公共建筑节能技术措施

杨梅兰

0 引言

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，城市化发展越来越快，大量公共建筑也迅速兴建起来，但是由于我国建筑节能技术还不成熟，修建建筑物的同时带来了巨大的能源损耗。在我国，建筑能耗居各种能耗之首，随着世界范围内能源供应紧张状况的加剧，能源将成为制约各国经济的主要因素。为此，我国提出了社会经济和能源可持续发展的战略，建设节约型社会，在实现国民经济快速发展的同时努力降低单位GDP的能源消耗。而建筑行业作为耗能大户，节能潜力巨大，大力发展和推广新型建筑节能技术，在不断提高人们居住环境舒适度的同时，降低建筑耗能总量，有效缓解能源的供需矛盾，既具有实际经济意义，又具有重要的社会意义和环保价值。以下从四个方面介绍公共建筑节能的技术措施。

1 建筑的体型

在建筑设计中，应对建筑的体型以及建筑群体组合进行合理的设计，以适应四季不同的气候环境。首先要控制体型系数，体型系数是建筑物外包表面积与其所包围的体积之比，体型系数过小，将影响建筑造型、平面布局、采光通风等;体型系数过大，则建筑物的外表面积大，导致外围护结构的传热损失大，直接影响建筑能耗。一般来说，条形建筑的体型系数应不大于0.35，点式建筑的体型系数应不大于0.40。也可以加大建筑的体量，即加大建筑的地基面积，加大建筑物的长度和深度。其次尽量减少建筑的凹凸变化，尽可能让外形变化减至最低限度，尽量提高建筑的层数，然后对于体型不易控制的点式建筑，可采用群楼连接多个点式的组合体形式。

2 建筑的朝向

良好的自然通风可以降低室内温度，减少制冷设备的使用。建筑朝向对建筑的采光通风与节能有很大的影响，朝向选择需要考虑很多因素，如可以根据建筑物的功能要求，设置合理的朝向使得冬季有适量并具有一定质量的阳光射入室内;炎热季节尽量减少太阳直射室内和居室外墙面;夏季有良好的通风，冬季避免冷风吹袭;充分利用地形节约用地。

3 智能光伏玻璃幕墙

由于玻璃幕墙的美观、通透、宏伟气派的艺术效果，近年来被广泛使用于公共建筑围护结构。玻璃幕墙的节能在整个建筑节能系统中占有重要地位。夏热冬暖地区主要考虑建筑的夏季隔热，太阳辐射对建筑能耗的影响。太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因。冬冷夏热地区则主要考虑冬季保温，夏季避免太阳直射造成室内过热问题。如果将玻璃幕墙和太阳能结合起来应用到建筑中，可以达到大幅度降低建筑能耗的目的。

以下对智能玻璃幕墙与光伏产品结合而形成的智能光伏玻璃幕墙进行介绍。

3.1 智能玻璃幕墙

智能玻璃幕墙广义上包括玻璃幕墙、通风系统、空调系统、环境监测系统、楼宇自动控制系统。其技术核心是一种有别于传统幕墙的特殊幕墙——热通道幕墙。它主要由一个单层玻璃幕墙和一个双层玻璃幕墙组成。在两个幕墙中间有一个缓冲区，在缓冲区的上下两端有进风和排风设施。热通道幕墙工作原理在于冬天内外两层幕墙中间的热通道由于阳光的照射温度升高，像一个温室。这样等于提高了内侧幕墙的外表面温度，减少了建筑物采暖的运行费用。

智能玻璃幕墙从设计构思、内容组成和工作过程各方面看，都是一个各专业协调合作的多功能系统，它与传统玻璃幕墙有很大差别，不仅有玻璃支撑结构，还包括建筑内部分环境控制和建筑服务系统，通过智能玻璃幕墙可以控制室外光线，提供通风。由于智能玻璃幕墙为3层玻璃，外侧为全封闭式，可大大减少外界噪声对建筑内部的干扰。

3.2 先进的太阳能电池

电池是太阳能(光伏)产品的核心部分，在这里主要介绍薄膜太阳能电池，因为它是目前为止世界上最先进的电池之一，价格便宜，透光性好，而且薄膜光伏组件非常适用需要造型的建筑结构。随着非晶硅太阳能电池的衰减降低、GaAs和CdTe太阳能电池制造技术的突破，薄膜太阳能电池更具备竞争性。目前较成熟且已经大批量生产的薄膜太阳能电池是基于非晶硅系的薄膜太阳能电池，具有以下突出优点:高温下的光伏输出特性好，比晶体硅太阳能电池有更大的实际功率输出，环境又好，更少的能量偿还时间;非晶硅系薄膜太阳能电池具有相对较低生产成本和较高转换效率的开发潜力，从长远的发展来看将有可能最终取代晶体硅电池，成为市场主导产品。

3.3 智能光伏幕墙工作原理

薄膜光伏组件与建筑结合，不仅可作为建筑外窗玻璃、幕墙，还可根据建筑物功能要求改变颜色与透明度。节能型热通道智能光伏幕墙是在双层玻璃幕墙中间安装薄膜光伏组件，而在外侧上下两端设有进出风口，内外玻璃夹层之间形成一个相对封闭的热通道，在进风口段安装由阳光自动追踪器控制的活动式薄膜太阳能电池板，在进(出)风口安装风机，由太阳能电池直接供电可进行强迫送(抽)风对流换热。在双层幕墙内外表面设置太阳光辐射照度、气流风速及表面温度等多个不同的传感器，自动采集多项环境参数，使用微型智能控制系统自动控制通道内薄膜太阳能电池板的角度变化，整体组合构成智能光伏幕墙系统。

由于光伏组件主要是吸热材料，这样的设计可以改善建筑内部及太阳能电池表面的微气候环境，提高建筑内部环境舒适度及维持较高的太阳能电池转换效率，同时还不妨碍玻璃幕墙的外观效果，满足现代建筑的设计需要。而光伏电池阵列正好提供了整个系统的动力保障，不再需要城市电网支持，如果大面积使用时还可以并网发电，带来更大的社会经济效益。

当太阳照度强烈，光伏电池发电量充足时，采用光伏电池直接供电的方式，根据通道内环境参数，实时调节强制对流系统风扇转速，确定通道内最优空气流速，改善热通道幕墙的热工性能。在满足上述条件的同时，多余电量输入电池组储存。当太阳照度不足，光伏电池发电量不足以满足强制对流需要时，将所发电量直接对电池组充电，强制对流系统改由蓄电池供电的方式运行。

4 光伏屋面

光伏与建筑屋顶的结合有两种形式。一类是建筑与光伏系统相结合，把封装好的光伏组件平板或曲面安装在居民住宅或建筑的屋顶上，建筑物作为光伏阵列载体，起到支撑作用，然后光伏阵列再与汇流箱、逆变器、交直流配电柜等相连。这是一种常用的光伏建筑一体化形式，特别是与建筑屋顶的结合。另一种是建筑与光伏构件相结合，这种结合是光伏建筑一体化的一种高级形式，它对光伏组件的要求较高。组件安装必须能够适合各种屋面形状及结构，比如无论是金属屋面还是防水卷材屋面都要能够胜任，即使是屋面载荷很小的情况下也必须满足客户对于光伏系统的要求。除此之外，还有最重要的一点是，不能够破坏屋顶或者建筑外墙的防水功能。

将建筑屋顶作为光伏阵列的安装位置有其特有的优势:日照条件好，不易受到遮挡，可以充分接收太阳辐射;光伏系统可以紧贴建筑屋顶结构安装，减少风力的不利影响;太阳光伏组件可替代保温隔热层遮挡屋面。此外，与建筑屋顶一体化的大面积光伏组件由于综合使用材料，不但节约了成本，单位面积上的太阳能转化设施的价格也可以大大降低，有效地利用了屋顶的复合功能。新技术可以将光伏电池薄膜与屋面材料复合在一起，使得屋面在防水、保温的基础上增加了发电的新功能。

5 结语

建筑节能是我国建筑业可持续发展的重大战略问题。大力开展建筑节能的新技术、新产品、新工艺及先进适用成套技术的研发、攻关，同时加速建筑节能科技成果的转化和推广应用，为建筑节能的通用化、配套化、系统化提供技术支持，逐步推进节能建筑专业化、标准化的设计、施工已成为当务之急。只有这样，才能不断促进建筑产业的发展，保护生态环境，提高人民的生活质量。

[1]陈海辉.一种新型幕墙的节能原理及设计经验[J］.重庆建筑大学学报，2005，27(2):37-40.

[2]黄向阳，何 清，任 芳.一种新型光伏幕墙[J］.建筑节能，2008，36(2):49-50.

[3]毕业亮，张华玲.光伏建筑一体化实验[J］.建筑热能通风空调，2010，29(2):34-36.