可再生能源在建筑设计中的利用

2015-11-04罗兰

建材与装饰 2015年38期

关键词：风能太阳能建筑设计

罗兰

（重庆市设计院　重庆　400015）

可再生能源在建筑设计中的利用

罗兰

（重庆市设计院重庆400015）

建筑物的建设中，所耗费的能源占据重大比例。因此，必须深入了解建筑设计的可行性、能源应用的再生性，充分发挥能源效果，减少消耗，提高企业经济效益和社会效益。本文阐述了可再生能源在建筑设计中的运用情况。

可再生能源；建筑设计；利用

引言

可再生能源在建筑中的应用是绿色建筑的重要技术途径。在实际的运用中，各个地方的绿色建筑技术大多以可再生能源为先导，这也是消费者最容易接受的能源技术。在进行建筑设计中，可再生能源系统的构建应当根据地区气候特征、地域特征等作为设计要素，应用相应的可再生能源技术，以提高建筑的环保性能。

1　可再生能源能源概述

1.1概念

可再生有源就是在自然界自然生成的，不会被一次性消耗，可以给社会生产、生活带来光、热、力及其他动力驱动的势能。相对石油、煤炭、天然气这些传统能源，可再生能源是一个新的能源概念，其特点是对环境友好，洁净、无污染；并且在自然界取之不尽，用之不竭，可循环利用。

目前已经被人类充分认识并积极开发的可再生能源主要包括：太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能、海洋能、生物质能等。在建筑节能设计中，目前，技术成熟，应用比较广泛的可再生能源主要包括太阳能、风能、地热能、生物能等，人们在享用这些新能源的过程中，取得了切实的收益。

1.2重要性

现有的市政基础设施为了给用户带来舒适的生活环境，逐渐开始采用有利于环境保护的材料。所以，为了最大限度减少不可再生能源的使用，同时减少建筑垃圾，科学有效的利用废弃的土地，减少耕地扩占，应当选用循环经济，将废弃的土地、原料、砖石等建筑材料进行二次利用。环境绿色建筑还需要建筑者注重对环境本身的保护，这一建筑方式强调建筑在运营和投入使用的时候尽可能的减少对环境的污染，如减少建筑废弃、污水排放、垃圾分类等多项环保项目，以便于减少生物圈破坏，使人与自然达到一个相对平衡的状态。

2　可再生能源在建筑设计中的具体应用

2.1太阳能的利用

当前，太阳能是我国可再生资源中应用最广泛的一种，例如目前最为常见的太阳能热水器，这种热水器对水的加热方式就是选用了太阳能，利用太阳的热能来进行热能发电（见图1），然后对水进行加热。太阳能具有以下几种特点：

图1　太阳能热水器系统示意图

（1）太阳能的无限性。太阳相对于地球或人类，在一定程度上是无限的。目前，人类无需对这一能量的资源进行担心，对于人类来说，太阳能是取之不尽用之不竭的一种可再生资源。

（2）太阳能的普遍性。一种能量被利用的最基本原因就是他的普遍性，相对性其他不可再生资源，太阳能在地球上的绝大多数地区都是普遍的，并且可以进行就地取材。这一特点就为缺少不可再生能源的国家和地区在能源问题上提供了帮助。

（3）太阳能的清洁性。太阳能这种可再生的资源是一种干净的、洁净的能源，在人类对其进行开发和利用的时候，几乎不产生任何的污染，对环境的保护是一个十分重要的环节，加上太能能本身的无限性，是目前发现的能源中十分可靠，同时也是十分理想的代替能源。

（4）太阳能的经济性。太阳能的经济性可以分为本身的无限性和使用的收费和考量，因而无需对这种能量进行过滤和选择。同时根据目前的科技发展，能够有效利用这种能源。另外，目前在使用太阳能这种能源的时候，不需开采，只需接收，在一定程度下节省了成本。

2.2风能的利用

在建设设计中，对风能的利用主要有两个方面，即风力发电和运用自然风为室内提供降温需求。①风力利用是主动式；②被动式。建筑风能设计利用，通常是在建筑高层。当风机风速达2.7m/s的情况下能够产生电能，在25m/s时达到额定功率，保证持续发电的风速为40m/s。因此，在一些高楼顶部设计安装发电机组，其现实应用性、可行度都非常高，而且这一技术国外发达国家已被广泛采用。

所以，设计高层风力发电技术，应该考虑的问题是：①当地年平均风力、风速以高层建筑顶部离地高度，这些都对风力的采集有直接影响；②发电机组的负载、发电机组重量也要充分考虑，如果使用不当，将会对楼体形成严重破坏。风能的被动利用，就是在建筑设计时，要充分考虑如何利用自然风，让楼间及家居内空气保持流通，在热季可以利用自然通风带走室内一部分热量。利用自然风能降温比利用家电降温效果要好，电器设施在使用中要消耗能源，对环保不利。

2.3地热能的利用

所谓地热，是利用带有一定温度的地下表层热水，通过地源热泵抽取出来，投入人们生产、生活使用。地源热泵技术有两种：①土-气型；②水-水型。土-气型技术，就是将地热通过地源热泵抽取出来，然后实现热转换，将热能转换成冷风或热风，根据用户需要向居家或生产提供用热。土-气型技术，是从地下水中取热和排热，经过热泵机组转换成热水或冷水，然后再经过设置在各房间的风机盘管转换成热风或冷风给房间供暖或制冷。

设计地热利用时，最重要的是地点的选择，如果建筑离热源很远，由于物理原因很难对地热加以有效利用，或者地热利用成本就变得非常昂贵；另外，可再生能源在建筑中的利用设计上，要重视对地基的处理。通常有地热的区域，地质构成都复杂，地质环境变化大，一般不适宜建设高层楼宇，为了安全利用地热资源，在设计中，一定要对地质结构有充分了解，以避免由于对地质条件不掌握，给建筑安全带来不测。在设计中，在查找到热源后，要留足空间，便于安装地热机组，注意在地热输送和传导中减少热耗。

2.4生物能的利用

生物能的利用也具有巨大的可拓展潜力。在对生物能的利用方面，目前重点有两个方面：①城区对废物、垃圾进行处理形成的热电联产；②农村对沼气的利用开发。在建设设计中，生物能被用于居家供热。

在城区，每天必然会形成很多垃圾，国家已经加大投入，对城市垃圾进行综合处理，其变废为宝，一些垃圾处理厂将焚烧垃圾所产生电、热被用于城市生产、生活。沼气就是利用植物秸秆和动物的粪便，在沼气池中进行微生物发酵，产生沼气，通过管路将气体运送到用户。沼气可以替代煤气等能源，满足人们居家生活的需要，其优点在于环保、降低废物的排放。为了合理、有效地利用生物能这一可再生资源，建设设计在选地方面要有充分考虑污物处理场在提供能源线路安装上，是否具备条件。如果小区物业有能力对生物能进行有效利用，比如建设小型污物焚烧场，实现热电联产，减少生活成本，那么在设计安排上，要考虑建筑格局、植物生产以及建筑位置对利用生物能带来的可能的各个方面的影响。

在具体的设计中，应当通过对各物理设施的构造节点，技术选择等细节，完善可再生能源的利用。在设施安装设计和技术管理方面，需要与专门人才积极协作，充分研讨，使生物能利用不仅仅停留在初期的应用层面，而是与建筑融为一体，让可再生能源走入人们的生活，以期使生物能利用效益最大化。

2.5潮汐能的特点与其可利用性

潮汐能通常对地理位置有特定的要求，且相对于太阳能和风能，在利用上更少。潮汐能的来源主要是海水的涨潮与落潮，形成的水的高低势差来引起的能量。潮汐能所带来的能量往往由于地域的不同，其能量的多少也不同，在不同的地区海水的涨潮与落潮在时间上与能量上都会出现不同的状态。同时潮汐能所得出的能量的大小，与潮量和潮差成正比。潮汐能这种能量是把海水的动能转化中势能，但是目前来看，这种能量相对与太阳能和风能更难以收集，同时具有地域的局限性，目前来看这一能量主要应用在人类的航海、捕鱼、晒盐等方面。在建筑工程中，可以利用潮汐能进行发电，但是有地域的局限性，需要根据不同地域来建设不同的电站。