建筑節能中新能源應用技術探討

張清 孫旭琴 魯維

摘 要：節能是我國的國策。建筑節能是一門綜合性學科，它涉及到建筑、結構、采暖、通風、空調、照明、施工、電器、材料、熱工、能源、環境、檢測、計算機應用等許多專業內容，新能源的開發與利用是工程技術領域的首要任務。

關鍵詞：節能建筑 節能技術 新能源 太陽能 風能 地熱

節能建筑的實施已是我國建設領域中的一項基本國策，建筑節能包含三部分內容：一是如何合理確定圍護結構的保溫隔熱性能。對于一般房屋建筑，30%的熱（冷）量從窗戶損耗，如采用雙層玻璃、遮陽板，能有效節能；還有35%能量由墻體、屋面散發，如合理確定體形系數和傳熱系統，就能達到節能效果。二是從生活熱水、供暖、空調供冷系統和電能使用方面來節約能源，使能源得到最高效的利用。三是如何開發和利用新能源，充分選用可再生能源。如冰島等國家，充分利用地熱泵技術，在建筑房屋時先在地上打兩個洞，通過電泵將地下水循環起來，為整座建筑供熱，而只有電泵耗能；又如丹麥等國，地處海邊，太陽能和風能條件得天獨厚，使用熱泵技術時結合風能與太陽能，使風能或太陽能帶動電泵實現“零能耗”。新能源的開發與利用在節約建筑能耗有著遠大前景，新能源是指非常規、可再生能源，如太陽能、風能、地熱等。在我國，近年來新能源的開發利用也得到了快速發展，筆者結合多年的實踐，對新能源技術用于建筑節能作以下幾個方面探討：

一、新能源開發與利用的法規、標準和規范

我國《可再生能源法》第十七條規定：國家鼓勵單位和個人安裝和使用太陽能熱水系統、太陽能供熱采暖和制冷系統、太陽能光伏發電系統等太陽能利用系統；《民用建筑節能條例》中也有類似規定。近年來我國頒布實施了一系列的技術標準和規范，在民用建筑中，可再生能源開發與應用的現行國家標準和規范主要有：

《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》GB50346--2005；

《地源熱泵系統工程技術規范》GB50366-2005（2009年版）；

《太陽能供熱采暖工程技術規范》GB50495-2009；

《民用建筑太陽能光伏系統應用技術規范》JGJ203-2010；

《民用建筑太陽能空調工程技術規范》GB50787-2012；

《可再生能源建筑應用工程評價標準》GB/T50801-2013；

二、太陽輻射能的直接應用

1.太陽能制冷。利用太陽能制冷作為空氣調節系統的冷源。有兩種方法：一是實現光――電轉換，將太陽能轉換為電能，然后采用常規的壓縮式制冷機組實現制冷；二是進行光――熱轉換，將太陽能轉換為熱能，再采用吸收式制冷技術等實現制冷。前者系統比較簡單，但其造價約為后者的3—4倍，因此國內外的太陽能空調系統以第二種為主。太陽能制冷的方法有多種，如壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸收式制冷等。壓縮式制冷要求集熱溫度高，除采用真空管集熱器或聚焦型集熱器外，一般太陽能集熱方式不易實現，所以造價較高；蒸汽噴射式制冷不僅要求集熱溫度高，一般說其制冷效率也偏低，約為0.2～0.3左右的熱利用效率；吸收式制冷系統所需集熱溫度較低，大約70～90℃即可，使用平板式集熱器也能滿足要求，而且熱利用較好，制作容易，制冷效率可達0.6～0.7，所以易實現，但是設備龐大，影響推廣。

2.太陽能供熱水和供暖。太陽能熱水器作為熱源已得到廣泛、多樣的應用，是太陽能熱利用中具有代表性的一種裝置。對于太陽能集熱器在連續集熱的情況下，提供的熱水溫度較低，約為40—50℃，在供暖時選擇適合于低溫熱水供水的設備就行。如地板輻射供暖供暖系統；如我國南方地區在冬季采用空調系統供暖時，對水溫要求不一定要60℃。要求水溫越低，更有利于太陽能的充分利用。在生產生活熱水系統中，最常用的太陽能熱水器是架在屋頂的平板熱水器，用于洗澡。在工業生產、采暖、干燥、養殖、游泳、溫室技術等許多方面也需要熱水，都可利用太陽能。太陽能熱水器按結構分類有悶曬式、管板式、聚光式、真空管式、熱管式等幾種。

3.太陽能房。太陽能房是利用太陽能采暖和降溫的房子。人們的生活能耗中，用于采暖和降溫的能源占有相當大的比重。特別對于氣候寒冷或炎熱的地區，采暖和降溫的能耗就更大。太陽房既可采暖，也能降溫。最簡便的一種太陽房叫被動式太陽房，建造容易，不需要安裝特殊的動力設備。復雜一點、使用方便舒適的另一種太陽房叫主動式太陽房，是一種高級的太陽房――空調制冷式太陽房。

三、地熱供暖、供熱水和空調

1.地熱供暖、供熱水系統。地熱可以用于發電、供暖和空調供冷。地熱發電是地熱利用的最重要方式。高溫地熱流體首先是應用于發電。 地熱發電和火力發電的原理是一樣的，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變為機械能，然后帶動發電機發電。按照載熱體類型、溫度、壓力和其它特性的不同，可把地熱發電的方式劃分為蒸汽型地熱發電和熱水型地熱發電兩大類。將地熱能直接用于采暖、供熱、供熱水和空調制冷是僅次于地熱發電的地熱利用方式。因為這種利用方式簡單、經濟性好，倍受各國重視，特別是位于高寒地區的西方國家，如冰島早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一個地熱供熱系統，現在這一供熱系統已發展得非常完善，每小時可從地下抽取7740噸80℃的熱水，供全市11萬居民使用。由于沒有高聳的煙囪，冰島首都已被譽為“世界上最清潔無煙的城市”。此外利用地熱給工廠供熱，如用作干燥谷物和食品的熱源，用作硅藻土生產、木材、造紙、制革、紡織、釀酒、制糖等生產過程的熱源也是大有前途的。我國利用地熱供暖和供熱水發展也非常迅速，在京津地區地熱利用是較普遍的供暖方式。

2.土壤源熱泵空調系統?？諝庠礋岜孟到y、地表水熱泵系統、地下水熱泵系統是建筑空調系統中對天然能源的利用。土壤源熱泵系統則是能源循環利用。其特點是：全年氣象條件的周期性變化，建筑空調系統在冬季要供熱，在夏季要供冷，如果將夏季排出的熱量以某種方式蓄存，在冬季用于建筑供熱，從而實現能源的循環利用，降低對其它能源的需求。此系統的關鍵是解決蓄熱與取熱，就全年而言，應做到向土壤釋熱與從土壤中取熱的平衡，同時，要通過對不同地質傳熱情況的研究找出蓄熱和取熱的傳熱規律：通?？赏ㄟ^巖土響應性實驗獲得巖土綜合熱物性參數及巖土初始平均溫度。

四、風力制熱

風力發電是實現風能――電能轉換，在我國的新疆、內蒙古等地有規模較大的風力發電，這是一項成熟的天然能源利用技術，風力發電已在我國的廣泛地域得到應用?！帮L力制熱”是將風能轉換成熱能。目前有三種轉換方法：一是先風能轉換為電能，再將電能變成熱能。雖然電能轉換成熱能的效率是 100%，但風能轉換成電能的效率卻較低，從能量利用的角度看，這種方法不可取。二是由風力機將風能轉換成空氣壓能，再轉換成熱能，即由風力機帶動離心壓縮機，對空氣進行絕熱壓縮而放出熱能。三是將風力機直接轉換成熱能。顯然第三種方法制熱效率最高。 風力機直接轉換熱能也有多種方法。最簡單的是攪拌液體制熱，即風力機帶動攪拌器轉動，從而使液體（水或油）變熱?！耙后w擠壓加熱”是用風力機帶動液壓泵，使液體加壓后再從狹小的阻尼小孔中高速噴出而使工作液體加熱。此外還有固體摩擦加熱和渦電流加熱等方法。

五、結語

建筑節能是關系整個人類社會生存發展的大計?？缛胄率兰o，科學有效地開發利用新能源與環境保護、生態文明是相輔相成的，統籌規劃、依靠科技、精心組織，防止在新能源的開發利用中破壞水資源和地下資源，造成環境和生態不平衡。

參考文獻：

[1]《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015.

[2]《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2014.

[3]《建筑給排水設計規范》GB50015-2003（2009年版）.

[4]《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012.