试述可再生能源技术在绿色建筑中的应用

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摘要：近年来，我国的建设事业发展十分迅猛，加强可再生能源技术在绿色建筑中的应用的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对可再生能源技术在绿色建筑中的应用进行了研究，具有重要的参考意义。

关键词：绿色建筑； 可再生能源； 太阳能； 地热能； 自然通风

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：

可再生能源技术在绿色建筑中的应用包括：太阳能的应用、地热的应用、自然通风的应用等。

1 太阳能系统的应用

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是可利用的最丰富的能源，且在转换过程中不会产生危及环境的污染。在太阳能建筑设计中，建筑师设计起着统领作用，协调各专业，发挥自身特长，将建筑设计与太阳能应用技术巧妙而有机地结合起来。太阳能系统一般包括太阳能供电系统、太阳能空调系统、太阳能供暖系统以及太阳能热水系统。

1.1 太阳能供电系统

太阳能光伏是绿色建筑中重要的组成部分之一。太阳能光伏发电系统的工作原理是太阳能电池通过吸收太阳能的光能，将其直接转变成为电能输出。发电系统的组成部分包括太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)等，其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端[3]。太阳能发电系统的核心部分是太阳能电池板，它在太阳能发电系统中的价值也是最高的，其作用是将太阳能辐射转换为电能。太阳能控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池安全可靠的工作，防止蓄电池反充放电、过充电及过放电，以获得最高效率并延长蓄电池使用寿命，另外，还具有电路短路保护、反接保护、雷电保护及温度补偿等功能。太阳能蓄电池用来存储太阳能电池产生的直流电，以弥补太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定的缺点。太阳能逆变器的主要功能是将蓄电池的直流电变换成交流电。

1.2 太阳能空调与供暖系统

太阳能空调以太阳能作为空调制冷制热的能源，根据吸附式空调的原理，将太阳集热器收集的热能，通过物理转换原理，发展成太阳能空调。太阳能空调系统的组成部分主要为太阳能集热器阵列、溴化锂制冷机、热泵机组、蓄热水池和自动控制系统等[3]。太阳能采暖包括被动式太阳能采暖和主动式太阳能采暖。被动式太阳能采暖是基于建筑朝向和周围环境的合理布置，建筑内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构、构造的恰当选择，使建筑在冬季能够充分采集、贮存和分配太阳能，以解决冬季建筑采暖问题。然而，被动式太阳能采暖房间的缺点是室内温度波动大，舒适性差，且在夜晚、室外温度较低或连续阴天时仅依靠太阳能采暖无法维持舒适的室内温度。主动式太阳能采暖用电能作为采暖的辅助能源，利用水泵等设备使太阳能热水在管道中循环流动，以此向房间提供太阳能热水的热量。随着太阳能集热器的研究发展，具有更高性能的热管式真空管太阳能集热器为主动式太阳能采暖系统的广泛应用奠定了基础[4]。冯国会[5]将相变储能技术应用到太阳能采暖中，设计了以毛细管网为末端装置、以太阳能热水为热源的相变储能地板采暖系统，经过测试表明，该系统可充分蓄存太阳能热水的热量供夜间使用。

1.3 太阳能热水系统

太阳能热水系统是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。建筑物的太阳能热水系统主要由集热器、贮水箱和冷热水箱管道系统等组成，流动方式大体可分为循环式、溢流式和整体式。太阳能热水器是最基本且较为经济的太阳能热利用装置。按照太阳能集热器种类来区分，可分为真空管式和平板式；按照结构区分，可分为一体式和分体式；按照制作工艺区分，可分为承压式和非承压式。文献[6]指出，为了将太阳能利用与建筑构成一体化应用，通常可将太阳能集热器安装在建筑的屋面、墙面或阳台等位置。在屋面的安装角度应根据太阳能集热器接受阳光的最佳倾角来确定；若将太阳能集热器安装为栏板结构，应满足刚度、强度及防护功能等要求；在墙面镶嵌太阳能集热器时，应考虑其装饰的美观性，可调整太阳能集热器的形式使其与墙面装饰材料的色彩和风格协调一致；太阳能热水系统配备的电缆、设备及输水管路等应与建筑物其他管线统筹安排、集中布置，以便于安装维护。

2 地热在绿色建筑中的应用

地热能是指来自地下的热能资源，它是一种可以为空调系统所利用的新能源。地热能在世界很多地区应用相当广泛，老的技术现在依然富有生命力，新技术业已成熟并且在不断地完善。地埋管式地源热泵系统利用埋于地下的地埋管换热器，通过输入少量的高品位能源，以实现低品位热能向高品位热能转移。自 20 世纪 80 年代后期开始，地源热泵系统作为一种可再生能源利用的技术手段，已在世界范围内被广泛应用[7]。地埋管式地源热泵系统通过埋置于地下的地埋管换热器与大地进行热量交换。地表向下 30～130m，一年四季的温度是相对恒定的，一般在 16～20 ℃。地埋管地源热泵正是利用地能这一特性，通过输入少量的电能，最大限度地利用地温，实现由低品位热能向高品位热能的转移[8]。其运行原理为：在冬季，通过闭式地埋管管路中的水把地下的热量“置换”出来，送入机房内的地源热泵机组，热泵机组利用“卡诺”循环原理将热量转移到室内供暖循环水系统中，产生 40～70 ℃的热水为室内供暖；在夏季，把室内的热能“提取”出来，经过热泵机组转移，并通过地埋管将热能释放到地下。

3 自然通风的应用

自然通风指的是利用风压作用促进室内的通风换气。自然通风是可再生能源在暖通空调应用中的重要部分。沿海湿热地区的建筑规划布局，应考虑建筑单体体量和建筑群体组合的设计，目的是使建筑向阳面和背阴面形成一定的风压差，在建筑内部产生的空气流动促进室内气流循环，使建筑单体获得良好的自然通风效果；城市的建筑密集区域空气不易流通，可通过在建筑上设置捕风装置，利用风能垂直分布的特性和烟囱效应诱导气流沿特定的路径运动，以改善室内热环境；在单体建筑设计阶段，一方面要掌握气象统计资料，另一方面要对建筑场地进行实地调研，以掌握局部风环境的情况，通过调整建筑开口位置和高度的设计，使建筑内更多房间具有良好的通风效果[6]

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4 结语与建议

人们居住环境既是生态环境的重要组成部分，也是人类文明进步的重要体现。绿色建筑是实现“人文 -建筑 - 环境”三者和谐统一的重要途径，是实施可持续发展战略的重要组成部分。可再生能源技术是绿色建筑中的重要技术措施，在利用可再生能源时，也应注意以下 3 点问题：

(1)因地制宜。可再生能源在不同地区应用时，应充分考虑当地的能源状况和气候条件，有选择、有侧重的利用可再生能源。(2)新技术开发。加大可再生能源利用的新技术研发，提高可再生能源的利用效率，特别是加大相变储能技术与可再生能源联合利用的技术创新或产品研发；(3)可再生能源耦合技术。研究可再生能源的耦合技术，将分项技术整合，以改善单一可再生能源的使用形式效率低、无法充分发挥可再生能源节能优势等缺陷，同时，可以获得更大的经济和社会价值。

参考文献：

[1]仇保兴：大规模推进绿色建筑与建筑节能时机成熟[J].中国建设信息,2012(7):4-5.

[2]谢国丽,杨军.中国发展绿色建筑的意义及建议[J].现代制造技术与装备,2012(4):74-75.

[3]建设部信息中心.绿色节能建筑材料选用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[4]罗志文,刘威,李静.可再生能源在暖通空调中的应用分析[J].中国建设信息(供热制冷专刊),2005(5):47-51.

[5]冯国会,黄凯良,陈其针,等.相变储能地板热水采暖系统实验研究[J].重庆大学学报,2011,34:52-57.

[6]孟宪建.浅析可再生能源在绿色建筑设计中应用[J].能源与节能,2011(12):40-41.

[7]Sanner B, Hellstr m G, Spitler J, et al. Thermal Response Test - Cur-rent Status and World-Wide Application [C]//Proceedings World Geother-mal Congress, 24-29 April, Antalya, Turkey,2005.

[8]陈然.绿色建筑中暖通空调设计[J].科技创新导报,2010(2):42