新能源在住宅建筑中的使用探析

中國(guó)五洲工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司上海分公司 張 健

新能源技術(shù)在建筑行業(yè)中的合理應(yīng)用，既能達(dá)到節(jié)能減排的效果，還能通過(guò)新能源的循環(huán)利用模式降低技術(shù)成本等。建筑設(shè)計(jì)關(guān)乎人類的居住環(huán)境，同時(shí)也影響著社會(huì)進(jìn)步的進(jìn)程，因此在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用新能源技術(shù)既能使建筑行業(yè)發(fā)展更上一層樓，減少對(duì)于環(huán)境的污染，使建筑更加綠色環(huán)保，降低不必要的能源消耗。因此必須加大對(duì)新能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用。此外，將新能源技術(shù)應(yīng)用到建筑行業(yè)中還會(huì)引起其他行業(yè)的重視，進(jìn)一步全面貫徹我國(guó)綠色發(fā)展的政策，所以須從理論和實(shí)踐等角度綜合提高新能源技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用。所以，房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商在建設(shè)住宅建筑時(shí)，將房屋建造的宜居的同時(shí)還應(yīng)注重關(guān)于可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)利用的相關(guān)問(wèn)題，因此新能源技術(shù)的應(yīng)用尤為重要。

1 建筑能源的消耗現(xiàn)狀

目前建筑工程和建筑使用對(duì)于能源的消耗形成了較為惡劣的影響，由于人們過(guò)度追求舒適的生活，導(dǎo)致了建筑能源使用不合理支配問(wèn)題的出現(xiàn)，選擇科學(xué)合理的方式進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用新能源既能滿足社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需求，同時(shí)還能在環(huán)保等理念下實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程質(zhì)量的升級(jí)，是滿足現(xiàn)階段社會(huì)發(fā)展需求的重要改革。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)重視美觀和舒適性的同時(shí)忽視了環(huán)保的理念，導(dǎo)致過(guò)度的能源消耗，將新能源技術(shù)合理應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)中成為一項(xiàng)十分重要的改革工作內(nèi)容。

2 新能源技術(shù)在建筑行業(yè)中應(yīng)用的重要性

2.1 新能源的利用推動(dòng)建筑設(shè)計(jì)新發(fā)展

建筑設(shè)計(jì)與新能源技術(shù)二者相互結(jié)合，應(yīng)結(jié)合不同的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)具體的地理環(huán)境、氣候等諸多因素對(duì)地理位置進(jìn)行深入的考察判斷新能源在建筑中應(yīng)使用哪種能源。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中須充分分析建筑整體結(jié)構(gòu)，再利用建筑整體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造對(duì)其進(jìn)行獨(dú)特的設(shè)計(jì)。

如：房屋的開(kāi)口。應(yīng)減少表面開(kāi)口部位內(nèi)部等熱量散失，這樣做的目的是能在采暖方面減少能源的消耗程度，在制冷方面可通過(guò)自然風(fēng)、人造風(fēng)及排風(fēng)口等，通過(guò)已存在的客觀因素降低熱量的產(chǎn)生。此外還應(yīng)設(shè)計(jì)出采暖光好、不昏暗的方法，這樣的建筑設(shè)計(jì)通過(guò)反射面、房屋的朝向進(jìn)行設(shè)計(jì)，既能達(dá)到節(jié)約用電、還能使房間更加明亮。此外是對(duì)房屋的絕熱設(shè)計(jì)，需額外注意的是地面和墻板的設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)，合理應(yīng)用新能源技術(shù)能改變建筑設(shè)計(jì)的理念，推動(dòng)建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展進(jìn)程，還能大幅度節(jié)約能源。

2.2 節(jié)能減排是建筑設(shè)計(jì)發(fā)展的新趨勢(shì)

目前我國(guó)各行各業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)是節(jié)能減排。經(jīng)濟(jì)水平迅速提高的同時(shí)也增加了能源的過(guò)度消耗，為滿足能源需求量的逐步增加，建筑行業(yè)須加大對(duì)新能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)和使用力度，須充分意識(shí)到新能源技術(shù)對(duì)建筑行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)意義，它可成為支撐社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。經(jīng)濟(jì)水平提高的同時(shí)能源的消耗程度也在逐漸加劇，所以導(dǎo)致能源儲(chǔ)備也在不斷減少。然而社會(huì)對(duì)新能源的需求量已處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，這也使能源危機(jī)、環(huán)境污染問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重，特別是建筑行業(yè)尤為突出。所以在建筑中應(yīng)用新能源技術(shù)建設(shè)綠色環(huán)保的建筑也是勢(shì)在必行，如果想實(shí)現(xiàn)資源利用達(dá)到最大化，必須考慮由新能源帶來(lái)的作用效果，做到物盡其用。將建設(shè)設(shè)計(jì)與新能源技術(shù)相結(jié)合能降低能源的過(guò)度消耗，通過(guò)環(huán)保的設(shè)計(jì)理念降低對(duì)能源的消耗，提高人們的生活質(zhì)量。

3 新能源技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和發(fā)展

由于現(xiàn)階段能源消耗程度較大，建筑行業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該開(kāi)發(fā)和利用新能源來(lái)滿足現(xiàn)階段社會(huì)發(fā)展的需求，滿足基本的民生生活質(zhì)量。新能源的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目種類較多，主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮堋＿@些能源的開(kāi)發(fā)及在建筑設(shè)計(jì)中的合理應(yīng)用將會(huì)促進(jìn)建筑行業(yè)的重大突破，滿足節(jié)能減排的行業(yè)發(fā)展需求。當(dāng)前新能源的開(kāi)發(fā)還有很大的發(fā)展空間，一些大型的建筑項(xiàng)目應(yīng)用新能源技術(shù)，而用在一般建筑中還需要加強(qiáng)應(yīng)用力度。

3.1 太陽(yáng)能

就目前而言，新能源技術(shù)中相對(duì)廣泛應(yīng)用的是太陽(yáng)能，具有能夠使建筑設(shè)計(jì)脫離電能的優(yōu)勢(shì)。依靠太陽(yáng)能的作用可安裝熱水器，降低人們?cè)谙词r(shí)的水電浪費(fèi)；可安裝太陽(yáng)能路燈，可以自行調(diào)節(jié)控制同時(shí)還能夠節(jié)約電能。太陽(yáng)能在建筑設(shè)計(jì)中主要有主動(dòng)式、被動(dòng)式兩種方式。

主動(dòng)式太陽(yáng)能建筑由于建筑步驟較為復(fù)雜、地理原因產(chǎn)生的成本較高，因此不易建造，基本沒(méi)有出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)的住宅建筑中。被動(dòng)式的太陽(yáng)能建筑由于整個(gè)過(guò)程中不主動(dòng)使用能源，故而相對(duì)而言會(huì)較為簡(jiǎn)約，便于設(shè)計(jì)和操作，也是現(xiàn)階段住宅中應(yīng)用較多的形式。被動(dòng)式太陽(yáng)能住宅主要使用欄桿等維護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)放熱和吸熱，不依靠任何外界的輔助手段，深受人們喜愛(ài)。如房間朝向南方、陽(yáng)光能夠直射進(jìn)來(lái)，在房屋的頂部建造一個(gè)水池也能聚集熱量。

新能源太陽(yáng)能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用隨處可見(jiàn)，如太陽(yáng)能的構(gòu)想創(chuàng)新發(fā)展了建筑設(shè)計(jì)采暖和制冷的利用，在建筑中太陽(yáng)能供暖和制冷，能通過(guò)主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種系統(tǒng)滿足冬暖夏涼的需求，主要是通過(guò)自然通風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫制冷的過(guò)程，系統(tǒng)不需消耗電量就能達(dá)到預(yù)期效果。利用這種技術(shù)建筑的房子叫做“太陽(yáng)房”，不僅冬暖夏涼，同時(shí)建造人員無(wú)需安裝特殊的動(dòng)力裝置，通過(guò)自然的資源能夠?qū)崿F(xiàn)，不需要用空調(diào)，從而降低了電量消耗（圖1）。

圖1 太陽(yáng)房實(shí)圖

太陽(yáng)溫室利用太陽(yáng)的能量提高塑料大棚內(nèi)或玻璃房?jī)?nèi)的室內(nèi)溫度，通過(guò)這樣的方式來(lái)滿足植物生長(zhǎng)對(duì)于溫度的基本需求。太陽(yáng)房的出現(xiàn)能夠降低成本、降低環(huán)境污染問(wèn)題，以及減少能源消耗，所以太陽(yáng)能是符合經(jīng)濟(jì)能源環(huán)保節(jié)約的理念，所以應(yīng)該加強(qiáng)在這方面的應(yīng)用。

3.2 風(fēng)能

風(fēng)能作為重要的可再生能源之一，由空氣的流動(dòng)產(chǎn)生，具有較低的成本。風(fēng)能不僅對(duì)建筑有利，而且在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)的生產(chǎn)中也發(fā)揮著極其重要的作用。風(fēng)力發(fā)電、交換室內(nèi)外的空氣等是使用風(fēng)能的主要方式，其中交換室內(nèi)外空氣則是在建筑中使用的[1]。建筑內(nèi)部的三維空間與二維空間的排列組合和風(fēng)能有著極為緊密的關(guān)系，穿堂風(fēng)在建筑學(xué)中稱為水平通風(fēng)，水平通風(fēng)是由于建筑物的迎風(fēng)面和背風(fēng)面所受到的不同壓力差所形成的的，能夠有效降低室內(nèi)溫度、提高空氣流動(dòng)速度，大幅度提升居民的舒適度。最好的選擇降低室內(nèi)溫度是來(lái)自大自然的季候風(fēng)、山谷風(fēng)以及水陸風(fēng)。風(fēng)能的應(yīng)用在生活中隨處可見(jiàn)，走廊的通風(fēng)、管道通風(fēng)、擋風(fēng)的薄片及風(fēng)塔等都是依據(jù)風(fēng)能進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。

風(fēng)能的作用不低于太陽(yáng)能，以廣州珠江江城大廈為例，其應(yīng)用太陽(yáng)能和風(fēng)能等多種新能源技術(shù)相結(jié)合所建造的大廈，合理應(yīng)用風(fēng)能、太陽(yáng)能自身優(yōu)勢(shì)自行發(fā)電，大廈的突出特點(diǎn)是設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)。冷輻射天花板（有溫差的效果，大約在2oC左右，能節(jié)省空調(diào)所消耗能源的25%）。江城大廈將雙層玻璃幕墻應(yīng)用到了其中，幕墻還安裝光伏電設(shè)備，有利于日照發(fā)電。同時(shí)大樓還裝有其他太陽(yáng)能板為大廈提供熱水，外墻和頂樓的結(jié)構(gòu)使大廈的房間在白天完全可以利用日光照明。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)告得知，這座大廈每年最少可以減少3～5噸的二氧化碳排放量，與一般的建筑相比建筑本身能源消耗降低近60%，充分說(shuō)明了風(fēng)能在建筑設(shè)計(jì)中的合理應(yīng)用十分重要（圖2）[3]。

圖2 珠江大廈

3.3 地?zé)崮?/h3>

在建筑設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用地?zé)崮苁鞘直匾模責(zé)崮芘c新型能源中的其他能源同樣具有綠色環(huán)保的特征，在使用過(guò)程中具有良好的清潔性。地?zé)崮苡捎诘貧さ牟粩噙\(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生，地暖的原理就是利用淺層的地下資源為居民提供所需要的熱量，降低了暖氣管道及煤炭的使用量，減緩了全球變暖速度。通過(guò)地暖的合理利用遏制室內(nèi)暖空氣向外釋放的同時(shí)，還能防止外界的冷空氣進(jìn)入室內(nèi)，具有良好的保護(hù)作用。如果在建筑物的底部設(shè)置一段管道，利用空氣的風(fēng)壓及熱壓通風(fēng)，相當(dāng)于是將室外的冷風(fēng)帶入室內(nèi)，加上土地本身就具有一定的溫度和濕度，最終保證空氣的溫度和濕度，達(dá)到改善居民室內(nèi)溫度的效果。此外，隧道挖的越深越長(zhǎng)、使用的土壤面積越大通風(fēng)調(diào)節(jié)效果越為顯著，這種方法在現(xiàn)階段的建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該廣泛應(yīng)用[4]。

3.4 水能

在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用水能主要是用于水力發(fā)電。水能是應(yīng)用物理學(xué)中的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。水能具有成本較低、能夠循環(huán)利用、無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)，所以應(yīng)加大水能的開(kāi)發(fā)利用。加拿大馬尼托巴水電大樓則是充分利用了水能的獨(dú)特作用。首先在結(jié)構(gòu)上將其設(shè)置成A字結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可保證充足的光源；其次兩座大樓間還設(shè)置了冬季花園系列，能長(zhǎng)期有效的保證空氣清新，使人們?cè)诠ぷ鲿r(shí)能夠呼吸新鮮的空氣[5]。最后瀑布的設(shè)計(jì)可依據(jù)季節(jié)變化而變化，具有加濕和干燥空氣的作用。同時(shí)大樓還設(shè)立了環(huán)保熱循環(huán)系統(tǒng)，能有效保暖和制冷（圖3）。

圖3 加拿大馬尼托巴水電大樓

綜上，隨著生活水平的不斷提高人們?cè)絹?lái)越重視生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題，新能源的開(kāi)發(fā)和使用是當(dāng)務(wù)之急。在住宅建筑中科學(xué)合理應(yīng)用新能源技術(shù)，既能有效降低能源的過(guò)度消耗還能減少環(huán)境污染，同時(shí)還能綠化環(huán)境，減少了不必要的經(jīng)濟(jì)資源的浪費(fèi)。為滿足我國(guó)可持續(xù)發(fā)展策略的有效實(shí)施，面對(duì)建筑設(shè)計(jì)工作進(jìn)行節(jié)能減排的考量十分必要，對(duì)于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及節(jié)約和保護(hù)能源具有十分重要的意義。在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用新能源技術(shù)可作為一種新型的建筑發(fā)展趨勢(shì)，讓人與自然能夠和諧共處，在建筑設(shè)計(jì)中融入更多的設(shè)計(jì)元素，實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的共同進(jìn)步。