新能源在建筑设计中的应用

摘要：随着社会的发展与进步，重视新能源在建筑设计中的应用具有重要的意义。本文主要探讨新能源在建筑设计中的应用的有关内容。

关键词：新能源 建筑 设计 应用 节能

引言

开发利用新能源是建筑节能的一个非常重要的方面。要实现新能源的有效开发与利用，需要把新能源利用设备同建筑及其构件有机地结合在一起，发展设备与建筑一体化设计技术，是建筑设计者和设备研究、生产企业必须要重视的问题。

1、建筑节能设计的重要意义：

1.1建筑节能是经济发展的需要：

能源是人类赖以生存与发展的重要基础，经济的发展依赖于能源的发展。当今能源问题已经成为全世界共同关注的问题，能源短缺成为制约经济发展的重要因素。建筑从建材生产、建筑施工直到建筑物的使用无处不在消耗着能源，资料统计表明，欧美等发达国家的建筑能耗占到全国总能耗的1/3左右，我国也占到25%以上。因此在建筑中推广节能技术势在必行。

1.2建筑节能是环境保护的需要：

我们现在应用的能源主要是以煤炭、石油、天然气为主的不可再生能源。这些能源在使用过程中会排放大量的有害物质(二氧化碳、硫、氮氧化合物等)，是造成大气污染和生态环境破坏的重要原因。因此提倡建筑节能，减少污染物的排放也是改善生存环境，提高生活质量的一种有效的方法。

1.3建筑节能是提高人民生活水平的需要：

随着现代化建设的发展和人民生活水平的不断提高，人们追求更加舒适的建筑生活环境。冬季采暖，夏季空调都需要能源的供应。而在当前能源十分紧张的状况下，节约建筑能耗就显得尤为重要了。建筑节能设计是建立在满足合理的舒适要求前提下，通过技术减少建筑能耗，提高能源的使用效率，满足建筑节能的要求。

2、新能源的开发和利用

2.1新能源的含义和分类：

新能源和可再生能源的概念是1981年联合国在肯尼亚首都内罗毕召开的能源会议上确定的。它不同于目前使用的传统能源，具有丰富的来源，几乎是取之不尽，用之不竭，并且对环境的污染很小，是一种与生态环境相协调的清洁能源。联合国开发计划署(UNDP)目前将新能源分为三类：

(1)大中型水电。

(2)新可再生能源，包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能。

(3)传统生物质能。

2.2开发利用新能源的重要意义：

随着能源需求的不断增加，地球上不可再生能源的资源将进一步的减少直至枯竭。为了社会的发展和人类的进步，在提高能源的使用效率，节约能源的同时还必须要开发和利用绿色环保并可再生的新能源。根据专家预测，到2060年，全球可再生能源的用量将发展到能源总用量的50%以上，成为未来能源结构的主要部分。采用新能源是保护生态环境，走可持续发展道路的重要措施。

2.3将新能源技术应用于建筑的意义和未来展望：

建筑消耗大量能源，当前我国建筑业发展迅猛，把节能、绿色环保、生态技术应用于工程是建筑发展的必然趋势。太阳能、风能、地热能等新型能源在建筑上的有效应用，不仅可以代替资源有限的传统能源，而且可以减少污染物的排放，保护生态环境，它的开发和利用具有广阔的前景和深远的意义。我国具有丰富的新能源资源，目前在太阳能利用方面发展迅速，太阳能电池发电技术在建筑上大量使用，太阳能热水器的用量也以每年20%的速度增长，预计到2015年太阳能热水器的普及率将达到25%，太阳能发电系统的拥有量将达到320MW。另外像风能、地热能等方面的开发研制也取得了很大成就，预计新能源必将在我国的建筑事业中发挥巨大的作用。

3.建筑节能的主要途径

建筑节能主要包括两个方面：一是节流，即从提高供暖空调系统效率和减少建筑本身所散失的能源;二是开源，即开发利用新能源。从节流的角度讲，应采取以下措施：

(1)提高供暖(空调)系统的效率，它包括设备本身的效率、管网的传送效率以及用户端的计量、室温调控装置等，仅用户端的计量和室温调控技术的应用这一项就可使区域供暖系统节约20%～30%的热能。

(2)减少建筑本身能量的散失，要有高效、经济的保温材料和先进的构造技术来有效地提高建筑维护结构的整体保温、密闭性能。为了保证良好的室内卫生条件.既要适当的通风又要设计配备能量回收系统，只有这样才能做到有效地节省建筑维护结构向室外散失的能量。以建筑维护结构中耗能最大的外窗为例，透光材料从普通的单层3mm玻璃发展到使用镀膜、中空玻璃，大大提高了新能源工艺外窗的保温、隔热性能。

(3)除了门窗以外，还要提高外围护墙体保温隔热的构筑技术和材料性能。众所周知，外墙内保温构造具有施工方便、保温层不受室外气候侵蚀的优点，但内保温易于形成热桥，容易产生内部结露，室内墙面装修易于损坏保温层，由于保温层设在室内一侧.因而也降低了室内的热惰性。而建筑外墙外保温较之于内保温就具有一定的优越性，它可以避免热桥的产生，保温效率高建筑节能的另一个方面则是开发利用新能源，尤其是太阳能，其目的也是尽可能多地替代和节约常规能源，减少由于燃用矿物燃料对环境造成的污染。

太阳能作为一种可再生的洁净能源.是建筑上很具利用潜力的新能源之一。太阳能在建筑上的利用方式主要有：被动式太阳能采暖、太阳能供热水、主动式太阳能采暖与空调、以及太阳能发电等。被动式采暖系统虽然技术要求和造价相对都比较低，但对建筑师的技术要求较高，要求建筑师具备被动式采暖、通风等建筑设计的基本知识和进行建筑物理环境设计以及特殊建筑构造设计的能力，如能将太阳能源充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。西安建筑科技大学刘加平教授承担了国家自然科学基金资助项目(9706126)—被动式太阳房节能优化研究，项目组通过对我国人民生活方式与生活水平及冬季最冷月太阳辐射强度与室外平均温度等气象参数分析研究，提出了以辐射温差比做为划分零输助热源被动式太阳房的主要依据，并以此为根据绘出了我国可建零辅助热源被动式太阳房的区域分布图。零辅助热源被动式太阳房，是指以被动式太阳房所建地采暖期最冷月室外平均气温作为室外气象参数。被动式太阳房集热面上最冷月平均收集的太阳能为室内采暖的主要能量来源，以保证太阳房室内热环境质量达到满足人们正常生活需要为依据，完全不考虑利用其他任何辅助能源采暖的一种被动式太阳房。

以这种方法设计的被动式太阳房.至少能保证在冬季采暖期连续晴天的情况下，百分之百利用太阳能采暖。与这种设计方法相应的太阳房，称之为零辅助热源被动式太阳房。由此可见，零辅助热源被动式太阳房并不要求常规能源的使用绝对为零.而是指在冬季采暖期连续晴天情况下，房屋采暖不消耗任何常规能源，不依赖任何采暖设备，而仅仅通过建筑朝向的选择、结构构造的设计及建筑材料的合理利用等。达到完全依靠太阳能来保证冬季室内热环境质量符合设计标准的建筑物。这类太阳房的常规能源使用量很少，因而不需考虑设置辅助热源采暖系统。

4、生态节能技术和新能源在建筑设计上的实际应用

在设计中采用生态节能技术的实例很多，像张家港生态农宅设计、清华大学建筑设计中心大楼设计、济南高等交通专科学校图书馆等。在北京工业大学高技术能源实验楼的设计中就采用了多项节能和新能源利用技术。根据校园总体规划，高技术能源实验楼拟建在北京工业大学校园北区的东南角，南面正对校园东西中轴路"北工大南路"，北面是北京工业大学科技实验区，西面是学校运动场。地理位置十分重要，建设场地呈长方形，东西长约85米，南北宽约35米，总用地面积约4000平方米，拟建建筑面积5000平方米。根据基地特点，整幢建筑采用"一"字型布局，主入口朝南面对中轴路，将内燃机实验室的实验车辆入口及次要入口布置在北面，这种形式既方便了对外联系，又避免了互相的干扰。将建筑整体向北退后红线10米，留出主入口前广场和室外停车场，并布置绿化和地面铺装，从而形成良好的室外空间环境。另外建筑物耗热量指标随着体形系数的增长而增长。由于实验楼的建筑型体简单规整，外表面积较少，体形系数较小，所以能够有效地减少建筑能耗，对于实现建筑的节能要求非常有利。

节约建筑能耗最重要的措施是合理改善外围护结构的热工性能，高效保温的墙体节能效果显著。实验楼采用250mm厚的蒸压粉煤灰加气混凝土砌块作为外围护墙，这种材料是利用火力发电厂排放的粉煤灰作为主要原料，采用先进的生产工艺及装备生产的新型墙体材料，这种材料可以有效地减少建筑垃圾，利于环保和减少资源浪费，是一种真正的绿色建材产品。在已经满足保温节能要求的情况下，又增加了一层30mm厚的有机硅保温砂浆，从而减少了外围护结构的传热系数。太阳能是我们可利用的最清洁、最丰富的能源，在实验楼屋顶安装了太阳能电池发电系统，可以将太阳辐射能直接转换成电能，利用蓄电池组贮存太阳能电池受光照所发出的电能，并可以随时向用电设备供电，从而满足楼内的动力和照明系统的用电需求。太阳能电池发电技术具有许多优点，如安全可靠，无污染，不消耗常规燃料，不受地域限制，维修简便，适合在建筑物上安装等特点，因此它是当今世界上最具有发展前途的新能源利用技术。实验楼内的空调系统全面采用了地源热泵技术，它利用地表浅层中蓄存的能量，室外空气温度波动很大，但地表面几米以下的地温全年相对恒定的特点(地球表面温度通常保持在15℃左右)，在夏季将室内多余的热量不断地排出而为大地所吸收，使建筑物室内保持适当的温湿度。这项技术具有低能耗、对环境影响小、维护费用较低以及设计灵活等突出特点，是一种高效、环保的能源利用系统。北京工业大学环境与能源工程学院在这项技术的研究上具有领先水平。通过此次设计，不仅使学院的科研成果在具体工程中得到了应用，而且还避免了悬挂空调室外机对建筑立面的破坏。将光导纤维技术用于室内照明，在屋顶架设了风力发电系统等多项节能环保措施的应用，使高技术能源实验楼成为名副其实的绿色能源示范工程。

结束语

开发利用新能源作为建筑节能的一个重要技术，应当实现有效大范围地开发利用。把新能源利用设备同建筑及其构件有机地结合在一起，既能保证新能源利用设备高效率运转、节约更多常规能源的同时，又满足建筑的使用功能和建筑艺术美的要求，从而更好地为人类及其生存环境的可持续发展服务。再此，呼吁广大读者：地球上的资源越来越少，让我们在享受生活的同时，更加的节约资源。

参考文献

1.李元哲( 被动式太阳房热工设计手册[M]( 北京：清华大学出版社，2010

2.张阳( 零辅助热源被动式太阳房设计技术研究[D](西安：西安建筑科技大学建筑学院，2009

3.李选逵(中国建筑节能战略目标与对策研究[A](中国—欧洲联盟建筑节能技术研讨会[C](北京)2008

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