关于绿色建筑中可再生能源利用的思考

2020-12-18陈龙

绿色环保建材 2020年12期

陈龙

江苏省建筑科学研究院有限公司

1 引言

近年来环境形势愈发严峻，能源消耗也越来越多，人们对于环境保护的意识不断提高，在建筑行业中引入环保的概念，使用可再生的能源代替传统能源，减少对环境的污染和压力，实现能源的可持续发展，相关技术人员应加强对新型可再生能源在建筑中利用的研究，提高能源的利用率，维持生态平衡，促进建筑行业的快速发展。

2 绿色建筑与可再生能源

2.1 绿色建筑

绿色建筑是指在全寿命周期内能够做到节约资源、保护环境、减少污染，为居住者提供健康、适用、高效地空间，达到人与自然的和谐统一的高质量建筑。绿色建筑应充分地利用太阳能等可再生的能源，使用节能型的建筑结构，合理地配备资源的使用，根据实地的环境和自然通风等原理来减少能源的消耗，同时，提高能源的利用率。绿色建筑强调与环境相融合，保持自然生态环境的和谐与平衡，减少对环境的影响和污染，随着全球生态环境的变化趋势，绿色建筑将会成为建筑行业的发展的趋势。

2.2 绿色建筑的能源利用

在全球气温变暖和能源危机的影响下，人们对于节能环保加大了重视程度，在建筑行业的上表现出了两个方面，一是，使用环境友好的建筑材料，减少对环境的污染；二是，节约能源和使用可再生能源，减少能源危机的影响。在对建筑能源相关问题进行探讨时，将可再生能源技术加入建筑结构中，不仅能够减少环境对不可再生资源的消耗，减轻环境资源的压力，还能够降低环境污染，为人们提供与自然环境相和谐的居住环境[1]。

绿色建筑中能源的利用策略的目的是在对环境无污染和不良影响的前提下，减少对不可再生能源的消耗量的同时，提高可再生能源的利用率。一方面，减少建筑中由于供暖或制冷等设备对能源的能耗，另一方面，在房屋的设计中加入可再生能源的利用技术，减少对不可再生能源的浪费。

例如：在实际的建筑设计中，经常是根据当地的地理自然环境等因素，将多种技术进行有机结合，提高能源的利用率，满足建筑的需要。首先，在设计建造绿色建筑时，可以将其中的将整体建筑结构进行优化，使用质量较为优秀、寿命较长的环保材料，如全装配式钢结构等，在实际施工时，使用对环境友好的材料，减少使用混凝土或对环境有污染的建筑材料。其次，在建造前对周围环境进行详细的调查，同时，计算能够满足建筑温度调节所需的地下蓄热装置的具体配置，建筑的周围可以使用保温能力较强的材料，减少由外界环境的而影响而增加的能耗。最后，可以在建筑的顶部安装太阳能电池板等发电设备，为室内提供足够的电能，满足照明和电气的需求。通过将不同的能源利用技术进行有机的结合，能够使建筑实现完全的自给自足，同时对环境零污染，带到为湖生态平衡的目的。

3 可再生能源建筑技术

3.1 太阳能技术

太阳能作为一种自然能源，其储量丰富并且对环境无污染，是国际上公认的未来最具竞争性的能源之一。在对太阳能利用上，大致分为两种，一种是太阳能光热技术，另一种是太阳能光伏技术。

太阳能光热是指利用太阳能辐射的热能，将其与建筑设计一体化，节省建筑整体能耗。太阳能光热的利用包括：太阳能热水器、太阳房、太阳灶、太阳能光照系统、太阳能热发电、太阳能热泵系统、太阳能制冷技术等。

（1）太阳能热水器是将集热器表面添加涂层，集热器中的热导管采用高导热效率的铜管，在运行时，集热器能够吸收太阳能，并将其转化为热能，将其中的冷水加热，供人们的生活。太阳能集热器能够通过将太阳能转换为热能，自动化地将水加热，具有节能环保等功能。

（2）太阳能热泵技术是一种新型空调供热制冷技术，通过少量的电能来驱动能源，使其能够从低温热源处吸取低品位热能，将其传给高品位的热源，达到热泵的目的，从而将室内的温度进行调节，能够有效地节约高品位能源。

（3）太阳能制冷技术是通过热能的驱动来进行吸收式制冷，或将太阳能转化为电能，再利用电能进行驱动制冷的原理来设计相应的太阳能制冷系统[2]。

太阳能光伏技术是指利用光伏半导体材料的光生伏打效应将太阳能转化为直流电的技术，用来转换能量发电的核心材料时使用半导体制作的太阳能电池板，目前，光伏的应用较多，发展也较为迅速。在建筑中可以引入给光电一体系统来增加自然资源的利用，同时提高其利用效率。在建筑设计施工时，可以将其布置到建筑的屋顶上或建筑围护结构中。光电一体系统能够在电量生产后近距离传输使用，减少了电力安传输的消耗和传输费用，同时，将其作为建筑围护结构能够减少占用空间，还能节省维护材料和供电设施的制成结构材料的费用。不仅减少了对不可再生能源的消耗，还提高了太阳能的利用率，有利于保护环境，维持生态平衡（见图1）。

图1 太阳能光伏技术

3.2 浅层地热能技术

浅层地热技术又称地温能，是指在25℃以下，蕴藏在浅层地表的土壤、岩石、水源中的清洁的可再生能源，将这种地热能源用于建筑空调领域被称为地温技术。在对浅层热能进行开发时，需要对地下水、地表水、岩石等开发利用，应注意对环境的保护，无害化利用、可持续化、循环利用等原则进行利用。在建筑中引入浅层地热能技术能够帮助室内进行温度调节，为居住者提供舒适的环境。

在使用浅层地热能对建筑室内进行调节时，使用地热泵运行原理，将位于地表中的低品位热能提取出来后进行制冷或供热。使用位于室外的换热系统等对室内的冷热进行循环，保障室内的温度适宜人类生活。在夏季室内制冷时，换热器中的水能够将建筑物中的热量吸收，传输到地下的换热器中将热量输入到地表浅层的土壤或水层中，使室内温度降低；在冬季室内供暖时，使用于循环供暖的水通过换热器吸收地表浅层中的热量，通过水循环为室内提供适宜的温度。

通过地表浅层热能技术能够使地下的热能得到充分地利用，能够有效地减少对能源的消耗，达到节能的目的[3]。但是该技术对环境的要求较高，在设计前需要对周围环境中的地表浅层的土壤、岩石和地下水等进行细致的探测，同时要调查水体的稳定情况，前期的投入较大，影响其经济成本，因此，应加强对相关技术的研究，加快开发地表浅层热能，减少对不可再生能源的消耗（见图2）。

图2 地源热泵技术

例如：某小区中使用地热水直接采暖，通过地源热泵系统将循环工作介质填入埋在土壤或水中的、导热性较好地管材中，合理地利用地表的热量进行制冷或供暖，这种方式供应较为稳定，并且效率较高，能够直接为小区用户提供需要的室内温度，减少能源的利用的同时提高利用率。

4 可再生能源的利用

可再生能源在建筑中的利用主要根据建筑物用途不同进行分类，包括：①居民住宅建筑，居民对于供水问题更加重视，建筑中的热水供应系统中可以加入地源热泵系统，或者太阳能热水器系统，为居民提供其日常所需的热水。

办公建筑，在办公建筑中应用最多的是空调系统，为工作人员提供给较为舒适的工作环境，因此，空调制冷和供暖的能耗较大。在设计办公建筑时可以将地源热泵系统导入建筑设计中，通过对该技术系统所需的占地面积与实际建筑等决定因素进行计算和调整，能够为整体建筑提供制冷和供暖，满足室内需求。如：江苏地区的地源热泵技术的应用方式是通过在地源热泵系统中设定标准值，如超过或达不到标准值则会开始启动热泵机组或冷水机组进行调节。

商场建筑，商场中对电能的消耗较大，同时在电能工作中会散发大量的热，需要使用空调系统对室内温度进行调节，保证室内环境适宜。因此，可以使用太阳能光伏技术来为商场提供电能。在商场屋顶和四面的围护结构中安装太阳能电池板等设施，不仅能够为商场提供大量的电能，减少传输的浪费，提高能源利用率，还能够将太阳能光伏设备设置为建筑的围墙，为建筑提供支撑和美观的作用。

旅馆建筑，此类建筑对于热水的需求量非常大，需要室内随时能够供应热水，在使用可再生资源时，应使用太阳能光伏和光热的应用技术对水进行加热。由于旅馆的选址一般在较为繁华的地区，同时占地面积较小，不适合使用地源热泵技术，在夏季时可以利用太阳能热水器来提供热水，在冬季时可以使用太阳能光伏技术，提供电能来为旅馆加热供应水。