探究可再生能源在建筑设计中的高效利用

张静

摘 要：近年来，我国能源问题日益突出，在节省煤炭、石油、天然气等不可再生能源的同时，还应大力推广可再生能源的高效利用。基于此，本文以可再生能源作为研究对象，分析其用于建筑设计的重要性，通过太阳能、风能、地热能、生物质能等可再生能源在建筑设计环节中的应用，实现了对生态环境的保护。

关键词：可再生能源;建筑设计;资源高效利用

随着城市化建设进程的加快，城市内人口众多，高层建筑施工规模扩大，施工的同时也需要消耗更多能源。建筑行业是我国能源消耗最为突出的领域之一，能源消耗问题也是制约建筑行业发展的一项因素，将可再生能源用于建筑设计环节中，将缓解能源紧张给建筑设计带来的影响，同时推动太阳能、风能、地热能的高效利用。

一、可再生能源在建筑设计中的重要性

从可再生能源的储量上来看，我国大多数地域拥有丰富的可再生能源，超过70%的土地能够利用太阳能，且太阳能辐射量可以达到每平米6000千伏。我国风能资源量达到三十亿千瓦，结合当前我国可再生能源投入使用率的上升趋势，大约在2020年能够基本满足我国对可再生能源的应用需求。分析建筑设计中应用可再生能源的重要性，具体如下：（1）有利于缓解环境污染。在建筑设计环节中树立能源节约理念，综合利用可再生能源，这样做不仅可以优化设计方案，还能够避免对环境造成污染。（2）有利于推动行业可持续发展。在建筑设计中应用可再生能源，实现建筑施工的节能目标，这是从国家战略方针角度出发的，以建筑领域的未来发展目标相符合。（3）响应国家节能环保的号召。从设计阶段开始应用可再生能源，这是对我国政策的积极响应，不仅解决了能源浪费的问题，还落实了节能环保的理念^[1]。

二、可再生能源在建筑设计中的高效利用

（一）太阳能在建筑设计中的高效利用

太阳能取之不尽，用之不竭，作为一种清洁可再生能源，太阳释放出来的辐射可以被综合利用，并转化为热能、电能以及化学能。在建筑设计领域内，对太阳能的利用主要如下：（1）将太阳能转化为热能。使用太阳能集热装置吸收太阳能辐射，再将收集到的辐射转换为热能，供居民热水供应与空调取暖。（2）将太阳能转换为电能。利用光热电能力转换，即光热发电，或者依靠太阳能电池将光能转化为电能，并存储电能，即光伏发电。（3）太阳能转化为化学能。使用太阳能分解水资源，分解出来的氢就是一种可再生能源。

在建筑设计中，人们对太阳能的利用主要体现在太阳能热水供应系统和太阳能光电系统中。利用太阳能时，应从建筑物自身情况出发，将可再生能源的利用方案与建筑物实情结合，在保证太阳能充分利用的同时，满足建筑物通风效果。某地太阳年日照数为1400-2200h，年太阳辐射总量为4190-5016MJ/（m2·a）。一年中以7、8月最高，1、2月最低，属于第III类资源一般区，具备应用太阳能光伏发电技术的条件。建筑设计人员采用了非逆流分散式并网光伏发电系统，光伏板朝南布置，系统由光伏组件、防雷直流汇流配电箱、并网逆变器与监控系统组成，实现了对太阳能的高效利用，减少了室内气体和污染物的排放，缓解了温室效应^[2]。

（二）风能在建筑设计中的高效利用

同样是可再生能源，风能在建筑设计中有着不可代替的优势。通过对风能的合理布置，可以让建筑物降低对机械能源的消耗，采用自然通风的方式合理设置建筑物主体结构和门窗部位，提升室内通风水平，为居住者营造舒适的生活环境。要求设计人员具体结合建筑物朝向、气候条件与风向条件确定风能的利用。在电能转换方面也可以利用风能，特别是针对能耗较高的工业建筑，风能的应用可以为建筑提供节能效果。现代风险技术有着极强的能量均衡能力，全球风能发电年度二氧化碳减排量至少在8.2亿吨以上，预计到2020年，风能发电减排量将超过10亿吨，2030年风能发电减排量将超过23亿吨。在未来，应在全国形成统一风能市场联网能力，将风电的高效利用作为电力规划研究的前提，用于建筑设计环节中，为建筑领域带来更加友好的风能电力系统。

（三）地热能在建筑设计中的高效利用

地热能作为可再生能源，可以通过地源热泵技术实现其在建筑设计领域的高效利用。由于地源热泵系统有着不同的交换方式，要求设计人员从地理条件和建筑规划入手，做好建筑物勘测工作。建筑设计中应用地源热泵技术，三合一地源热泵系统的运行需要依靠一台地源热泵机组制出7℃、45℃、55℃水，其中7℃的冷水主要为夏季空调提供服务，45℃的热水供冬季供暖，55℃的生活热水供居民洗浴。地源热泵空调系统综合利用了地热能，以地球表面浅层地热作为冷热源，通过能量转换打造采暖空调系统和地热系统。地源热泵技术的应用改进了以往电能大量消耗的问题，符合现代化建筑设计中的“低碳”理念。

以往建筑物供暖需要依靠煤炭资源，但煤炭燃烧会给城市带来大量烟尘，严重污染环境。近年来，北方地区供热热源严重不足，为了达到建筑设计节能减排与环境保护的目标，各地开始考虑利用浅层地热能，以此解决公用建筑夏季制冷与冬季供热的问题。200-400摄氏度的地热能可以直接用于发电和综合利用;150-200摄氏度的地热能可以用于双循环发电、制冷、工业热加工等;100-150摄氏度的地热能可以用于双循环发电、建筑制冷供暖、工业干燥、脱水加工;50-100摄氏度的地热能可以用于建筑供暖，满足家庭用热水需求;20-50摄氏度的地热能可以用于生活沐浴、土壤加温以及水产养殖等。在采暖与供热方面，地热能可以直接应用，该可再生能源适合用于我国北方地区。房屋设计中，人们在室内铺设了加热瓷砖，实现装饰与采暖效果的二合一，支持智能温控，使地热能源利用最大化。瓷砖内部含有石墨烯芯片，安装时无需铲墙动土，不用铺设水管和电缆，一次性安装就能成型，瓷砖防水效果较强，自身绝缘不导电。

（四）生物质能在建筑设计中的高效利用

与太阳能、风能、地热能相同，生物质能也是可再生能源的一种，在自然界取之不尽用之不竭，应用时不会对环境造成污染。生物质能就是将砍伐木材与农林剩余物充分处理和加工，使其在建筑设计中巧妙应用，从而达到减少石化能源使用量的目的。今后建筑设计和社会生产中，生物质能将占据50%的能源消耗總量。生物质能发电机组以废气稻壳、秸秆、木屑为原料，经过气化炉得到气化处理，产生可燃性气体燃料，气体燃烧后驱动发动机，实现发电机组的发电功能，设备功率在350-1000KW。内混式进气系统与空燃比自动控制系统的应用，避免了生物质能发电机组高氢燃气回火放炮问题。机组进气阀箱可以自由拆卸，.非增压自然进气，对燃气中焦油的适应性强，避免增压器、中冷器堵塞、功率输出不稳定的问题。生物质能在农村住房建设中应用广泛，人们采用这一清洁生产技术，对农业生产废弃物回收利用，在满足建筑功能需求的前提下，采取节能环保的室内照明方式，墙体保温层和建筑物主体结构一同施工。生物质能可以转化为气体燃料，经过生物质原料的厌氧发酵与热化学转化生成可燃性气体，即生物燃气，这也是人们常说的沼气，它满足农村地区的日常发电需求。

三、结束语

总而言之，在建筑设计环节中大力应用太阳能、风能、地热能等可再生能源，将其与建筑物实际情况结合，可以推动建筑行业的可持续发展。在未来，各部门还应探寻可再生能源与生态住宅相融合的最佳方式，并将其作为今后建筑设计的重要发展方向。

参考文献：

[1]吴秀红.可再生能源在建筑设计中的利用分析[J].科技风，2019（18）：105.

[2]李霞.浅谈可再生能源在建筑设计中的利用[J].建材与装饰，2019（14）：102-103.