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一、我國新能源應用現狀
目前,建筑大多數以石油、礦石石料、煤炭、天然氣等不可再生能源為主要原料。這些不可再生的能源在運用過程中會產生大量有害人體健康的物質及氣體,例如二氧化硫、二氧化碳、氮氧化合物等。這些物質都是造成環境污染、可吸入顆粒增多、生態環境破壞的重要因素。我國雖然是資源大國,但隨著我國經濟的快速發展,城鎮化及第二產業工業化的高速發展,加大了我們對能源資源的需求,迫使不可再生能源、土地、水、原材料等資源嚴重短缺,人均能源占有量在全世界排倒數幾位。我國大部分地區以溫帶季風氣候為主,夏暖冬涼,冬天需要暖氣開房,大批建筑物需要煤電供暖,如何在建筑中高效率的利用能源,讓新能源代替舊能源發揮更大效用值得我們思考。
二、新能源在建筑中的具體運用
近年來,新能源走進建筑設計,運用新能源構造低碳環保的建筑成為了建筑設計行業的風向標。新能源是指非常規能源,是指原傳統能源之外的各種能源,也指最新開發研究出來的,如太陽能、地熱能、風能、海洋能等已經應用的能源,生物質能和核聚變能等正在研究階段的、未有推廣的能源。目前,應用于建筑行業最多的、規模最大的就是太陽能,每天將太陽光收集起來加以利用,經濟環保,節約了能耗;同時,使人們享受新技術新能源給日常生活提供的便利。生活熱水、利用光伏電池提供電源、供熱采暖,太陽能制冷空調是幾種比較主要的太陽能在建筑中的利用形式,運用的最具體有成效的是太陽能光電技術。太陽能光電技術廣泛應用于建筑中,在建筑外側安放太陽能熱板,作為建筑物供熱熱源,提供給生活在建筑物里的廣大用戶日常運用的熱力供暖、洗浴熱水等等,綜合利用太陽能供熱系統。太陽能的光電技術增強了太陽能整合系統的性能,關鍵是提升建筑與太陽能系統相互之間的協調能力技術。空調是建筑中不可缺少的物品,太陽能空調技術的利用會減少二氧化碳的排放,改善生活環境。新型太陽能復合超導冷暖空調,制熱時的主要能耗是以可再生的生物質燃料及太陽能,是最綠色合理的取暖方式,制冷時利用夏季地源低溫的能量,通過超導系統,直接冷卻房間中的空氣達到制冷目的,讓太陽能的供給量和用戶對太陽能空調的應用需求達到平衡;新型太陽能復合超導冷暖空調在建筑中由于能全年綜合利用,可以降低能源耗損,提高能源利用效率,保護生態壞境,可提高建筑節能經濟效益,增強可持續發展。因此,炎炎夏季可以成功利用太陽光來冷卻家庭房間或辦公室——并且在此過程中不會產生令人厭惡的環境污染,消耗大量難以再生的能源。根據我國具體的地理環境使太陽能和建筑和諧搭配,我國大部分地處北緯23°26''''以北。因此,建議建筑物的南側面采用斜型屋頂結構。首先,因為斜面的采光面積比平面大得多,可以安裝更多的太陽能集熱器;其次,因為在斜面上安裝太陽能集熱器時并不需要過多考慮前后遮擋問題,并且從建筑美學上來說造型美觀。斜屋頂傾角取與當地太陽直射成90°的安裝角度,有利于太陽能集熱器充分發揮作用。太陽能與建筑相結合是一個利國利民的好事,能有效地降低建筑能耗,實現建筑節能的目標;將太陽能電池板和集熱器安裝在屋頂或屋面上,不用占取建筑用地,節約土地資源;就地安裝、實施供應熱水和發電上網,不用額外架設電路輸電線路、安裝熱水管道,運用太陽能減少了對市政工程建設的壓力,降低對市政配套公共設施的依賴,太陽能產品零噪音,零排放,零污染,不消耗任何燃料,人們容易接受。地熱能的開發就是利用高達200~400℃的淺層地熱資源進行發電,目前利用淺層地熱能的主要方面主要是運用在建筑物的空氣調節中,其方法就是通過熱泵技術將地下低品位的淺層低溫熱源提取上來加以利用。地源熱泵技術是一種利用淺層地熱資源的既可供熱又可制冷的高效節能的空調技術。熱力學第一定律告訴我們能量是守恒的,而且是可以相互轉換的,熱泵的理論基礎源于卡諾循環,與制冷機相同,是按照逆循環工作的。在設計中采用生態節能技術的實例很多,像張家港生態農宅設計、清華大學建筑設計中心大樓設計、濟南高等交通專科學校圖書館等。而天津工業大學新校區是新能源在建筑設計中的成功應用的典型范烈,校園利用地熱深井、地源熱泵、水源熱泵、LED照明、太陽能技術,打造節能、節水、資源綜合利用生態綠色節約型校園。校園生態系統經過2年運行,地熱深井每年可降低65%供暖成本,節約標準煤1.24萬噸,減少二氧化碳排放量3.28萬噸。1500余盞LED照明路燈和2000余盞LED室內照明燈組成目前世界上規模最大的商用化半導體照明示范工程,每年可節約用電130萬千瓦時。天津工業大學的土壤源熱泵系統被住房和城鄉建設部列為可再生能源建筑應用示范項目,能源多樣化創新型技術集成應用示范工程總體水平達到國內領先,多種可再生能源的利用達到了國際先進水平。對于新能源而言,無論采用太陽能,還是地熱能,提高能源綜合利用效率,加強資源綜合利用效能,減少污染物排放,強化對于稀缺資源的替代和努力節約能源資源,以及依靠信息化最終實現能源的可持續發展,都是我們努力的方向。除此之外,從建筑設計的全局來說,建筑設計階段要合理布局、生態布局,構造綠色建筑,與周圍環境形成一體,平衡生態系統的,促成建筑成為周圍生態環境的有機組成部分。構建綠色建筑體系,發展節能、節地、節水、節材和環保的綠色建筑。政府應當制定建筑應用可再生能源的鼓勵政策,支持、引導建筑項目應用可再生能源;應當加強對建筑用能系統運行的科學研究,建筑用能指導信息,強化建筑用能系統的能耗監測,提高能源利用效率。
三、結語
筆者針對新能源的開發利用和建筑設計合理節能方面作了簡單的探討和分析,建筑節能推廣綠色低碳技術和加強新能源的利用是緩解我國能源危機、保護生態環境污染、改善人類生活居住條件、促進社會可持續發展的一項有效措施。要想成為一名合格的當代建筑師,要重視能源的高效運用,加快開發新能源的利用,不應該只追求建筑造型上的新穎獨特而忽視了能源的高消耗。在今后的建筑設計中,加強生態建筑思想建設,尊重自然環境,達到人與自然和諧相處。
作者:劉景璐李秋艷單位:天津市筑土建筑設計有限公司