住宅产业中新能源的开发与利用

住宅建设已经成为地球森林资源、淡水资源的第一消耗大户，同时也是能源消费第一大户。因此，住宅建设在考虑人类安全性和舒适性的同时，更要考虑人类可持续生存和发展问题，应该尽可能使用新能源。新能源主要包括太阳能、风能和地热能等可再生自然能源。可再生能源的开发利用，将成为缓解当前能源日益紧缺矛盾的重要途径，其优点是丰富、清洁、廉价、安全。这些绿色能源的使用不但可以改善不合理的能源结构，减少煤、油等常规能源的消耗，又可以减轻污染，维护生态环境的持续性稳定性。自然能源的利用技术较为成熟的形式主要有：太阳能光热与光电技术、地源热泵中央空调技术、风力发电等。

1 住宅小区建筑中太阳能资源的合理使用

太阳能作为一种可再生能源，取之不尽，用之不竭，同时又不会增加环境负荷，我国属于太阳能资源十分丰富的国家之一。利用太阳能的建筑可分为主动式太阳能建筑和被动式太阳能建筑。主动式太阳能的利用由于设计复杂，造价高，很少应用于住宅建筑设计中。而被动式太阳能建筑因为被动系统本身不消耗能源，设计相对简单，是小区建筑利用太阳能的主要方式。它不需要依靠任何机械手段，通过建筑围护结构本身完成吸热、蓄热和放热过程，实现利用太阳辐射采暖。它主要有五种形式：利用建筑南面大面积玻璃透射阳光直接受益；在室内增加集热墙加强太阳辐射获得量，同时避免阳光直接射入室内；在建筑南侧设置带玻璃罩的阳光间，与主体房间用墙或窗隔开，用于养花或栽培；在建筑屋顶设置蓄水池，通过水吸收太阳辐射；由太阳能集热器和卵石地床构成蓄热装备。

太阳能光热与光电技术就是将光能转化成热能、光能转化成电能加以利用，常规的太阳能利用系统有太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统。在生态住宅小区中使用的主要有太阳能热水器和太阳能电池；多用于草坪灯、庭院灯、航空障碍灯、楼道灯等。目前技术最成熟、应用范围最广泛、产业化发展最兴旺的是太阳能热水系统，较普遍的是在建筑屋顶安装太阳能热水器以获得高温热水，也可将太阳能集热板安装在窗台或阳台外部，由集热板制取热水供采暖和生活热水使用，还可通过热水吸收机制冷获得建筑所需的冷量替代空调制冷系统。在住宅建筑保温设计中，对太阳能的利用主要考虑两个问题，一是对太阳能辐射热的吸收，二是对太阳辐射热的蓄集。寒冷的北方还可选用太阳能被动式采暖系统，依靠建筑本身部件及材料热工性能，设置集热保温墙、地面、屋顶以及集热保温门窗等，防寒保暖，节约能源。蓄热墙能充分吸收太阳热量，冬季能使室温升高，夏季则通过特定的通道形成热对流，能促进凉爽气流的循环，达到冬暖夏凉的目的。保温隔热墙则是通过墙体材料的特殊性能阻止外界热量进入和使室内能源免于流失。另外，在住宅的一定部位设计可调温调湿的太阳房，利用太阳辐射的热量使室内温度上升，便于植物的生长，并可让太阳房与其他居室相连，使空气能够交换，提高居室的气温。[1]总之，太阳能是自然界中最充分、最便捷的可利用的绿色能源，可在地面、屋顶上安装一些装置，直接利用日光和自然风，还可运用机械方法，把太阳能送至暖房、冷库等处采暖、降温、照明、通风，以达到自然循环的目的。利用太阳能降温也是很有前途的。太阳能制冷有两种方法，一种是利用太阳能驱动机械装置，机械装置再驱动压缩制冷循环。另一种是利用从太阳直接获得的热量来驱动吸收式制冷机，从而降低室内温度。

2 风能、地热能及其他自然能源的利用

风能是地球上重要的能源之一，风能的利用有风力发电和利用风能促进室内通风换气等方式，而后者是建筑利用风能的主要方式。风能的利用与建筑内部平面和空间组合及建筑形态密切相关。水平通风即人们通常所说的穿堂风。利用建筑在迎风面和背风面空气的压力差在建筑内部促使空气流动，降低表面温度，加强室内气流循环，改善室内热环境，满足人体舒适度。大气中空气的流动形成的季候风、山谷风、水陆风等都是降低室内外温度的重要能源，而且是首选的措施。环境布局中的通风、室内空间建构的通风以及民居中的风管、风塔、导风的隔片等都是利用风能的有效措施。全天候持续自然通风并不能达到降温目的，而改用间歇通风，即白天（特别是午后）关闭门窗限制通风可避免热空气进入，遏制室内温度上升，减少蓄热；夜间则开窗，利用自然通风或小型通风扇，效果更佳，让室外相对干、冷的空气穿越室内，即可达到散热降温的效果。风力发电是在风力资源丰富地区，利用自然风能转让为机械能，再将机械能转化为电能的过程。风力发电对大气、水体和陆地不产生任何污染，有着明显的环境效益，但考虑到可能存在噪音干扰，所以目前一般在居住区内很少应用。[2]

大地所蕴含的热量和温度为我们提供了一个恒定、安全的可替代能源选择。这种热量来自地球深处释放的巨大能量。地源热泵中央空调的概念就是利用地下浅层地热资源（如地下水、土壤或地表水等）来提供冷热源，即地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源。冬季，把地能中的热量取出来，通过热泵经热交换，提高温度供给室内采暖。夏季，由于地表以下温度受太阳辐射影响较小，在炎热的夏季地表深层温度较低，将空气或水送入埋置在地下的导管，利用地温降低空气和水的温度，再利用空气和水去降低室内温度。这样做，一方面减少了外界不利环境对建筑室内温度的影响，另一方面可以防止室内热量向外散失。在地下埋设一定截面的管路系统，通过空气热压通风和风压通风，将室外空气引入室内，利用土壤的恒温和恒湿性能，使空气保持恒定的温度和湿度，调节室内微气候。应当指出，地道愈深，利用地下能源的节能效果就愈好。这种投入少量机械能源（用于净化和干燥地道中的空气）便可使室内热环境得到较大改善的措施值得推广。目前，热泵技术在住宅中应用的合理系统及相关产品有：新型供暖技术及产品（如电热辐射、地板采暖等）太阳能照明与供热技术及设备、地热的采集与供配成套设备、天然水蓄冷技术及设备、供暖计量控制表具和部件、沼气的开发与利用技术及设备、节能保温门窗及五金件。

其他自然能源，如长波辐射降温，夜间建筑外表面通过长波辐射向天空散热，采取措施可强化降温效果。如白天使用反射系数大的材料覆盖层以减少太阳的短波辐射；夜间收起，或者使用选择性材料涂刷外表面。又如，被动蒸发降温是利用水的汽化潜热大的特点，在建筑物的外表面喷水、淋水、蓄水，或用多孔含湿材料保持表面潮湿，使水蒸发而获得自然冷却的效果。当然，建筑绿化也是常见的利用自然能源的方法。在小区建筑物周边广植树木，兼有防风、遮阳、蓄水及改善景观效果等作用。[3]

3 新能源开发利用实例

在住区中对太阳能的主动式利用方面，我国与国外的差距不小。欧盟在欧洲选出了100个居民区作为“能源再生运动”（Campaign for Take off）的示范工程，希冀借此活动，促进欧洲对可更新能源（Renewable Energy）的使用。“能源再生运动”的目标是希望到2010年，欧盟国家的电能、交通动力和热能中的12%能达到可更新利用的能源。德国绿色住区的居民所使用的能量有2/3来自太阳能光电装置；澳大利亚和以色列太阳能热水器的普及率分别是30%和50%。我国太阳能热水器普及率仅为6%左右。

（1）德国。德国建筑师塞多•特霍尔斯建造了一座能跟踪阳光的太阳房屋，房屋被安装在一个圆盘底座上，由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮。房屋底座在环形轨道上以每分种转动3cm的速度随太阳旋转。当太阳落山以后，该房屋便反向转动，回到起始位置。它跟踪太阳所消耗的电力仅为房屋太阳能发电功率的1%，而所吸收的太阳能则相当于一般不能转动的太阳能房屋的两倍。德国还有一个零能量住房，所需能量100%靠太阳能。零能量住房向南开放的平面被设计成扇形，可以获得很高的太阳能辐射能。墙面采用储热能力较好的灰沙砖、隔热材料和装饰材料，阳光透过保温材料，热量在灰沙砖墙中存储起来。白天房屋通过窗户由太阳来加热，夜间则通过隔热材料和灰沙砖墙来加热。

（2）芬兰。芬兰以生态原理设计的第一个住宅小区正在Viikki建造，该区距赫尔辛基市中心8公里。Viikki的规划设计首先要求应为生态建筑提供良好的基础。建筑师将建筑物与自然环境相结合。建筑物有高层、低层，也有一些独户住宅。几乎所有的建筑物都朝南，以便最大限度地利用太阳能。为了获得良好的小气候，住宅楼群与敞开式空间设置了挡风屏障带。

（3）丹麦。丹麦在节能与开发新能源方面具有领先优势。在其北部奥尔期斯市建成的“日”与“风”住宅区，全区采暖由一个600㎡的太阳能集热器和一个天然气供暖中心解决，小区内其它用电则由一台风力发电机提供。

（4）日本。日本中央住宅和夏普公司致力于住宅使用太阳能的研究工作，他们提出“环境合理分散住宅”的概念，即通过在大规模住宅上安装太阳能控制板，实现了私人住家安装太阳能系统，从而有效地减少了二氧化碳的排放。日本的OM阳光体系住宅的屋顶除了作为整个建筑自然通风系统的组成部分，利用天窗、烟囱和风斗等构造为气流提供进出口外，本身也可以成为一个独立的通风系统。这种通风屋顶内部一般有一个空气间层，利用热压通风的原理使气流在空气间层中流动，以提高或降低屋顶内表面的温度，进而影响到室内空气的温度。在OM阳光体系住宅中，室外空气由屋顶下端被吸入空气间层，并被安装在屋顶上的玻璃集热板加热，受热后上升到屋顶的最高处。屋顶最高处设置了空气处理装置，包括空气阀门、热交换盘管和一个小型风机。这个装置既能将加热过的空气通过管道送到建筑的各个角落，又能将不需要加热的空气由排气管排出。同时，在日本九州市新建成了一种新型“环境共生”公寓。居民洗涤用水是用“超太阳能集热器”加热。每户的阳台上装有一种垃圾处理机，将每户的生活垃圾加以处理变成植物的肥料。公寓停车场的混凝土具有良好的透水性，使雨水存留于地下，与停车场地内的树本形成一种供水循环系统。房间的墙壁上留有通风口，使房间内形成良好的通风效果。同时，在大楼前装有风车，由风力发电为公共走廊的照明提供辅助电源，整幢住宅成为一个良性生态循环系统。[4]

（5）中国。杭州市具有良好的太阳能资源，全年平均日照约1375小时。因此，利用太阳能实现集中供应热水是江南春城小区生态建设的一个亮点。小区共建设太阳能集热面积达3000㎡，人均可供应热水量60L/人•天，节能（折合电能计算）5KW•H，创造效益1000元/年•户。另外，香港将军澳新城欣怡花园采用外墙遮阳和屋顶隔热措施，控制建筑对热量的吸收，与自然通风降温手段相配合，减少空调费用；采用建筑与太阳能光电系统相结合，产生无污染能源用于照明、动力泵等，居室窗户上部安装“反光板”，能提供最佳日照角，以改善房间深处的天然采光条件，每户设计的热水装置与大楼太阳能热水系统相联系；设置内天井似的“通风塔”，利用太阳能热量产生热蒸发气流，带动温度较低的气流穿过与它相连的居室，以提高降温效果，无风时效果更佳。

4 结 语

绿色住宅要有“绿色”能源系统。城市生态住宅的发展需要一系列科学而可行的技术支持。其技术路线当然包括了新能源的开发与利用。要尽可能节约不可再生能源（如煤、石油、天然气），并积极提高能源使用效率，减少因大量过度使用能源，对环境造成的影响。发展使用可再生能源技术，通过太阳能、风能、地热和生物沼气等提高住区能源自给自足的能力，并采用各种节能技术措施。其实，许多新能源在技术上已无不可逾越的障碍，关键在于提高转换效率，掌握设备制造技术和降低成本问题。在住区的建设中，应该积极推广使用清洁能源，尤其是太阳能。随着生态型住宅的发展和建设管理部门对节能降耗、环境保护的重视，要将太阳能系统广泛纳入各类住宅建设总体设计，不断推进实现太阳能应用与建筑结构一体化的进程。