建筑節(jié)能領域可再生能源的利用方式

馬志強

摘 要：本文主要從降低建筑耗能這一方面方面，總結了可再生能源在建筑節(jié)能領域中最大的利用方法。同時還分析了許多可再生能源可以利用方法和相關特點以及在推廣應用過程中隱藏的問題，并對其提出了有關的建議與意見。

關鍵詞：建筑節(jié)能 可再生能源 利用

一、建筑節(jié)能與可再生能源

建筑耗能是指在建筑使用過程中產生的耗能，主要有供暖器、空調、飲水機、烹飪和電器的能耗。其中有關建筑采于暖空調能耗就占建筑總能耗的50% - 70%。

由于經濟的不斷發(fā)展和生活水平的提高導致建筑能耗不斷增加。在我國建筑能源消費在1999年就占能源消費總量的20%-25%。建筑能源消耗在西方國家占全國能源消費總量的30%-40%。因此，由于人們生活水平的提高，城市化發(fā)展的加快，住房制度的不斷改革，我國建筑能耗將會比之前的能耗增加一倍左右。建筑能源消費在我國具有較大的增長空間，是未來能源消費的主要增加趨勢，美國在1999年能源消費中總量約占世界總量的26%，而建筑能源消費這塊已經離中國能源消費總量很近了。中國人口是美國的4.5倍，如果人均建筑能源消耗在中國達到美國當前的人均水平，中國的建筑能耗就會有世界能源消費總量的40%。對此我國建筑節(jié)能將何去何從，其解決方法就是不斷的開發(fā)與利用再生能源和降低在建筑方面的能耗需求。

二、利用可再生能源降低建筑能耗需求

建筑節(jié)能并不是限制發(fā)展，而應樹立正確的建筑節(jié)能觀念，提高建筑的能源利用效率，以有限的資源和最低的能源消耗成本來實現(xiàn)經濟效益和社會效益的最大化，充分以增加需求為目標繼續(xù)可持續(xù)發(fā)展之路并實現(xiàn)最終目標，許多學者做了相關研究，提出有關“環(huán)保建筑”和“可持續(xù)發(fā)展建筑”等概念。他們的核心理念是“以人為本，順應自然，歸于自然”。在冬天使用太陽能來減少采暖能耗需求，利用室外夜間冷空氣作為夏季的自然冷源，利用夜間通風的因素減少空調的能耗，是實現(xiàn)目標的途徑之一。

（一）太陽能。至今為止太陽能熱水器是比較成熟和應用最普片也是發(fā)展最快的太陽能技術，原理是利用平板聚熱以及真空管聚熱的方式來吸收太陽的熱量，提供家用熱水，太陽能熱水器的使用率1998年約達到5400萬㎡。太陽能熱水器的使用率在以色列國家已經達到80%，在日本有20%，而在我國太陽能熱水器的產量從1992年到1998年已經達到500000㎡- 400萬㎡，增加儲備數(shù)量在1998年達到1500萬㎡。到2000年底，全國太陽能熱水器總裝機容量達2600萬㎡，每年更換能的源能力約400萬㎡，目前位居世界首位。太陽能熱水器是一個新興的行業(yè)，其性能和質量都居家用太陽能熱水器之列已達到國際水平。

（二）太陽能采暖。太陽能加熱的主要途徑是利用被動式太陽能的房子，這是一個加熱系統(tǒng)其依賴于建筑物的圍護結構自己完成吸熱，存儲熱量和釋放熱量的功能，以此減少冬季熱量負荷，甚至不用加熱也可以保持舒適的室內環(huán)境。洛基山研究所（rocky mountain institute）是由美國能效專家阿莫里·b·洛文斯（amory b. lovins）建立的，它是世界上最引人注目的太陽能建筑，幾乎完全沒有外包能源，只有1%的熱量來自偶爾在嚴冬中使用的燃木火爐。20世紀70年代，我國開始發(fā)展被動式太陽能住宅，90年代是普片應用階段。然而，太陽能采暖建筑占比例還是比較小，需要進一步的開發(fā)、推廣和使用。

（三）夜間通風。在夏天，為保持舒適的室內環(huán)境，需要運用空調冷卻功能。由于夜間室外空氣溫度低于白天，夜間室外冷空氣可作為良好的天然冷源。準確地說，只要室外氣溫比室內氣溫低，室外冷空氣就相當于天然冷源。其通風原理是夜間引入室外冷空氣，冷空氣通過與建筑圍護結構接觸作為蓄冷材料來交替熱量和冷卻建筑材料，從而達到存儲冷空氣的目的。在白天，熱量從房間的空氣轉移到建筑材料中去釋放建材中存儲的冷空氣并進入房間，從而達到控制溫度升高的目的，擴展了房間舒適環(huán)境的時間，就算沒有空調系統(tǒng)也能獲得舒適的室內環(huán)境。這種方法被人們一直使用到今天。測量了夜間通風的應用效果在三個建筑不同的建筑結構在雅典市區(qū)和郊區(qū)，V.Geros 發(fā)現(xiàn)其通風方法可以降低白天房間溫度的1.8 - 3℃，而對其他建筑的影響只有0.6 -1.8℃。清華大學針對數(shù)百棟夏季住宅建筑的室內溫度進行了測量和研究，得出了該地區(qū)夏季夜間通風時的室內溫度，以及每月自然冷源潛力利用。數(shù)值越大就越容易實現(xiàn)夜間通風建筑節(jié)能。夜間通風方式適用于晝夜溫差大的地區(qū)，同時對居住和商業(yè)建筑的舒適性要求較低。它合理科學的利用自然冷源，讓人們在夏天沒有空調設備的情況下維持舒適的室溫環(huán)境，這不但能節(jié)省大量的能源，還能降低電網壓力，且還能減少空調設備的成本，使其有明顯的生態(tài)效益。在過渡季節(jié)，房間的冷負荷降低，夜間外部溫度降低，節(jié)能效果更加顯著。

三、分析

利用太陽能和夜間通風的方法實際上是同種“被動式”節(jié)能方式。夏天太陽能和自然冷源的利用時間受自然條件的制約比較大。一方面，這些可再生能源的供應不符合實際生活中對冷熱的需求。如在冬天晚上需要取暖，但不能使用太陽能;夏季白天要采冷，但室外氣溫高因此經常不能使用。另一方面，采用太陽能取暖和夜間通風的方式，是利用建筑維護結構以顯熱的形式儲存冷熱來降低了夏天房間的溫度。且通過存儲熱量可以解決部分能源供不一致的問題。然而，感熱蓄熱和冷熱蓄熱的儲蓄功能不大，導致蓄熱材料的溫度波動降低其溫差使用效率。因此，部分運用太陽能和夜間通風的方式只是在一定程度上減少了取暖和空調使用的負荷，而“冬暖夏涼”的建筑實際上并不多見。如何利用這些可再生能源，促使人們能保持舒適的室內環(huán)境，或者取代供暖和空調系統(tǒng)是重要的發(fā)展方向。應先增加相關冷熱量存儲技術研究和開發(fā)，由于其冷熱相變材料能量的存儲密度較高，且相變溫度接近另一個恒定的溫度，同時還能提供足夠的蓄冷熱的能力，便于系統(tǒng)的控制，可合理解決能源供給和需求不統(tǒng)一的現(xiàn)象，還能提高其運用效率。其優(yōu)點解決了太陽能和夜間通風的“被動”節(jié)能方法的缺點。同時相對于別的可再生能源問題，如果在其運用初期國家為其提供一些優(yōu)惠、不同等政策，在很大程度上可以減少其運用成本和推動其規(guī)模發(fā)展。

四、結論

本文通過分析太陽能、太陽能采暖以及夜間通風是可再生能源，并且具體的指出了其是可以通過再生能源降來低建筑能耗需求的辦法，也是在建筑節(jié)能領域中比較典型的使用方法，并還剖析出其使用前景和存在的問題。

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