探究可再生能源在建筑設(shè)計(jì)中的高效利用

張靜

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)能源問(wèn)題日益突出，在節(jié)省煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的同時(shí)，還應(yīng)大力推廣可再生能源的高效利用。基于此，本文以可再生能源作為研究對(duì)象，分析其用于建筑設(shè)計(jì)的重要性，通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等可再生能源在建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

關(guān)鍵詞：可再生能源;建筑設(shè)計(jì);資源高效利用

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市內(nèi)人口眾多，高層建筑施工規(guī)模擴(kuò)大，施工的同時(shí)也需要消耗更多能源。建筑行業(yè)是我國(guó)能源消耗最為突出的領(lǐng)域之一，能源消耗問(wèn)題也是制約建筑行業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)因素，將可再生能源用于建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，將緩解能源緊張給建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)的影響，同時(shí)推動(dòng)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿母咝Ю谩?/p>

一、可再生能源在建筑設(shè)計(jì)中的重要性

從可再生能源的儲(chǔ)量上來(lái)看，我國(guó)大多數(shù)地域擁有豐富的可再生能源，超過(guò)70%的土地能夠利用太陽(yáng)能，且太陽(yáng)能輻射量可以達(dá)到每平米6000千伏。我國(guó)風(fēng)能資源量達(dá)到三十億千瓦，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)可再生能源投入使用率的上升趨勢(shì)，大約在2020年能夠基本滿足我國(guó)對(duì)可再生能源的應(yīng)用需求。分析建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用可再生能源的重要性，具體如下：（1）有利于緩解環(huán)境污染。在建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中樹(shù)立能源節(jié)約理念，綜合利用可再生能源，這樣做不僅可以優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，還能夠避免對(duì)環(huán)境造成污染。（2）有利于推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用可再生能源，實(shí)現(xiàn)建筑施工的節(jié)能目標(biāo)，這是從國(guó)家戰(zhàn)略方針角度出發(fā)的，以建筑領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展目標(biāo)相符合。（3）響應(yīng)國(guó)家節(jié)能環(huán)保的號(hào)召。從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始應(yīng)用可再生能源，這是對(duì)我國(guó)政策的積極響應(yīng)，不僅解決了能源浪費(fèi)的問(wèn)題，還落實(shí)了節(jié)能環(huán)保的理念^[1]。

二、可再生能源在建筑設(shè)計(jì)中的高效利用

（一）太陽(yáng)能在建筑設(shè)計(jì)中的高效利用

太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，作為一種清潔可再生能源，太陽(yáng)釋放出來(lái)的輻射可以被綜合利用，并轉(zhuǎn)化為熱能、電能以及化學(xué)能。在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)太陽(yáng)能的利用主要如下：（1）將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能。使用太陽(yáng)能集熱裝置吸收太陽(yáng)能輻射，再將收集到的輻射轉(zhuǎn)換為熱能，供居民熱水供應(yīng)與空調(diào)取暖。（2）將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。利用光熱電能力轉(zhuǎn)換，即光熱發(fā)電，或者依靠太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能，并存儲(chǔ)電能，即光伏發(fā)電。（3）太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。使用太陽(yáng)能分解水資源，分解出來(lái)的氫就是一種可再生能源。

在建筑設(shè)計(jì)中，人們對(duì)太陽(yáng)能的利用主要體現(xiàn)在太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)和太陽(yáng)能光電系統(tǒng)中。利用太陽(yáng)能時(shí)，應(yīng)從建筑物自身情況出發(fā)，將可再生能源的利用方案與建筑物實(shí)情結(jié)合，在保證太陽(yáng)能充分利用的同時(shí)，滿足建筑物通風(fēng)效果。某地太陽(yáng)年日照數(shù)為1400-2200h，年太陽(yáng)輻射總量為4190-5016MJ/（m2·a）。一年中以7、8月最高，1、2月最低，屬于第III類資源一般區(qū)，具備應(yīng)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的條件。建筑設(shè)計(jì)人員采用了非逆流分散式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏板朝南布置，系統(tǒng)由光伏組件、防雷直流匯流配電箱、并網(wǎng)逆變器與監(jiān)控系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)能的高效利用，減少了室內(nèi)氣體和污染物的排放，緩解了溫室效應(yīng)^[2]。

（二）風(fēng)能在建筑設(shè)計(jì)中的高效利用

同樣是可再生能源，風(fēng)能在建筑設(shè)計(jì)中有著不可代替的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)風(fēng)能的合理布置，可以讓建筑物降低對(duì)機(jī)械能源的消耗，采用自然通風(fēng)的方式合理設(shè)置建筑物主體結(jié)構(gòu)和門窗部位，提升室內(nèi)通風(fēng)水平，為居住者營(yíng)造舒適的生活環(huán)境。要求設(shè)計(jì)人員具體結(jié)合建筑物朝向、氣候條件與風(fēng)向條件確定風(fēng)能的利用。在電能轉(zhuǎn)換方面也可以利用風(fēng)能，特別是針對(duì)能耗較高的工業(yè)建筑，風(fēng)能的應(yīng)用可以為建筑提供節(jié)能效果?，F(xiàn)代風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)有著極強(qiáng)的能量均衡能力，全球風(fēng)能發(fā)電年度二氧化碳減排量至少在8.2億噸以上，預(yù)計(jì)到2020年，風(fēng)能發(fā)電減排量將超過(guò)10億噸，2030年風(fēng)能發(fā)電減排量將超過(guò)23億噸。在未來(lái)，應(yīng)在全國(guó)形成統(tǒng)一風(fēng)能市場(chǎng)聯(lián)網(wǎng)能力，將風(fēng)電的高效利用作為電力規(guī)劃研究的前提，用于建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，為建筑領(lǐng)域帶來(lái)更加友好的風(fēng)能電力系統(tǒng)。

（三）地?zé)崮茉诮ㄖO(shè)計(jì)中的高效利用

地?zé)崮茏鳛榭稍偕茉?，可以通過(guò)地源熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)其在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的高效利用。由于地源熱泵系統(tǒng)有著不同的交換方式，要求設(shè)計(jì)人員從地理?xiàng)l件和建筑規(guī)劃入手，做好建筑物勘測(cè)工作。建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用地源熱泵技術(shù)，三合一地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行需要依靠一臺(tái)地源熱泵機(jī)組制出7℃、45℃、55℃水，其中7℃的冷水主要為夏季空調(diào)提供服務(wù)，45℃的熱水供冬季供暖，55℃的生活熱水供居民洗浴。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)綜合利用了地?zé)崮?，以地球表面淺層地?zé)嶙鳛槔錈嵩矗ㄟ^(guò)能量轉(zhuǎn)換打造采暖空調(diào)系統(tǒng)和地?zé)嵯到y(tǒng)。地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用改進(jìn)了以往電能大量消耗的問(wèn)題，符合現(xiàn)代化建筑設(shè)計(jì)中的“低碳”理念。

以往建筑物供暖需要依靠煤炭資源，但煤炭燃燒會(huì)給城市帶來(lái)大量煙塵，嚴(yán)重污染環(huán)境。近年來(lái)，北方地區(qū)供熱熱源嚴(yán)重不足，為了達(dá)到建筑設(shè)計(jì)節(jié)能減排與環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)，各地開(kāi)始考慮利用淺層地?zé)崮?，以此解決公用建筑夏季制冷與冬季供熱的問(wèn)題。200-400攝氏度的地?zé)崮芸梢灾苯佑糜诎l(fā)電和綜合利用;150-200攝氏度的地?zé)崮芸梢杂糜陔p循環(huán)發(fā)電、制冷、工業(yè)熱加工等;100-150攝氏度的地?zé)崮芸梢杂糜陔p循環(huán)發(fā)電、建筑制冷供暖、工業(yè)干燥、脫水加工;50-100攝氏度的地?zé)崮芸梢杂糜诮ㄖ┡?，滿足家庭用熱水需求;20-50攝氏度的地?zé)崮芸梢杂糜谏钽逶　⑼寥兰訙匾约八a(chǎn)養(yǎng)殖等。在采暖與供熱方面，地?zé)崮芸梢灾苯討?yīng)用，該可再生能源適合用于我國(guó)北方地區(qū)。房屋設(shè)計(jì)中，人們?cè)谑覂?nèi)鋪設(shè)了加熱瓷磚，實(shí)現(xiàn)裝飾與采暖效果的二合一，支持智能溫控，使地?zé)崮茉蠢米畲蠡４纱u內(nèi)部含有石墨烯芯片，安裝時(shí)無(wú)需鏟墻動(dòng)土，不用鋪設(shè)水管和電纜，一次性安裝就能成型，瓷磚防水效果較強(qiáng)，自身絕緣不導(dǎo)電。

（四）生物質(zhì)能在建筑設(shè)計(jì)中的高效利用

與太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芟嗤?，生物質(zhì)能也是可再生能源的一種，在自然界取之不盡用之不竭，應(yīng)用時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。生物質(zhì)能就是將砍伐木材與農(nóng)林剩余物充分處理和加工，使其在建筑設(shè)計(jì)中巧妙應(yīng)用，從而達(dá)到減少石化能源使用量的目的。今后建筑設(shè)計(jì)和社會(huì)生產(chǎn)中，生物質(zhì)能將占據(jù)50%的能源消耗總量。生物質(zhì)能發(fā)電機(jī)組以廢氣稻殼、秸稈、木屑為原料，經(jīng)過(guò)氣化爐得到氣化處理，產(chǎn)生可燃性氣體燃料，氣體燃燒后驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功能，設(shè)備功率在350-1000KW。內(nèi)混式進(jìn)氣系統(tǒng)與空燃比自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，避免了生物質(zhì)能發(fā)電機(jī)組高氫燃?xì)饣鼗鸱排趩?wèn)題。機(jī)組進(jìn)氣閥箱可以自由拆卸，.非增壓自然進(jìn)氣，對(duì)燃?xì)庵薪褂偷倪m應(yīng)性強(qiáng)，避免增壓器、中冷器堵塞、功率輸出不穩(wěn)定的問(wèn)題。生物質(zhì)能在農(nóng)村住房建設(shè)中應(yīng)用廣泛，人們采用這一清潔生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物回收利用，在滿足建筑功能需求的前提下，采取節(jié)能環(huán)保的室內(nèi)照明方式，墻體保溫層和建筑物主體結(jié)構(gòu)一同施工。生物質(zhì)能可以轉(zhuǎn)化為氣體燃料，經(jīng)過(guò)生物質(zhì)原料的厭氧發(fā)酵與熱化學(xué)轉(zhuǎn)化生成可燃性氣體，即生物燃?xì)?，這也是人們常說(shuō)的沼氣，它滿足農(nóng)村地區(qū)的日常發(fā)電需求。

三、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中大力應(yīng)用太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉?，將其與建筑物實(shí)際情況結(jié)合，可以推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在未來(lái)，各部門還應(yīng)探尋可再生能源與生態(tài)住宅相融合的最佳方式，并將其作為今后建筑設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳秀紅.可再生能源在建筑設(shè)計(jì)中的利用分析[J].科技風(fēng)，2019（18）：105.

[2]李霞.淺談可再生能源在建筑設(shè)計(jì)中的利用[J].建材與裝飾，2019（14）：102-103.