建筑節(jié)能中新能源應(yīng)用技術(shù)分析

王真，高鵬

（中建二局安裝工程有限公司，石家莊 050000）

1 引言

近年來，隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，社會(huì)各界紛紛將目光聚焦于建筑領(lǐng)域，希望憑借先進(jìn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，為社會(huì)健康、穩(wěn)定地發(fā)展提供有力支持。本文以新能源為研究對(duì)象，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目對(duì)新能源在建筑節(jié)能中的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，在保證整體節(jié)能效果的前提下，控制項(xiàng)目成本，使項(xiàng)目更具經(jīng)濟(jì)性，以為日后相同或相似類型項(xiàng)目的施工提供參考。

2 新能源應(yīng)用于建筑施工的意義

在一體化趨勢(shì)下，各國間的競(jìng)爭開始向多個(gè)領(lǐng)域輻射，由此造成能源開發(fā)量、消耗量大幅上升，如果不盡快控制能源消耗速度，將給人類的生存帶來威脅。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國能源耗費(fèi)情況較發(fā)達(dá)國家更嚴(yán)重，其中，建筑能耗最為突出，其占比約為社會(huì)能耗總量的30%，由此可見，以節(jié)能理念為指導(dǎo)，調(diào)整建筑施工方案及技術(shù)要求迫在眉睫。

在此背景下，出于社會(huì)健康發(fā)展的考量，以建筑為首的多個(gè)領(lǐng)域紛紛引入新能源替代傳統(tǒng)能源，解決了能源供不應(yīng)求的問題。另外，風(fēng)能、太陽能等新能源降低了建筑施工對(duì)環(huán)境造成的污染，使建筑節(jié)能得到增強(qiáng)。綜上，新能源在建筑領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，考慮到將新能源用于建筑施工的時(shí)間較短，施工效果不理想的情況難以避免，要想使最終效果接近預(yù)期，需根據(jù)新能源的特點(diǎn)，采取恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)。以太陽能為例，施工人員應(yīng)將重心向建筑外窗、墻體傾斜，堅(jiān)持節(jié)能環(huán)保原則，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇適合的材料并完成施工。

3 新能源在建筑施工中的應(yīng)用技術(shù)

3.1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于北方某城市，占地面積約1 500 m2，經(jīng)測(cè)量，建筑面積900 m2左右。在設(shè)計(jì)、施工期間，為凸顯建筑節(jié)能性，施工團(tuán)隊(duì)決定放棄傳統(tǒng)能源，改用新能源，在因地制宜理念的指導(dǎo)下，確定切實(shí)可行的施工技術(shù)要點(diǎn)，使新能源得到充分利用。

3.2 技術(shù)要點(diǎn)

3.2.1 風(fēng)能

當(dāng)前，建筑內(nèi)部電器的類型、數(shù)量大幅增長，其中，最具代表性的電器為空調(diào)，安裝空調(diào)可改善室內(nèi)溫度，為人們創(chuàng)造理想的生活與工作環(huán)境。以往，我國多數(shù)空調(diào)通過消耗電能的方式維持運(yùn)行，這并不符合當(dāng)今社會(huì)所倡導(dǎo)的節(jié)能減排理念，用清潔、可再生的風(fēng)能替代傳統(tǒng)電能，可有效緩解電能供需不平衡的矛盾，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。風(fēng)能是指空氣流動(dòng)過程中形成的動(dòng)能，與太陽能密切相關(guān)，現(xiàn)階段其儲(chǔ)量十分可觀，我國每年所開發(fā)風(fēng)能平均可達(dá)5.3×1013kW·h 左右[1]。該能源的優(yōu)點(diǎn)和不足均較為突出，優(yōu)點(diǎn)在于分布廣、清潔且儲(chǔ)量多，不足則表現(xiàn)為能量密度相對(duì)較低、穩(wěn)定性不理想，對(duì)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)專業(yè)能力的要求較嚴(yán)格。

本項(xiàng)目中，出于增強(qiáng)室內(nèi)空間清涼感、避免空調(diào)長時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致耗能量超出預(yù)期的考慮，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)建筑外窗朝向進(jìn)行調(diào)整，通過改善建筑通風(fēng)效果，充分利用自然風(fēng)，即使在溫度較高的春夏兩季，室內(nèi)仍能維持在較舒適的溫度，通過控制空調(diào)運(yùn)行時(shí)長及使用頻次，使建筑節(jié)能性得到凸顯。窗墻比X是指窗戶、外立面的面積比，計(jì)算公式如下：

式中，∑Ac指朝向相同的透明陽臺(tái)門、外窗洞口的面積之和，m2；∑Aw指朝向相同的外窗面積之和，m2。

北方地區(qū)對(duì)建筑的要求可以被概括為兩點(diǎn)：一是夏季透過窗戶進(jìn)入室內(nèi)的陽光較少，建筑制冷能耗可控；二是冬季能夠充分利用太陽熱量調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。外窗面積與建筑通風(fēng)、采光和能耗密切相關(guān)，其朝向同樣會(huì)給建筑能耗產(chǎn)生影響，窗墻比相同的情況下，南向窗戶在通風(fēng)、采光還有調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度等方面的表現(xiàn)通常優(yōu)于北向窗戶，這也是北方地區(qū)多數(shù)建筑的南向窗戶面積均明顯大于北向窗戶的原因。目前，國內(nèi)針對(duì)民用建筑、嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)建筑所制定節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范，均對(duì)建筑不同朝向外側(cè)的窗墻比提出了明確要求，具體見表1。

表1 不同規(guī)范對(duì)建筑窗墻比的要求（寒冷A 區(qū)）

結(jié)合表1 不難看出，在冬季溫度較低的北方地區(qū)，建筑南向窗墻比、整體窗墻比均有所增大。

3.2.2 地?zé)崮?/p>

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段，風(fēng)能、地?zé)崮芎吞柲艿刃履茉淳言诮ㄖI(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用，并取得了較為矚目的成績。其中，地?zé)崮艿奶攸c(diǎn)是由地下深層熱水處獲得所需熱能，經(jīng)由直接加熱、間接加熱等設(shè)備，為用戶提供熱水，從而達(dá)到供暖目的。作為典型的新能源，地?zé)崮艿膬?yōu)點(diǎn)在于無污染、儲(chǔ)量多、可再生，其用途以工業(yè)、發(fā)電和供暖為主，發(fā)熱所使用地?zé)崮芏酁闇囟瘸^150 ℃的地?zé)崮埽l(fā)電期間產(chǎn)生的熱水可直接使用，工業(yè)、供暖所使用地?zé)崮芤缘蜏亍⒅袦氐責(zé)崮転橹鳎渲校蜏氐責(zé)崮艿臏囟韧ǔＴ?5～90 ℃，中溫地?zé)崮軠囟鹊纳舷逓?50 ℃、下限為90 ℃[2]。在建筑內(nèi)部恰當(dāng)位置增設(shè)熱交換器，可實(shí)現(xiàn)用地?zé)崮芴娲禾康葌鹘y(tǒng)能源的設(shè)想，通過轉(zhuǎn)換地?zé)崮艿姆绞剑{(diào)整室內(nèi)溫度，將CO2排放量維持在較低水平。本項(xiàng)目同樣應(yīng)用地?zé)崮埽O(shè)計(jì)時(shí)考慮到建筑內(nèi)部采暖需求面積較大，施工人員未采用安裝普通空調(diào)的傳統(tǒng)做法，改用更先進(jìn)的地?zé)崮芸照{(diào)。事實(shí)證明，地?zé)崮芸照{(diào)在轉(zhuǎn)換熱能方面具有突出優(yōu)勢(shì)，可在保證采暖效果的前提下，通過控制電能消耗量的方式降低采暖成本，達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。綜上，對(duì)地?zé)豳Y源進(jìn)行科學(xué)利用，不僅可有效節(jié)約能源，還能在一定程度上緩解環(huán)境污染問題，應(yīng)大范圍推廣。

3.2.3 太陽能

1）分類

太陽能可細(xì)分為光熱、光伏兩類。光熱是指利用現(xiàn)有技術(shù)聚合太陽光，借助太陽光內(nèi)部能量發(fā)電或供暖，設(shè)計(jì)時(shí)酌情加入相應(yīng)裝置，如外墻粘貼可吸收并釋放太陽熱能的材料。光伏特點(diǎn)是僅需接受太陽光照射，即能持續(xù)產(chǎn)生直流電，該裝置的核心構(gòu)件為光伏電池，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的電池能為計(jì)算機(jī)、手表提供運(yùn)行所需電能，而由多個(gè)光伏板組成的光伏系統(tǒng)則能為監(jiān)控系統(tǒng)、建筑照明持續(xù)供能，如圖1 所示[3]。本項(xiàng)目中，施工團(tuán)隊(duì)為突出建筑節(jié)能，應(yīng)用了大量光伏能源，具體應(yīng)用原理如下：利用光電效應(yīng)將太陽能盡數(shù)轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)電能，在此基礎(chǔ)上借助專業(yè)設(shè)備獲得符合建筑要求的交流電。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在占地面積小，僅需固定在房頂，便能持續(xù)接收并轉(zhuǎn)化太陽能；潔凈、無污染且安全穩(wěn)定。

圖1 光伏系統(tǒng)

2）實(shí)際應(yīng)用

近年來，太陽能在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，作為典型的新能源，將太陽能用于建筑施工可降低建筑能耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。本項(xiàng)目中，太陽能的應(yīng)用方向如下：首先是轉(zhuǎn)化性熱。當(dāng)前，太陽能熱水器已經(jīng)得到社會(huì)認(rèn)可，在集熱器不間斷集熱的工況下，熱水器所提供熱水的溫度往往在40～50 ℃，只需視情況選擇與低溫?zé)崴笙喾墓┧O(shè)備，便能取得理想的供熱效果。正式施工前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，計(jì)劃在屋頂架設(shè)太陽能熱水器，為日常生活和室內(nèi)采暖提供便利。其次是轉(zhuǎn)化性冷。太陽能制冷可經(jīng)由以下兩種方式順利轉(zhuǎn)換成空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需冷源，其一是光熱轉(zhuǎn)換，即先將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，隨后在吸收制冷技術(shù)輔助下，達(dá)到制冷目的。其二是光電轉(zhuǎn)換，將太陽能轉(zhuǎn)換成優(yōu)質(zhì)電能，再利用壓縮制冷機(jī)完成制冷。其中，光熱轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，但造價(jià)僅為光電轉(zhuǎn)換的1/4～1/3，鑒于此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定使用光熱轉(zhuǎn)換的空調(diào)。利用太陽能進(jìn)行制冷的方式并不唯一，包括但不限于吸收制冷、壓縮制冷等，吸收制冷對(duì)采集溫度的要求相對(duì)寬松，通常在70～90 ℃，僅需借助平板集熱器（見圖2），便能滿足要求。此外，吸收制冷還具有步驟簡單、熱利用率高等特點(diǎn)，整體制冷效率可達(dá)0.6～0.7。此方式也存在不足，如占地面積大。壓縮制冷對(duì)集熱溫度所提出要求極為嚴(yán)格，通常需搭配聚焦集熱器與真空管加以使用，不符合本項(xiàng)目情況，故棄用。噴氣制冷在制冷效率、集熱溫度等方面均不占優(yōu)，實(shí)測(cè)制冷效率僅為0.2～0.3，故棄用。最后是太陽能房。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，制冷、采暖所消耗能源在日常能耗中的占比較大，夏季或冬季能耗量還將進(jìn)一步增加，在此背景下，借助太陽能制冷并采暖的太陽能房應(yīng)運(yùn)而生。目前，被動(dòng)太陽能房已得到大力推廣，該類型太陽能房的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，無須設(shè)置其他動(dòng)力設(shè)備，如果條件允許，施工人員還可以選擇在地面下方安裝多個(gè)鼓輪，以太陽光的攝入角度為依據(jù)，對(duì)太陽能房進(jìn)行移動(dòng)或調(diào)整，以確保室內(nèi)溫度始終維持在相對(duì)理想的水平[4]。

圖2 平板集熱器

4 結(jié)語

綜上，在科技飛速發(fā)展背景下，我國建筑領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量均已達(dá)到世界一流水平，但仍存在能源耗費(fèi)較高的問題，導(dǎo)致建筑社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益無法達(dá)到預(yù)期。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)發(fā)達(dá)國家均放棄傳統(tǒng)施工方式，改用更加清潔的風(fēng)能、太陽能等新能源，在節(jié)約能源的同時(shí)，能使建筑施工、日常運(yùn)行對(duì)環(huán)境所產(chǎn)生的影響降至最低。由此可見，將新能源用于建筑施工是大勢(shì)所趨，既能使能源消耗結(jié)構(gòu)得到改善，又可使成本消耗得到控制，在提高建筑經(jīng)濟(jì)價(jià)值的前提下，為行業(yè)乃至社會(huì)的發(fā)展提供有力支撐。