再生能源復(fù)合應(yīng)用技術(shù)與綠色建筑的融合

鄒石龍

（廣東呈斯意特建筑設(shè)計(jì)有限公司）

再生能源復(fù)合應(yīng)用技術(shù)與綠色建筑的融合

鄒石龍

（廣東呈斯意特建筑設(shè)計(jì)有限公司）

合理利用好可再生能源是節(jié)能的重要途徑，也是綠色建筑中倡導(dǎo)的設(shè)計(jì)理念，但是可再生資源也有其自身的缺點(diǎn)和局限性，在綠色建筑對可再生資源使用的過程中要考慮到復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用，要對多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行整合，最終實(shí)現(xiàn)真正的綠色與環(huán)保。論文首先提出了構(gòu)筑綠色建筑的必要性，并在綠建筑設(shè)計(jì)中合理利用自然能源的相互作用以實(shí)現(xiàn)綠色建筑設(shè)計(jì)的目的。

建筑設(shè)計(jì)；再生能源；復(fù)合應(yīng)用；綠色建筑

1 引言

綠色建筑是現(xiàn)代建筑倡導(dǎo)的主要建筑形式，也是多種高新技術(shù)的集合，例如，智能控制、綠色建材、中水利用、可再生能源利用、低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)、自然采光、自然通風(fēng)以及綠色配置等。這些技術(shù)的綜合利用可以最大程度地減少對于自然環(huán)境的破壞，而且能實(shí)現(xiàn)資源的最大程度利用，資源消耗少，完成之后的建筑也更加符合現(xiàn)代人對于居住環(huán)境的要求?？稍偕Y源相對于不可再生資源來說，它是屬于用之不竭、取之不盡，可以長期反復(fù)使用的資源，而且這種資源對于自然環(huán)境的危害是可以忽略不計(jì)的，是綠色建筑眾多技術(shù)中最為重要的一種。

2 構(gòu)筑“綠色建筑”與應(yīng)用綠色建筑設(shè)計(jì)的必要性

近年來，各國都在修訂建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，對建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)越來越重視，對建筑能耗限值指標(biāo)不斷降低，甚至還有很多國家在本國建筑節(jié)能目標(biāo)中加入了“近零能耗建筑”。為了能夠不斷降低建筑工程消耗量，各國都結(jié)合實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施來達(dá)到降低能耗的目的。從廣義上而言，所說的“建筑能源消耗”就是指在建筑施工過程中所消耗的能源，其中包括建筑施工過程、建筑使用過程、制造建筑材料過程等[1]。從狹義角度上說，建筑能源消耗就是指在建筑使用中的日常消耗，包括很多個(gè)環(huán)節(jié)，如：空調(diào)、采暖、照明等。這些日常消耗環(huán)節(jié)所消耗的能源也不容小覷。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，如果減少日常能源消耗環(huán)節(jié)相應(yīng)的消耗量，將會(huì)很大程度上提高能源使用率，進(jìn)而達(dá)到綠色建筑的預(yù)期目的。目前，在建筑工程中被動(dòng)實(shí)施一些綠色設(shè)計(jì)理念，再加上不斷優(yōu)化維護(hù)結(jié)構(gòu)功能，這對于合理控制能源消耗具有重大意義。但考慮到人工照明和電器等實(shí)際需求，想要最大程度上減少對能源的使用，就需要從多方面上考慮，對綠色建筑的概念和意義深入研究。

在能源需求上，建筑本身所能壓縮的空間并不很大，想要壓縮更大的空間，就需要對能源供給側(cè)著手，使用非化石一次能源取代，這樣既能夠達(dá)到降低能耗的目的，也能起到減少成本的作用。對單體建筑上而言，如果能源需求量較低，那么就會(huì)出現(xiàn)建筑能耗為負(fù)的狀況，這里所指的建筑能耗就是指消耗的非可再生一次能源。對于一直在增加的可再生能源貢獻(xiàn)率，在綠色建筑中應(yīng)用可再生原能源已經(jīng)成為一種不可或缺的方法。通過研究后發(fā)現(xiàn)，我國當(dāng)前已經(jīng)實(shí)施的可再生能源項(xiàng)目，太陽能和地?zé)崮苷紦?jù)著很大的比例，在后期建筑領(lǐng)域中，還將會(huì)涉及很多能源的應(yīng)用，如淺層地?zé)崮?、生物質(zhì)能。

3 復(fù)合利用太陽能與自然風(fēng)

3.1 自然通風(fēng)的主要方式

風(fēng)塔與招風(fēng)斗一直都是東方本土建筑的主要部分。這些通風(fēng)結(jié)構(gòu)借助主導(dǎo)風(fēng)向，控制向下流動(dòng)，進(jìn)而使人們能夠使用來自自然的流動(dòng)氣流，對居住的熱環(huán)境進(jìn)行改善。但是，在不斷提高中央空調(diào)技術(shù)背景下，人們更多的是使用人工手段對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，而這種自然的調(diào)風(fēng)手段往往被人們忽視。隨著城市建筑日益密集，人們能夠生活的空間越發(fā)有限。所出現(xiàn)的一系列病態(tài)建筑綜合癥，引發(fā)人們不得不向綠色建筑理念延伸[2]。在這樣情況下，自然通風(fēng)這個(gè)古老的技術(shù)被人們重視起來，這一技術(shù)既能夠節(jié)約人力、物力、財(cái)力，同時(shí)也能滿足人們回歸大自然的想法。另外，綠色建筑理念不但能夠保護(hù)好自然環(huán)境，而且也有益于人們的健康生活，因此，綠色建筑在現(xiàn)代建筑中備受重視，而再生能源復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用正符合綠色建筑的要求。

自然通風(fēng)一般是靠熱壓和風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)的，所謂的“穿堂風(fēng)”就是利用在建筑內(nèi)部空氣流動(dòng)產(chǎn)生的風(fēng)壓，在風(fēng)吹向建筑物時(shí)，在建筑物表面的阻擋下，靜壓會(huì)升高，動(dòng)壓會(huì)降低，迎風(fēng)面上會(huì)出現(xiàn)正壓，氣流向上偏轉(zhuǎn)，繞過建筑物各個(gè)面，在這些面上產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)。風(fēng)壓的工作原理就是利用壓力差。

3.2 太陽能強(qiáng)化自然通風(fēng)

通常來講，風(fēng)壓是很不穩(wěn)定的，在室外風(fēng)向與風(fēng)速變化有著很大波動(dòng)，并在朝向與區(qū)域限制下，在建筑中很難充分運(yùn)用。而相對熱壓而言，是一個(gè)很穩(wěn)定因素。通過上面的介紹可以得知，在熱壓起到一定主導(dǎo)作用后，室內(nèi)外溫度差會(huì)影響著自然通風(fēng)效果。所以，可想象這樣一個(gè)系統(tǒng)：使用某一種合理科學(xué)的結(jié)構(gòu)，提高開口高度差和室內(nèi)外溫差來加強(qiáng)自然通風(fēng)能力。太陽能強(qiáng)化自然通風(fēng)便是最好的例子。其就是將太陽能熱有效結(jié)合建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和技術(shù)以及被動(dòng)式冷卻技術(shù)，來達(dá)到室內(nèi)熱環(huán)境改善的目的，并降低建筑能量消耗。其工作原理就是運(yùn)用太陽輻射能量產(chǎn)生熱壓，在空氣流動(dòng)作用下，將熱能轉(zhuǎn)化成為空氣動(dòng)能。

當(dāng)前，太陽能強(qiáng)化自然通風(fēng)建筑結(jié)構(gòu)形式包括Trombe墻、太陽能煙囪、太陽能通風(fēng)屋頂、太陽墻。太陽能煙囪便是簡單又經(jīng)濟(jì)的方式，在南向煙囪圍護(hù)結(jié)構(gòu)中安裝吸熱板，吸收太陽輻射，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，強(qiáng)化自然通風(fēng)驅(qū)動(dòng)力。研究后發(fā)現(xiàn)，增加太陽能煙囪長度和太陽輻射強(qiáng)度來提高煙囪中的平均空氣溫度，配合建筑屋面，并根據(jù)太陽能煙囪長度，適當(dāng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，或者使用相應(yīng)的蓄熱材料，進(jìn)而達(dá)到更好的通風(fēng)效果。同時(shí)，通過研究后發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境溫度升高情況下，自然通風(fēng)量會(huì)有些下降，但下降幅度并不很大，所以在溫度高的夏季，太陽能通風(fēng)也會(huì)發(fā)揮一定的作用。

4 復(fù)合利用太陽能和土壤能

將土壤源熱泵與太陽能相結(jié)合，這樣就能夠形成太陽能土壤源復(fù)合熱泵系統(tǒng)。其構(gòu)成共包括三個(gè)部分，即：太陽能集熱系統(tǒng)、熱泵工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、地下埋地盤管熱系統(tǒng)。太陽能土壤源復(fù)合熱泵系統(tǒng)與普通熱泵系統(tǒng)工作原理不同之處，在于熱泵的低位熱源由埋地盤管系統(tǒng)和太陽能集熱系統(tǒng)共同負(fù)責(zé)。工作機(jī)理為：在冬季采暖時(shí)，以建筑土壤中夏季蓄存的部分熱量提供給用戶，以備夏季空調(diào)使用[3]。眾所周知，土壤與太陽能是可再生能源，是用之不完的。但熱泵系統(tǒng)是一種單一能源，在自然環(huán)境的限制下，具有制熱量低的缺點(diǎn)。二者有效的結(jié)合起來，互相彌補(bǔ)不足，可以達(dá)到更好的效果。太能能利用裝置的增加能夠完善土壤源熱泵制熱量低問題，同時(shí)也能解決制熱效率低、投資大等問題；而充分使用土壤源能夠彌補(bǔ)太陽能熱泵受氣候條件影響這一缺點(diǎn)。系統(tǒng)能夠間歇式運(yùn)行，能夠一定程度地恢復(fù)建筑所在土壤溫度場，進(jìn)而提高土壤源熱泵性能系數(shù)；在陰天或者雨天也能夠使用太陽能熱泵，方便建筑內(nèi)人員的使用。

5 復(fù)合利用自然風(fēng)和蒸發(fā)冷卻

5.1 新風(fēng)和蒸發(fā)冷卻的利用

新風(fēng)能夠很好地改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。在室內(nèi)引入一定量的新風(fēng)后，有助于提高人們在室內(nèi)的舒適度。同時(shí)，在室內(nèi)空氣值大于室外新風(fēng)熔值后，還能夠讓新風(fēng)承擔(dān)起相應(yīng)的冷負(fù)荷，這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)免費(fèi)供冷，也能夠改善屋內(nèi)空氣質(zhì)量。之后在過渡季，很長一段時(shí)間內(nèi)，室內(nèi)空氣熔值高于室外空氣熔值，但由于不能加大新風(fēng)量，只能利用制冷劑對空氣來冷卻，而不能使用免費(fèi)冷源?；诖耍枮I大學(xué)趙佳寧教授提出CAVA系統(tǒng)，即組合變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括常規(guī)全空氣系統(tǒng)S1和輸送新風(fēng)系統(tǒng)S2，常規(guī)全空氣系統(tǒng)S1置于空調(diào)機(jī)房內(nèi)，很多時(shí)間都用來處理回風(fēng)，而輸送新風(fēng)系統(tǒng)S2置于空調(diào)房間吊頂內(nèi)，一般不對空氣熱濕處理[4]。一般情況下，空調(diào)系統(tǒng)總風(fēng)量和夏季設(shè)計(jì)風(fēng)量，前者要大于后者，這樣就能夠在過渡季最大程度上運(yùn)用新風(fēng)供冷，從而提高冷水機(jī)組運(yùn)作效率。

在CVAC系統(tǒng)研究下，能夠使用蒸發(fā)冷卻技術(shù)冷卻新風(fēng)，進(jìn)而提出復(fù)合空調(diào)新系統(tǒng)。此方案一共包括兩個(gè)子系統(tǒng)，即S2全部用來輸送室外新風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)和S1間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，S2送風(fēng)系統(tǒng)包括送風(fēng)機(jī)和過濾空氣器，一般只過濾空氣并不會(huì)產(chǎn)生熱濕處理。S1間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，與常規(guī)全空氣系統(tǒng)串聯(lián)，自帶冷卻塔來達(dá)到提供冷卻水目的。

5.2 蒸發(fā)冷卻與夜間通風(fēng)的利用

夜間通風(fēng)蓄冷是在夜間環(huán)境下，將室外的自然冷風(fēng)送入室內(nèi)，使其與圍護(hù)結(jié)構(gòu)、物品和空氣等進(jìn)行換熱和蓄冷；在白天時(shí)能夠?qū)⑿畲胬淞抗┙o室內(nèi)空氣。在夜間通風(fēng)時(shí)具有很大的優(yōu)勢，不但能夠達(dá)到免費(fèi)供冷的目的，而且還能將室外環(huán)境中的新風(fēng)引入室內(nèi)，達(dá)到改善屋內(nèi)空氣質(zhì)量的目的，有助于促進(jìn)室內(nèi)空氣流動(dòng)。但是內(nèi)部設(shè)施蓄冷效率低時(shí)，如果只是借助夜間通風(fēng)的力量想要達(dá)到降溫的目的是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這時(shí)候就需要人工制冷的開啟，可考慮使用蒸發(fā)冷卻技術(shù)，串聯(lián)起送風(fēng)器與間接蒸發(fā)冷卻器，利用蒸發(fā)冷卻來達(dá)到降低溫度的效果[5]。

6 可再生能源是“綠色建筑”得以實(shí)施的必要條件

隨著世界各國對綠色環(huán)保理念的支持，建筑行業(yè)的綠色減排也日益得到重視。建筑內(nèi)部的很多能源消耗都是必不可少的，雖然要減排，但是依然要照顧到電器、照明、通風(fēng)等各種人們生活所需的客觀要求，這些需求導(dǎo)致建筑本身要想實(shí)行能源減排其空間的壓縮性是非常小的。以單體建筑為例，如果其能源需求量較低，則可能產(chǎn)生如建筑能源消耗為負(fù)的現(xiàn)象，我們這里所說的能源消耗是指非可再生一次能源的消耗?？稍偕茉匆讶怀蔀椤熬G色建筑”的建設(shè)必要手段。

7 結(jié)束語

從以上分析可見，在政府的高度重視和大力支持下，以及建筑設(shè)計(jì)師不懈努力，當(dāng)前我國可再生能源技術(shù)日益成熟，已朝著集成化、規(guī)?；?、科學(xué)化的趨勢發(fā)展。同時(shí)，由于可再生能源技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，也在無形之中推動(dòng)著我國綠色建筑的發(fā)展，綠色建筑越發(fā)受到人們的關(guān)注，也取得了很好的應(yīng)用效果。在追求綠色建筑理念的今天，利用可再生能源技術(shù)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，有計(jì)劃、有目的完善應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，并通過各學(xué)科的交叉來促進(jìn)綠色建筑事業(yè)與可再生能源事業(yè)的共同發(fā)展，唯有這樣，才能真正實(shí)現(xiàn)可再生能源復(fù)合技術(shù)與綠色建筑的有效融合，進(jìn)一步促進(jìn)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

[1]王榮光,沈天行.可再生能源利用與建筑節(jié)能[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2]夏春海,朱穎心,林波榮.建筑可再生能源利用評價(jià)方法[J].太陽能學(xué)報(bào),2007(6)：676-681.

[3]常慧.可再生能源技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用[J].建筑節(jié)能,2013(4)：39-41.

[4]高青.可再生能源利用與建筑節(jié)能融合技術(shù)[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007(S1)：43-45.

[5]耿震崗.強(qiáng)化能效測評標(biāo)識與綠色建筑評價(jià)促進(jìn)可再生能源利用[J].山西能源與節(jié)能,2008(3)：56-57.

Integration of Renewable Energy Composite Application Technology and Green Building

ZOU SHI-LONG

（Guangdong Change It Architectural Design Co.,Ltd.）

The reasonable use of renewable energy is an important method for energy saving, but also advocate the green building design concept, but renewable resources and has its own limitations and shortcomings, we must take into account the composite technology to be used in the process of green building's use of renewable resources, to integrate the technology, realize the real green and environmental protection. Firstly, this paper puts forward the necessity of building green building, and the purpose of green building design in the green building design.

architectural design; renewable energy; composite application; green building