閻川

(甘肅省建筑設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030)

城市化的建設及發(fā)展需要建筑工程項目的施工，但建筑工程的施工涉及環(huán)境污染以及能源消耗等問題，不符合我國節(jié)能降耗以及生態(tài)環(huán)境保護要求。為此，建筑行業(yè)需要向綠色、節(jié)能以及環(huán)保的方向轉型，以此才能實現可持續(xù)發(fā)展目標。隨著我國“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略目標的推行，建筑工程施工中需要注重節(jié)能設計，即需要使用新能源逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，以此降低能源消耗，減少施工污染。因建筑節(jié)能設計較為專業(yè)，所以建筑企業(yè)需要委托精通節(jié)能設計要求及標準，掌握各類新能源設計的單位進行設計。

1 建筑節(jié)能設計意義

建筑節(jié)能設計是節(jié)能建筑發(fā)展的有效措施，主要是指依據區(qū)域氣候對建筑工程的規(guī)劃分區(qū)、建筑朝向、風向、群體與單體數量、樓間距、外部空間環(huán)境以及太陽輻射等進行節(jié)能化設計，以便于提高建筑工程施工以及后期竣工使用的節(jié)能性以及環(huán)保性等。具體的節(jié)能設計指標有多個，例如建筑規(guī)劃及平面布局需要注重自然通風，建筑區(qū)域綠化面積應≥35%；建筑室內空間需要保證大寒日連續(xù)自然光照時間>2h(或3h)，具體的建筑施工需要使用節(jié)能、環(huán)保型材料，需要注重能源資源消耗的有效控制，盡可能提高建筑節(jié)能設計力度，提升資源利用率，進而有助于促進節(jié)能建筑的發(fā)展?，F如今，建筑節(jié)能設計是時代發(fā)展趨勢，其可以使得建筑工程施工擺脫傳統(tǒng)高能耗、高污染的施工模式，有助于提高建筑工程施工的節(jié)能性以及環(huán)保性等，同時還可以促進綠色建筑的發(fā)展[1]。與此同時，建筑節(jié)能設計可以盡可能減少建筑垃圾以及污染物的產生，即除了施工中需要使用各類新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源之外，其他建筑材料均是環(huán)保型材料，不僅可以回收再利用，且環(huán)境污染性較低。

2 建筑節(jié)能設計中新能源應用分析

2.1 風能應用

風能屬于新能源之一，其在自然界中的分布較為廣泛，但是其在建筑節(jié)能設計中的應用具有一定限制，該能源的應用方式需要依托于太陽光，即在太陽的照射下，受溫度的影響，加之空氣中水的含量，致使不同區(qū)域之間的氣壓存在明顯差異，進而可能會產生風。現如今，隨著建筑施工技術的不斷發(fā)展，國內部分地區(qū)建筑節(jié)能設計當中會使用風能，即利用現代化技術推動風車設備運行，進而風能會轉化成電能，以此為建筑工程的施工提供電力支持。除此之外，除了建筑門窗的設計體現了風能的利用之外，借助通風口的預留，可以保持建筑室內外自然通風，同時還可以減少空調設備的使用，進而可以實現節(jié)能降耗的施工目標[2]。

2.2 光伏應用

2.2.1 光伏新能源概述

光伏新能源發(fā)電中的新能源主要是指太陽能，即利用相關設備將太陽能轉化成為電能，隨后在利用逆變器將直流電轉變成為交流電，最后需要使用控制器對電流的輸出進行控制。具體而言，白天建筑企業(yè)可以利用特殊裝置收集太陽能，隨后利用光電效應將太陽能儲蓄電池充滿，等到黑夜降臨，光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器會將太陽能轉變成為電能，以此為建筑各方面用電提供電力支持，此種電能轉換方式不僅可以減少傳統(tǒng)能源資源的消耗，實現節(jié)能降耗發(fā)展目標，還可以提高新能源利用率，降低生態(tài)環(huán)境污染，減少企業(yè)用電成本。與此同時，光伏發(fā)電系統(tǒng)在新能源應用方面的利用率較高，可以防止出現能源浪費現象，且電網電能的調配效率更高，電力供應更加穩(wěn)定以及安全等。此外，與發(fā)電廠相比，光伏新能源的占地面積較小，常被安裝在建筑屋頂，不僅可以為建筑工程的施工節(jié)省地面空間，還可以提高建筑樓體自身利用率[3]。如若建筑工程的節(jié)能設計無特殊性要求，幾座光伏發(fā)電站的設置便可以滿足建筑各方面的用電需求，不僅施工建設成本相對偏低，且電力供應更加方便與靈活。

2.2.2 建筑應用的分析

光伏新能源是建筑節(jié)能設計的重要內容，其在建筑電氣節(jié)能中的應用主要體現在兩方面，一方面是新型空調，借助光伏新能源可以實現對建筑室內空間溫度的調整，光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲蓄的部分太陽能在轉化成為電能之后會被用于建筑室內空間的供暖以及制冷等方面。供暖過程中使用的新能源是可再生太陽能，其不僅可以減少CO2排放量，還可以降低生態(tài)環(huán)境污染，屬于是節(jié)能、環(huán)保型設計。與此同時，光伏電池儲蓄太陽能時所產生的噪音污染較小，相關系統(tǒng)運行期間不會對建筑室內外人員的工作及生活產生不良影響。此外，當太陽能照射光伏電池相關設備時，部分電能可以用于制冷，太陽光照越強烈，電能的轉化量越充足，從而制冷效果越好[4]。另一方面是除濕處理。在建筑室內空間中，長時間供暖或制冷等都會影響室內空氣循環(huán)，光伏新能源的應用可以將室內空間調制人體最佳舒適狀態(tài)，即借助循環(huán)系統(tǒng)通過蒸發(fā)或冷卻等方式處理室內濕熱空氣，不僅可以達到除濕效果，還可以節(jié)省部分能源消耗，降低環(huán)境污染，改善建筑室內空氣質量。

2.2.3 建筑節(jié)能的體現

在建筑節(jié)能設計中，光伏新能源的應用主要體現在兩方面，一方面是光伏系統(tǒng)與建筑結合，另一方面是光伏系統(tǒng)與建筑集成。前者，主要是指光伏新能源系統(tǒng)與建筑體的結合，將該系統(tǒng)安裝在建筑體外側，其可以通過接收陽光而將太陽能轉化為電能，以此為建筑樓體提供電力支持。而由太陽能轉化的電能可用于建筑各方面，針對于剩余電能，光伏新能源系統(tǒng)還可以進行存儲，以防止因突發(fā)電力事故發(fā)生而導致停電事件。此種結合方式可以減少供電成本，且光伏系統(tǒng)拆卸維修較為簡便，系統(tǒng)運行對于環(huán)境的污染較小[5]。當前，該系統(tǒng)已被普遍應用于建筑節(jié)能設計當中。后者，該系統(tǒng)與建筑的集成主要是指將光伏系統(tǒng)應用于建筑結構當中。與外裝光電系統(tǒng)的集成形式不同，此種集成方式主要是將部分組件組裝至建筑樓體結構當中，而將吸收太陽能的裝置安裝在建筑體外部，當此類裝置吸收太陽能之后，建筑結構中的各組件會發(fā)揮儲蓄以及電能轉換的作用，其不僅可以為建筑各用電提供穩(wěn)定且持續(xù)的電力供應，還可以減少電能損耗，提高電能利用率。

2.2.4 光伏應用注意事項

光伏新能源裝置的安裝施工較為專業(yè)，正式安裝之前安裝人員需要進行科學規(guī)劃與設計，同時還需要對安裝施工現場進行勘察，該裝置的安裝需要較大場地，以便于太陽能的充分吸收與利用。與此同時，因一天之內太陽的照射角度會不斷變化，所以安裝人員在太陽能板安裝角度的選擇方面，應盡可能確保太陽照射最大值，且還需要確保在太陽照射過程中不會有其他物體進行遮擋。除此之外，光伏新能源裝置的安裝需要注重安全性，如果是在長時間的太陽能照射情況下，該裝置的能量聚集會逐漸增大，其可能會引發(fā)火災[6]。為此，安裝人員需要做好防火災保護措施，同時還需要選擇高質量且耐高溫的太陽能板，并定期對該裝置進行養(yǎng)護與維修，確保太陽能板正常工作。

2.3 地熱能應用

地熱能屬于新能源之一，其在建筑工程施工中的應用是建筑節(jié)能設計的重要表現，利用地熱資源可以解決人民日常生活及生產的用電需求。在人民的日常生活中，熱水屬于必備資源，地熱能的使用可以提高資源利用率，降低能源消耗以及減少環(huán)境污染等。當前，在熱水量以及電力需求量較大區(qū)域，地熱能的應用較為普遍，其應用不僅可以保證電力及熱水供應穩(wěn)定，還可以減少CO2排放量，促進節(jié)能建筑發(fā)展。一方面，地熱供暖方面。利用熱交換器可以將地熱能進行轉變，以此可以為建筑供暖以及熱水使用等提供能源支持。地熱能的熱源主要來自于地下深層熱水，借助加熱系統(tǒng)可以將地熱能間接或直接的輸送至各建筑用戶，傳統(tǒng)低溫地熱系統(tǒng)是由諸多設備、系統(tǒng)組合而成，其中鍋爐屬于主要設備，具有一定的競爭優(yōu)勢。另一方面，地熱空調方面。部分建筑企業(yè)會在節(jié)能設計方面設置無污染地熱能空調，其每天可以滿足用戶至少0.1t的熱水需求量，同時還可以對游泳池水進行加熱，使得游泳池水可以在24h之內始終保持溫暖[7]。此外，地熱空調在運行的過程中不會向空氣中排放任何有毒氣體，屬于綠色環(huán)保裝置。

3 建筑節(jié)能設計中新能源應用案例

3.1 工程概況

此次研究的案例是某縣糧食平房倉、倉庫及辦公樓屋面設置太陽能光伏系統(tǒng)的設計項目，該工程項目位于某縣新建庫區(qū)，預計安裝容量為8.86萬kW·h。該建筑工程項目在設計初期便十分注重節(jié)能環(huán)保理念的融合，其節(jié)能設計主要體現在屋面，即設計人員在建筑屋面之上安裝了太陽能光伏列陣，隨后又將逆變器以及控制器的引出端連接于公共電網，此種設計方式可以減少蓄電池的安裝，不僅可以節(jié)約設備資源的使用，還可以滿足建筑工程施工的電力供應需求。與此同時，電網與光伏方陣的并聯設計，可以利用光伏發(fā)電系統(tǒng)轉化電能，以此既能夠滿足建筑內部生產用電需求，又可以為建筑區(qū)域公共照明設施提供電力支持[8]。如果該過程中產生多余電能，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計可以將多余電能直接饋至電網，有助于防止能源、資源浪費。

3.2 部件設計

3.2.1 太陽能電池陣列

首先，光伏組件選型。該建筑工程所選用的是多晶硅光伏組件，不同于單晶硅光伏組件，其運行效率偏低，但運行成本相對偏低，且組件運行時功率的衰減率<15%，使用壽命較長。此次建筑工程項目使用的峰值功率為165Wp，峰值電流為7A，峰值電壓為24V。其次，并網光伏系統(tǒng)效率計算。該系統(tǒng)的總效率主要是由交流并網(η2)、逆變器(η1)以及光伏陣列(η3)組合而成，總功率計算公式為η1×η2×η3。與此同時，光伏陣列表面太陽能輻射量計算，計算公式為RD=[sin(α+β)/sinα]×S+D，其中RD表示傾斜光伏陣列面太陽能總輻射量、α表示太陽高度角、β表示光伏正面傾斜角、S表示水平面上太陽直接輻射量、D散射輻射量[9]。

3.2.2 其他裝置的選擇

該建筑節(jié)能設計中除了需要安裝太陽能電池陣列之外，還需要設計安裝其他相關裝置。例如，逆變器(圖1)是該建筑工程節(jié)能設計新能源應用的重要裝置，其質量與系統(tǒng)運行的安全性以及穩(wěn)定性等關系密切。在1MWp光伏并網發(fā)電單元當中，逆變器有4臺并網連接，功率均為250kW，而在并網發(fā)電逆變系統(tǒng)當中，逆變器共有12臺，功率均為250kW。

圖1 逆變器

監(jiān)控系統(tǒng)，其安裝作用主要是對系統(tǒng)運行情況的了解，在該建筑工程監(jiān)控系統(tǒng)設計工作中，并網變電器最多可連接50臺，且該系統(tǒng)能夠對50臺變電器的日發(fā)電量以及累計發(fā)電量等進行監(jiān)控，進而助力工作人員了解各項數據信息[10]。環(huán)境監(jiān)測裝置，該裝置的安裝目的主要是對風速、風向以及日照強度等進行實時監(jiān)測。系統(tǒng)防雷接地裝置，該裝置是建筑工程設計施工中的重要內容，其可以防止建筑遭受雷擊，也可以對光伏并網發(fā)電系統(tǒng)進行有效保護，有助于確保光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。

4 結語

隨著人民生活水平的逐步提高，人民的節(jié)能環(huán)保意識明顯增強，各建筑企業(yè)若想獲得長久、穩(wěn)定發(fā)展，便需要與時俱進，積極響應國家節(jié)能降耗以及環(huán)境保護等號召。建筑節(jié)能設計具有減少能源消耗、降低施工污染以及促進綠色建筑發(fā)展等作用，不僅是建筑行業(yè)節(jié)能化轉型的重要途徑，也是轉變傳統(tǒng)建筑施工模式的重要表現，尤其是針對節(jié)能設計中各類新能源的應用，例如地熱能的應用、光伏新能源的應用以及風能的應用等，其中光伏新能源的應用最為廣泛。