浅析在建筑中应用的可再生能源

【摘 要】可再生能源利用是目前各国应用和研究的主要方向，本文针对太阳能、风能利用、水源热泵和生物质能等的特点归纳出它们在建筑中应用的方式和效果。

【关键词】可再生能源；建筑；太阳能；风能；水源热泵；生物质能

我国在“十二五”期间，已经明确了可再生能源建筑应用推广目标，提出要切实提高太阳能、浅层地能、生物质能等可再生能源在建筑用能中的比重，到2020年实现可再生能源在建筑领域消费比例占建筑能耗的15%以上。我国能源消耗中建筑能耗约占30%，随着经济的发展，建筑能耗在能源消耗中占的比例逐渐增大，可再生能源在建筑中大有用武之地。随着2006年1月《可再生能源法》的颁布和实施，我国太阳能、风能等可在生能源利用比例必将大幅的增加，这无疑将更大的推动可在生能源在建筑中的推广和应用[1]。

所谓可再生能源是指风能、太阳能、水力能、生物质能、地热能和海洋能等非化石能源。目前正在兴起的可再生能源技术还有太阳能热电站、海洋热电站、潮汐发电、洋流发电和波浪发电等。然而并非所有的可再生能源都适于在建筑中应用，例如小水电，潮汐发电等在建筑中应用是非常困难的。能够在建筑中应用的可再生能源通常包括：太阳能、风能利用、水源热泵系统和生物质能等。

1太阳能

太阳能建筑是指在一定的太阳能利用技术和建筑技术水平条件下，在建筑设计之初通过合理的布局，巧妙的安排，综合考虑各种因素（地点、气候、太阳能资源、技术条件、材料等）将太阳能利用融入建筑之中，使建筑具有利用太阳能为建筑提供供暖、照明、制冷等全部或大部分能耗能力的建筑。

根据利用太阳能的方式不同，可分为主动式太阳能系统和被动式太阳能系统。根据建筑中使用的太阳能系统的不同，可分为主动式太阳能建筑、被动式太阳能建筑、混合式太阳能建筑。

主动式太阳能建筑是由太阳能集热器、热水槽、泵、散热器、控制器和贮热器等组成的采暖系统或与吸收式制冷机组成的太阳能空调建筑。它与被动式太阳能建筑一样，围护结构应具有良好的保温隔热性能。主动式太阳能建筑是通过高效集热装置来收集获取太阳能，然后由热媒将热量送入建筑物内的建筑形式。它对太阳能的利用效率高，不仅可以供暖、供热水，还可以供冷；而且室内温度稳定舒适，日波动小，在发达国家应用非常广泛。但因为它存在着设备复杂、先期投资偏高，阴天有云期间集热效率严重下降等缺点，在我国长期未能得到推广。

被动式太阳能建筑是通过建筑朝向和周围环境的合理配置以及建筑材料和结构的恰当选择，依靠房屋本身来完成集取、储存和分配太阳能的建筑形式。它的优点是建造技术简单，先期投资少；但它对太阳能的利用效率低，冬季室内温度较低且温度日波动大，室内舒适性差，难以满足人们对房间舒适度的要求；加之所需集热体面积大，浪费建筑空间，无法应用于多层及高层建筑。因此，尽管专家学者一再大力推广被动式太阳能建筑，在城市中却始终无法推广开来。

2风能利用

风能与太阳能是地球上最清洁且又取之不尽用之不竭的清洁能源，在能源危机以及电力输送中电力耗损两大难题的困扰下，世界各国对城市中的风能利用越来越关注。目前风力发电主要以在偏远地区建立大型风力发电厂为主，发的电经过国家电网输送到城市中，在输送过程中要损失一部分电能，而且一旦国家电网出现问题，城市中将没有能够自给的电力供应，因此如何利用城市中的风能和太阳能就很重要了。城市中的太阳能与建筑一体化研究及应用已经如火如荼，但风机与建筑的一体化建造非常复杂：安全性能、噪音污染以及风机在建筑群强涡流环境中的可操作性都具有很大的挑战，目前仍没有很好的技术能够解决，限制了其发展。

但随着城市化程度的日益提高，城市所需能源急剧加大，对城市中的风能利用的研究和应用必将是大势所趋。据估计，如果将新建建筑与风力发电设备进行一体化设计建造，并且在已有建筑物上也安装风力发电设备的话，到2020年，每年仅建筑物上的风机就可发电1.7～5.0TWh，城市中的风力发电应用具有很大潜力。

城市环境中的风力发电主要有三种形式：与建筑物一体化；在较空旷的区域如公园里、河流上等地方设置风机发电；在一些公共设施上应用风力发电，如风能路灯、风桥等。

3水源热泵

水源热泵技术是利用地球表面浅层地热资源（如土壤、地下水、湖泊、河流或海洋等）中吸收的太阳能和地热能而形成的低温、低位热能资源，并利用热泵原理，通过少量的高位电能的输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术，是一种介于中央空调和分散空调之间的优化空调能源方式。它具有中央空调合理利用能源、设备，能效系数高，运行成本低，安全、可靠等优点，又具有分散空调调节灵活、方便、便于管理和收费等优势。

地表浅层的地热资源是指地表土壤、地下水或湖泊与河流中吸收的太阳能、地热能而蕴藏的低位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。水源热泵的工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量；而在冬季，则从水中提取热量，由热泵通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。以地下水源热泵为例，夏季制冷时，从取水井取出的水做为冷却水，流经冷凝器，带走热量，温度升高后，排至回水井；空调系统循环水流经蒸发器，温度降低后，流回空调系统；冬季采暖时，从取水井取出的水做为冷冻水，流经蒸发器，释放热量，温度降低后，排至回水井；空调系统循环水流经冷凝器，温度升高后，流回空调系统。通常水源热泵每消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量[2]。

4生物质能

生物能大致可以分为两类——传统的和现代的。传统的是指燃烧薪柴所获得的热能，现代生物能是指那些可以大规模用于代替常规能源亦即矿物类固体、液体和气体燃料的各种生物能。巴西、瑞典、美国、英国的生物能计划便是这类生物能的例子。英国的贝丁顿生态小区是一个现代生物质能应用的成功范例。整个小区的生活用电和热水的供应由一台130千瓦的高效燃木锅炉来提供。木材的预计需求量是每年1，100吨，其来源主要是邻近的速生林和周边地区加工木材的废料。而且其计划了稳定的来源，主要是其邻接的生态公园中的速生林。整个小区需要一片3年生的70公顷的速生林，每年砍伐其中的1/3，并补种上新的树苗，如此循环往复。树木在成长过程中吸收了CO2，又在燃烧过程中等量释放出来，这可以说是一种零温室气体排放的清洁能源[3]。许多的国家和地区也在积极的研发利用生物质能的技术，生物质能今后会成为人类的主要能源之一。

追求可持续发展是建筑业发展的必由之路，同时探索尊重环境和高效使用资源，也能帮助建筑师进行理性设计，只有协调处理好建筑与自然生态环境之间的关系，才能实现真正意义上的感性与理性完美结合的建筑。利用可再生能源来解决这个问题是未来的发展趋势，但可再生能源的应用应根据不同地区的气候特点，不同的使用要求，综合采取多种技术措施，才能更好的解决这个问题。

参考文献：

1]戴彦德，任东明.从我国社会经济发展所面临的能源问看可再生能源发展的地位和作用[J]可再生能源，2009（2）：42-43.

2李先瑞，郎四维，热泵的现状与展望.暖通空调新技术，1999，（1）：1～4

3夏菁，黄作栋.英国贝丁顿零能耗发展项目[J]世界建筑，2004，（8）：22-23.

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