可再生能源在建筑中应用的探索与实践

【摘要】所谓可再生能源是指风能、太阳能、水力能、生物质能、地热能和海洋能等非化石能源。本文作者首先分析了可再生能源在建筑中应用的意义，其次就三种主要的可再生能源在建筑中的应用情况进行了介绍。

【关键词】可再生能源；建筑；应用

中图分类号：P754.1 文献标识码：A 文章编号：

引言

能源是一个国家国民经济和社会发展的基础，是整个人类社会赖以生存和发展的物质保障。建筑能耗在能源消耗中占的比例为 30% ，随着社会的发展，这一比例会呈现上涨的趋势，运用建筑节能技术是降低建筑能耗的重要手段，而可再生能源的利用是实现建筑可持续发展的重要环节。大力开发利用可再生能源，减少化石能源的消耗，保护生态环境，减缓全球气候变暖，推进人类社会可持续发展已成为世界各国的共识。

1可再生能源在建筑中应用的意义

1.1 可代替和少用资源有限、不可再生的化石能源

人类社会目前消耗的能源，包括建筑使用消耗的能源，主要是煤炭、石油和天然气等化石能源。这些能源资源有限，不可再生，终究要枯竭。人类应未雨绸缪，早做准备，既要提高能源利用效率、大力节约能源，又要积极研究开发利用资源无限、可以再生的新能源和可再生能源，走经济社会可持续发展的能源道路。因此，在建筑中积极推广应用太阳能、风能、地热能和生物质能等新能源和可再生能源，代替和少用一些煤炭、石油、天然气等一次化石能源和由其转换成的二次能源，对减少我国化石能源的消耗量和优化我国的能源结构，具有重要意义。

1.2 可减少耗用化石能源所产生的污染物的排放量，减轻大气污染，保护生态环境

人类生存与发展离不开能源，能源是经济社会发展的基本物质基础，但化石能源的大量开发与利用，又是造成大气和其它类型环境污染与生态破坏的主要因素。据有关资料分析，世界各国房屋建筑能源使用中排放的CO2约占全球CO2排放总量的l／3，其中：居住建筑占2／3，公共建筑占1／3。因此。如何在开发和使用能源的同时，保护好人类赖以生存的地球的环境与生态，就成为一个关乎人类社会可持续发展的重大问题。新能源和可再生能源没有或很少有损害大气和生态环境的污染物的排放，是与人类赖以生存的生态环境相协调的清洁能源、绿色能源，在建筑中积极加以推广应用，可以减少CO2、SO2、NOx以及颗粒物等污染物的排放量，对减轻我国的大气污染和保护生态环境发挥很大的作用。

1.3 可提高城乡居民的生活质量和住宅的舒适度

可再生能源在建筑中进行应用，可提高城乡居民的生活质量和住宅的舒适度，并可使建筑物造型新颖别致，增强“卖点”，体现“以人为本”的建筑理念。随着经济的发展，热水洗浴、空调已成为广大居民的基本生活需求。在建筑中安装太阳能热水系统、地源热泵系统等可再生能源应用设施，不消耗化石能源，投资不大，使用简单，安全可靠，是满足广大居民基本生活需求的好办法。在城市，与建筑一体化的太阳能热水系统，是深受欢迎、市场需求增长快速的设备，它安装快捷方便，经济成本低，使用安全可靠。在西部地区，可在广大农村的住宅和学校推广采用太阳能或浅层地能解决冬季采暖问题，不但节省能耗，而且清洁干净、省工省时，可使居民的生活质量大为提高，住宅的环境舒适度大为改善。在建筑上安装光伏幕墙，在建筑屋顶上安装太阳电池组件，可与建筑紧密结合，设计新颖别致、美观奇巧，既能发电，又是建筑外立面装饰构件，可使建筑物的科技含量提高。在旅游度假村、花园别墅、居民小区的休闲场、游乐地、绿化草坪，安装建设太阳能庭院灯、太阳能草坪灯、太阳能喷泉等，可使环境更加清悠、舒雅、情趣盈盈，充分体会其乐融融的科技文化气息。

2主要的可再生能源及其在建筑中的应用

2.1 风能利用

风速与地理位置有关，就一个地区而言离地面越高风速越大。一般离地面 4 米的风能就可以利用，离地面15米高处的风能有很高的利用价值，对于高层建筑来说其屋顶的风力利用价值更高。

目前，风力发电机在建筑中应用的比较少，基本上是在屋顶上应用，与光伏发电形成风光互补系统。荷兰的 MVRDV 事务所设计的 2000 年汉诺威世博会荷兰馆在其建筑顶部安装了风力发电机，为这栋建筑提供电力。而著名的风力发电机生产商英国的Fortis公司目前也为一个工厂顶部安装了风力涡轮发电机，以提供该厂房的部分电力。在我国，珠江新城也已经完成了方案设计，这座建筑可以说是将风力发电与建筑完美结合起来，建筑师利用软件对建筑形体与当地风环境进行分析和模拟，得到了最佳的形体。预计这座流线体建筑建成之后其能量可以全部自给自足。

虽然由于种种原因风力发电与建筑的一体化进程缓慢，应用不够广泛，但是随着科技的日益进步和人们能源意识的不断加强，风力发电在建筑中的应用将会得到进一步发展。

2.2 太阳能热利用

太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射出巨大能量。太阳内部的热核反应目前足以维持60亿年，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。虽然地面上的太阳辐射能随着时间、地理纬度、气候变化，实际可利用量较低，但是可利用资源仍远远大于满足现在人类全部能耗。太阳能热利用目前应用广泛，也是应用比较成熟和利用效率比较高的可再生能源。其利用方式主要包括以下几种：

第一非玻璃表面集热器。它的集热装置不采用玻璃作为表面吸热器，其形式有铜板铜管、铜鳍片铜管、不锈钢板管、非金属板管（高分子聚合物）。它的主要特点是成本比较低，出水温度也低，工艺比较简单，但是重量轻，主要应用于 季节性游泳池的加热和一些不需要太高出水温度的场合。

第二平板太阳能集热器。平板集热器是在17世纪后期发明的，但直至 1960 年以后才真正进行深入研究和规模化应用。在太阳能低温利用领域，平板集热器的技术经济性能比较好。

第三真空管集热器。在内玻璃的外表面，利用真空镀膜机沉积选择性吸收膜，把内管与外管之间抽真空，这样就大大减少对流、辐射与传导造成的热损失，使总热损降到最低，这就是真空集热管的基本思路，目前在我国住宅中大量使用这种热水器。

2.3 地源热泵

地源热泵技术是利用地球表面浅层地热资源中吸收的太阳能和地热能而形成的低温、低位热能资源，并利用热泵原理，通过少量的高位电能的输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术，是一种介于中央空调和分散空调之间的优化空调能源方式。它具有中央空调合理利用能源、设备，能效系数高，运行成本低，安全、可靠等优点，又具有分散空调调节灵活、方便、便于管理和收费等优势。

目前国内外普遍采用的地源热泵地下环路的(即地热换热器)埋管方式，有 水平埋管、垂直埋管和地下水热泵三种基本的配置形式。

水平埋管是地热换热器管道在浅层土壤中水平埋设。水平埋管占地面积大，而且水平埋管的地热换热器容易受地表气候变化的影响，效率较低，因此这种水平埋管的地源热泵空调系统在多数情况下并不适合我国人多地少的情况。

垂直埋管是地热换热器管道在土壤中垂直埋设地热换热器。其型式和结构的选取应根据实际工程以及给定的建筑场地条件来确定。

地下水热泵系统就是通常所说的深水井回灌式水源热泵系统，其热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。经过换热的地下水可以排入地表水系统，但为了保证地下水水位，对于较大的应用项目通常要求把地下水回灌到原来的地下水层。

近几年来地下水源热泵系统在我国得到了迅速发展，地源热泵系统由于高效节能，一机多用，运行稳定可靠，目前越来越受到人们的重视。但应注意到的是我国有关地源热泵的现成技术资料不多，缺少这方面的设计、生产、安装和维护人员，而且生产相关设备的厂家少，需加强相关技术人才的培养，需向世界上热泵技术比较发达的国家学习，但由于我国气候条件不同，因此不能随意照搬国外的技术成果，而应注意吸收国外正反经验，合理布局，稳步发展，在条件相对成熟的地区多进行试验和总结。

3结束语

随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，建筑耗能的需求会越来越大，给能源、电力、环境等方面带来越来越大的压力。采取可再生能源在建筑中进行规模化的应用，解决建筑能耗问题是未来的发展趋势，可再生能源建筑应用应根据不同地区的气候特点以及不同建筑的使用要求，综合采取多种技术措施，才能更好的解决建筑能耗问题。

参考文献

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