绿色建筑功能系统设计

m 热溶岩：更深处 目前地热能较广泛利用有： 地热水采暖：北方地区利用中低温热水供采暖，天津市地热供热面积已达800万m2，减少 煤炭消耗，保护环境。
地热水空调：利用地下水夏季低于地面气温的特点，用深井水作空调压温。
其它：养殖、温泉疗养、种植灌溉 地下热水发电：1904年意大利开始，至目前全世界热电站发电量超过太阳能、风能发 电的电量。将地下热水的热能转化为机械能再转换成电能，据国外经 验比较，地热发电价格不会高于水力发电。 上述地热水直接利用，均需进行地热弃水的回灌，它的作用是减少地下热水资源的消 耗、控制热储层压力下降、提高地热利用率、保护环境等。
② 地热能利用的设计方法 ● 覆土建筑、地下建筑、在热干燥的气候条件下较适宜，日照、通风、湿度的控制成 为要注意解决的问题。西北地区的窑洞就是代表，是地温的直接利用方式。 ● 空气制冷，让空气通过地下管道进入室内，也适用于干燥地区。 ● 地下蓄热，北方农村的覆土暖房用于种植。 理论上是将夏季热贮存到冬季释放，再将冬季的冷贮存待夏季利用，大容量的蓄热 池是关键，最可能的就是将大地作为蓄热装置，与大地的热交换手段就是要研究的 问题。 ● 隔热保温 ③ ● ● ● 风能利用的设计方法 自然风引入室内，组织自然通风； 利用屋脊、屋檐创造自然通风的排风塔； 用墙创造导风和挡风的条件。
4．案例 ① 弗莱堡太阳能屋 德国西南部弗莱堡市，建于上世纪九十年代初，设计之初是一座三口之家，95年10月 改为太阳能营销公司，是一所学院太阳能研究系为研究而设计建造的。
这座建筑全部能源依靠太阳能，它们包含： ● 太阳能集热器提供热水（14m2集热器，1000L储水箱） ● 光电管提供电能，并采用氢/氧系统对不同季度的电能进行储存（36m2单晶硅 光电管） ● 南侧透明保温材料的墙获得热量及太阳集热器共同取暖（65%的南墙面） ● 室内通风热回收利用 ● 节能型家用电器 ● 透明保温墙和屋面太阳能集热器外侧的自动控制窗帘 这座建筑的设计要点包含： ● 适合功能要求又利于利用太阳能的体型（平面和剖面） ● 适用于太阳利用又利于节能的外围护开口设计 ● 精心研究的外围体构造 ● 北窗小，且采用3层玻璃 ● 电脑对建筑监控
小型风力发电也最好采用风力与光伏发电的互补系统或风力与柴油机互补系统，来保 障供电的可靠性。 3．可再生能利用的设计方法 ① 太阳能利用的设计方法 被动式太阳能系统由收集器、热吸收装置、蓄热、输送和控制五部分组成。 收集器（窗户）最重要是选择太阳得热系数的玻璃，这与普通窗户玻璃差别很大。吸 收装置宜采用深色和粗糙的材料；蓄热材料常位于热吸收装置下，有水箱蓄热、砾石蓄热 、储水容器组、水石综合蓄热系统；传输采用传导、对流和辐射方式，有时也借助风扇、 导管；控制装置防止夏季过热，以遮阳、百叶和通风口等来实现控制。
屋顶：新疆地区的民居屋面采用蓄热屋顶，很厚，将白天阳光热吸收，延至夜间 传至室内。 陕西八大怪中有“房子半边盖”，斜屋顶仅有南坡无北坡，也是让屋顶吸收更多 阳光热，防止冬季屋顶积雪。 屋顶的颜色对太阳能的吸收关系较大，北方屋顶采用深色，而南方用浅色。三亚 的一些民居采用白色屋顶，海口的国宾馆（新设计）采用了白色屋面瓦，很适地很适 宜，很美。 种植屋面、蓄水屋面、通风屋面、架空屋面在南方被广泛采用。 墙体：需要一定的热阻和热惰性，以发挥保温、隔热、蓄热作用。 墙体厚度与蓄热能力相关，也有利于保温、（寒地），采用深色吸收阳光 热能。 墙外走廊利用遮阳，创造荫影减少热能传入。 墙体绿化达到遮阳目的。 现代出现的双层玻璃幕墙及由此发展而成的气层建筑，在封闭空间腔的条件下， 达到吸热、蓄热保温的作用；在开敞双层间的空间层，强化它的通风又可以减少外墙 对阳光热的吸入。 地板：西欧、北欧单层低层住宅对地面保温十分重视，我国住宅以集合式为主， 这方面影响相对较小。 细部：窗、适宜的窗墙比，增加门窗层数。 遮阳 。
材料颜色选择宜根据气候差异确定，白色提高反射热能传入，深色利于吸收热能。 材料以低热传导性能为佳。 ④ 屋顶设计宜考虑气候条件的差异，炎热地区可采用通风屋面、蓄水屋面、淋水屋面 、植被屋面来减少热能的传入，遮阳措施的屋面炎热地区效果较好。寒冷地区应重视 屋面争取日照、采用多层保温层，防止寒风侵入，以减少室内热能的传出。 2．设备系统的节能 ① 空调系统选择适宜的空调系统。根据建筑功能、寿命期，使用空调频率、建筑规模 、造价、管理水平、维护能力等情况综合考虑。 采用可变风量、控制新风量、有效运用回风、实施不同空调标准空间的划分，采用 高效率设备（低能耗设备）、强化管路密封保温、重视冷却水质量等。 利用错时避开用电高峰的蓄水制冷达到节能目的。 ② 照明系统 照明用电占建筑总用电量的30%～35%。 尽可能采用自然采光、采用局部照明、采用高反射光的内装饰材料、采用直接照明 减少间，按照明的比例，采用节能型照明器（高效照明器可以达到80%～90%能量用于 发光，而一般白炽灯只达到30%～40%能量用于发光，而其余能量发热，还需空调来散 热）、加强维护。 ③ 卫生设备系统 3．可再生能源的概念和技术手段 世界30多个国家制定了可再生能源发展目标。2020年可再生能源发电将达10%， 2050年将达40%。我国的目标，“十一五”末达10%，2020年达15%，《可再生能源法》 2006年实施，今年改为《可再生能源促进法》，强化了推进力度。 ① 太阳能 包含直射辐射能量和天空散射能量。一切再生能的源头，是无需能量传换的天然
地热热泵、水源热泵的利用技术是更易采用、易推广的实用技术。它是以电能为代价 ，从地热或水源中获取温差能量并连同所花费的电能一起向用户送热或送冷。土壤在达到 一定埋深时它的温度随季节的变化很小，埋深达3.6m时，土壤温度为10～20℃之间，达到 一定深度时则保持温度的稳定。采用水作为换热的介质，取出的热能经冷凝器、蒸发器散 热。
被动式太阳能利用的设计 中，应强调控制合理的体型系 数；建筑内空间按功能分区， 减少不同功能区的热耗；加强 建筑外围体的保温，减少热损 失。同时应处理好阳光房的通 风、遮阳，以便在夏天有效控 制过强的热辐射的侵入。
太阳热能的获取有直接式（如北京地区居民的南向大窗）、间接式（太阳能透射墙） 和混合式（阳光房）（蓄热屋顶和对流环路式热风地板等）。
第三章 绿色建筑功能系统设计
一、绿色建筑的能源利用与设计 人类社会发展无节制地消耗能源和资源，20世纪下半叶，人类才开始认识到改变资源 观的重要性，进入21世纪，可持续发展成了人类共同的主题。 上述文字中，在20世纪上半叶之前，人类处在经济、技术、科技都不发达的时代，消 耗资源和能源的水平较低，不认识人类发展与环境的矛盾走上尖锐化，科技水平也不能像 今天这样帮助人类去处理这对矛盾。就基本概念而言，人类已从理念上认识人与自然和谐 的重要性，中国老子学说为代表古代哲学思想从十八世纪就提出了和谐发展的概念。 建筑能耗含使用能耗、建造能耗和原材料制造能耗。 使用能耗包含采暖、空调、通风、热水、照明、电器、炊事等方面的能耗，约是建筑 建造能耗的15倍。而在使用能耗中，改善室内温度的能耗约占35%（北方采暖地区），是 使用能耗的主要组成。 能源分再生能源和不可再生能源。再生能源来源于风、水、生物质能、地热能和海洋 能、太阳能等，而一切再生能源的源头就是太阳能。 1．能源系统的节能设计 ① 规划阶段重视群体的日照、风环境、防寒风侵袭、防烈日照射等总体布局问题。 ② 单体设计中重视朝向、体型系数、邻栋间隔、内空间布置及外围护体的开口比例等 问题。 ③ 围护结构的节能措施：开口率宜小，办公建筑<30%，旅馆建筑<20%；外墙构造以 减少热传递为原则。炎热地区重视遮阳，减少日光照射，减少墙体受热量；寒冷 地区宜利于建筑吸收阳光，采用减少热辐射、传导、渗漏造成的热传递措施。
储量的“无限性”、存在的普遍性、利用的清洁性，利用的经济性使它成为最好的自 然能。 太阳能利用目前最广泛的仍是太阳热水器，已进入商业化。近些年太阳能热水器数字 化、与建筑物一体化都将推动它的广泛运用。 光伏发电是运用半导体器件将太阳光能转化为电能，它具有无污染、无噪声、可靠、 故障低、与建筑易结合、不受地域限制、维护简便等优点，被人们重视。目前建设成本仍 较高，但各方都在努力降低成本并力图与大型电网并网而努力。它将会成为未来利用太阳 能的方向。 还出现了以被动式太阳能取暖的太阳热能利用建筑。上世纪八十年代陕西太阳能研究 所探索了适宜西北地区农村建筑的采暖技术，起到很好的效果。 ② 地热能 利用地球深处的高温，以水作为热媒传至地表使用。 它具有可靠、取之不尽，不受气候和季节限制，开采设备占地很小的优点，但也存在 单位面积范围内地热开采量有限，难于满足相同范围内建筑群对热能量的需求。（尤其是 采暖地区） 地热可分为四类： 地下热水：150℃以上的高温地热水用于发电、烘干； 90℃～50℃的中温地热水用于工业、发电； 60℃～90℃的热水用于采暖及工业；40℃～60℃的温 热水用于医疗、洗浴、温室；25℃～40℃温水用于养 殖、农业、灌溉。 浅层地热：30～100m深处土层温度5°～16℃，常使用地热热泵 用于采暖。
它们的原理就是普通空调系统基础上，提升或降低原吸入空气的温度，以节省电能， 达到电源+地热能的综合利用。
定期清洁换热管路，防止结垢，保证换热的效率极为重要。 ③ 生物质能 植物的光合作用将太阳能射化为贮存于植物内的生物质能，如木材、桔杆、柴草、油 料植物、有机废弃物、固体垃圾；森林及农业废弃物、动物粪便等。 生物质能的利用可以通过固化、气化、液化后再作燃料。 2000年，全世界生物质能消费占一次供应能源的14%，发达国家与发展中国家在生物质 能的利用上技术差别很大，发达国家主要是发电、供热、生物液件燃料（生物柴油），而 发展中国家多为燃料、热效率低，且污染空气。 我国在生物质能利用上处于发展之中，从原始的秸杆燃料，动物粪便燃料到沼气利用 、生物柴油、到垃圾发电、热电联产。在“十一五”期间，将形成500万kW的装机容量， 视地区资源的差异分别建立，秸杆、木材废弃物为原料的发电厂、垃圾焚烧发电厂、废水 污水沼气工程和沼气发电厂。过去若干年的探索、气化和发电已比较成熟，走向市场化、 规模化是一种趋势。 ④ 风能 大气流动产生了风能，也是由太阳辐射转化而来的。 广泛存在于边远山区，草原和海疆， 全世界2005年底风力发电表热容量5932万kW，比2004年增长25%，近些年的发展速度很 快，中国近些年发展速度较快。中国风力资源丰富。风力发电可从小到大、各种规模都各 有价值。 小型独立的发电机通常容量为300W、500W、1000W，风机塔高6～8M，风机叶片长1.5m ，风电机就安装在塔架顶端。风力发电并网可以解决发电不连续及电压和频率不稳定的问 题，但并网也是有条件的，目前国家正在鼓励解决并网的障碍。