建筑节能与建筑设计中的新能源应用

摘要：本文介绍了新能源的概念与特点，重点论述了太阳能和地热能等新能源在建筑设计中实现节能功能的可行性及其对应的途径。

关键词：建筑节能；建筑设计；新能源；应用

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）01-0291-02

随着社会与人们生活质量的需要，数据表明我国的建筑面积已高达400多亿平方米，在未来的20年里还将建成300亿平方米的建筑，而我国的建筑耗能也了占全国总用能的四分之一，如此巨大的建筑规模的不断攀升随之带来的能耗问题成为制约发展的关键。而从建筑所使用的能源追溯，目前我国主要的能源还是煤炭，如北方地区冬天的供暖设备和南方地区空调设备等都需要大量依靠煤炭以保持建筑物内部的基本生存温度。从建筑节能的角度来看，实现能源节约的两个途径一个是节流（即减少无效能源的散失），另一个就是开源，即开发新能源。发现和了解新能源的功效和特性，并将其更好的融合到建筑设计之中，将有助于为建筑节能打开新的突破口。

一、新能源及其特点

关于新能源和可再生能源的含义应该追溯到1981年内罗华的联合国新能源和可再生能源的会议，会议明确了新能源可再生、环保、良性循环等优于煤炭等常规化能源的新特性。联合国开发计划署（UNDP）也对新能源和可再生能源进行了分类，分为大中型水电、新的可再生能源（包括小水电、太阳能、风能、地热能、现代生物质能、海洋能）和传统生物质能三种。本文中主要探讨的是在建筑设计中新能源的应用问题，现选取太阳能、地热能、风能三种进行简单的概述。

一是太阳能。新能源中太阳能是应用性最强、技术最纯熟、商业化程度最高的一种可再生能源。太阳能发电是太阳能热利用的主要方面，自1891年世界上第一台太阳能热水器的诞生开始，1998年世界太阳能热水器的总保有量已高达54万平方米集热面积，同样各类的太阳能发电装置也为建筑施工和使用过程节约了不少的不可再生能源。

二是地热能。地热能是一种由地球地壳内部的熔融岩浆和放射性物质衰变产生的一种可再生性能源，温泉沐浴与医疗、地下水利用（取暖、农作物温室构建、水产养殖及谷物烘干等）等均是地热能的运用。据2010年世界地热大会统计，全世界共有78个国家正在开发利用地热技术，27个国家利用地热发电，总装机容量为10715MW，年发电量67246GW·h，平均利用系数72%。我国的地热资源也很丰富，但开发利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省区。

三是风能。风力资源丰富且分布广泛，风力发电是近几年发展速度最快的行业之一，许多国家对于风力发电也制定了发展规划和激励政策，风力发电机的研制也逐渐由发电机组向增大单机容量的方向发展。但是由于风力的不稳定和风力的发电效率低等原因，风能的利用研究需进一步加深。

二、新能源提升建筑节能效果的可行性分析

建筑节能的方法主要有以下几种：一是提高能源利用效率，减少能耗，即通过设备与技术更新提高加热或冷却系统的效率、智能温度控制或高质量保温保湿材料降低热量散失等方法来实现能源的高效利用。二是减少建筑围护结构的能量损失，即通过对门、窗、墙等维护结构的材质和构造进行节能设计的一种建筑节能方式。三是减少建筑施工过程的能耗，引进新设备、及时关闭不用的机器、定期对工作人员进行节能意识的训练等都是实现节能的具体途径。新能源的使用能够在以上方法的基础上，保证原有建筑系统的正常运转，开发新能源的功能与作用，从而实现节能环保的目标。新能源在建筑节能方面的应用可以在以下几方面进行实现：

1.新能源可以辅助传统能源，提高效率、减少能耗。

太阳能、风能、地热能等新能源可以通过一定的功能挖掘的技术开发实现辅助传统能源共同作用，提高效率，减少能耗。在建筑施工耗能方面，可以采用施工地区特有的地域特征，有效利用风能或地热能实现中小型发电系统的应用。在实体墙部分，传统的做法一般使用灰砂浆及其相应的技术实现保温隔热的效果，如果在设计中能够充分考虑并利用风压实现自然通风、利用太阳能热流调整采光可以一定程度上起到隔热保温、防止能量散失的作用。

2.遮阳、自然通风等系统的设计可以有效借助新能源直接供能。

良好的遮阳系统可以较好地调节室内的环境，减少人们对暖气、空调等耗电且不环保的温度调节设备及照明设备的使用频率。遮阳系统中如果能够根据建筑物所处的地方的气候环境、采阳效果、太阳能效率等因素因地制宜地设计出来，就能够有效的利用太阳能的热流，有效降低其他能量的耗费，目前人们常说的太阳房就是巧妙运用太阳能的最好系统设计之一。通风系统的设计，自然通风是通过风压或热压单独或共同作用产生的一种室内通风方式，是绿色建筑的基本要求之一。

3.新能源可以有效利用在家用电器中实现绿色供能。

太阳能在建筑节能中使用最为广泛，太阳能热水系统、太阳能空调、小型太阳能电池发电系统、被动式太阳房等都是其比较典型的应用。此外，地热能、风能等新能源在家电中的应用也越来越多，新能源家电的产生与推广进一步证实了系能源在建筑节能方面的可行性。

三、建筑设计中新能源利用的途径

1.优化太阳能的利用。

太阳能是一种能量密度较低的能源，由于阳光的普遍与丰富性，建筑设计中常常借助太阳能，主要应用有太阳能热水系统、被动式太阳房、太阳能光伏发电、太阳能空调等。目前太阳能热水器技术已趋于成熟，据统计，目前学校、医院、政府、酒店等场所使用太阳能热水器系统每平方米造价不到1200元，居民用太阳能热水器的使用年限也达到15-20年，可见这种能源理想的节能效果。优化太阳能的利用主要需要从以下几方面来实现：一是不断提升太阳能应用技术，技术支持是根本，提高太阳能空调、太阳房等新能源创新产品的节能率与使用率；二是明确节能标准，加大各类太阳能系统与不同建筑的兼容性和匹配度。

2.提高地热能的利用。

地热能的使用一般有两种途径，一是地热发电或直接热水供应，二是通过地源泵以及地道风系统开发低温地热能，供其他方面的能耗。例如现在许多学校都使用深井、地源泵等形式的开发途径实现校园生态系统的创建。地热能同样可以使用在空调等电器设备中，利用地表浅层作热源代替空气源为建筑物中的空调设备提供热源的一种方式，其使用年限长、较低的能量消耗、免费的生活热水和较低的维护费用、较低的环境影响等优势均是科学家持续关注并研究地热能空调的关键原因。

3.创新风能的利用。

风力发电最早在丹麦、荷兰、德国和英国等一些欧洲国家开始研究，此后美国、印度等国也开始大力发展这项技术，随着电子信息技术、新材料技术、自动化技术的发展，建筑行业也逐渐开始使用风力。巴林世贸中心的两座“风塔”风格的大厦，在双子塔之间16层、25层和35层出分别设置了重达75吨的跨越桥梁和三座直径29米的风力发电漩涡机，据统计，这三台发电机每年约能提供120万度的电量，相当于300个家庭的用电量，可支持大楼用电的11%-15%。2015年投入运营的中国第一高楼——上海中心大厦在其565-578米的270台500瓦风力发电机为建筑的外部照明和部分停车库提供了基本的用电需求。这些大型建筑物的风力发电系统已设计并投入使用，为以后创新普通公共建筑甚至是居民住房的风力应用提供了很好的基础。

四、总结

近几年我国的建筑规模迅速扩大，建筑方面的能耗也随之增加，而可用的能源却越来越少，太阳能、地热能、风能等清洁环保的新能源若是能够结合建筑的设计理念和人们的使用需求有效应用于建筑设计之中，将能够大大减少现有不可再生资源的浪费，提升人类的生活质量、实现可持续发展的美好愿景。

参考文献：

[1]刘景璐， 李秋艳. 新能源在建筑设计中的应用[J]. 中外企业家， 2013（35）：210-211.

[2]杨基春. 新能源在建筑节能领域中应用的思考[J]. 应用能源技术， 2008（3）：32-34.

[3]张誉峰. 建筑节能与建筑设计中的新能源利用[J]. 建材与装饰， 2013（7）：25-26.

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