綠色建筑能源的循環(huán)利用

董菲菲，衛(wèi)寬寬

（1黃河科技學院；2河南新旗地理信息技術有限公司，河南 鄭州 450063）

過去，由于缺乏法律法規(guī)及制度約束，中國建筑建造缺乏節(jié)能環(huán)保意識，普遍存在能耗多、能源利用效率低等弊端。2022年，住房和城鄉(xiāng)建設部、國家發(fā)展改革委印發(fā)的《城鄉(xiāng)建設領域碳達峰實施方案》明確提出，到2025 年城鎮(zhèn)新建建筑全面執(zhí)行綠色建筑標準，星級綠色建筑占比要達到30%以上，新建政府投資公益性公共建筑全部達到一星級以上。由此可見，綠色建筑是應對能源危機的重要決策，對于打造綠色、可持續(xù)發(fā)展的社會具有重要意義。

1 綠色建筑及設計原則

綠色建筑是指在整個建筑生命周期內，通過節(jié)能、循環(huán)、綠色等手段降低建筑能耗，打造舒適、健康生活空間的一種節(jié)能減排建筑類型。“雙碳”戰(zhàn)略目標背景下，綠色建筑受到廣泛推廣，對于實現(xiàn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提高環(huán)保、節(jié)能等產業(yè)同步發(fā)展具有重要意義[1]。此外，綠色建筑在保障人居生活環(huán)境舒適性的基礎上，以最小的能耗提高了居民生活質量。因此，建筑設計需具備以下特點。首先，在建筑選址階段，設計人員需要綜合考量建筑周邊環(huán)境、氣候、地理、地質等多重因素，盡可能使用可再生資源或可循環(huán)材料，以減少對原有生態(tài)的干擾，提高建筑的綠色性能；其次，在室內采光、通風、供暖、供冷等設計中，設計人員既可以使用光伏發(fā)電系統(tǒng)、隔熱材料、節(jié)能產品等主動降低建筑的能耗，又可以借助自然采光、通風、植被等被動達到減排效果；最后，為保障綠色建筑的可持續(xù)性，設計人員需綜合考慮建設及維護成本，不斷優(yōu)化設計方案，以達到最佳節(jié)能減排效果。

2 綠色建筑能源循環(huán)利用優(yōu)化設計

建筑用能關系著社會穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展，是涉及民生的關鍵性問題。為加快綠色建筑可持續(xù)發(fā)展，降低能源浪費，相關部門要綜合規(guī)劃能源戰(zhàn)略部署，積極開發(fā)綠色、可再生資源，同步做好原有建筑的綠色化改造工作，并穩(wěn)定提升現(xiàn)有建筑的綠色建設標準，鼓勵大眾利用可再生資源，共同構建低碳、低能耗生活家園。

2.1 可再生能源優(yōu)化設計

可再生能源具備循環(huán)再生特點，開發(fā)利用過程幾乎不破壞生態(tài)環(huán)境。將其應用于建筑，有助于實現(xiàn)高效節(jié)能、綠色環(huán)保愿景。常見的可再生能源包括太陽能、風能、水能、潮汐能、地熱能等，考慮到能源運輸成本和地域差異性，本文以太陽能為例展開具體論述。

2.1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能直接轉換為電能，為居民提供充足可靠的電能支持。此發(fā)電系統(tǒng)運行噪聲小，產生的污染較少，在綠色建筑能源循環(huán)利用中具有較好的發(fā)展前景。考慮到不同經(jīng)濟基礎，可在建筑的屋頂或玻璃幕墻集中布設光伏發(fā)電裝置，由于建筑初期涉及較高的資金投入，政府部門應給予一定的財政支持，以保障一定規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)建設。王志剛等[2]以北京某建筑光伏發(fā)電改造項目為例，應用銅銦鎵硒薄膜光伏電池和單晶硅光伏發(fā)電兩種技術替代傳統(tǒng)能源。研究發(fā)現(xiàn)，前者年發(fā)電量可替換標準煤26.75 t，后者可替換40.45 t；全年污染物減排量也得到極大提升，其中，光伏發(fā)電二氧化碳（CO2）全年減排量可達到165 984.0 kg，二氧化硫（SO2）全年減排量達到1344.0 kg，粉塵全年減排量達到6720.0 kg，表明光伏發(fā)電技術在傳統(tǒng)能源替代、節(jié)能減排方面效果顯著。對于客流量較大的商場或公共建筑而言，電器總功率普遍較高，致使空調及供暖設備負荷較大，在可再生能源選擇時會優(yōu)先地源熱泵系統(tǒng)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，但由于地源熱泵系統(tǒng)容易出現(xiàn)供熱不平衡問題，需在設計時關注地熱平衡和控制問題，而這類建筑較大的頂部面積為太陽能光伏設備架設提供了便利，能創(chuàng)造充足的電能供生產生活所需。

2.1.2 太陽能供熱采暖系統(tǒng)

太陽能供熱系統(tǒng)將太陽輻射能直接轉換為熱能供建筑內部使用，根據(jù)利用方式不同可分為被動與主動兩種。其中，被動供熱系統(tǒng)又稱“自然采暖”，是結合綠色建筑結構特征，通過合理布局與朝向，在指定位置安裝太陽能裝置，將分散的太陽能集中收集，以供居民采暖使用；主動供熱系統(tǒng)則較為復雜，包含集熱系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)將太陽能熱量有效回收為居民供暖，在穩(wěn)定建筑內部溫度的同時，減少對傳統(tǒng)化石燃料的消耗。北京市太陽能研究所在西藏地區(qū)普魯崗日賓館建設了一套太陽能供熱采暖系統(tǒng)，采暖期此系統(tǒng)主要用于房間采暖與淋浴，非采暖期則提供生產生活用熱水，實現(xiàn)了全年供熱采暖的循環(huán)利用[3]。

建筑居民對熱水有較大的需求，部分居民以太陽能為供熱能源，加之上海、江蘇、安徽、浙江等地強制要求低層居民建筑安裝太陽能熱水系統(tǒng)，一定程度上擴大了太陽能熱水系統(tǒng)的應用范圍。對于高層建筑而言，設計人員通常將太陽能熱水系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)聯(lián)合使用，同時考慮到建筑整體負荷適當融合輔助冷卻塔等裝置，最終在機房運行操作下達到熱平衡。此外，為達到綠色建筑循環(huán)能源目的，設計人員在制定方案時要提前針對能源循環(huán)利用中可能存在的潛在問題制定預防措施，保障綠色建筑項目的有序開展。

2.2 給排水優(yōu)化設計

綠色建筑給排水系統(tǒng)的合理設計，是減少水資源浪費、減輕污水排放的有效措施。建筑設計人員考慮到水資源的循環(huán)利用及污染處理問題，并積極采取節(jié)水節(jié)能手段提高水資源利用效率[4]。其一，針對建筑管道、閥門等設備引發(fā)水資源浪費問題，可根據(jù)實際情況加以解決。其中，對于管道材質引發(fā)的水資源污染問題，可選擇耐腐蝕的復合材料管道，這種材料結實耐用，減少了維修更換頻率；對于高層水壓造成的噪聲問題，可采用螺旋消聲管減少噪聲；對于閥門密封性問題引發(fā)的漏水，可選擇高質量的閥門提高穩(wěn)定性。其二，合理規(guī)劃建筑內熱水循環(huán)管路，通過智能控制系統(tǒng)調節(jié)循環(huán)泵運作，有效回收管道滯留熱水，減少熱水消耗，提高資源利用效率；使用熱水儲能設備在低谷期儲存熱能供高峰期使用，進一步提高能源利用效率。其三，在選配節(jié)水型器具時，優(yōu)先考慮防漏性能，并通過調整沖水方式或沖水量減少水資源消耗。其四，對于高層建筑而言，可采用儲水池或變頻加壓裝置節(jié)能，儲水池通過儲存多余水資源的方式應對高峰用水或緊急情況，變頻加壓則根據(jù)實際情況調整水泵運行，保障正常供水的同時減少水資源浪費和能源消耗。其五，通過對廢水進行處理，去除其中的有害物質，獲得水質安全的再生水，將其用于雨水利用、冷卻水、沖洗、植物灌溉等領域，不僅降低了人們對傳統(tǒng)水資源的過度依賴，而且提高了水資源利用效率，降低了用水成本。

2.3 相變材料的合理選擇

綠色建筑中因地制宜，合理選擇低排放、高性能、耐久性建筑材料，將成為踐行綠色發(fā)展理念的必然趨勢。相變材料是一種可循環(huán)的控溫材料，可智能調節(jié)建筑內部溫度，被認為是降低建筑能耗的有效途徑。建筑中使用的相變材料通常是固態(tài)與液態(tài)相互轉換，以達到儲存與釋放熱能的目的。當外界溫度升高時，相變材料會隨時間變化出現(xiàn)溫度平臺，此時材料自身溫度并未改變，而是通過固—液相態(tài)將能量儲存起來，且在相態(tài)全部轉變完成后，溫度才隨外界溫度而升高；但外界溫度降低時，相變材料會以液—固相態(tài)將儲存熱量釋放，以降低溫度波動的形式提高建筑熱舒適性[5]。相變材料在綠色建筑中的應用主要包括兩種：一種是將其與建筑材料混合制成地板、墻體、屋頂?shù)冉ㄖY構，利用太陽能或外界溫度實現(xiàn)能量存儲；另一種是將相變材料與太陽能采暖、空調制冷、地暖等設備組合，通過換熱介質主動調節(jié)熱量[6]。屋頂作為建筑的主要散熱途徑之一，依賴低導熱系數(shù)、保溫性能良好、不易老化的隔熱材料來降低室內熱量流失。以相變材料作為屋頂隔熱層，可通過降低室內溫度變化的方式減少空調能耗。相變材料墻體能吸收并釋放熱量，降低室內溫度波動，進而減少空調或暖氣的使用量，起到節(jié)能減排的效果；玻璃暖房本身以圍護結構起到保溫、調溫作用，在玻璃上噴灑一層相變材料，能起到調節(jié)玻璃房內部溫度的作用，使室內溫度保持相對穩(wěn)定；在太陽能光伏發(fā)電板或集熱器中加入納米相變材料，能將太陽能吸收并儲存，進一步提升能源運行效率[7]。

3 結 語

中國是能源消耗大國，建筑領域的化學能源消耗位居世界前列。隨著低碳環(huán)保、綠色發(fā)展理念的普及，人們對綠色建筑的需求逐漸增加，利用其高利用效率、循環(huán)、可再生能源的特點可有效改善原有建筑弊端。在具體設計或實施階段，需要根據(jù)建筑類型及其周邊環(huán)境特征展開分析，選擇合適的循環(huán)技術或策略，以達到減少能耗、實現(xiàn)能源高效循環(huán)利用的目的。