太陽能作為綠色能源在建筑中的應(yīng)用研究

胡興華

摘要：太陽能是一種綠色可再生能源，也是人類生活、社會發(fā)展最理想的能源之一。太陽能具有無污染、無噪音以及安全環(huán)保等特征，既是未來最具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦湍茉?，也是未來全球能源結(jié)構(gòu)的主流方向之一。長期以來，我國一直致力于開發(fā)和利用太陽能，將太陽能應(yīng)用到整個建筑領(lǐng)域之中，從而降低建筑耗能。建筑耗能是我國三大耗能之一，90%以上的建筑都屬于高能耗建筑，加之我國人口基數(shù)較大，人均能源占有量遠低于世界水平。雖然經(jīng)濟發(fā)展比較快，但是能源消耗的速度以及用量更多。

關(guān)鍵詞：太陽能;綠色能源;建筑;應(yīng)用

1節(jié)能技術(shù)在綠色建筑工程中的應(yīng)用重要性

綠色建筑本質(zhì)上是一種以節(jié)能環(huán)保為核心內(nèi)容的新型建筑，它以高效節(jié)約資源、有效整合人、建筑與環(huán)境關(guān)系的優(yōu)勢為基礎(chǔ)。其最終目標是提高建筑質(zhì)量。它需要嚴格的設(shè)計方案，高水平的節(jié)能建筑技術(shù)和高水平的建筑材料，如使用水循環(huán)系統(tǒng)、太陽能、大氣能源等新技術(shù)，高效、適宜的居住空間，人與自然和諧共處。采用節(jié)能技術(shù)可以降低建筑能耗，減少建筑垃圾的產(chǎn)生，減少建筑噪聲污染，降低建筑成本。有利于保護資源環(huán)境，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，促進建筑業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

2節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

為了盡量減少建筑物的初期建設(shè)投資，目前我國大部分建筑物的能源消耗偏高，因此，國內(nèi)致力于降低建筑能耗的學(xué)者，把大部分的研究精力投放于將樓宇的實際情況和具體的節(jié)能技術(shù)相結(jié)合，并針對遇到的問題給出具體的改造方案。這對建筑進行節(jié)能改造是大勢所趨，部分地區(qū)政府也會提供一定的資金補貼用于建筑節(jié)能改造項目。

我國很多的學(xué)者已經(jīng)對國內(nèi)有關(guān)建筑節(jié)能的情況做了相關(guān)的調(diào)研和總結(jié)。郭霞、劉玉明等人以北京市為例，總結(jié)了目前北京市既有建筑節(jié)能改造的現(xiàn)狀，并將節(jié)能改造中存在的問題進行分析，提出通過制定和完善地方性建筑節(jié)能法規(guī)以及實施超額定能耗加價收費的制度進一步降低建筑能耗，實現(xiàn)從高能耗建筑到低能耗建筑的轉(zhuǎn)型。

田順、曲繼曉調(diào)研了寒冷地區(qū)公共建筑節(jié)能現(xiàn)狀，收集了550個樣本建筑的能耗值，樣本類型中以酒店和辦公建筑居多。對寒冷地區(qū)公共建筑的能耗值做出統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)大部分既有公共圍護結(jié)構(gòu)并不能達到現(xiàn)有的節(jié)能標準，且對這些既有建筑進行全面改造難度很大。通過建立DeST模型，對既有公共建筑物的圍護結(jié)構(gòu)進行改造并通過計算分析圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能改造方案的可行性，降低了公共建筑物的能耗值。分析研究寒冷地區(qū)改造既有公共建筑物三類典型圍護結(jié)構(gòu)的潛力，找出對于該類地區(qū)節(jié)能改造的重點，為寒冷地區(qū)公共建筑物節(jié)能改造提供參考和方向。

盧雙全對既有建筑節(jié)能改造進行了外部性分析，并研究我國現(xiàn)有的對于建筑節(jié)能改造的激勵政策，闡述了既有建筑節(jié)能改造可以對環(huán)境起到很好的保護作用，并且有利于我國能源的長期發(fā)展。主要對建筑節(jié)能的外部性原理以及節(jié)能技術(shù)進行了研究，并給出了一些能夠促進建筑改造的激勵政策。

尹婧主要針對圍護結(jié)構(gòu)、太陽能利用等方面的節(jié)能方案進行研究，給出在建筑節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域的未來發(fā)展方向。通過對建筑物具體的圍護結(jié)構(gòu)進行節(jié)能分析，針對不同的圍護結(jié)構(gòu)給出了不同的節(jié)能方案，并研究了有關(guān)節(jié)能技術(shù)在建筑設(shè)備中的應(yīng)用，全方位描述了建筑物內(nèi)外各方面節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

3太陽能促進綠色建筑發(fā)展的有效措施

3.1太陽能采暖

太陽能的利用不止可以給建筑供應(yīng)生活用水，還可以進行冬季的采暖。太陽能低溫水地板輻射系統(tǒng)，以新疆地區(qū)為例，新疆地區(qū)冬季漫長，但是太陽能資源十分豐富，由于新疆地區(qū)的農(nóng)戶常年以燒煤為主進行采暖，所以使用太陽能低溫水地板輻射系統(tǒng)不僅可以減少化石能源的消耗，還可以減少污染，提高清潔能源的利用。太陽能集熱系統(tǒng)是開式集熱系統(tǒng)，通過通氣管與大氣相連來維持壓力的恒定。集熱器中流過的介質(zhì)采用能耐嚴寒的防凍液，通過補水箱保證集熱器的流體介質(zhì)是滿運作狀態(tài)。太陽能集熱系統(tǒng)中太陽能集熱器采用熱管式真空管太陽能集熱器，因為平板集熱器會產(chǎn)生導(dǎo)熱和對流散熱兩種熱損失的形式，而真空式不僅可以避免這樣的形式，還可以提高集熱器的抗冰雹的破環(huán)能力。集熱屋面式太陽能采暖系統(tǒng)，是把集熱器放到向陽的屋面，通過對流動的冷空氣進行加熱而進行采暖，但是這樣的系統(tǒng)會受到天氣的影響，比如被稱為霧都的成都就不適合采用太陽能系統(tǒng)，這種屋面式的系統(tǒng)在冬季可以進行供暖，在夏季的夜晚對建筑內(nèi)部可進行降溫，以內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)建筑館圖書館門口為例，雖然不是一個完整的太陽能供熱系統(tǒng)，但是在門口搭建了一個類似于這樣系統(tǒng)的一個玻璃房通過對太陽能的利用，在夏季可以明顯地感覺到在不用開空調(diào)的情況下也很涼爽，冬季圖書館門開著仍然感覺不到冷，不僅可以節(jié)約電的消耗，而且可以滿足人們所需的舒適度，但是集熱屋面式系統(tǒng)需要設(shè)置輔助熱源，因為一旦冬天有積雪的覆蓋，供熱效果會受到很大的影響，但是去年在北京大興的一座近能零耗建筑采用的集熱屋面式供熱系統(tǒng)，加裝了光伏發(fā)電技術(shù)，不僅可以供應(yīng)日常生活的用電而且在有積雪覆蓋的時候，還可利用電加熱對屋頂?shù)姆e雪進行消融，從而直接避免了積雪的影響。自然循環(huán)式太陽能采暖系統(tǒng)是不需要外部動力介入而進行的一種冷熱水熱量自然交換的形式，該系統(tǒng)利用的是熱水自動上升，冷水自動下降的原理，使冷熱水進行自然的循環(huán)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不需要加裝水泵，不僅節(jié)約電能而且初投資也小適用于采暖負荷小的建筑，而強制循環(huán)式太陽能采暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)是熱水和冷水為兩個循環(huán)，冷熱水熱量在換熱器進行交換，水的循環(huán)通過水泵提供的動力來循環(huán)，這種系統(tǒng)的優(yōu)點是效率高，換熱效果好，而且更加的節(jié)能環(huán)保。

3.2實現(xiàn)主動式和被動式太陽能建筑

綠色建筑中，太陽能建筑采暖主要分為主動式、被動式這兩種。前者是利用專門的集熱設(shè)備獲取、儲存、利用太陽能，將熱媒以熱量的形式通過供暖設(shè)備供應(yīng)到建筑內(nèi)的每一戶上，實現(xiàn)資源的合理分配。然而，由于太陽能還無法實現(xiàn)持續(xù)性采集與轉(zhuǎn)換，還需要使用輔助系統(tǒng)來保證太陽能采暖的連續(xù)性與穩(wěn)定性，正是因為主動式太陽能建筑采暖其設(shè)計建設(shè)過于復(fù)雜，技術(shù)要求較高，才會出現(xiàn)投入成本大且維護費用高等情況。在此背景下，可以提倡被動式太陽能建筑，在不使用其他輔助能源的情況下，建造過程中合理布置好建筑方位以及建筑構(gòu)件，改變自身構(gòu)造從而避免追加常規(guī)能源來調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫，其集熱方式以及運行維護費用、造價等都能滿足人們的心理預(yù)期，節(jié)能效果也最為顯著。因此，為促進綠色建筑發(fā)展，太陽能在建筑中的應(yīng)用，應(yīng)以被動式太陽能建筑為主，主動式太陽能建筑采暖為輔，有效使用高效隔熱材料、儲能材料等，合理儲存照射進建筑內(nèi)部的太陽能，提高太陽能技術(shù)推廣的可行性。

3.3推進光伏建筑一體化

太陽能在建筑中的應(yīng)用，最為關(guān)鍵的一部分，就是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化。實現(xiàn)光伏建設(shè)一體化，則是將常規(guī)的光電材料附加到建筑物上，使得太陽能光電池與建筑圍護結(jié)構(gòu)、建筑材料有機融合。在利用屋頂、側(cè)墻以及窗戶安裝光電轉(zhuǎn)換裝置的同時，將電池作為建筑的維護結(jié)構(gòu)，與建筑構(gòu)建成一個整體，有機的結(jié)合體，從而最大化地利用光電轉(zhuǎn)換實現(xiàn)建筑供能。

3.4選擇更優(yōu)的節(jié)能材料

施工隊對綠色建筑材料選擇的最基本依據(jù)的分析表明，大多數(shù)材料都過于安全。其目的是盡量減少建筑材料對建筑施工的負面影響，進一步提高建筑工程的安全性。環(huán)保材料對材料本身的要求比施工效率高。最明顯的是建筑材料的使用和使用程度。一般不選用一次性建筑材料?？傊?，大多數(shù)綠色建筑材料不含污染物，可重復(fù)使用。一個主要特點是加強對人類健康的保護。綠色建材不選擇一次性使用的建材，這不僅會增加項目融資壓力，而且對我國建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也非常不利。這很容易造成不必要的資源浪費，在很大程度上節(jié)約了建筑施工資源，甚至促進了建筑工程的創(chuàng)新。綠色建筑材料與建筑的使用，在很大程度上取決于我國現(xiàn)代社會對小康化生活水平的提高，增強生態(tài)觀念在建筑材料選擇上的合理調(diào)整，以及大多數(shù)建筑工程的可持續(xù)發(fā)展。建筑是以人們的生活為中心，從擴大、選擇綠色建筑材料，在很大程度上取決于他們的健康和心理需求，建筑的重心幾乎完全是綠色建筑。對于既具有生態(tài)功能又具有生態(tài)功能的建筑材料，最常用和最有效的兩類是墻體材料和新型材料。墻體材料和新材料是建筑中兩種綠色建筑材料中最重要的原材料，但新材料的兩個層次的成分往往對建筑提出更高的要求。

結(jié)語

總之，綠色建筑逐漸受到人們的歡迎和重視。在建筑業(yè)未來的發(fā)展中，必然會出現(xiàn)更節(jié)能的技術(shù)，建筑業(yè)將在節(jié)能環(huán)保的方向上不斷完善和優(yōu)化。積極改進創(chuàng)新，加強節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用，加強施工過程控制，杜絕浪費，嚴格規(guī)范施工質(zhì)量。全面提高綠色建筑的整體建設(shè)水平。

參考文獻：

[3]田順，曲繼曉.寒冷地區(qū)既有公共建筑節(jié)能現(xiàn)狀及改造技術(shù)研究[J].區(qū)域供熱，2016（5）：49-55.

[4]盧雙全.建筑節(jié)能改造的外部性分析與激勵政策[J].建筑經(jīng)濟，2007（4）：43-46.

[5]尹婧.中國建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢[J].科技與創(chuàng)新，2020（22）：6-9.