建筑節(jié)能中新能源應(yīng)用技術(shù)探討

張清 孫旭琴 魯維

摘 要：節(jié)能是我國的國策。建筑節(jié)能是一門綜合性學(xué)科，它涉及到建筑、結(jié)構(gòu)、采暖、通風(fēng)、空調(diào)、照明、施工、電器、材料、熱工、能源、環(huán)境、檢測、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等許多專業(yè)內(nèi)容，新能源的開發(fā)與利用是工程技術(shù)領(lǐng)域的首要任務(wù)。

關(guān)鍵詞：節(jié)能建筑 節(jié)能技術(shù) 新能源 太陽能 風(fēng)能 地?zé)?/p>

節(jié)能建筑的實(shí)施已是我國建設(shè)領(lǐng)域中的一項(xiàng)基本國策，建筑節(jié)能包含三部分內(nèi)容：一是如何合理確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能。對于一般房屋建筑，30%的熱（冷）量從窗戶損耗，如采用雙層玻璃、遮陽板，能有效節(jié)能；還有35%能量由墻體、屋面散發(fā)，如合理確定體形系數(shù)和傳熱系統(tǒng)，就能達(dá)到節(jié)能效果。二是從生活熱水、供暖、空調(diào)供冷系統(tǒng)和電能使用方面來節(jié)約能源，使能源得到最高效的利用。三是如何開發(fā)和利用新能源，充分選用可再生能源。如冰島等國家，充分利用地?zé)岜眉夹g(shù)，在建筑房屋時(shí)先在地上打兩個(gè)洞，通過電泵將地下水循環(huán)起來，為整座建筑供熱，而只有電泵耗能；又如丹麥等國，地處海邊，太陽能和風(fēng)能條件得天獨(dú)厚，使用熱泵技術(shù)時(shí)結(jié)合風(fēng)能與太陽能，使風(fēng)能或太陽能帶動電泵實(shí)現(xiàn)“零能耗”。新能源的開發(fā)與利用在節(jié)約建筑能耗有著遠(yuǎn)大前景，新能源是指非常規(guī)、可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)岬?。在我國，近年來新能源的開發(fā)利用也得到了快速發(fā)展，筆者結(jié)合多年的實(shí)踐，對新能源技術(shù)用于建筑節(jié)能作以下幾個(gè)方面探討：

一、新能源開發(fā)與利用的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

我國《可再生能源法》第十七條規(guī)定：國家鼓勵單位和個(gè)人安裝和使用太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能供熱采暖和制冷系統(tǒng)、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)等太陽能利用系統(tǒng)；《民用建筑節(jié)能條例》中也有類似規(guī)定。近年來我國頒布實(shí)施了一系列的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在民用建筑中，可再生能源開發(fā)與應(yīng)用的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范主要有：

《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50346--2005；

《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50366-2005（2009年版）；

《太陽能供熱采暖工程技術(shù)規(guī)范》GB50495-2009；

《民用建筑太陽能光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》JGJ203-2010；

《民用建筑太陽能空調(diào)工程技術(shù)規(guī)范》GB50787-2012；

《可再生能源建筑應(yīng)用工程評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50801-2013；

二、太陽輻射能的直接應(yīng)用

1.太陽能制冷。利用太陽能制冷作為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的冷源。有兩種方法：一是實(shí)現(xiàn)光――電轉(zhuǎn)換，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，然后采用常規(guī)的壓縮式制冷機(jī)組實(shí)現(xiàn)制冷；二是進(jìn)行光――熱轉(zhuǎn)換，將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，再采用吸收式制冷技術(shù)等實(shí)現(xiàn)制冷。前者系統(tǒng)比較簡單，但其造價(jià)約為后者的3—4倍，因此國內(nèi)外的太陽能空調(diào)系統(tǒng)以第二種為主。太陽能制冷的方法有多種，如壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸收式制冷等。壓縮式制冷要求集熱溫度高，除采用真空管集熱器或聚焦型集熱器外，一般太陽能集熱方式不易實(shí)現(xiàn)，所以造價(jià)較高；蒸汽噴射式制冷不僅要求集熱溫度高，一般說其制冷效率也偏低，約為0.2～0.3左右的熱利用效率；吸收式制冷系統(tǒng)所需集熱溫度較低，大約70～90℃即可，使用平板式集熱器也能滿足要求，而且熱利用較好，制作容易，制冷效率可達(dá)0.6～0.7，所以易實(shí)現(xiàn)，但是設(shè)備龐大，影響推廣。

2.太陽能供熱水和供暖。太陽能熱水器作為熱源已得到廣泛、多樣的應(yīng)用，是太陽能熱利用中具有代表性的一種裝置。對于太陽能集熱器在連續(xù)集熱的情況下，提供的熱水溫度較低，約為40—50℃，在供暖時(shí)選擇適合于低溫?zé)崴┧脑O(shè)備就行。如地板輻射供暖供暖系統(tǒng)；如我國南方地區(qū)在冬季采用空調(diào)系統(tǒng)供暖時(shí)，對水溫要求不一定要60℃。要求水溫越低，更有利于太陽能的充分利用。在生產(chǎn)生活熱水系統(tǒng)中，最常用的太陽能熱水器是架在屋頂?shù)钠桨鍩崴鳎糜谙丛?。在工業(yè)生產(chǎn)、采暖、干燥、養(yǎng)殖、游泳、溫室技術(shù)等許多方面也需要熱水，都可利用太陽能。太陽能熱水器按結(jié)構(gòu)分類有悶曬式、管板式、聚光式、真空管式、熱管式等幾種。

3.太陽能房。太陽能房是利用太陽能采暖和降溫的房子。人們的生活能耗中，用于采暖和降溫的能源占有相當(dāng)大的比重。特別對于氣候寒冷或炎熱的地區(qū)，采暖和降溫的能耗就更大。太陽房既可采暖，也能降溫。最簡便的一種太陽房叫被動式太陽房，建造容易，不需要安裝特殊的動力設(shè)備。復(fù)雜一點(diǎn)、使用方便舒適的另一種太陽房叫主動式太陽房，是一種高級的太陽房――空調(diào)制冷式太陽房。

三、地?zé)峁┡?、供熱水和空調(diào)

1.地?zé)峁┡?、供熱水系統(tǒng)。地?zé)峥梢杂糜诎l(fā)電、供暖和空調(diào)供冷。地?zé)岚l(fā)電是地?zé)崂玫淖钪匾绞健８邷氐責(zé)崃黧w首先是應(yīng)用于發(fā)電。 地?zé)岚l(fā)電和火力發(fā)電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機(jī)中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。按照載熱體類型、溫度、壓力和其它特性的不同，可把地?zé)岚l(fā)電的方式劃分為蒸汽型地?zé)岚l(fā)電和熱水型地?zé)岚l(fā)電兩大類。將地?zé)崮苤苯佑糜诓膳⒐?、供熱水和空調(diào)制冷是僅次于地?zé)岚l(fā)電的地?zé)崂梅绞?。因?yàn)檫@種利用方式簡單、經(jīng)濟(jì)性好，倍受各國重視，特別是位于高寒地區(qū)的西方國家，如冰島早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一個(gè)地?zé)峁嵯到y(tǒng)，現(xiàn)在這一供熱系統(tǒng)已發(fā)展得非常完善，每小時(shí)可從地下抽取7740噸80℃的熱水，供全市11萬居民使用。由于沒有高聳的煙囪，冰島首都已被譽(yù)為“世界上最清潔無煙的城市”。此外利用地?zé)峤o工廠供熱，如用作干燥谷物和食品的熱源，用作硅藻土生產(chǎn)、木材、造紙、制革、紡織、釀酒、制糖等生產(chǎn)過程的熱源也是大有前途的。我國利用地?zé)峁┡凸崴l(fā)展也非常迅速，在京津地區(qū)地?zé)崂檬禽^普遍的供暖方式。

2.土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。空氣源熱泵系統(tǒng)、地表水熱泵系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)是建筑空調(diào)系統(tǒng)中對天然能源的利用。土壤源熱泵系統(tǒng)則是能源循環(huán)利用。其特點(diǎn)是：全年氣象條件的周期性變化，建筑空調(diào)系統(tǒng)在冬季要供熱，在夏季要供冷，如果將夏季排出的熱量以某種方式蓄存，在冬季用于建筑供熱，從而實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用，降低對其它能源的需求。此系統(tǒng)的關(guān)鍵是解決蓄熱與取熱，就全年而言，應(yīng)做到向土壤釋熱與從土壤中取熱的平衡，同時(shí)，要通過對不同地質(zhì)傳熱情況的研究找出蓄熱和取熱的傳熱規(guī)律：通?？赏ㄟ^巖土響應(yīng)性實(shí)驗(yàn)獲得巖土綜合熱物性參數(shù)及巖土初始平均溫度。

四、風(fēng)力制熱

風(fēng)力發(fā)電是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能――電能轉(zhuǎn)換，在我國的新疆、內(nèi)蒙古等地有規(guī)模較大的風(fēng)力發(fā)電，這是一項(xiàng)成熟的天然能源利用技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電已在我國的廣泛地域得到應(yīng)用。“風(fēng)力制熱”是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成熱能。目前有三種轉(zhuǎn)換方法：一是先風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，再將電能變成熱能。雖然電能轉(zhuǎn)換成熱能的效率是 100%，但風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的效率卻較低，從能量利用的角度看，這種方法不可取。二是由風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成空氣壓能，再轉(zhuǎn)換成熱能，即由風(fēng)力機(jī)帶動離心壓縮機(jī)，對空氣進(jìn)行絕熱壓縮而放出熱能。三是將風(fēng)力機(jī)直接轉(zhuǎn)換成熱能。顯然第三種方法制熱效率最高。 風(fēng)力機(jī)直接轉(zhuǎn)換熱能也有多種方法。最簡單的是攪拌液體制熱，即風(fēng)力機(jī)帶動攪拌器轉(zhuǎn)動，從而使液體（水或油）變熱?！耙后w擠壓加熱”是用風(fēng)力機(jī)帶動液壓泵，使液體加壓后再從狹小的阻尼小孔中高速噴出而使工作液體加熱。此外還有固體摩擦加熱和渦電流加熱等方法。

五、結(jié)語

建筑節(jié)能是關(guān)系整個(gè)人類社會生存發(fā)展的大計(jì)?？缛胄率兰o(jì)，科學(xué)有效地開發(fā)利用新能源與環(huán)境保護(hù)、生態(tài)文明是相輔相成的，統(tǒng)籌規(guī)劃、依靠科技、精心組織，防止在新能源的開發(fā)利用中破壞水資源和地下資源，造成環(huán)境和生態(tài)不平衡。

參考文獻(xiàn)：

[1]《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015.

[2]《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2014.

[3]《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50015-2003（2009年版）.

[4]《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012.