建筑節(jié)能可再生能源技術(shù)與應(yīng)用

? ? ? ? 摘要：隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步蛆橡，我們越來越重視可再生能源的應(yīng)用，可再生能源技術(shù)對于現(xiàn)實生活中具有重要的意義弱恒。本文主要介紹建筑節(jié)能可再生能源技術(shù)與應(yīng)用的有關(guān)內(nèi)容射亏。

　　關(guān)鍵詞:建筑,節(jié)能,可再生 ,能源,技術(shù)

　　引言

　　采用可再生能源技術(shù)是建造低能耗建筑的重要途徑虫腋。利用可再生能源可以減少或完全代替常規(guī)能源莽红，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。在建筑中應(yīng)用廣泛的是太陽能和地能邦邦。

　　1.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

　　可再生能源的典型代表是太陽能安吁。太陽能的輻射能量層出不窮，但太陽能集熱效能是有限的燃辖，太陽能復(fù)合其他能源形式和實時儲能是太陽能高效利用的有效途徑鬼店，并需進(jìn)一步與建筑環(huán)境協(xié)調(diào)構(gòu)成。國際上非常重視太陽能與其他能源復(fù)合利用和創(chuàng)建新的集熱形式黔龟，提高能源的綜合利用率和經(jīng)濟性妇智。

　　作為燃燒供熱方式的替代，以巖土為基礎(chǔ)的地下淺層能量開發(fā)利用在國際供熱供冷工程中得到了極大重視和發(fā)展氏身，熱泵可以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保和可再生能源綜合利用巍棱。在北方地區(qū)，土壤源熱泵存在冷蛋欣、熱負(fù)荷失衡航徙，導(dǎo)致地溫逐年降低，影響長期運行效能陷虎，因此需要融合包含地能到踏、太陽能、余熱能和蓄能技術(shù)尚猿。

　　實施地下蓄能(underground thermal energystorage窝稿，UTES)已經(jīng)成為眾多國家解決地源熱泵能源補充的有效途徑≡涞啵考慮到北歐和加拿大等國家和地區(qū)與中國北方氣候條件相近伴榔，在此引述這些國家的技術(shù)經(jīng)驗。2002年缠劝，瑞典在Emmaboda工業(yè)園區(qū)開設(shè)40口200 m深地下?lián)Q熱器潮梯，利用太陽能和電力余熱，實施地下蓄能惨恭，每年冬季供熱量補充約1 500 MWh秉馏，夏季提供冷量約800 MWh;在Anneberg地區(qū)的商業(yè)住宅建筑中利用太陽能地下蓄能，開鑿了100個豎孔U形換熱器脱羡，吸收2 400m2太陽能集熱量萝究，每年可彌補70%～80%的熱量免都，地下?lián)Q熱器選擇在巖體上，實現(xiàn)地下巖體蓄能應(yīng)用的嘗試帆竹。2004年绕娘，加拿大Ontario大學(xué)在校區(qū)建成了大型的豎孔式地下蓄能與地源熱泵應(yīng)用系統(tǒng)，共384孔栽连，孔深約213 m险领，為8個學(xué)校建筑設(shè)施供熱和暖通空調(diào)系統(tǒng)所用。日本熊本大學(xué)與Fujita公司合作秒紧，對一座新建的運動場館實施了地下蓄能和熱泵技術(shù)绢陌。

　　事實上，不論太陽能利用熔恢、地能利用脐湾，還是地下蓄能、相變蓄能叙淌，近些年我國都已開始了一些嘗試性研究和應(yīng)用秤掌，先后開展了一些探索性工作和應(yīng)用，盡管技術(shù)水平有限鹰霍，但是已經(jīng)有了良好的開端闻鉴。目前，更加需要一些關(guān)鍵的共性技術(shù)突破茂洒，整合和創(chuàng)新相關(guān)產(chǎn)品椒拗，優(yōu)化系統(tǒng)，完善應(yīng)用获黔。最近蚀苛，吉林省的一些建筑工程中，許多建設(shè)者希望選擇節(jié)能環(huán)保的熱泵供熱系統(tǒng)玷氏，但苦于沒有成熟的技術(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗堵未，沒能得到實施，如吉林水產(chǎn)研究所水產(chǎn)培植環(huán)境室建筑盏触、吉林中醫(yī)學(xué)院的藥材種植生態(tài)園建筑渗蟹、吉林建工學(xué)院節(jié)能生態(tài)示范建筑以及吉糧花園住宅樓宇等。

　　2赞辩、太陽能在建筑中的應(yīng)用技術(shù)

　　太陽能可以成為建筑物供熱(生活熱水雌芽、采暖)、空調(diào)及照明辨嗽、供電的主要能源世落。太陽能與建筑結(jié)合糟需，使建筑物的屋面屉佳、墻體谷朝、外窗等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)成為太陽能集熱器和光電版的附著載體，既充分利用了太陽能源武花，又不破壞建筑物外觀圆凰，甚至可以成為很好的建筑景觀。

　　2.1太陽能熱水系統(tǒng)

　　太陽能熱水系統(tǒng)是目前技術(shù)最成熟体箕、應(yīng)用最廣泛专钉、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的太陽能應(yīng)用技術(shù)，主要用于為建筑物提供生活熱水累铅。太陽能集熱器是太陽能利用的最重要組成部分驶沼，其性能和成本是太陽能熱水系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。集熱器分平板式和全玻璃真空管式争群。平板式集熱器突出的優(yōu)點是便于與建筑物相結(jié)合;真空管式集熱器相對熱效率比較高，我國的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平處于世界領(lǐng)先地位大年。為了適應(yīng)與建筑結(jié)合换薄，成為建筑部品的需要，生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)出分離式熱水器翔试，即水箱與集熱器分離轻要。太陽能熱水器安裝的部位從只在屋頂上安裝，發(fā)展到安裝在陽臺板上或墻立面上垦缅，或與遮陽篷冲泥、景觀構(gòu)件相結(jié)合。熱水系統(tǒng)從以戶為單位發(fā)展到一個單元壁涎、一棟樓為一個熱水系統(tǒng)凡恍，采用集中水箱強制承壓循環(huán)水控制。熱水系統(tǒng)形式多樣怔球，如定溫產(chǎn)水系統(tǒng)嚼酝、溫差循環(huán)系統(tǒng)、雙回路水——水交換系統(tǒng)竟坛、定溫——溫差循環(huán)系統(tǒng)闽巩、直接式機械循環(huán)系統(tǒng)、間接式雙回路排回系統(tǒng)等担汤。

　　國家出臺了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范涎跨，以指導(dǎo)、規(guī)范太陽能熱水系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用崭歧。對太陽能熱水系統(tǒng)與建筑結(jié)合提出具體要求隅很，例如，集熱器的安裝方式：貼附在坡屋頂上率碾，排列在平屋頂上的集熱器陣列被完全遮蔽外构，不破壞建筑立面美觀和城市景觀;系統(tǒng)形式：太陽能集熱器本體和貯熱水箱分離普泡，水箱放在室內(nèi)——設(shè)備間、閣樓等;安全性：滿足建筑規(guī)范的抗風(fēng)审编、抗雪撼班、抗震、防水垒酬、防雷要求砰嘁，有確保不危及人身安全的措施;維護(hù)管理：便于維修和更換部件，至少15年以上的工作壽命勘究。太陽能集熱器/系統(tǒng)各種預(yù)埋件及熱水系統(tǒng)管線(冷矮湘、熱、回水管口糕，各種信號控制線纜)要有與建筑缅阳、結(jié)構(gòu)、電氣相配合的措施景描。

　　2.2太陽能采暖系統(tǒng)

　　太陽能采暖系統(tǒng)一般分為兩種模式：被動式和主動式十办。被動式太陽能采暖是根據(jù)太陽高度角冬季低夏季高的自然特征，通過合理設(shè)計超棺，依靠建筑物結(jié)構(gòu)自身來完成集熱向族、貯熱和釋熱功能的采暖系統(tǒng)。被動式采暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單棠绘，造價不高件相，節(jié)能效果顯著。目前已成為世界各國推廣的太陽能采暖主流技術(shù)氧苍。被動式太陽能采暖系統(tǒng)也存在缺陷夜矗，由于其蓄熱能力較差，致使夜晚和冬季供熱品質(zhì)較低让虐，夏季降溫效果也比較差侯养。

　　太陽能熱水系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展為主動式太陽能采暖的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。采用主動式太陽能采暖澄干，降低系統(tǒng)溫度以提高集熱器效率是提高整個系統(tǒng)效率的關(guān)鍵逛揩。采用地板輻射采暖恰好與太陽能熱水系統(tǒng)的特性相匹配。地板輻射采暖不需要較高溫度的熱水即可得到很好的采暖效果麸俘，同時混凝土地面又是良好的蓄熱體辩稽，可以儲存太陽能熱水的熱量。建造低能耗建筑从媚，應(yīng)將被動式和主動式太陽能采暖系統(tǒng)有效地組合起來逞泄，發(fā)揮各自優(yōu)勢，達(dá)到最大限度地利用太陽能。

　　3喷众、熱泵技術(shù)

　　熱泵技術(shù)是通過動力驅(qū)動作功各谚，從低溫?zé)嵩粗腥幔瑢⑵錅囟忍嵘角В偷礁邷靥幏艧岵常纱丝稍谙募緸榭照{(diào)提供冷源，冬季為采暖提供熱源憔四“蛳ⅲ可利用的低溫?zé)嵩春芏啵ㄓ惺彝饪諝饬苏浴⒌乇硭敝А⒌叵滤⒊鞘形鬯裂础⒌叵峦寥酪约肮I(yè)工藝過程中的低溫水冗酿，如電廠冷卻水。依據(jù)不同的熱源形成了各種不同的熱泵技術(shù)络断。采用熱泵技術(shù)可以大大降低采暖空調(diào)的電耗裁替，是建造低能耗建筑的主要技術(shù)措施。

　　3.1地下水源熱泵技術(shù)

　　地下水的溫度相當(dāng)穩(wěn)定妓羊，一般等于當(dāng)?shù)厝昶骄鶜鉁鼗蚋?℃~2℃左右。地下水源熱泵系統(tǒng)稍计，通過打井抽取地下水躁绸，利用熱泵機組提取地下水的低溫能量，實現(xiàn)供熱制冷臣嚣。地下水源熱泵系統(tǒng)通常采用閉式系統(tǒng)净刮，將地下水和建筑內(nèi)循環(huán)水之間用板式換熱器分開。

　　地下水源熱泵技術(shù)的應(yīng)用受到水文地質(zhì)條件的限制硅则⊙透福回灌是地下水源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，為此地下水源熱泵系統(tǒng)必須具備可靠的回灌措施怎虫，保證地下水能100%的回灌到同一含水層內(nèi)暑认。目前，國內(nèi)地下水源熱泵系統(tǒng)有兩種類型：同井回灌系統(tǒng)和異井回灌系統(tǒng)大审。同時要保證地下水不被污染蘸际。

　　3.2地表水源熱泵技術(shù)

　　地表水包括河川水、湖水徒扶、海水等粮彤，只要地表水冬季不結(jié)冰，均可作為低溫?zé)嵩词褂谩５卦礋岜孟到y(tǒng)還包括了原生污水导坟、再生水和工藝?yán)鋮s水等水源屿良。地表水源熱泵技術(shù)在實際工程中主要存在三個問題：冬季供熱的可行性，夏季供熱的經(jīng)濟性惫周，長途取水的經(jīng)濟性尘惧。技術(shù)上要解決水源導(dǎo)致的換熱裝置結(jié)垢引起換熱性能降低。海水源熱泵系統(tǒng)的海水腐蝕問題非常突出闯两。

　　地表水源熱泵系統(tǒng)通常由取水構(gòu)筑物褥伴、水泵站、熱泵站漾狼、供熱與供冷管網(wǎng)重慢、用戶末端供熱或供冷系統(tǒng)組成。冬季供熱從水源中提取熱量逊躁，會使水溫下降似踱，須防止水的凍結(jié)。夏季利用地表水源作空調(diào)制冷的冷卻水有很大的經(jīng)濟性問題稽煤，需要與冷卻塔作比較核芽。此外，利用地表水源要很好地計算水泵的耗能量酵熙，特別是遠(yuǎn)距離輸水轧简，要進(jìn)行綜合性經(jīng)濟評價。再生水(中水)源熱泵系統(tǒng)是地源熱泵的一種重要形式匾二，污水夏季溫度低于室外溫度哮独，冬季高于室外溫度，是一種比較好利用的低溫?zé)嵩床烀辍Ｎ鬯礋岜迷诎踩院铜h(huán)保性上更具優(yōu)勢皮璧。

　　熱電廠生產(chǎn)過程中的循環(huán)冷卻水，以及其他行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在工藝過程中的冷卻循環(huán)水分飞，恰好可作為水源熱泵系統(tǒng)的冬季優(yōu)質(zhì)熱源悴务。這樣可以提高企業(yè)的綜合能源利用效率，同時減少冷卻水蒸發(fā)量譬猫，節(jié)約寶貴的水資源讯檐，還可減少向環(huán)境的熱量和水汽排放，具有非常顯著的經(jīng)濟染服、社會和環(huán)境效益裂垦。

　　3.3埋管式土壤源熱泵技術(shù)

　　土壤具有良好的蓄熱性能，土壤溫度全年波動較小且數(shù)值相對穩(wěn)定肌索。埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)正是利用了土壤的這一特性蕉拢，使其運行效率比傳統(tǒng)的空調(diào)運行效率要高40%~60%特碳，節(jié)能效果明顯。埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)包括土壤耦合地?zé)峤粨Q器晕换，它或是水平安裝在地溝中午乓，或是以U形管狀垂直安裝在豎井中。不同的熱交換器成并聯(lián)連接闸准，再通過不同的集管進(jìn)入建筑中與建筑物內(nèi)的水環(huán)路相連接益愈。通過循環(huán)液體(水或防凍液)在封閉地下的埋管中流動，實現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的傳熱夷家。U形垂直埋管的深度分為淺層(30m以下)蒸其、中層(30-100m)和深層(100m以上)。系統(tǒng)設(shè)計時需要充分考慮系統(tǒng)的冷熱平衡特性库快，以保證地下土壤的溫度波動在可接受的范圍內(nèi)摸袁。對于高層建筑，由于建筑容積率高义屏，可埋管的地面面積不足靠汁，所以一般不適宜。

　　結(jié)束語

　　建筑是可再生能源應(yīng)用的重要領(lǐng)域闽铐，我國太陽能蝶怔、淺層地能和生物能等資源十分豐富，在建筑中應(yīng)用前景廣泛兄墅。目前踢星，雖然我國太陽能光熱利用、淺層地能熱泵技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展比較迅速隙咸，但與建筑結(jié)合的程度不夠沐悦，應(yīng)用范圍較窄，系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計水平不高扎瓶，距離大規(guī)模推廣應(yīng)用還存在不少差距所踊，甚至存在一些區(qū)域性利用問題泌枪，需要大力進(jìn)行扶持概荷、引導(dǎo)，使其盡快達(dá)到規(guī)穆笛啵化應(yīng)用误证。