新能源品牌建筑及其技術(shù)研究

唐弘濤 童滋捷 任智慧

【摘要】本文在對(duì)新能源建筑和技術(shù)進(jìn)行探討時(shí)，建立在我國(guó)目前能源缺乏以及建筑使用功能逐漸升高的背景下，并對(duì)太陽(yáng)能技術(shù)、風(fēng)能技術(shù)以及生物質(zhì)能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，從而使建筑在設(shè)計(jì)和技術(shù)使用方面邁向新的發(fā)展階段。

【關(guān)鍵詞】新能源品牌建筑；技術(shù)；太陽(yáng)能；風(fēng)能；生物質(zhì)能

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.054

Research on Brand Building of New Energy and Its Technology

TANG Hong-tao，TONG Zi-jie，REN Zhi-hui

（China Construction Bureau〔Shanghai〕Co.，Ltd.，Shanghai 201812，China）

Abstract：When discussing new energy buildings and technologies，this paper is based on the background of Chinas current lack of energy and the gradual improvement of building functions，and analyzes the application of solar energy technology，wind technology and biomass energy technology in buildings，so that the design and technical use of buildings will step into a new development stage.

Key words：new energy brand buildin；technology；solar energy；wind energy；biomass energy

人們生活和發(fā)展的基礎(chǔ)就是能源，并且經(jīng)濟(jì)高速的發(fā)展過(guò)程也離不開(kāi)能源的支持。能源問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今世界急需解決的問(wèn)題，人們因?yàn)樽匀画h(huán)境的惡劣以及能源短缺，開(kāi)始對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能以及生物質(zhì)能等新能源的使用提高了重視。在建筑行業(yè)當(dāng)中能源的消耗無(wú)處不在，其中供暖、空調(diào)、通風(fēng)以及照明系統(tǒng)在消耗能源方面居于全國(guó)總消耗量的百分之三十。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，建筑行業(yè)不斷地?cái)U(kuò)大發(fā)展，因此對(duì)于在建筑中使用新能源技術(shù)具有重要的意義，從而使我國(guó)建筑行業(yè)向著節(jié)能方向發(fā)展，并逐步改善生態(tài)環(huán)境，最終實(shí)現(xiàn)全面可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

1新能源建筑的含義

建筑中常用的能源使用太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等新能源進(jìn)行替換，從而使建筑中的供暖、熱水、空調(diào)、照明、通風(fēng)以及動(dòng)力等系統(tǒng)功能在直接或者間接方面得到有效供應(yīng)，從而使人們?cè)谏a(chǎn)和生活中的相應(yīng)要求得到更好的滿足，這種建筑就是新能源建筑[1]。新能源建筑中包括了太陽(yáng)能建筑、風(fēng)能建筑、生物質(zhì)能建筑以及地?zé)崮芙ㄖ途C合所有新能源的建筑等。

2相關(guān)建筑技術(shù)

2.1太陽(yáng)能技術(shù)

建筑技術(shù)中的太陽(yáng)能分為兩種：主動(dòng)式太陽(yáng)能建筑技術(shù)和被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑技術(shù)[2]。

2.1.1主動(dòng)式

建筑在獲取、儲(chǔ)存以及輸送太陽(yáng)能時(shí)，對(duì)集熱器、蓄熱器、管道、風(fēng)機(jī)以及泵等設(shè)備進(jìn)行使用，從而使太陽(yáng)能設(shè)備設(shè)施以及建筑一體化技術(shù)在整個(gè)建筑中得到有效應(yīng)用[3]。垂直的墻板、遮雨板以及支撐框架組成了集熱系統(tǒng)。其中保障氣體流動(dòng)性的系統(tǒng)構(gòu)成主要為風(fēng)機(jī)和管道。而建筑外的墻體一般會(huì)設(shè)置太陽(yáng)墻板，并且墻板上面會(huì)有孔洞，需要依照設(shè)計(jì)要求來(lái)對(duì)墻體和太陽(yáng)墻板之間的距離進(jìn)行確定，通常情況下距離都會(huì)設(shè)置為20厘米左右，中間的孔隙會(huì)和建筑中的管道進(jìn)行連接，也就是內(nèi)部的通風(fēng)系統(tǒng)，并將風(fēng)機(jī)安裝到管道內(nèi)，從而使空隙中的空氣得到流通和輸送。

2.1.2被動(dòng)式

在獲取、儲(chǔ)存和輸送太陽(yáng)能的過(guò)程中，對(duì)于復(fù)雜性的控制系統(tǒng)不進(jìn)行借助，從而使建筑實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用。根據(jù)收集太陽(yáng)能的方法可以分為三種技術(shù)：直接性技術(shù)、間接性技術(shù)和混合性技術(shù)。技術(shù)中具有五種基礎(chǔ)性要素，即采光面或者收集裝置、吸收熱量的裝置、儲(chǔ)存熱量的材料、熱量傳輸?shù)南到y(tǒng)以及控制裝置。這五種要素不管使用哪種被動(dòng)式技術(shù)都需要對(duì)其進(jìn)行滿足。

1）直接性技術(shù)

對(duì)建筑室內(nèi)的朝南窗戶進(jìn)行充分的運(yùn)用，使冬季陽(yáng)光也能夠通過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)，使用的窗簾需要具備保溫性能，從而可以在夜間將窗口擋住，或者可以采用保溫板遮擋。室內(nèi)的地面建造的材料可以使用磚、石或者混凝土等具有一定儲(chǔ)存熱量功能的材質(zhì)。在地面鋪設(shè)時(shí)厚度、面積方面的決定，需要根據(jù)整個(gè)室內(nèi)供暖溫度來(lái)進(jìn)行計(jì)算[4]。白天陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)的主要方式就是依靠窗戶、側(cè)窗以及天窗等，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)多云等無(wú)陽(yáng)光天氣進(jìn)行考慮，同時(shí)還要考慮窗戶的熱穩(wěn)定性。窗戶的朝向設(shè)計(jì)可以依據(jù)寒冷季節(jié)的天氣變化，保證陽(yáng)光能夠直射到室內(nèi)，同時(shí)還要確保熱量能夠被儲(chǔ)存。對(duì)于熱量擴(kuò)散的阻隔能力需要保證其大于或者等于雙層玻璃，在對(duì)窗戶的接縫處以及窗框的材質(zhì)進(jìn)行選擇時(shí)，需要保證其能夠使熱橋效應(yīng)和冷風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)的情況最大程度地進(jìn)行降低。

2）間接性技術(shù)

將太陽(yáng)的溫度輸送到室內(nèi)中，可以采取集熱蓄熱墻、雙層呼吸式玻璃幕墻以及墻體采用隔熱透明的材質(zhì)等措施來(lái)進(jìn)行太陽(yáng)能獲取。集熱蓄熱墻分為兩種：太陽(yáng)能透射墻和水墻。蓄熱墻的玻璃面可以將白天中太陽(yáng)的溫度進(jìn)行吸收，然后通過(guò)較厚的墻體將熱量進(jìn)行儲(chǔ)存，當(dāng)夜晚到來(lái)時(shí)熱量可以從墻體的室內(nèi)部分進(jìn)行散熱。進(jìn)出的風(fēng)口被設(shè)置到墻體的上下兩個(gè)部分，主要目的就是為了能夠使白天室內(nèi)的溫度得到持續(xù)性的升高。室內(nèi)中的溫度主要是通過(guò)白天墻體對(duì)太陽(yáng)輻射的能量進(jìn)行吸收，然后在通過(guò)墻體將所獲取的熱量傳送到室內(nèi)；蓄熱墻和玻璃之間的空氣因?yàn)榈玫搅藟w表面的加熱，其產(chǎn)生的熱空氣就可以經(jīng)過(guò)上風(fēng)口進(jìn)入到建筑內(nèi)，而下風(fēng)口則是將室內(nèi)中的冷空氣排出到兩者之間的間隔當(dāng)中，從而使室內(nèi)室外實(shí)現(xiàn)冷熱對(duì)流循環(huán)；當(dāng)夜晚到來(lái)就可以將通風(fēng)口關(guān)閉。

3）混合式技術(shù)

就是在上述的基礎(chǔ)上增加儲(chǔ)存熱量的屋頂、陽(yáng)光房以及增設(shè)對(duì)流環(huán)路等[5]，并對(duì)太陽(yáng)能的熱量進(jìn)行收集。陽(yáng)光房可以在建筑中主臥的朝南方向進(jìn)行建造。在對(duì)陽(yáng)光房進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該保證其窗戶具有足夠的面積，并且地面也要使用能夠儲(chǔ)存熱量的材質(zhì)，主臥和陽(yáng)光房之間使用保溫窗隔開(kāi)。當(dāng)夏季時(shí)為了避免陽(yáng)光房出現(xiàn)高溫的情況，可以在其上方設(shè)計(jì)幾個(gè)排氣孔和遮陽(yáng)設(shè)施，并依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。儲(chǔ)存熱量的屋頂，可以起到冬季供暖以及夏季降溫的作用，其屋頂構(gòu)成主要包括了：具有儲(chǔ)熱效果的密封水袋、金屬薄板頂棚、不能進(jìn)行移動(dòng)的保溫蓋板等。對(duì)流環(huán)路就是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量進(jìn)行收集而通過(guò)利用冷空氣和自身溫度所形成的溫差的設(shè)備，最終在主臥室形成循環(huán)流動(dòng)。

2.2風(fēng)能技術(shù)

風(fēng)能技術(shù)也可以分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。其中被動(dòng)式的風(fēng)能建筑技術(shù)也就是所謂的自然通風(fēng)。主要就是指建筑在對(duì)風(fēng)能進(jìn)行獲取、儲(chǔ)存和傳輸過(guò)程中對(duì)于具有復(fù)雜性的控制系統(tǒng)以及機(jī)械設(shè)備都不進(jìn)行利用。在建筑中所使用的自然通風(fēng)技術(shù)可以分為3種方式：通風(fēng)采用風(fēng)壓的作用、通風(fēng)采用熱壓的作用以及通風(fēng)采用二者相結(jié)合的方式[6]。自然通風(fēng)的利用原理就是風(fēng)在自然狀態(tài)下所形成的自然壓強(qiáng)。可是三種方式中，只有風(fēng)壓是對(duì)自然通風(fēng)的壓強(qiáng)進(jìn)行了利用，而熱壓所利用的原理是通過(guò)氣溫和濕度方面所出現(xiàn)的差異性從而使風(fēng)在浮動(dòng)過(guò)程中所形成的壓力。所以，為了能夠使整個(gè)建筑在自然通風(fēng)方面能夠產(chǎn)生巨大的效果，相關(guān)建筑設(shè)計(jì)者通常會(huì)使用不同的自然通風(fēng)方法。

實(shí)現(xiàn)建筑的自然通風(fēng)主要有4種方法：?jiǎn)蝹?cè)通風(fēng)、穿堂風(fēng)、煙囪效應(yīng)以及反煙囪效應(yīng)等。在對(duì)建筑的功能配置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮其平面以及剖面對(duì)空間的利用能力，同時(shí)還要對(duì)熱量的產(chǎn)生以及熱量的需求進(jìn)行考慮，從而使配置在最大限度上得到集中[7]。在設(shè)計(jì)空調(diào)的空間位置時(shí)，應(yīng)該對(duì)其絕熱性能進(jìn)行充分考慮。主要有兩個(gè)方面：依據(jù)建筑周邊的風(fēng)向以及環(huán)境特點(diǎn)，在對(duì)建筑的外觀、方向以及分布情況進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，盡量使自然通風(fēng)得到充分的獲取；風(fēng)的流向變化會(huì)隨著建筑物的外觀表現(xiàn)以及建筑物的分布特點(diǎn)而不斷進(jìn)行改變。對(duì)建筑物室內(nèi)的氣流分布情況產(chǎn)生影響的主要有，導(dǎo)風(fēng)帽、導(dǎo)風(fēng)板、窗戶安裝的形式、窗戶的面積大小、窗戶安裝位置以及開(kāi)關(guān)窗戶的形式等建筑構(gòu)建。

比如，住宅建筑在進(jìn)行室內(nèi)降溫的過(guò)程中，使用自然通風(fēng)是主要利用風(fēng)能的被動(dòng)形式，其中實(shí)現(xiàn)的方式有兩種：1）將室外的風(fēng)引入到室內(nèi)中，然后讓風(fēng)通過(guò)身體表面，從而使身體表面的皮膚汗液得到快速的蒸發(fā)，讓人們感受到清涼，這種方式主要適用于天氣比較炎熱以及空氣較為潮濕的區(qū)域；2）將夜間的冷風(fēng)引入到室內(nèi)中，從而使室內(nèi)的一些儲(chǔ)存熱量的材料可以將熱量進(jìn)行充分的散發(fā)。等到第二天因?yàn)槔淇諝舛霈F(xiàn)冷卻地儲(chǔ)存熱量的材料就可以作為熱庫(kù)進(jìn)行使用，能夠保證室內(nèi)溫度上升的速度得到有效降低，這種方式適合應(yīng)用在早晚溫度差異較大且天氣炎熱干燥的區(qū)域。想要使整個(gè)建筑的自然通風(fēng)在利用風(fēng)壓后獲得最佳的效果，可以在建筑設(shè)計(jì)之前，就對(duì)該處的天氣情況，場(chǎng)地周邊情況以及局部的自然風(fēng)情況等進(jìn)行充分的調(diào)查和了解。通風(fēng)措施的設(shè)計(jì)可能會(huì)受到諸多因素的影響，如該處的自然風(fēng)頻率、風(fēng)速的平均情況、風(fēng)向的分布情況、沒(méi)有風(fēng)日子的占比以及該處周?chē)慕ㄖ锖椭参餇顩r等。

主動(dòng)式主要是指在建筑物中使用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。可以將小型或者微型的風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中，其風(fēng)車(chē)主要高度在3米到5米的范圍內(nèi)，同時(shí)風(fēng)車(chē)的葉片一般都會(huì)選擇2米到4米的直徑范圍[8]。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)可以使建筑物在夜間的照明得到保證。在對(duì)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)該區(qū)域周?chē)娘L(fēng)力情況進(jìn)行充分的了解和掌握，并且還要對(duì)所應(yīng)用的設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題進(jìn)行考慮，防止因?yàn)樵肼曔^(guò)大而給周?chē)鐓^(qū)居民帶來(lái)嚴(yán)重的影響。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在城市中的發(fā)展受到阻礙的主要原因就是噪聲的問(wèn)題無(wú)法得到有效的改善和解決。當(dāng)前，已經(jīng)有了針對(duì)噪聲而生產(chǎn)的靜音型產(chǎn)品。

2.3生物質(zhì)能技術(shù)

現(xiàn)有的生物質(zhì)能技術(shù)中火坑技術(shù)、沼氣技術(shù)以及城市垃圾焚燒熱點(diǎn)聯(lián)產(chǎn)技術(shù)等已經(jīng)成為現(xiàn)有的較為成熟性的技術(shù)。火坑技術(shù)常常被應(yīng)用在北方農(nóng)村的取暖當(dāng)中，他們通過(guò)燃燒秸稈等農(nóng)作物來(lái)獲得熱量，但是該技術(shù)使能源造成了一定的浪費(fèi)，因此需要使用一種節(jié)能性的火坑技術(shù)。沼氣在農(nóng)村地區(qū)存在豐富，因此在建設(shè)過(guò)程中可以充分地對(duì)沼氣利用進(jìn)行考慮，如沼氣灶、沼氣燈等。在對(duì)養(yǎng)殖方面進(jìn)行建設(shè)時(shí)，可以對(duì)動(dòng)物糞便形成的沼氣進(jìn)行考慮應(yīng)用，同時(shí)在發(fā)電過(guò)程中還可以考慮使用熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備來(lái)進(jìn)行，使養(yǎng)殖場(chǎng)中日常的用電得到有效保證，產(chǎn)生的余下電量還可以輸送到國(guó)家電網(wǎng)中。在建筑較為大型的居住場(chǎng)所時(shí)，可以對(duì)垃圾焚燒設(shè)備建造進(jìn)行考慮，這樣可以使居民日常的生活垃圾得到有效處理，還能夠通過(guò)燃燒這些生活垃圾所產(chǎn)生的熱量來(lái)進(jìn)行取暖或者燒制熱水。但是對(duì)該方法進(jìn)行使用時(shí)，需要在對(duì)建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)就要對(duì)垃圾站是否滿足此類(lèi)功能進(jìn)行考慮，同時(shí)在對(duì)垃圾站和焚燒爐的位置進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)該要對(duì)它的科學(xué)性和合理性進(jìn)行充分考慮，從而使二次污染的情況得到有效預(yù)防。

3結(jié)語(yǔ)

人與自然和諧共生的基礎(chǔ)就是確保生態(tài)環(huán)境得到有效的保護(hù)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源短缺的問(wèn)題逐漸展現(xiàn)出來(lái)，為了能夠解決能源短缺和社會(huì)發(fā)展之間的矛盾性問(wèn)題，新能源的利用逐漸被人們所重視，特別是在建筑方面對(duì)新能源技術(shù)進(jìn)行充分的應(yīng)用，有助于建筑行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也符合社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)。可是在建筑設(shè)計(jì)中對(duì)新能源技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用還存在著許多需要考慮的問(wèn)題，如在新能源利用方面的效率還比較低、對(duì)于新能源和建筑實(shí)現(xiàn)一體化方面還缺乏一定的思考，在對(duì)新能源中的關(guān)鍵性技術(shù)的研究和創(chuàng)新、相關(guān)政策法規(guī)的建立、新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展等還存在許多的阻礙，因此，想要使新能源技術(shù)在建筑行業(yè)中得到充分的應(yīng)用和發(fā)展，還需要社會(huì)各部門(mén)之間的共同努力。

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【作者簡(jiǎn)介】

唐弘濤，男，1989年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)樾履茉唇ㄖ捌浼夹g(shù)研究。

（編輯：謝飛燕）