建筑节能中新能源应用技术分析

王真，高鹏

（中建二局安装工程有限公司，石家庄 050000）

1 引言

近年来，随着“双碳”目标的提出，社会各界纷纷将目光聚焦于建筑领域，希望凭借先进的技术实现建筑节能，为社会健康、稳定地发展提供有力支持。本文以新能源为研究对象，结合实际项目对新能源在建筑节能中的应用进行深入分析，在保证整体节能效果的前提下，控制项目成本，使项目更具经济性，以为日后相同或相似类型项目的施工提供参考。

2 新能源应用于建筑施工的意义

在一体化趋势下，各国间的竞争开始向多个领域辐射，由此造成能源开发量、消耗量大幅上升，如果不尽快控制能源消耗速度，将给人类的生存带来威胁。调查发现，我国能源耗费情况较发达国家更严重，其中，建筑能耗最为突出，其占比约为社会能耗总量的30%，由此可见，以节能理念为指导，调整建筑施工方案及技术要求迫在眉睫。

在此背景下，出于社会健康发展的考量，以建筑为首的多个领域纷纷引入新能源替代传统能源，解决了能源供不应求的问题。另外，风能、太阳能等新能源降低了建筑施工对环境造成的污染，使建筑节能得到增强。综上，新能源在建筑领域具有广阔的发展前景，考虑到将新能源用于建筑施工的时间较短，施工效果不理想的情况难以避免，要想使最终效果接近预期，需根据新能源的特点，采取恰当的技术。以太阳能为例，施工人员应将重心向建筑外窗、墙体倾斜，坚持节能环保原则，根据现场实际情况选择适合的材料并完成施工。

3 新能源在建筑施工中的应用技术

3.1 项目概况

项目位于北方某城市，占地面积约1 500 m2，经测量，建筑面积900 m2左右。在设计、施工期间，为凸显建筑节能性，施工团队决定放弃传统能源，改用新能源，在因地制宜理念的指导下，确定切实可行的施工技术要点，使新能源得到充分利用。

3.2 技术要点

3.2.1 风能

当前，建筑内部电器的类型、数量大幅增长，其中，最具代表性的电器为空调，安装空调可改善室内温度，为人们创造理想的生活与工作环境。以往，我国多数空调通过消耗电能的方式维持运行，这并不符合当今社会所倡导的节能减排理念，用清洁、可再生的风能替代传统电能，可有效缓解电能供需不平衡的矛盾，实现节能减排目标。风能是指空气流动过程中形成的动能，与太阳能密切相关，现阶段其储量十分可观，我国每年所开发风能平均可达5.3×1013kW·h 左右[1]。该能源的优点和不足均较为突出，优点在于分布广、清洁且储量多，不足则表现为能量密度相对较低、稳定性不理想，对项目团队专业能力的要求较严格。

本项目中，出于增强室内空间清凉感、避免空调长时间运行导致耗能量超出预期的考虑，项目团队对建筑外窗朝向进行调整，通过改善建筑通风效果，充分利用自然风，即使在温度较高的春夏两季，室内仍能维持在较舒适的温度，通过控制空调运行时长及使用频次，使建筑节能性得到凸显。窗墙比X是指窗户、外立面的面积比，计算公式如下：

式中，∑Ac指朝向相同的透明阳台门、外窗洞口的面积之和，m2；∑Aw指朝向相同的外窗面积之和，m2。

北方地区对建筑的要求可以被概括为两点：一是夏季透过窗户进入室内的阳光较少，建筑制冷能耗可控；二是冬季能够充分利用太阳热量调节室内温度。外窗面积与建筑通风、采光和能耗密切相关，其朝向同样会给建筑能耗产生影响，窗墙比相同的情况下，南向窗户在通风、采光还有调节室内温度等方面的表现通常优于北向窗户，这也是北方地区多数建筑的南向窗户面积均明显大于北向窗户的原因。目前，国内针对民用建筑、严寒及寒冷地区建筑所制定节能设计规范，均对建筑不同朝向外侧的窗墙比提出了明确要求，具体见表1。

表1 不同规范对建筑窗墙比的要求（寒冷A 区）

结合表1 不难看出，在冬季温度较低的北方地区，建筑南向窗墙比、整体窗墙比均有所增大。

3.2.2 地热能

调查发现，现阶段，风能、地热能和太阳能等新能源均已在建筑领域得到广泛运用，并取得了较为瞩目的成绩。其中，地热能的特点是由地下深层热水处获得所需热能，经由直接加热、间接加热等设备，为用户提供热水，从而达到供暖目的。作为典型的新能源，地热能的优点在于无污染、储量多、可再生，其用途以工业、发电和供暖为主，发热所使用地热能多为温度超过150 ℃的地热能，发电期间产生的热水可直接使用，工业、供暖所使用地热能以低温、中温地热能为主，其中，低温地热能的温度通常在25～90 ℃，中温地热能温度的上限为150 ℃、下限为90 ℃[2]。在建筑内部恰当位置增设热交换器，可实现用地热能替代煤炭等传统能源的设想，通过转换地热能的方式，调整室内温度，将CO2排放量维持在较低水平。本项目同样应用地热能，设计时考虑到建筑内部采暖需求面积较大，施工人员未采用安装普通空调的传统做法，改用更先进的地热能空调。事实证明，地热能空调在转换热能方面具有突出优势，可在保证采暖效果的前提下，通过控制电能消耗量的方式降低采暖成本，达到节能目标。综上，对地热资源进行科学利用，不仅可有效节约能源，还能在一定程度上缓解环境污染问题，应大范围推广。

3.2.3 太阳能

1）分类

太阳能可细分为光热、光伏两类。光热是指利用现有技术聚合太阳光，借助太阳光内部能量发电或供暖，设计时酌情加入相应装置，如外墙粘贴可吸收并释放太阳热能的材料。光伏特点是仅需接受太阳光照射，即能持续产生直流电，该装置的核心构件为光伏电池，结构相对简单的电池能为计算机、手表提供运行所需电能，而由多个光伏板组成的光伏系统则能为监控系统、建筑照明持续供能，如图1 所示[3]。本项目中，施工团队为突出建筑节能，应用了大量光伏能源，具体应用原理如下：利用光电效应将太阳能尽数转化为优质电能，在此基础上借助专业设备获得符合建筑要求的交流电。其优点主要体现在占地面积小，仅需固定在房顶，便能持续接收并转化太阳能；洁净、无污染且安全稳定。

图1 光伏系统

2）实际应用

近年来，太阳能在多个领域得到应用，作为典型的新能源，将太阳能用于建筑施工可降低建筑能耗，达到节能减排的目的。本项目中，太阳能的应用方向如下：首先是转化性热。当前，太阳能热水器已经得到社会认可，在集热器不间断集热的工况下，热水器所提供热水的温度往往在40～50 ℃，只需视情况选择与低温热水要求相符的供水设备，便能取得理想的供热效果。正式施工前，项目团队对现场进行勘察，计划在屋顶架设太阳能热水器，为日常生活和室内采暖提供便利。其次是转化性冷。太阳能制冷可经由以下两种方式顺利转换成空气调节系统所需冷源，其一是光热转换，即先将太阳能转换为热能，随后在吸收制冷技术辅助下，达到制冷目的。其二是光电转换，将太阳能转换成优质电能，再利用压缩制冷机完成制冷。其中，光热转换的结构相对复杂，但造价仅为光电转换的1/4～1/3，鉴于此，项目团队决定使用光热转换的空调。利用太阳能进行制冷的方式并不唯一，包括但不限于吸收制冷、压缩制冷等，吸收制冷对采集温度的要求相对宽松，通常在70～90 ℃，仅需借助平板集热器（见图2），便能满足要求。此外，吸收制冷还具有步骤简单、热利用率高等特点，整体制冷效率可达0.6～0.7。此方式也存在不足，如占地面积大。压缩制冷对集热温度所提出要求极为严格，通常需搭配聚焦集热器与真空管加以使用，不符合本项目情况，故弃用。喷气制冷在制冷效率、集热温度等方面均不占优，实测制冷效率仅为0.2～0.3，故弃用。最后是太阳能房。调查发现，制冷、采暖所消耗能源在日常能耗中的占比较大，夏季或冬季能耗量还将进一步增加，在此背景下，借助太阳能制冷并采暖的太阳能房应运而生。目前，被动太阳能房已得到大力推广，该类型太阳能房的优点是结构简单，无须设置其他动力设备，如果条件允许，施工人员还可以选择在地面下方安装多个鼓轮，以太阳光的摄入角度为依据，对太阳能房进行移动或调整，以确保室内温度始终维持在相对理想的水平[4]。

图2 平板集热器

4 结语

综上，在科技飞速发展背景下，我国建筑领域的设计、施工质量均已达到世界一流水平，但仍存在能源耗费较高的问题，导致建筑社会效益、经济效益无法达到预期。调查发现，多数发达国家均放弃传统施工方式，改用更加清洁的风能、太阳能等新能源，在节约能源的同时，能使建筑施工、日常运行对环境所产生的影响降至最低。由此可见，将新能源用于建筑施工是大势所趋，既能使能源消耗结构得到改善，又可使成本消耗得到控制，在提高建筑经济价值的前提下，为行业乃至社会的发展提供有力支撑。