住宅產(chǎn)業(yè)中新能源的開發(fā)與利用

住宅建設(shè)已經(jīng)成為地球森林資源、淡水資源的第一消耗大戶，同時(shí)也是能源消費(fèi)第一大戶。因此，住宅建設(shè)在考慮人類安全性和舒適性的同時(shí)，更要考慮人類可持續(xù)生存和發(fā)展問題，應(yīng)該盡可能使用新能源。新能源主要包括太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮艿瓤稍偕匀荒茉础？稍偕茉吹拈_發(fā)利用，將成為緩解當(dāng)前能源日益緊缺矛盾的重要途徑，其優(yōu)點(diǎn)是豐富、清潔、廉價(jià)、安全。這些綠色能源的使用不但可以改善不合理的能源結(jié)構(gòu)，減少煤、油等常規(guī)能源的消耗，又可以減輕污染，維護(hù)生態(tài)環(huán)境的持續(xù)性穩(wěn)定性。自然能源的利用技術(shù)較為成熟的形式主要有：太陽能光熱與光電技術(shù)、地源熱泵中央空調(diào)技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電等。

1 住宅小區(qū)建筑中太陽能資源的合理使用

太陽能作為一種可再生能源，取之不盡，用之不竭，同時(shí)又不會(huì)增加環(huán)境負(fù)荷，我國屬于太陽能資源十分豐富的國家之一。利用太陽能的建筑可分為主動(dòng)式太陽能建筑和被動(dòng)式太陽能建筑。主動(dòng)式太陽能的利用由于設(shè)計(jì)復(fù)雜，造價(jià)高，很少應(yīng)用于住宅建筑設(shè)計(jì)中。而被動(dòng)式太陽能建筑因?yàn)楸粍?dòng)系統(tǒng)本身不消耗能源，設(shè)計(jì)相對簡單，是小區(qū)建筑利用太陽能的主要方式。它不需要依靠任何機(jī)械手段，通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身完成吸熱、蓄熱和放熱過程，實(shí)現(xiàn)利用太陽輻射采暖。它主要有五種形式：利用建筑南面大面積玻璃透射陽光直接受益；在室內(nèi)增加集熱墻加強(qiáng)太陽輻射獲得量，同時(shí)避免陽光直接射入室內(nèi)；在建筑南側(cè)設(shè)置帶玻璃罩的陽光間，與主體房間用墻或窗隔開，用于養(yǎng)花或栽培；在建筑屋頂設(shè)置蓄水池，通過水吸收太陽輻射；由太陽能集熱器和卵石地床構(gòu)成蓄熱裝備。

太陽能光熱與光電技術(shù)就是將光能轉(zhuǎn)化成熱能、光能轉(zhuǎn)化成電能加以利用，常規(guī)的太陽能利用系統(tǒng)有太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能供熱采暖和制冷系統(tǒng)、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。在生態(tài)住宅小區(qū)中使用的主要有太陽能熱水器和太陽能電池；多用于草坪燈、庭院燈、航空障礙燈、樓道燈等。目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用范圍最廣泛、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最興旺的是太陽能熱水系統(tǒng)，較普遍的是在建筑屋頂安裝太陽能熱水器以獲得高溫?zé)崴部蓪⑻柲芗療岚灏惭b在窗臺(tái)或陽臺(tái)外部，由集熱板制取熱水供采暖和生活熱水使用，還可通過熱水吸收機(jī)制冷獲得建筑所需的冷量替代空調(diào)制冷系統(tǒng)。在住宅建筑保溫設(shè)計(jì)中，對太陽能的利用主要考慮兩個(gè)問題，一是對太陽能輻射熱的吸收，二是對太陽輻射熱的蓄集。寒冷的北方還可選用太陽能被動(dòng)式采暖系統(tǒng)，依靠建筑本身部件及材料熱工性能，設(shè)置集熱保溫墻、地面、屋頂以及集熱保溫門窗等，防寒保暖，節(jié)約能源。蓄熱墻能充分吸收太陽熱量，冬季能使室溫升高，夏季則通過特定的通道形成熱對流，能促進(jìn)涼爽氣流的循環(huán)，達(dá)到冬暖夏涼的目的。保溫隔熱墻則是通過墻體材料的特殊性能阻止外界熱量進(jìn)入和使室內(nèi)能源免于流失。另外，在住宅的一定部位設(shè)計(jì)可調(diào)溫調(diào)濕的太陽房，利用太陽輻射的熱量使室內(nèi)溫度上升，便于植物的生長，并可讓太陽房與其他居室相連，使空氣能夠交換，提高居室的氣溫。[1]總之，太陽能是自然界中最充分、最便捷的可利用的綠色能源，可在地面、屋頂上安裝一些裝置，直接利用日光和自然風(fēng)，還可運(yùn)用機(jī)械方法，把太陽能送至暖房、冷庫等處采暖、降溫、照明、通風(fēng)，以達(dá)到自然循環(huán)的目的。利用太陽能降溫也是很有前途的。太陽能制冷有兩種方法，一種是利用太陽能驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置，機(jī)械裝置再驅(qū)動(dòng)壓縮制冷循環(huán)。另一種是利用從太陽直接獲得的熱量來驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)，從而降低室內(nèi)溫度。

2 風(fēng)能、地?zé)崮芗捌渌匀荒茉吹睦?/h2>

風(fēng)能是地球上重要的能源之一，風(fēng)能的利用有風(fēng)力發(fā)電和利用風(fēng)能促進(jìn)室內(nèi)通風(fēng)換氣等方式，而后者是建筑利用風(fēng)能的主要方式。風(fēng)能的利用與建筑內(nèi)部平面和空間組合及建筑形態(tài)密切相關(guān)。水平通風(fēng)即人們通常所說的穿堂風(fēng)。利用建筑在迎風(fēng)面和背風(fēng)面空氣的壓力差在建筑內(nèi)部促使空氣流動(dòng)，降低表面溫度，加強(qiáng)室內(nèi)氣流循環(huán)，改善室內(nèi)熱環(huán)境，滿足人體舒適度。大氣中空氣的流動(dòng)形成的季候風(fēng)、山谷風(fēng)、水陸風(fēng)等都是降低室內(nèi)外溫度的重要能源，而且是首選的措施。環(huán)境布局中的通風(fēng)、室內(nèi)空間建構(gòu)的通風(fēng)以及民居中的風(fēng)管、風(fēng)塔、導(dǎo)風(fēng)的隔片等都是利用風(fēng)能的有效措施。全天候持續(xù)自然通風(fēng)并不能達(dá)到降溫目的，而改用間歇通風(fēng)，即白天（特別是午后）關(guān)閉門窗限制通風(fēng)可避免熱空氣進(jìn)入，遏制室內(nèi)溫度上升，減少蓄熱；夜間則開窗，利用自然通風(fēng)或小型通風(fēng)扇，效果更佳，讓室外相對干、冷的空氣穿越室內(nèi)，即可達(dá)到散熱降溫的效果。風(fēng)力發(fā)電是在風(fēng)力資源豐富地區(qū)，利用自然風(fēng)能轉(zhuǎn)讓為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程。風(fēng)力發(fā)電對大氣、水體和陸地不產(chǎn)生任何污染，有著明顯的環(huán)境效益，但考慮到可能存在噪音干擾，所以目前一般在居住區(qū)內(nèi)很少應(yīng)用。[2]

大地所蘊(yùn)含的熱量和溫度為我們提供了一個(gè)恒定、安全的可替代能源選擇。這種熱量來自地球深處釋放的巨大能量。地源熱泵中央空調(diào)的概念就是利用地下淺層地?zé)豳Y源（如地下水、土壤或地表水等）來提供冷熱源，即地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源。冬季，把地能中的熱量取出來，通過熱泵經(jīng)熱交換，提高溫度供給室內(nèi)采暖。夏季，由于地表以下溫度受太陽輻射影響較小，在炎熱的夏季地表深層溫度較低，將空氣或水送入埋置在地下的導(dǎo)管，利用地溫降低空氣和水的溫度，再利用空氣和水去降低室內(nèi)溫度。這樣做，一方面減少了外界不利環(huán)境對建筑室內(nèi)溫度的影響，另一方面可以防止室內(nèi)熱量向外散失。在地下埋設(shè)一定截面的管路系統(tǒng)，通過空氣熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)，將室外空氣引入室內(nèi)，利用土壤的恒溫和恒濕性能，使空氣保持恒定的溫度和濕度，調(diào)節(jié)室內(nèi)微氣候。應(yīng)當(dāng)指出，地道愈深，利用地下能源的節(jié)能效果就愈好。這種投入少量機(jī)械能源（用于凈化和干燥地道中的空氣）便可使室內(nèi)熱環(huán)境得到較大改善的措施值得推廣。目前，熱泵技術(shù)在住宅中應(yīng)用的合理系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品有：新型供暖技術(shù)及產(chǎn)品（如電熱輻射、地板采暖等）太陽能照明與供熱技術(shù)及設(shè)備、地?zé)岬牟杉c供配成套設(shè)備、天然水蓄冷技術(shù)及設(shè)備、供暖計(jì)量控制表具和部件、沼氣的開發(fā)與利用技術(shù)及設(shè)備、節(jié)能保溫門窗及五金件。

其他自然能源，如長波輻射降溫，夜間建筑外表面通過長波輻射向天空散熱，采取措施可強(qiáng)化降溫效果。如白天使用反射系數(shù)大的材料覆蓋層以減少太陽的短波輻射；夜間收起，或者使用選擇性材料涂刷外表面。又如，被動(dòng)蒸發(fā)降溫是利用水的汽化潛熱大的特點(diǎn)，在建筑物的外表面噴水、淋水、蓄水，或用多孔含濕材料保持表面潮濕，使水蒸發(fā)而獲得自然冷卻的效果。當(dāng)然，建筑綠化也是常見的利用自然能源的方法。在小區(qū)建筑物周邊廣植樹木，兼有防風(fēng)、遮陽、蓄水及改善景觀效果等作用。[3]

3 新能源開發(fā)利用實(shí)例

在住區(qū)中對太陽能的主動(dòng)式利用方面，我國與國外的差距不小。歐盟在歐洲選出了100個(gè)居民區(qū)作為“能源再生運(yùn)動(dòng)”（Campaign for Take off）的示范工程，希冀借此活動(dòng)，促進(jìn)歐洲對可更新能源（Renewable Energy）的使用。“能源再生運(yùn)動(dòng)”的目標(biāo)是希望到2010年，歐盟國家的電能、交通動(dòng)力和熱能中的12%能達(dá)到可更新利用的能源。德國綠色住區(qū)的居民所使用的能量有2/3來自太陽能光電裝置；澳大利亞和以色列太陽能熱水器的普及率分別是30%和50%。我國太陽能熱水器普及率僅為6%左右。

（1）德國。德國建筑師塞多?特霍爾斯建造了一座能跟蹤陽光的太陽房屋，房屋被安裝在一個(gè)圓盤底座上，由一個(gè)小型太陽能電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一組齒輪。房屋底座在環(huán)形軌道上以每分種轉(zhuǎn)動(dòng)3cm的速度隨太陽旋轉(zhuǎn)。當(dāng)太陽落山以后，該房屋便反向轉(zhuǎn)動(dòng)，回到起始位置。它跟蹤太陽所消耗的電力僅為房屋太陽能發(fā)電功率的1%，而所吸收的太陽能則相當(dāng)于一般不能轉(zhuǎn)動(dòng)的太陽能房屋的兩倍。德國還有一個(gè)零能量住房，所需能量100%靠太陽能。零能量住房向南開放的平面被設(shè)計(jì)成扇形，可以獲得很高的太陽能輻射能。墻面采用儲(chǔ)熱能力較好的灰沙磚、隔熱材料和裝飾材料，陽光透過保溫材料，熱量在灰沙磚墻中存儲(chǔ)起來。白天房屋通過窗戶由太陽來加熱，夜間則通過隔熱材料和灰沙磚墻來加熱。

（2）芬蘭。芬蘭以生態(tài)原理設(shè)計(jì)的第一個(gè)住宅小區(qū)正在Viikki建造，該區(qū)距赫爾辛基市中心8公里。Viikki的規(guī)劃設(shè)計(jì)首先要求應(yīng)為生態(tài)建筑提供良好的基礎(chǔ)。建筑師將建筑物與自然環(huán)境相結(jié)合。建筑物有高層、低層，也有一些獨(dú)戶住宅。幾乎所有的建筑物都朝南，以便最大限度地利用太陽能。為了獲得良好的小氣候，住宅樓群與敞開式空間設(shè)置了擋風(fēng)屏障帶。

（3）丹麥。丹麥在節(jié)能與開發(fā)新能源方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢。在其北部奧爾期斯市建成的“日”與“風(fēng)”住宅區(qū)，全區(qū)采暖由一個(gè)600㎡的太陽能集熱器和一個(gè)天然氣供暖中心解決，小區(qū)內(nèi)其它用電則由一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供。

（4）日本。日本中央住宅和夏普公司致力于住宅使用太陽能的研究工作，他們提出“環(huán)境合理分散住宅”的概念，即通過在大規(guī)模住宅上安裝太陽能控制板，實(shí)現(xiàn)了私人住家安裝太陽能系統(tǒng)，從而有效地減少了二氧化碳的排放。日本的OM陽光體系住宅的屋頂除了作為整個(gè)建筑自然通風(fēng)系統(tǒng)的組成部分，利用天窗、煙囪和風(fēng)斗等構(gòu)造為氣流提供進(jìn)出口外，本身也可以成為一個(gè)獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。這種通風(fēng)屋頂內(nèi)部一般有一個(gè)空氣間層，利用熱壓通風(fēng)的原理使氣流在空氣間層中流動(dòng)，以提高或降低屋頂內(nèi)表面的溫度，進(jìn)而影響到室內(nèi)空氣的溫度。在OM陽光體系住宅中，室外空氣由屋頂下端被吸入空氣間層，并被安裝在屋頂上的玻璃集熱板加熱，受熱后上升到屋頂?shù)淖罡咛帯Ｎ蓓斪罡咛幵O(shè)置了空氣處理裝置，包括空氣閥門、熱交換盤管和一個(gè)小型風(fēng)機(jī)。這個(gè)裝置既能將加熱過的空氣通過管道送到建筑的各個(gè)角落，又能將不需要加熱的空氣由排氣管排出。同時(shí)，在日本九州市新建成了一種新型“環(huán)境共生”公寓。居民洗滌用水是用“超太陽能集熱器”加熱。每戶的陽臺(tái)上裝有一種垃圾處理機(jī)，將每戶的生活垃圾加以處理變成植物的肥料。公寓停車場的混凝土具有良好的透水性，使雨水存留于地下，與停車場地內(nèi)的樹本形成一種供水循環(huán)系統(tǒng)。房間的墻壁上留有通風(fēng)口，使房間內(nèi)形成良好的通風(fēng)效果。同時(shí)，在大樓前裝有風(fēng)車，由風(fēng)力發(fā)電為公共走廊的照明提供輔助電源，整幢住宅成為一個(gè)良性生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。[4]

（5）中國。杭州市具有良好的太陽能資源，全年平均日照約1375小時(shí)。因此，利用太陽能實(shí)現(xiàn)集中供應(yīng)熱水是江南春城小區(qū)生態(tài)建設(shè)的一個(gè)亮點(diǎn)。小區(qū)共建設(shè)太陽能集熱面積達(dá)3000㎡，人均可供應(yīng)熱水量60L/人?天，節(jié)能（折合電能計(jì)算）5KW?H，創(chuàng)造效益1000元/年?戶。另外，香港將軍澳新城欣怡花園采用外墻遮陽和屋頂隔熱措施，控制建筑對熱量的吸收，與自然通風(fēng)降溫手段相配合，減少空調(diào)費(fèi)用；采用建筑與太陽能光電系統(tǒng)相結(jié)合，產(chǎn)生無污染能源用于照明、動(dòng)力泵等，居室窗戶上部安裝“反光板”，能提供最佳日照角，以改善房間深處的天然采光條件，每戶設(shè)計(jì)的熱水裝置與大樓太陽能熱水系統(tǒng)相聯(lián)系；設(shè)置內(nèi)天井似的“通風(fēng)塔”，利用太陽能熱量產(chǎn)生熱蒸發(fā)氣流，帶動(dòng)溫度較低的氣流穿過與它相連的居室，以提高降溫效果，無風(fēng)時(shí)效果更佳。

4 結(jié) 語

綠色住宅要有“綠色”能源系統(tǒng)。城市生態(tài)住宅的發(fā)展需要一系列科學(xué)而可行的技術(shù)支持。其技術(shù)路線當(dāng)然包括了新能源的開發(fā)與利用。要盡可能節(jié)約不可再生能源（如煤、石油、天然氣），并積極提高能源使用效率，減少因大量過度使用能源，對環(huán)境造成的影響。發(fā)展使用可再生能源技術(shù)，通過太陽能、風(fēng)能、地?zé)岷蜕镎託獾忍岣咦^(qū)能源自給自足的能力，并采用各種節(jié)能技術(shù)措施。其實(shí)，許多新能源在技術(shù)上已無不可逾越的障礙，關(guān)鍵在于提高轉(zhuǎn)換效率，掌握設(shè)備制造技術(shù)和降低成本問題。在住區(qū)的建設(shè)中，應(yīng)該積極推廣使用清潔能源，尤其是太陽能。隨著生態(tài)型住宅的發(fā)展和建設(shè)管理部門對節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)的重視，要將太陽能系統(tǒng)廣泛納入各類住宅建設(shè)總體設(shè)計(jì)，不斷推進(jìn)實(shí)現(xiàn)太陽能應(yīng)用與建筑結(jié)構(gòu)一體化的進(jìn)程。