陳 龍

江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司

1 引言

近年來(lái)環(huán)境形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻，能源消耗也越來(lái)越多，人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)的意識(shí)不斷提高，在建筑行業(yè)中引入環(huán)保的概念，使用可再生的能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，減少對(duì)環(huán)境的污染和壓力，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)新型可再生能源在建筑中利用的研究，提高能源的利用率，維持生態(tài)平衡，促進(jìn)建筑行業(yè)的快速發(fā)展。

2 綠色建筑與可再生能源

2.1 綠色建筑

綠色建筑是指在全壽命周期內(nèi)能夠做到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為居住者提供健康、適用、高效地空間，達(dá)到人與自然的和諧統(tǒng)一的高質(zhì)量建筑。綠色建筑應(yīng)充分地利用太陽(yáng)能等可再生的能源，使用節(jié)能型的建筑結(jié)構(gòu)，合理地配備資源的使用，根據(jù)實(shí)地的環(huán)境和自然通風(fēng)等原理來(lái)減少能源的消耗，同時(shí)，提高能源的利用率。綠色建筑強(qiáng)調(diào)與環(huán)境相融合，保持自然生態(tài)環(huán)境的和諧與平衡，減少對(duì)環(huán)境的影響和污染，隨著全球生態(tài)環(huán)境的變化趨勢(shì)，綠色建筑將會(huì)成為建筑行業(yè)的發(fā)展的趨勢(shì)。

2.2 綠色建筑的能源利用

在全球氣溫變暖和能源危機(jī)的影響下，人們對(duì)于節(jié)能環(huán)保加大了重視程度，在建筑行業(yè)的上表現(xiàn)出了兩個(gè)方面，一是，使用環(huán)境友好的建筑材料，減少對(duì)環(huán)境的污染；二是，節(jié)約能源和使用可再生能源，減少能源危機(jī)的影響。在對(duì)建筑能源相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討時(shí)，將可再生能源技術(shù)加入建筑結(jié)構(gòu)中，不僅能夠減少環(huán)境對(duì)不可再生資源的消耗，減輕環(huán)境資源的壓力，還能夠降低環(huán)境污染，為人們提供與自然環(huán)境相和諧的居住環(huán)境[1]。

綠色建筑中能源的利用策略的目的是在對(duì)環(huán)境無(wú)污染和不良影響的前提下，減少對(duì)不可再生能源的消耗量的同時(shí)，提高可再生能源的利用率。一方面，減少建筑中由于供暖或制冷等設(shè)備對(duì)能源的能耗，另一方面，在房屋的設(shè)計(jì)中加入可再生能源的利用技術(shù)，減少對(duì)不可再生能源的浪費(fèi)。

例如：在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)中，經(jīng)常是根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩碜匀画h(huán)境等因素，將多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，提高能源的利用率，滿足建筑的需要。首先，在設(shè)計(jì)建造綠色建筑時(shí)，可以將其中的將整體建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使用質(zhì)量較為優(yōu)秀、壽命較長(zhǎng)的環(huán)保材料，如全裝配式鋼結(jié)構(gòu)等，在實(shí)際施工時(shí)，使用對(duì)環(huán)境友好的材料，減少使用混凝土或?qū)Νh(huán)境有污染的建筑材料。其次，在建造前對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，同時(shí)，計(jì)算能夠滿足建筑溫度調(diào)節(jié)所需的地下蓄熱裝置的具體配置，建筑的周圍可以使用保溫能力較強(qiáng)的材料，減少由外界環(huán)境的而影響而增加的能耗。最后，可以在建筑的頂部安裝太陽(yáng)能電池板等發(fā)電設(shè)備，為室內(nèi)提供足夠的電能，滿足照明和電氣的需求。通過(guò)將不同的能源利用技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，能夠使建筑實(shí)現(xiàn)完全的自給自足，同時(shí)對(duì)環(huán)境零污染，帶到為湖生態(tài)平衡的目的。

3 可再生能源建筑技術(shù)

3.1 太陽(yáng)能技術(shù)

太陽(yáng)能作為一種自然能源，其儲(chǔ)量豐富并且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是國(guó)際上公認(rèn)的未來(lái)最具競(jìng)爭(zhēng)性的能源之一。在對(duì)太陽(yáng)能利用上，大致分為兩種，一種是太陽(yáng)能光熱技術(shù)，另一種是太陽(yáng)能光伏技術(shù)。

太陽(yáng)能光熱是指利用太陽(yáng)能輻射的熱能，將其與建筑設(shè)計(jì)一體化，節(jié)省建筑整體能耗。太陽(yáng)能光熱的利用包括：太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)房、太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能光照系統(tǒng)、太陽(yáng)能熱發(fā)電、太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)、太陽(yáng)能制冷技術(shù)等。

（1）太陽(yáng)能熱水器是將集熱器表面添加涂層，集熱器中的熱導(dǎo)管采用高導(dǎo)熱效率的銅管，在運(yùn)行時(shí)，集熱器能夠吸收太陽(yáng)能，并將其轉(zhuǎn)化為熱能，將其中的冷水加熱，供人們的生活。太陽(yáng)能集熱器能夠通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能，自動(dòng)化地將水加熱，具有節(jié)能環(huán)保等功能。

（2）太陽(yáng)能熱泵技術(shù)是一種新型空調(diào)供熱制冷技術(shù)，通過(guò)少量的電能來(lái)驅(qū)動(dòng)能源，使其能夠從低溫?zé)嵩刺幬〉推肺粺崮?，將其傳給高品位的熱源，達(dá)到熱泵的目的，從而將室內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠有效地節(jié)約高品位能源。

（3）太陽(yáng)能制冷技術(shù)是通過(guò)熱能的驅(qū)動(dòng)來(lái)進(jìn)行吸收式制冷，或?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再利用電能進(jìn)行驅(qū)動(dòng)制冷的原理來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)[2]。

太陽(yáng)能光伏技術(shù)是指利用光伏半導(dǎo)體材料的光生伏打效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電的技術(shù)，用來(lái)轉(zhuǎn)換能量發(fā)電的核心材料時(shí)使用半導(dǎo)體制作的太陽(yáng)能電池板，目前，光伏的應(yīng)用較多，發(fā)展也較為迅速。在建筑中可以引入給光電一體系統(tǒng)來(lái)增加自然資源的利用，同時(shí)提高其利用效率。在建筑設(shè)計(jì)施工時(shí)，可以將其布置到建筑的屋頂上或建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中。光電一體系統(tǒng)能夠在電量生產(chǎn)后近距離傳輸使用，減少了電力安傳輸?shù)南暮蛡鬏斮M(fèi)用，同時(shí)，將其作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠減少占用空間，還能節(jié)省維護(hù)材料和供電設(shè)施的制成結(jié)構(gòu)材料的費(fèi)用。不僅減少了對(duì)不可再生能源的消耗，還提高了太陽(yáng)能的利用率，有利于保護(hù)環(huán)境，維持生態(tài)平衡（見(jiàn)圖1）。

圖1 太陽(yáng)能光伏技術(shù)

3.2 淺層地?zé)崮芗夹g(shù)

淺層地?zé)峒夹g(shù)又稱地溫能，是指在25℃以下，蘊(yùn)藏在淺層地表的土壤、巖石、水源中的清潔的可再生能源，將這種地?zé)崮茉从糜诮ㄖ照{(diào)領(lǐng)域被稱為地溫技術(shù)。在對(duì)淺層熱能進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，需要對(duì)地下水、地表水、巖石等開(kāi)發(fā)利用，應(yīng)注意對(duì)環(huán)境的保護(hù)，無(wú)害化利用、可持續(xù)化、循環(huán)利用等原則進(jìn)行利用。在建筑中引入淺層地?zé)崮芗夹g(shù)能夠幫助室內(nèi)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，為居住者提供舒適的環(huán)境。

在使用淺層地?zé)崮軐?duì)建筑室內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，使用地?zé)岜眠\(yùn)行原理，將位于地表中的低品位熱能提取出來(lái)后進(jìn)行制冷或供熱。使用位于室外的換熱系統(tǒng)等對(duì)室內(nèi)的冷熱進(jìn)行循環(huán)，保障室內(nèi)的溫度適宜人類生活。在夏季室內(nèi)制冷時(shí)，換熱器中的水能夠?qū)⒔ㄖ镏械臒崃课?，傳輸?shù)降叵碌膿Q熱器中將熱量輸入到地表淺層的土壤或水層中，使室內(nèi)溫度降低；在冬季室內(nèi)供暖時(shí)，使用于循環(huán)供暖的水通過(guò)換熱器吸收地表淺層中的熱量，通過(guò)水循環(huán)為室內(nèi)提供適宜的溫度。

通過(guò)地表淺層熱能技術(shù)能夠使地下的熱能得到充分地利用，能夠有效地減少對(duì)能源的消耗，達(dá)到節(jié)能的目的[3]。但是該技術(shù)對(duì)環(huán)境的要求較高，在設(shè)計(jì)前需要對(duì)周圍環(huán)境中的地表淺層的土壤、巖石和地下水等進(jìn)行細(xì)致的探測(cè)，同時(shí)要調(diào)查水體的穩(wěn)定情況，前期的投入較大，影響其經(jīng)濟(jì)成本，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究，加快開(kāi)發(fā)地表淺層熱能，減少對(duì)不可再生能源的消耗（見(jiàn)圖2）。

圖2 地源熱泵技術(shù)

例如：某小區(qū)中使用地?zé)崴苯硬膳ㄟ^(guò)地源熱泵系統(tǒng)將循環(huán)工作介質(zhì)填入埋在土壤或水中的、導(dǎo)熱性較好地管材中，合理地利用地表的熱量進(jìn)行制冷或供暖，這種方式供應(yīng)較為穩(wěn)定，并且效率較高，能夠直接為小區(qū)用戶提供需要的室內(nèi)溫度，減少能源的利用的同時(shí)提高利用率。

4 可再生能源的利用

可再生能源在建筑中的利用主要根據(jù)建筑物用途不同進(jìn)行分類，包括：①居民住宅建筑，居民對(duì)于供水問(wèn)題更加重視，建筑中的熱水供應(yīng)系統(tǒng)中可以加入地源熱泵系統(tǒng)，或者太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)，為居民提供其日常所需的熱水。

辦公建筑，在辦公建筑中應(yīng)用最多的是空調(diào)系統(tǒng)，為工作人員提供給較為舒適的工作環(huán)境，因此，空調(diào)制冷和供暖的能耗較大。在設(shè)計(jì)辦公建筑時(shí)可以將地源熱泵系統(tǒng)導(dǎo)入建筑設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)該技術(shù)系統(tǒng)所需的占地面積與實(shí)際建筑等決定因素進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，能夠?yàn)檎w建筑提供制冷和供暖，滿足室內(nèi)需求。如：江蘇地區(qū)的地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用方式是通過(guò)在地源熱泵系統(tǒng)中設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，如超過(guò)或達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值則會(huì)開(kāi)始啟動(dòng)熱泵機(jī)組或冷水機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)。

商場(chǎng)建筑，商場(chǎng)中對(duì)電能的消耗較大，同時(shí)在電能工作中會(huì)散發(fā)大量的熱，需要使用空調(diào)系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證室內(nèi)環(huán)境適宜。因此，可以使用太陽(yáng)能光伏技術(shù)來(lái)為商場(chǎng)提供電能。在商場(chǎng)屋頂和四面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中安裝太陽(yáng)能電池板等設(shè)施，不僅能夠?yàn)樯虉?chǎng)提供大量的電能，減少傳輸?shù)睦速M(fèi)，提高能源利用率，還能夠?qū)⑻?yáng)能光伏設(shè)備設(shè)置為建筑的圍墻，為建筑提供支撐和美觀的作用。

旅館建筑，此類建筑對(duì)于熱水的需求量非常大，需要室內(nèi)隨時(shí)能夠供應(yīng)熱水，在使用可再生資源時(shí)，應(yīng)使用太陽(yáng)能光伏和光熱的應(yīng)用技術(shù)對(duì)水進(jìn)行加熱。由于旅館的選址一般在較為繁華的地區(qū)，同時(shí)占地面積較小，不適合使用地源熱泵技術(shù)，在夏季時(shí)可以利用太陽(yáng)能熱水器來(lái)提供熱水，在冬季時(shí)可以使用太陽(yáng)能光伏技術(shù)，提供電能來(lái)為旅館加熱供應(yīng)水。

5 結(jié)論

綜上所述，將可再生能源技術(shù)應(yīng)用在綠色建筑中的最終目的是減少對(duì)不可再生能源的消耗，維持生態(tài)的平衡，提高能源的利用率。在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的環(huán)境和建筑的類型來(lái)制定合理地可再生能源技術(shù)的應(yīng)用方式，使建筑室內(nèi)環(huán)境更加符合人們的需求，促進(jìn)建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。