可再生能源在建筑设计中的利用分析

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:june_jt
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  摘要:随着人们生活水平的不断提高,对居住条件的要求也越来越高,再加上传统有限资源的不断减少,因此,可再生资源在建筑中的应用越来越广泛。可再生资源相比较传统资源来说有很多优点,本文主要探讨可再生资源在建筑设计中的应用。以供同行参考。
  
  关键词:可再生资源建筑设计利用分析
  中图分类号:TU2文献标识码: A
  
  前言
  建筑是人类基本的生活,生产场所。它的规划,设计,建设及运行模式直接影响资源与能源的消耗、能源消耗的,大板块分别是工业,交通和建筑。随着社会能源危机的不断加重,可再生资源是可以永续利用的资源,因此可再生资源运用到建筑中缓解能源危机的重要途径之一。下面主要介绍可再生资源在建筑设计中的利用:
  1、太阳能在建筑中应用的意义
  1.1替代常规能源
   人类社会目前的能源消耗,主要有煤、石油和天然气等化石燃料。化石燃料资源是有限的、不可再生的,最终是要用尽。人类已经清楚地意识到,太阳能和其他可再生能源的开发利用可以节约能源,是一个可持续发展的道路。积极推进建筑利用太阳能,减少中国的常规能源的消耗量,优化我国能源结构,将具有十分重要的意义。
  1.2减少环境污染
   建筑施工会排放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮,在化石燃料的使用过程中颗粒物和其他污染物不仅影响人体的健康,而且影响周围植物和动物生长。根据数据分析,在世界能源利用的建筑中,二氧化碳占约1/3的全球碳排放量。太阳能的利用不排放任何有害物质污染大气和其他类型的环境,属于清洁能源、绿色能源。對建筑中太阳能的积极应用,可以减少由于使用化石燃料产生的污染物的排放,减少空气污染,对中国的生态环境的保护将起到非常重要的作用。
  1.3解决边远地区的用能问题
  中国广大农村地区,特别是西部农村地区仍有超过1000个乡镇、20000个村庄没有电,仍有近十亿人的基本生活燃料短缺,严重影响了当地经济和社会的发展和脱贫致富步伐。提供生活热水和加热的太阳能的利用,可使农村偏远地区缺乏能缓解现状,可使滥砍乱伐树木、破坏草原植被的不良现象得到遏制,可使广大农村的生态环境得到保护。
  2、太阳能在建筑设计中的利用
  2.1太阳能利用的设计方法
   太阳能是取之不尽的的可再生能源,太阳每秒放射的能量大约是1.6x1023kW,其中到达地球的能量高达8x1013 kW,是目前世界主要能源探明储量的lx104倍。我国具有丰富的太阳能资源,全国2/3以上的地区的全年太阳能辐射量大于5 700 MJ/ (m2..a),全年日照时数大于2200 h。
   太阳能在建筑的应用形式主要分为两大类, 即太阳能热利用和太阳能光发电。目前太阳能热利用的主要形式为太阳能热水器, 发电则以太阳能光伏发电为主。建设部2005年出台了 GB/T50364-2005。民用建筑太阳能热水系统应用技术规范, 按照“十二五”规划, 到2015年中国太阳能热水器拥有量将达4×108㎡之多,1㎡太阳能热水器每年就可节约标准煤130㎏-150㎏。在建筑屋顶及墙面安装太阳能电池发电系统,利用蓄电池组贮存太阳能电池受光照所发出的电能,可以将太阳辐射能直接转换成电能。 随时向用电设备供电,可满足楼内的动力和照明系统的用电需求, 如光伏防水卷材柔性太阳能屋面联网发电。它的优势在于不占土地) 楼上发电楼内用, 不造成传输损耗,适合在建筑物上安装等特点。而我国每年新增的建筑屋顶面积, 可提供光伏发电10GW。若屋面铺装单晶硅光电板面积为0.5倍屋面面积, 就可供给建筑面积是屋面面积21 倍的办公建筑使用。 使太阳能光伏发电成为绿色建筑最具有发展前途的新能源利用技术。
  2.2为了实现太阳能利用与建筑一体化,太阳能集热器和太阳能光电板通常可以安装在建筑屋面、阳台、墙面,建筑屋面的坡度宜结合太阳能集热器和太阳能光电板接受阳光的最佳倾角即当地纬度±10o来确定;由太阳能集热器和太阳能光电板构成的阳台栏板,应满足其刚度、强度及防护功能的要求;太阳能集热器和太阳能光电板镶嵌在墙面时,应与墙面装饰材料的色彩和风格协调一致;太阳能热水系统配备的输水管和电器、电缆与建筑物其他管线统筹安排、同步设计、同步施工,安全、隐蔽、集中布置,便于安装维护。
  利用光导纤维技术还可使太阳光用于室内照明,光纤导光采光法是通过光导纤维式太阳光导入器和通过光学透镜将太阳光聚焦,用光缆把阳光传送到室内和地下室等需要采光地方的" 太阳光导入器安装在建筑屋顶、阳台、地面、墙壁等能一年四季均照得到太阳光的地方, 通过光缆接入室内,这样每天从太阳升起到落下, 室内都有固定(可移动)阳光的直射, 10多个小时享受免费的太阳光。人们可以在室内阳光下休息、在阳光下工作、在阳光下看书学习、在阳光下用餐,在人们的卧室、厨房、客厅、书房、办公室等,到处拥有太阳光。光导照明系统把阳光导入到室内来照明,将成为最健康的照明方式。
  2.2.1集热蓄热墙
  集热墙的传统,为了提高太阳能的吸收,采用黑色的表面,但是它会影响建筑的外观,特别是大面积黑色对人们心里具有压迫感。根据实际情况,尝试使用其他颜色与黑色或其他深色搭配使用,丰富外观,虽然牺牲了部分太阳能吸热面积,但是可以创建一个活泼愉快的建筑环境。
  为了有效地收集太阳能,提高吸热面利用率,选择性吸收涂层发射率低,减少高温受热面长波辐射热损失。例如,北京市太阳能研究所研制的铝阳极氧化涂层,吸收率为0.92-0.96,法向发射比0.1-0.2,具有良好的吸收性能。
  2.2.2太阳能集热器保温墙板设计
  太阳能集热保温墙板,是将集热器与墙体进行一体化设计。太阳能集热器保温墙板将固定有热反射板抛物槽形墙后面的建筑要求对接,阳光透过热反射板聚焦密集排列的热管,热管传热都会接收到房间。这样的保温墙板能在立面上形成一定的韵律,设计可以成为良好的审美元素。
  2.2.3屋面设计
  建筑屋顶集热部件具有其独特的优点:不影响建筑立面;日照条件好,无取向的影响,不易堵塞,太阳能利用率高;该系统可以紧贴顶板结构安装,减少风的不利影响;集热器可以代替绝缘层覆盖的屋顶。住宅屋顶集热器存在一些缺陷:低层用户因为连接管路较长,热损失较大;集热器的检查和维护不方便。
  3、风能利用的设计方法
  我国的风能资源十分丰富,在10m高度层陆地风能资源总储量约有32.26×108KW可供开发利用的约占16%, 只要有能使树叶摇动的微风, 风电就可以为建筑提供源源不断的绿色能源。因此风电是一种清洁、可再生、分布广泛和运营成本低廉的高效能源。如在加拿大多伦多, 安装在国家展览馆的风力发电机至今已经生产了超过100×104KW·h的电能。
  建筑风能利用主要有2种方式,即利用风压促进室内换气通风和利用风能发电。如在沿海湿热地区,在建筑规划布局时,应对建筑单体体量和建筑群体组合进行合理设计,利用建筑的向阳面和背阴面形成风压差,在建筑内部产生空气流动,促进室内气流循环,使建筑单体获得良好的自然通风效果。在城市建筑密集区,空气不易流通,可在建筑上设置捕风装置,利用风能垂直分布的特性和空气的烟囱效应诱导气流沿特定的路径运动, 改善室内热环境,满足人体舒适度的要求。在单体建筑设计阶段,需要收集气象统计资料,并对建筑场地进行调研, 掌握局部风环境的情况, 通过调整建筑开口位置和高度,使得建筑物更多的房间获得良好的通风效果。建筑物上一般采用小型或微型风力发电机系统,由于风轮机的输出功率与风速的立方成正比, 因而风力发电机常被安装建筑物的屋顶,建筑设计时应使风塔与建筑物的造型和风格相协调。
  结束语
  太阳能、风能等可再生能源在建筑上的有效应用, 即可以代替资源有限的传统能源, 同时还可以减少污染物的排放, 保护生态环境。因为我国经济的迅速发展,当前我国建筑业发展迅猛,人们对居住条件的要求也越来越高。 随着人们对建筑能耗的重视,在建筑领域应用可再生能源将是一个新的研究方向。再生能源在绿色建筑设计中的应用必将在我国的建筑事业中发挥巨大作用。
  参考文献
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