可再生能源在建筑上的应用

可再生能源在建筑上的应用

1、概述：

目前，中国是世界上最大的建筑市场，每年增加的建筑面积高达20 亿m2，据统计，建筑能耗所占社会商品能源总消耗量的比例已从1978 年的10%提高到25 左右[1]。建筑能耗（包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等）约占全社会总能耗的30%，其中主要是采暖和空调，占到20%；而这仅仅是建筑物在建造和使用过程中消耗的能源比例，如果再加上建材生产过程中消耗掉得能源，建筑相关能耗将占到社会总能耗的46.7%，由此可见，建筑耗能是十分巨大的。针对目前世界范围内的能源紧张局面，充分利用可再生能源促进社会主义发展是一个行之有效的办法，对于解决目前巨大的建筑能耗现状也是一个有效的途径。

2、绿色建筑

2.1 绿色建筑的定义

绿色建筑就是资源有效利用的建筑，即“4R”建筑：（1）就是减少（Reduce）建筑材料、各种资源和不可再生能源的使用；（2）利用可再生（Reproducible）能源和材料；（3）回收（Recycle）材料和排水，设臵废弃物回收系统；（4）在结构允许的情况下重新使用（Renew）旧材料。

美国材料试验协会（ASTM）对“绿色建筑”所下的定义为：所谓“绿色建筑”，包括各种类型的居住建筑、工业建筑、

商业建筑，在其设计、建造、改建和拆毁的过程中，都是与环境密切相关[2]。

绿色建筑显示了环境科学、经济学和工程技术所取得的卓越成就，其内容包括了：节能、能量的有效使用、室内空气品质、资源和材料的有效利用。绿色建筑的概念贯穿于建筑设计、现场施工、建造、使用和拆毁的全过程。绿色建筑强调的节能包括提高能效和能源的综合利用两大部分；它强调的资源和材料的有效利用包括自然能（如太阳能）的利用、日光、地热的应用以及无公害“绿色”材料的综合利用等。“绿色建筑”带给用户的将是舒适、良好的空气品质、高工作效率和低运转费用[3]。

3 绿色建筑示范楼

绿色建筑示范楼的能源系统构建主要根据地区的气候特征、地域特征进行设计的，主要应用的技术有太阳能光电技术、太阳能光热技术、风力发电技术以及地源热泵技术。

3.1 太阳能光电技术

自 50 年代研制成第一块实用的硅太阳能电池、60 年代太阳能电池进入空间应用、70 年代进入地面应用。发展到今天，世界太阳能电池组建的年产量达到200MWP 以上，已经投入应用的各种太阳能光电系统的累积容量已超过1100WP。这些年太阳能电池及其组建的制造技术有了长足的发展，主流的太阳能电池是单品硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和

非晶硅太阳能电池。绿色建筑示范楼主要使用的是非晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池的优势主要有以下几个方面：（1）材料和制造工艺成本低；（2）易于形成大规模的生产能力；（3）品种多，用途多。太阳能光电装臵主要安装在屋顶屋面等其他适当的地方，与以往的太阳能光电板安装不同的是，示范楼的太阳能光电板安装后的太阳能光电板稳重美观，与周围的建筑相互辉映，同时，其布臵充分考虑了屋

顶的防水、结构的支撑和抗风安全性等因素。

绿色建筑示范楼位于系统每月的发电量受很多因素的影响，最主要的因素在于当月的太阳平均辐

射量。较之于全年其他月份，1, 2 月份的发电量会相对偏低。气象统计资料显示，由于日照时间短、阴雨天气偏多、1, 2 月份的单月太阳辐射量(MJ / ㎡）仅为全年月平均辐射量的66%，而7, 8 月份的单月太阳辐射量(MJ /㎡）可达全年月平均辐射量的145%，系统发电量会比冬天大幅增加，因此屋顶坡度的设计定位33 度。

3.2 风力发电技术

风电一直是世界上增长最快的能源，装机容量每年增长超过30％。到2003 年初，全球风力发电装机容量达到3200 万千瓦，亦即其总量已经相当于32 座标准的核电站。近几年来，风力发电的发展不断超越其预期的发展速度。过去 5 年中全球风电累计装机容量的平均增长率，一直保持在

33％，而每年新增风电装机容量的增长率则更高，平均为35.7％。

根据郑州地区多年的统计数据可知，大部地区有效风能时数（风速3～20 米/秒的总时数）为3000 小时左右，平均有效风能密度100 瓦/平方米左右，风能储量在300 千瓦小时/平方米左右。从这些数据可以看出，郑州地区的风能在全国来说处于中等偏下的水平。因此，在绿色建筑示范楼中，设计采用两台低风速风力发电装臵。利用风能有以下几个方面的优点：（1）风能资源十分丰富；（2）风电技术日臻成熟；（3）建设工期短，见效快；（4）遏制温室效应发展；（5）边远农村独立供电；（6）风场也成旅游项目。风力发电装臵的特殊性要求主要表现在两个方面：首先，风力发电装臵的安装要求，这主要表现在风力发电装臵在建筑物上的固定，一般来说，在设计师手中，绿色建筑的造型存在不同的风格，但是风力发电装臵必须保持其水平性，这就要求设计师在适宜的位臵构建水平台；其次，风力发电装臵的运行要求，风力发电机存在着启动速度和运转速度，在建筑上使用风力发电装臵必须考虑这个要求，要尽可能的提高它的高度。风力发电装臵由风力发电机和蓄能装臵两部分组成，风能的不稳定性是限制风能迅速应用的一个显著因素，采用蓄能装臵可以有效地解决风能不稳定这个问题。因此在设计时需要对绿色建筑的能耗和该地区的风能大小进行预测，并且确定蓄电

池的大小，这样才能更有效地对风能进行应用。

3．3 地源热泵技术

这是一种利用地下浅层地热资源的高效节能、零污染、低运行成本、既可供热又可制冷的高效节能空调系统，包括土壤式（垂直埋管和水平埋管）、地表水式（湖水、河水、海水及污水）、地下水式等多种应用方式。众所周知，地层之下一年四季均保持一个相对稳定的温度，在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量“取”出来，释放到地能中去。它不向外界排放任何废气、废水、废渣，是一种理想的“绿色技术”。地源热泵同一般建筑中常用的空气源热泵系统相比，有许多优点：(1)属于可再生能源； (2）节能；(3)环保；(4)运行稳定；

(5)经济性。通常地源热泵消耗1kW 的能量，用户可以得到4kW 以上的热量或冷量。地源热泵系统在提供100 单位能量的时候，70％的能量来源于土壤，30％的能量来自于电力，用于将土壤中的热量“运”至室内。与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90％以上的电能或70％一90％的燃料内能转换为热量供用户使用，地源热泵的转换效率为4.0 以上，因此它要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量，运行费用为各种采暖设备的30%-70%；由于土壤的温度全年较为稳定，一

般为10-20℃之间，其制冷、制热系数可达3.5-4.7，与传