绿色建筑能源的循环利用

董菲菲，卫宽宽

（1黄河科技学院；2河南新旗地理信息技术有限公司，河南 郑州 450063）

过去，由于缺乏法律法规及制度约束，中国建筑建造缺乏节能环保意识，普遍存在能耗多、能源利用效率低等弊端。2022年，住房和城乡建设部、国家发展改革委印发的《城乡建设领域碳达峰实施方案》明确提出，到2025 年城镇新建建筑全面执行绿色建筑标准，星级绿色建筑占比要达到30%以上，新建政府投资公益性公共建筑全部达到一星级以上。由此可见，绿色建筑是应对能源危机的重要决策，对于打造绿色、可持续发展的社会具有重要意义。

1 绿色建筑及设计原则

绿色建筑是指在整个建筑生命周期内，通过节能、循环、绿色等手段降低建筑能耗，打造舒适、健康生活空间的一种节能减排建筑类型。“双碳”战略目标背景下，绿色建筑受到广泛推广，对于实现建筑行业可持续发展，提高环保、节能等产业同步发展具有重要意义[1]。此外，绿色建筑在保障人居生活环境舒适性的基础上，以最小的能耗提高了居民生活质量。因此，建筑设计需具备以下特点。首先，在建筑选址阶段，设计人员需要综合考量建筑周边环境、气候、地理、地质等多重因素，尽可能使用可再生资源或可循环材料，以减少对原有生态的干扰，提高建筑的绿色性能；其次，在室内采光、通风、供暖、供冷等设计中，设计人员既可以使用光伏发电系统、隔热材料、节能产品等主动降低建筑的能耗，又可以借助自然采光、通风、植被等被动达到减排效果；最后，为保障绿色建筑的可持续性，设计人员需综合考虑建设及维护成本，不断优化设计方案，以达到最佳节能减排效果。

2 绿色建筑能源循环利用优化设计

建筑用能关系着社会稳定、经济发展，是涉及民生的关键性问题。为加快绿色建筑可持续发展，降低能源浪费，相关部门要综合规划能源战略部署，积极开发绿色、可再生资源，同步做好原有建筑的绿色化改造工作，并稳定提升现有建筑的绿色建设标准，鼓励大众利用可再生资源，共同构建低碳、低能耗生活家园。

2.1 可再生能源优化设计

可再生能源具备循环再生特点，开发利用过程几乎不破坏生态环境。将其应用于建筑，有助于实现高效节能、绿色环保愿景。常见的可再生能源包括太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能等，考虑到能源运输成本和地域差异性，本文以太阳能为例展开具体论述。

2.1.1 光伏发电系统

光伏发电系统将太阳能直接转换为电能，为居民提供充足可靠的电能支持。此发电系统运行噪声小，产生的污染较少，在绿色建筑能源循环利用中具有较好的发展前景。考虑到不同经济基础，可在建筑的屋顶或玻璃幕墙集中布设光伏发电装置，由于建筑初期涉及较高的资金投入，政府部门应给予一定的财政支持，以保障一定规模的光伏发电系统建设。王志刚等[2]以北京某建筑光伏发电改造项目为例，应用铜铟镓硒薄膜光伏电池和单晶硅光伏发电两种技术替代传统能源。研究发现，前者年发电量可替换标准煤26.75 t，后者可替换40.45 t；全年污染物减排量也得到极大提升，其中，光伏发电二氧化碳（CO2）全年减排量可达到165 984.0 kg，二氧化硫（SO2）全年减排量达到1344.0 kg，粉尘全年减排量达到6720.0 kg，表明光伏发电技术在传统能源替代、节能减排方面效果显著。对于客流量较大的商场或公共建筑而言，电器总功率普遍较高，致使空调及供暖设备负荷较大，在可再生能源选择时会优先地源热泵系统和太阳能光伏发电系统，但由于地源热泵系统容易出现供热不平衡问题，需在设计时关注地热平衡和控制问题，而这类建筑较大的顶部面积为太阳能光伏设备架设提供了便利，能创造充足的电能供生产生活所需。

2.1.2 太阳能供热采暖系统

太阳能供热系统将太阳辐射能直接转换为热能供建筑内部使用，根据利用方式不同可分为被动与主动两种。其中，被动供热系统又称“自然采暖”，是结合绿色建筑结构特征，通过合理布局与朝向，在指定位置安装太阳能装置，将分散的太阳能集中收集，以供居民采暖使用；主动供热系统则较为复杂，包含集热系统、采暖系统、控制系统等，这些系统将太阳能热量有效回收为居民供暖，在稳定建筑内部温度的同时，减少对传统化石燃料的消耗。北京市太阳能研究所在西藏地区普鲁岗日宾馆建设了一套太阳能供热采暖系统，采暖期此系统主要用于房间采暖与淋浴，非采暖期则提供生产生活用热水，实现了全年供热采暖的循环利用[3]。

建筑居民对热水有较大的需求，部分居民以太阳能为供热能源，加之上海、江苏、安徽、浙江等地强制要求低层居民建筑安装太阳能热水系统，一定程度上扩大了太阳能热水系统的应用范围。对于高层建筑而言，设计人员通常将太阳能热水系统与地源热泵系统联合使用，同时考虑到建筑整体负荷适当融合辅助冷却塔等装置，最终在机房运行操作下达到热平衡。此外，为达到绿色建筑循环能源目的，设计人员在制定方案时要提前针对能源循环利用中可能存在的潜在问题制定预防措施，保障绿色建筑项目的有序开展。

2.2 给排水优化设计

绿色建筑给排水系统的合理设计，是减少水资源浪费、减轻污水排放的有效措施。建筑设计人员考虑到水资源的循环利用及污染处理问题，并积极采取节水节能手段提高水资源利用效率[4]。其一，针对建筑管道、阀门等设备引发水资源浪费问题，可根据实际情况加以解决。其中，对于管道材质引发的水资源污染问题，可选择耐腐蚀的复合材料管道，这种材料结实耐用，减少了维修更换频率；对于高层水压造成的噪声问题，可采用螺旋消声管减少噪声；对于阀门密封性问题引发的漏水，可选择高质量的阀门提高稳定性。其二，合理规划建筑内热水循环管路，通过智能控制系统调节循环泵运作，有效回收管道滞留热水，减少热水消耗，提高资源利用效率；使用热水储能设备在低谷期储存热能供高峰期使用，进一步提高能源利用效率。其三，在选配节水型器具时，优先考虑防漏性能，并通过调整冲水方式或冲水量减少水资源消耗。其四，对于高层建筑而言，可采用储水池或变频加压装置节能，储水池通过储存多余水资源的方式应对高峰用水或紧急情况，变频加压则根据实际情况调整水泵运行，保障正常供水的同时减少水资源浪费和能源消耗。其五，通过对废水进行处理，去除其中的有害物质，获得水质安全的再生水，将其用于雨水利用、冷却水、冲洗、植物灌溉等领域，不仅降低了人们对传统水资源的过度依赖，而且提高了水资源利用效率，降低了用水成本。

2.3 相变材料的合理选择

绿色建筑中因地制宜，合理选择低排放、高性能、耐久性建筑材料，将成为践行绿色发展理念的必然趋势。相变材料是一种可循环的控温材料，可智能调节建筑内部温度，被认为是降低建筑能耗的有效途径。建筑中使用的相变材料通常是固态与液态相互转换，以达到储存与释放热能的目的。当外界温度升高时，相变材料会随时间变化出现温度平台，此时材料自身温度并未改变，而是通过固—液相态将能量储存起来，且在相态全部转变完成后，温度才随外界温度而升高；但外界温度降低时，相变材料会以液—固相态将储存热量释放，以降低温度波动的形式提高建筑热舒适性[5]。相变材料在绿色建筑中的应用主要包括两种：一种是将其与建筑材料混合制成地板、墙体、屋顶等建筑结构，利用太阳能或外界温度实现能量存储；另一种是将相变材料与太阳能采暖、空调制冷、地暖等设备组合，通过换热介质主动调节热量[6]。屋顶作为建筑的主要散热途径之一，依赖低导热系数、保温性能良好、不易老化的隔热材料来降低室内热量流失。以相变材料作为屋顶隔热层，可通过降低室内温度变化的方式减少空调能耗。相变材料墙体能吸收并释放热量，降低室内温度波动，进而减少空调或暖气的使用量，起到节能减排的效果；玻璃暖房本身以围护结构起到保温、调温作用，在玻璃上喷洒一层相变材料，能起到调节玻璃房内部温度的作用，使室内温度保持相对稳定；在太阳能光伏发电板或集热器中加入纳米相变材料，能将太阳能吸收并储存，进一步提升能源运行效率[7]。

3 结 语

中国是能源消耗大国，建筑领域的化学能源消耗位居世界前列。随着低碳环保、绿色发展理念的普及，人们对绿色建筑的需求逐渐增加，利用其高利用效率、循环、可再生能源的特点可有效改善原有建筑弊端。在具体设计或实施阶段，需要根据建筑类型及其周边环境特征展开分析，选择合适的循环技术或策略，以达到减少能耗、实现能源高效循环利用的目的。