建筑节能中新能源应用技术探讨

张清 孙旭琴 鲁维

摘 要：节能是我国的国策。建筑节能是一门综合性学科，它涉及到建筑、结构、采暖、通风、空调、照明、施工、电器、材料、热工、能源、环境、检测、计算机应用等许多专业内容，新能源的开发与利用是工程技术领域的首要任务。

关键词：节能建筑 节能技术 新能源 太阳能 风能 地热

节能建筑的实施已是我国建设领域中的一项基本国策，建筑节能包含三部分内容：一是如何合理确定围护结构的保温隔热性能。对于一般房屋建筑，30%的热（冷）量从窗户损耗，如采用双层玻璃、遮阳板，能有效节能；还有35%能量由墙体、屋面散发，如合理确定体形系数和传热系统，就能达到节能效果。二是从生活热水、供暖、空调供冷系统和电能使用方面来节约能源，使能源得到最高效的利用。三是如何开发和利用新能源，充分选用可再生能源。如冰岛等国家，充分利用地热泵技术，在建筑房屋时先在地上打两个洞，通过电泵将地下水循环起来，为整座建筑供热，而只有电泵耗能；又如丹麦等国，地处海边，太阳能和风能条件得天独厚，使用热泵技术时结合风能与太阳能，使风能或太阳能带动电泵实现“零能耗”。新能源的开发与利用在节约建筑能耗有着远大前景，新能源是指非常规、可再生能源，如太阳能、风能、地热等。在我国，近年来新能源的开发利用也得到了快速发展，笔者结合多年的实践，对新能源技术用于建筑节能作以下几个方面探讨：

一、新能源开发与利用的法规、标准和规范

我国《可再生能源法》第十七条规定：国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统；《民用建筑节能条例》中也有类似规定。近年来我国颁布实施了一系列的技术标准和规范，在民用建筑中，可再生能源开发与应用的现行国家标准和规范主要有：

《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50346--2005；

《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005（2009年版）；

《太阳能供热采暖工程技术规范》GB50495-2009；

《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》JGJ203-2010；

《民用建筑太阳能空调工程技术规范》GB50787-2012；

《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T50801-2013；

二、太阳辐射能的直接应用

1.太阳能制冷。利用太阳能制冷作为空气调节系统的冷源。有两种方法：一是实现光――电转换，将太阳能转换为电能，然后采用常规的压缩式制冷机组实现制冷；二是进行光――热转换，将太阳能转换为热能，再采用吸收式制冷技术等实现制冷。前者系统比较简单，但其造价约为后者的3—4倍，因此国内外的太阳能空调系统以第二种为主。太阳能制冷的方法有多种，如压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸收式制冷等。压缩式制冷要求集热温度高，除采用真空管集热器或聚焦型集热器外，一般太阳能集热方式不易实现，所以造价较高；蒸汽喷射式制冷不仅要求集热温度高，一般说其制冷效率也偏低，约为0.2～0.3左右的热利用效率；吸收式制冷系统所需集热温度较低，大约70～90℃即可，使用平板式集热器也能满足要求，而且热利用较好，制作容易，制冷效率可达0.6～0.7，所以易实现，但是设备庞大，影响推广。

2.太阳能供热水和供暖。太阳能热水器作为热源已得到广泛、多样的应用，是太阳能热利用中具有代表性的一种装置。对于太阳能集热器在连续集热的情况下，提供的热水温度较低，约为40—50℃，在供暖时选择适合于低温热水供水的设备就行。如地板辐射供暖供暖系统；如我国南方地区在冬季采用空调系统供暖时，对水温要求不一定要60℃。要求水温越低，更有利于太阳能的充分利用。在生产生活热水系统中，最常用的太阳能热水器是架在屋顶的平板热水器，用于洗澡。在工业生产、采暖、干燥、养殖、游泳、温室技术等许多方面也需要热水，都可利用太阳能。太阳能热水器按结构分类有闷晒式、管板式、聚光式、真空管式、热管式等几种。

3.太阳能房。太阳能房是利用太阳能采暖和降温的房子。人们的生活能耗中，用于采暖和降温的能源占有相当大的比重。特别对于气候寒冷或炎热的地区，采暖和降温的能耗就更大。太阳房既可采暖，也能降温。最简便的一种太阳房叫被动式太阳房，建造容易，不需要安装特殊的动力设备。复杂一点、使用方便舒适的另一种太阳房叫主动式太阳房，是一种高级的太阳房――空调制冷式太阳房。

三、地热供暖、供热水和空调

1.地热供暖、供热水系统。地热可以用于发电、供暖和空调供冷。地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体首先是应用于发电。 地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。将地热能直接用于采暖、供热、供热水和空调制冷是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好，倍受各国重视，特别是位于高寒地区的西方国家，如冰岛早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统，现在这一供热系统已发展得非常完善，每小时可从地下抽取7740吨80℃的热水，供全市11万居民使用。由于没有高耸的烟囱，冰岛首都已被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外利用地热给工厂供热，如用作干燥谷物和食品的热源，用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源也是大有前途的。我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速，在京津地区地热利用是较普遍的供暖方式。

2.土壤源热泵空调系统。空气源热泵系统、地表水热泵系统、地下水热泵系统是建筑空调系统中对天然能源的利用。土壤源热泵系统则是能源循环利用。其特点是：全年气象条件的周期性变化，建筑空调系统在冬季要供热，在夏季要供冷，如果将夏季排出的热量以某种方式蓄存，在冬季用于建筑供热，从而实现能源的循环利用，降低对其它能源的需求。此系统的关键是解決蓄热与取热，就全年而言，应做到向土壤释热与从土壤中取热的平衡，同时，要通过对不同地质传热情况的研究找出蓄热和取热的传热规律：通常可通过岩土响应性实验获得岩土综合热物性参数及岩土初始平均温度。

四、风力制热

风力发电是实现风能――电能转换，在我国的新疆、内蒙古等地有规模较大的风力发电，这是一项成熟的天然能源利用技术，风力发电已在我国的广泛地域得到应用。“风力制热”是将风能转换成热能。目前有三种转换方法：一是先风能转换为电能，再将电能变成热能。虽然电能转换成热能的效率是 100%，但风能转换成电能的效率却较低，从能量利用的角度看，这种方法不可取。二是由风力机将风能转换成空气压能，再转换成热能，即由风力机带动离心压缩机，对空气进行绝热压缩而放出热能。三是将风力机直接转换成热能。显然第三种方法制热效率最高。 风力机直接转换热能也有多种方法。最简单的是搅拌液体制热，即风力机带动搅拌器转动，从而使液体（水或油）变热。“液体挤压加热”是用风力机带动液压泵，使液体加压后再从狭小的阻尼小孔中高速喷出而使工作液体加热。此外还有固体摩擦加热和涡电流加热等方法。

五、结语

建筑节能是关系整个人类社会生存发展的大计。跨入新世纪，科学有效地开发利用新能源与环境保护、生态文明是相辅相成的，统筹规划、依靠科技、精心组织，防止在新能源的开发利用中破坏水资源和地下资源，造成环境和生态不平衡。

参考文献：

[1]《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015.

[2]《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014.

[3]《建筑给排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）.

[4]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012.