淺析在建筑中應(yīng)用的可再生能源

【摘 要】可再生能源利用是目前各國應(yīng)用和研究的主要方向，本文針對太陽能、風(fēng)能利用、水源熱泵和生物質(zhì)能等的特點(diǎn)歸納出它們在建筑中應(yīng)用的方式和效果。

【關(guān)鍵詞】可再生能源；建筑；太陽能；風(fēng)能；水源熱泵；生物質(zhì)能

我國在“十二五”期間，已經(jīng)明確了可再生能源建筑應(yīng)用推廣目標(biāo)，提出要切實(shí)提高太陽能、淺層地能、生物質(zhì)能等可再生能源在建筑用能中的比重，到2020年實(shí)現(xiàn)可再生能源在建筑領(lǐng)域消費(fèi)比例占建筑能耗的15%以上。我國能源消耗中建筑能耗約占30%，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑能耗在能源消耗中占的比例逐漸增大，可再生能源在建筑中大有用武之地。隨著2006年1月《可再生能源法》的頒布和實(shí)施，我國太陽能、風(fēng)能等可在生能源利用比例必將大幅的增加，這無疑將更大的推動可在生能源在建筑中的推廣和應(yīng)用[1]。

所謂可再生能源是指風(fēng)能、太陽能、水力能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿确腔茉?。目前正在興起的可再生能源技術(shù)還有太陽能熱電站、海洋熱電站、潮汐發(fā)電、洋流發(fā)電和波浪發(fā)電等。然而并非所有的可再生能源都適于在建筑中應(yīng)用，例如小水電，潮汐發(fā)電等在建筑中應(yīng)用是非常困難的。能夠在建筑中應(yīng)用的可再生能源通常包括：太陽能、風(fēng)能利用、水源熱泵系統(tǒng)和生物質(zhì)能等。

1太陽能

太陽能建筑是指在一定的太陽能利用技術(shù)和建筑技術(shù)水平條件下，在建筑設(shè)計之初通過合理的布局，巧妙的安排，綜合考慮各種因素（地點(diǎn)、氣候、太陽能資源、技術(shù)條件、材料等）將太陽能利用融入建筑之中，使建筑具有利用太陽能為建筑提供供暖、照明、制冷等全部或大部分能耗能力的建筑。

根據(jù)利用太陽能的方式不同，可分為主動式太陽能系統(tǒng)和被動式太陽能系統(tǒng)。根據(jù)建筑中使用的太陽能系統(tǒng)的不同，可分為主動式太陽能建筑、被動式太陽能建筑、混合式太陽能建筑。

主動式太陽能建筑是由太陽能集熱器、熱水槽、泵、散熱器、控制器和貯熱器等組成的采暖系統(tǒng)或與吸收式制冷機(jī)組成的太陽能空調(diào)建筑。它與被動式太陽能建筑一樣，圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的保溫隔熱性能。主動式太陽能建筑是通過高效集熱裝置來收集獲取太陽能，然后由熱媒將熱量送入建筑物內(nèi)的建筑形式。它對太陽能的利用效率高，不僅可以供暖、供熱水，還可以供冷；而且室內(nèi)溫度穩(wěn)定舒適，日波動小，在發(fā)達(dá)國家應(yīng)用非常廣泛。但因?yàn)樗嬖谥O(shè)備復(fù)雜、先期投資偏高，陰天有云期間集熱效率嚴(yán)重下降等缺點(diǎn)，在我國長期未能得到推廣。

被動式太陽能建筑是通過建筑朝向和周圍環(huán)境的合理配置以及建筑材料和結(jié)構(gòu)的恰當(dāng)選擇，依靠房屋本身來完成集取、儲存和分配太陽能的建筑形式。它的優(yōu)點(diǎn)是建造技術(shù)簡單，先期投資少；但它對太陽能的利用效率低，冬季室內(nèi)溫度較低且溫度日波動大，室內(nèi)舒適性差，難以滿足人們對房間舒適度的要求；加之所需集熱體面積大，浪費(fèi)建筑空間，無法應(yīng)用于多層及高層建筑。因此，盡管專家學(xué)者一再大力推廣被動式太陽能建筑，在城市中卻始終無法推廣開來。

2風(fēng)能利用

風(fēng)能與太陽能是地球上最清潔且又取之不盡用之不竭的清潔能源，在能源危機(jī)以及電力輸送中電力耗損兩大難題的困擾下，世界各國對城市中的風(fēng)能利用越來越關(guān)注。目前風(fēng)力發(fā)電主要以在偏遠(yuǎn)地區(qū)建立大型風(fēng)力發(fā)電廠為主，發(fā)的電經(jīng)過國家電網(wǎng)輸送到城市中，在輸送過程中要損失一部分電能，而且一旦國家電網(wǎng)出現(xiàn)問題，城市中將沒有能夠自給的電力供應(yīng)，因此如何利用城市中的風(fēng)能和太陽能就很重要了。城市中的太陽能與建筑一體化研究及應(yīng)用已經(jīng)如火如荼，但風(fēng)機(jī)與建筑的一體化建造非常復(fù)雜：安全性能、噪音污染以及風(fēng)機(jī)在建筑群強(qiáng)渦流環(huán)境中的可操作性都具有很大的挑戰(zhàn)，目前仍沒有很好的技術(shù)能夠解決，限制了其發(fā)展。

但隨著城市化程度的日益提高，城市所需能源急劇加大，對城市中的風(fēng)能利用的研究和應(yīng)用必將是大勢所趨。據(jù)估計，如果將新建建筑與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)行一體化設(shè)計建造，并且在已有建筑物上也安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的話，到2020年，每年僅建筑物上的風(fēng)機(jī)就可發(fā)電1.7～5.0TWh，城市中的風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用具有很大潛力。

城市環(huán)境中的風(fēng)力發(fā)電主要有三種形式：與建筑物一體化；在較空曠的區(qū)域如公園里、河流上等地方設(shè)置風(fēng)機(jī)發(fā)電；在一些公共設(shè)施上應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電，如風(fēng)能路燈、風(fēng)橋等。

3水源熱泵

水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層地?zé)豳Y源（如土壤、地下水、湖泊、河流或海洋等）中吸收的太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏亍⒌臀粺崮苜Y源，并利用熱泵原理，通過少量的高位電能的輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)，是一種介于中央空調(diào)和分散空調(diào)之間的優(yōu)化空調(diào)能源方式。它具有中央空調(diào)合理利用能源、設(shè)備，能效系數(shù)高，運(yùn)行成本低，安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)，又具有分散空調(diào)調(diào)節(jié)靈活、方便、便于管理和收費(fèi)等優(yōu)勢。

地表淺層的地?zé)豳Y源是指地表土壤、地下水或湖泊與河流中吸收的太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。水源熱泵的工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量；而在冬季，則從水中提取熱量，由熱泵通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。以地下水源熱泵為例，夏季制冷時，從取水井取出的水做為冷卻水，流經(jīng)冷凝器，帶走熱量，溫度升高后，排至回水井；空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水流經(jīng)蒸發(fā)器，溫度降低后，流回空調(diào)系統(tǒng)；冬季采暖時，從取水井取出的水做為冷凍水，流經(jīng)蒸發(fā)器，釋放熱量，溫度降低后，排至回水井；空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水流經(jīng)冷凝器，溫度升高后，流回空調(diào)系統(tǒng)。通常水源熱泵每消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量[2]。

4生物質(zhì)能

生物能大致可以分為兩類——傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的。傳統(tǒng)的是指燃燒薪柴所獲得的熱能，現(xiàn)代生物能是指那些可以大規(guī)模用于代替常規(guī)能源亦即礦物類固體、液體和氣體燃料的各種生物能。巴西、瑞典、美國、英國的生物能計劃便是這類生物能的例子。英國的貝丁頓生態(tài)小區(qū)是一個現(xiàn)代生物質(zhì)能應(yīng)用的成功范例。整個小區(qū)的生活用電和熱水的供應(yīng)由一臺130千瓦的高效燃木鍋爐來提供。木材的預(yù)計需求量是每年1，100噸，其來源主要是鄰近的速生林和周邊地區(qū)加工木材的廢料。而且其計劃了穩(wěn)定的來源，主要是其鄰接的生態(tài)公園中的速生林。整個小區(qū)需要一片3年生的70公頃的速生林，每年砍伐其中的1/3，并補(bǔ)種上新的樹苗，如此循環(huán)往復(fù)。樹木在成長過程中吸收了CO2，又在燃燒過程中等量釋放出來，這可以說是一種零溫室氣體排放的清潔能源[3]。許多的國家和地區(qū)也在積極的研發(fā)利用生物質(zhì)能的技術(shù)，生物質(zhì)能今后會成為人類的主要能源之一。

追求可持續(xù)發(fā)展是建筑業(yè)發(fā)展的必由之路，同時探索尊重環(huán)境和高效使用資源，也能幫助建筑師進(jìn)行理性設(shè)計，只有協(xié)調(diào)處理好建筑與自然生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的感性與理性完美結(jié)合的建筑。利用可再生能源來解決這個問題是未來的發(fā)展趨勢，但可再生能源的應(yīng)用應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)，不同的使用要求，綜合采取多種技術(shù)措施，才能更好的解決這個問題。

參考文獻(xiàn)：

1]戴彥德，任東明.從我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所面臨的能源問看可再生能源發(fā)展的地位和作用[J]可再生能源，2009（2）：42-43.

2李先瑞，郎四維，熱泵的現(xiàn)狀與展望.暖通空調(diào)新技術(shù)，1999，（1）：1～4

3夏菁，黃作棟.英國貝丁頓零能耗發(fā)展項(xiàng)目[J]世界建筑，2004，（8）：22-23.