到建筑領(lǐng)域，會有兩個(gè)時(shí)期投入費(fèi)用較高，一個(gè)是工程開展準(zhǔn)備時(shí)期，另一個(gè)是對可再生能源應(yīng)用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)時(shí)期。由于可再生能源原材料的價(jià)格占總成本的70%～80%，因此原材料的優(yōu)劣在很大程度上影響可再生能源產(chǎn)品的質(zhì)量[8]。目前，我國在可再生能源與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合研究領(lǐng)域的高端技術(shù)人員稀缺，前期準(zhǔn)備工作開展時(shí)，培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)人員的費(fèi)用較高。將可再生能源與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合，不僅要保障兩者結(jié)合后建筑功能的正常使用，還要考慮到建筑外觀的美觀性等諸多因素，因此投入成本較高。另外，前期對可再生能源相關(guān)設(shè)備的調(diào)試以及對原材料的購買，都需要支付一筆不小的費(fèi)用，前期的經(jīng)濟(jì)成本過高。可再生能源與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合在我國還未有較為成功的案例，考慮到未來可能出現(xiàn)的一系列問題，比如可再生能源相關(guān)設(shè)備在使用的過程中出現(xiàn)短路，遭到損壞等，需要邀請相關(guān)的技術(shù)人員來對設(shè)備進(jìn)行檢查、維修。這個(gè)過程不僅會花費(fèi)很多的時(shí)間，還需要支出一筆不小的費(fèi)用。因此，從前期可再生能源設(shè)備的調(diào)試以及原材料的購買到后期正常使用設(shè)備的維修，都需要支付較高的費(fèi)用，成本過高也是兩者結(jié)合的一大難題。

3.4 相關(guān)補(bǔ)貼政策實(shí)施

隨著近些年來可再生能源行業(yè)的快速發(fā)展，我國對于可再生能源的補(bǔ)貼政策已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前市場的高速發(fā)展需求。可再生能源相關(guān)資金補(bǔ)貼政策和法律法規(guī)不夠完善，相關(guān)部門統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力不足，存在補(bǔ)貼資金總額小、發(fā)放慢以及落實(shí)不到位等問題，直接影響到居民的正常生活，尤其是在我國一些貧困地區(qū)。此外，國家對于可再生能源發(fā)展的支持和激勵(lì)力度不夠，導(dǎo)致部分企業(yè)貸款難、貸款費(fèi)用高，企業(yè)運(yùn)營資金不足，儲備資金不夠，經(jīng)營和后續(xù)發(fā)展受到影響。

3.5 可再生能源分布特點(diǎn)

我國地域遼闊，海岸線長，風(fēng)能、太陽能等可再生資源豐富。我國東部地區(qū)人口密集，能源需求和能耗較大，且東部地區(qū)風(fēng)能、太陽能等可再生能源較為匱乏，能源供給不足。我國西部地區(qū)海拔高、日照時(shí)間長且強(qiáng)度大，雖然該地區(qū)風(fēng)能、太陽能等可再生資源較充沛，但利用率不高。此外，在我國遼闊的土地上，不同區(qū)域有著各自獨(dú)特的自然資源條件，不同區(qū)域的風(fēng)能、太陽能、水能、生物質(zhì)能等可再生能源有著不一樣的分布特點(diǎn)，可再生能源在不同區(qū)域的應(yīng)用存在一定的差異。以太陽能為例，在我國，不同區(qū)域光輻射強(qiáng)度不一樣，太陽能在不同地區(qū)的分布有著不均衡性。太陽能較為豐富的地區(qū)，太陽能在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用就較為充分，并且還可以運(yùn)用到其他行業(yè)；太陽能較為稀少的地區(qū)，輻射強(qiáng)度較弱，使得將太陽能運(yùn)用到建筑上有一定的困難。從整體看，我國可再生能源較為豐富，具有較大的開發(fā)潛能和使用價(jià)值，但由于分布的不均衡性，導(dǎo)致可再生能源應(yīng)用起來存在許多實(shí)際問題。如能將可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合，充分發(fā)揮好我國在可再生能源分布上的優(yōu)勢，可以助力我國早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。

4 結(jié)束語

隨著社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對建筑設(shè)計(jì)的要求越來越高。可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)兩者的有機(jī)結(jié)合，能夠促進(jìn)兩者不斷發(fā)展，同時(shí)也起到了減少污染和對大自然的保護(hù)作用。可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合給現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)開辟了一個(gè)新的設(shè)計(jì)模式及思路，而新模式以及新思路給可再生能源應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展開辟了一個(gè)全新的發(fā)展前景，為可再生能源往后的發(fā)展道路指明了一個(gè)全新的方向。兩者相互結(jié)合、相互促進(jìn)的同時(shí)，也為往后建筑領(lǐng)域的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思路提供了一個(gè)全新的方向。可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)的相結(jié)合符合當(dāng)前時(shí)代潮流的發(fā)展，同時(shí)也符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。兩者的結(jié)合有利于社會的持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了建筑領(lǐng)域綠色發(fā)展，起到了保護(hù)環(huán)境的作用，響應(yīng)了“綠水青山就是金山銀山”的號召。雖然可再生能源應(yīng)用技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合的過程中還會遇到許多實(shí)際問題，但是在國家的大力支持下、整個(gè)社會的號召下以及整個(gè)人類的共同響應(yīng)下，兩者結(jié)合的發(fā)展與應(yīng)用前景廣闊。