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        行業新聞

        建筑節能技術及太陽能綠色環保建筑的發展遠景與應用

        發布:admin發布時間:2019/3/11 16:07:25

         建筑節能新技術是反映一個國家先進發達、綠色環保的重要標志,新能源利用是實現建筑可持續發展的重要手段。本文對建筑物的節能和太陽能建筑技術的推廣應用進行分析探討。利用太陽能技術將是人類未來能源獲取的重要方式,在人類社會活動中,地下資源的利用已經面臨匱乏的窘境,勢必將影響人類的生存。利用太陽能建筑將是可以行得通的道路。建筑節能成為日益關切的大問題,當今社會十分關注建筑工程的能耗及建筑物使用過程中長期的能耗,因此要根據建筑設計的節能要求,尤其是利用太陽能建筑技術的推廣應用。

        太陽能光熱技術在建筑節能中應用最為廣泛的目前太陽能發電系統對太陽能的光電轉化率低,是太陽能熱水及被動太陽能采暖技術。我國太陽能熱光和熱被大量的流失掉,而熱→電→熱的能量二次轉化,水系統的發展始于上世紀80年代,只是將太陽能簡化增加了能量在轉換和傳輸的過程中的損失,簡單地直接轉換為生活用水的加溫,停留在低水平應用,太陽能的利用率更為低下,針對以上情況,在歐洲太陽熱水系統主要是作為輔助熱源與常規能源系統聯合運行,學者提出太陽墻、光伏組件與建筑墻體一體化,在供應生活和洗浴熱水的同時集發電、采暖、通風與建筑護圍結構有機結合的太陽能系,還為建筑供暖是典型的太陽能低溫地板輻射。墻體的最外層是光電幕墻,安射換熱系統原理。與建筑的一體化結合已頂部通過風道進入空調的新風系統或者直接排出室成為太陽能熱水系統發展的目標和方向;而且顯著改善了護圍結構的隔熱保溫性能。

        1太陽能與建筑結合的優點和優勢

        1.1太陽能技術與建筑的結合能有效地減少建筑能耗。

        1.2太陽能與建筑結合,電池板和集熱器安裝在屋頂或屋面上,不需要額外占地,節省了土地資源。

        1.3太陽能與建筑結合,就地安裝、就地發電上網和供應熱水,不需要另外架設輸電線路和熱水管道,降低對市政配套的依賴,同時也減少了對市政建設的壓力。

        1.4太陽能產品沒有噪音,沒有排放,不消耗任何燃料,公眾易于接受。

        2建筑物的節能技術

        建筑節能是技術進步的重要標志,新能源利用是實現建筑可持續發展的重要環節。在目前條件下,建筑節能主要采取以下五項技術措施:

        2.1減少建筑物的外表面積。建筑物的外表面積的衡量值是體形系數?刂平ㄖ矬w形系數的重點是平面設計,當平面凸凹過多,建筑物外表面積就會增加。如住宅建筑設計中,經常會遇到臥室及衛生間開窗問題,由于衛生間靠內開窗要凹進平面很多,無形中增加了建筑物外表面積,另外還有飄窗,曬臺等構造對節省能源很不利。所以對平面設計時,要綜合考慮多種因素,在滿足使用功能的同時,使建筑物體形系數控制在有合理效范圍內。另外在立面造型,層高控制方面也會影響到建筑物體形系數。進入21世紀許多高層建筑采取矩形平面及矩形組合,使建筑物外表面積相應減小,整體尺寸較和諧,也保持了建筑物的外觀,對建筑節能是有益的。體現了建筑設計理念的新思維。

        2.2重視圍護結構體設計。建筑物的能源和熱工消耗,主要反映在外圍護結構上。圍護結構設計主要包括:選擇圍護結構材料和構造,確定圍護結構傳熱系數,外墻受周邊冷熱橋影響下其平均傳熱系數的計算,圍護結構熱工性能指標及保溫層厚度的計算等。在外墻外側或者內側增設一定厚度的保溫材料,以提高墻體的保溫性能,是現階段墻體節能的重要措施。目前外墻保溫多數采用聚苯乙烯泡沫塑料板類材料。在施工過程中按照保溫材料的施工程序,加強保溫板的粘結及固定牢固,保證邊緣及底部的質量,才能達到保溫效果。同時屋面是熱量波動最大的部位,需要采取有效措施增加保溫隔熱效果和耐久性。

        2.3合理控制窗墻面積比例。同自然環境接觸面大的還有外門窗。許多分析和試驗表明,門窗占全部熱能耗的50%左右。對門窗進行節能設計就會明顯提高節能效果。必須選擇熱阻值高的門窗框體材料,F在許多門窗框體材料常用塑料內襯托鋼架,斷熱鋁合金框,低輻射鍍膜中空玻璃。窗戶的氣密性要好,認真控制窗墻面積比例,北向不留大窗和飄窗,其它朝向也不宜使用飄窗。在工程實踐中,建筑物為了立面效果,許多住宅建筑采取大面積窗戶。在無法減小窗戶大面積的情況下,也要采取措施:如盡量把窗戶安排南側,增加窗戶的固定扇,加強框及扇邊緣的密封,根據規定進行權衡判斷計算,以達到建筑物的整體節能效率。

        2.4加強其它部位的保溫隔熱措施。其它一些部位的保溫隔熱措施如地板,樓板,欄板及冷熱橋部位進行保溫隔熱處理。寒冷及嚴寒地區建筑物四周內外地面處理,不采暖樓梯間墻面及透光窗,單元門入口處理,陽臺樓地面及門窗口處理。需要引起注意的是:遇外界接觸的門要選擇保溫門,外飄窗要采用上下挑板及側板的,凡是遇外界接觸的板都必須進行保溫節能處理,F在建筑采用專門用的節能設計軟件,通過綜合計算滿足各項熱工指標。要根據熱工指標采取相應的構造措施,使建筑物整體達到節能要求。

        2.5采取其它節能措施,綜合實現節能目標。另外采取其它一些節能控制措施如安裝熱量表,熱量控制開關等,使溫度保持均衡,也是減少能耗的必要手段。事實上建筑節能的主要內容除采暖空調外,應該包含通風,家用電氣,熱水及照明等。假如家庭所有電氣都是節能產品,那節能的潛力更大效果更明顯。

        3太陽能建筑技術

        太陽能建筑可分為主動式和被動式兩個類型。利用機械裝置收集和儲存太陽能,并在需要時向房間提供熱能的建筑,被稱為主動式太陽能建筑;根據當地氣候條件,在很少使用機械設備條件下,通過建筑物布局,構造處理,選擇性能好的熱工材料,使建筑物本身能夠吸收和儲存太陽能量,從而達到采暖,空調,供熱水的建筑物,稱為被動式太陽能建筑。

        太陽能建筑的平面布置應盡量將長邊作為南北方向。使集熱面處于正南方向正負30°以內。并根據當地的氣象條件及所處位置,做出恰當調整,以達到最佳的陽光照射效果。集熱和蓄熱墻間接受的熱是被動式太陽能建筑的一種形式。它充分利用南方向太陽輻射熱大的特點,在南向墻面上加設一層透光外罩,使透光外罩與墻體之間形成一道空氣層。為了使透光外罩內最大限度得到太陽照射,在空氣夾層內壁表面涂上吸熱材料。當太陽照射的時候加熱了空氣夾層內的空氣和墻體,這時吸收到的熱量分為兩部分。一部分氣體加熱后利用溫差壓形成氣流,通過與室內相連的上,下通風口,與室內空氣進行循環對流,從而使室內溫度上升;另一部分熱量使墻體受熱后,利用墻體的蓄熱能力貯存熱量,當夜晚到后氣溫降低時墻體蓄存熱向室內釋放,從而達到晝夜溫度適宜的程度。

        當夏季高溫到來時,將透光外罩內的空氣層與室外連接的通風口開啟,與室內連接的通風口關閉。室外通風口上部通向大氣,下部通風口最好處于與周圍空氣溫度低的位置連接,如曬不上太陽陰涼處或地下空間。這樣當空氣層的溫度加熱后,氣流迅速向上部通風口處流動,將熱空氣排向室外,隨著空氣的不停流動,通過下部通風口的涼空氣進入空氣層,這時空氣層內的溫度低于室外溫度,室內熱氣通過墻體向空氣層散熱,從而達到夏季降低室溫的作用。

        從被動式工作原理可以看出,材料性能在太陽能建筑中占有重要的位置。透光材料傳統使用的是玻璃,透光率一般達到65∼85%之間,而現在使用的采光板,透光率達到92%。蓄熱用材料:采用一定厚度的墻體,或改變墻的材質,如采取水墻做蓄熱體以增加墻體的蓄熱量。另外設置貯熱間也是一種蓄熱方法,貯熱間的傳統作法是,將卵石堆放在貯熱間內,熱空氣流過貯熱間時加熱卵石,進入夜晚或是陰雨天,可將卵石散出的熱量再輸送到室內。由于被動式太陽能建筑簡單易行,太陽能建筑得到廣泛采用,如多層建筑,通信臺站,民宅等,F在高層建筑也采用這一原理:將玻璃幕墻分層設置,在外墻樓板上下聯接處設可控式進出通風口,這樣既采用了太陽能又美化了建筑立面,是太陽能技術的具體體現。

        主動式太陽能建筑就是利用機械設備,將收集到的熱能輸送到各個房間。這樣就可以擴大太陽能的吸收面,如屋頂,坡面及院落等處凡是太陽光照射強的地方,都可以作為太陽能的吸收面。同時還可以在需要的地方設置貯熱間。這樣把采暖系統,熱水供應系統組合成一體,應用有效的熱能控制設備,使太陽能利用更加合理。

        主動式太陽能采暖系統的運行過程是:該系統裝有兩臺風機,一臺是太陽能集熱器風機,另一臺為供熱風機。當依靠太陽輻射直接采暖時兩臺風機同時運行,使房間里的空氣直接進入太陽能集熱器。然后再回到房間,如陰雨天時間較長熱量較低時采用輔助加熱,此時貯熱間不工作。熱空氣系統使用電動風門控制氣流,當直接采暖時空氣控制器中兩個電動風門轉向使空氣流入房間位置。在太陽能集熱器出口處設熱水盤管可以使房間的熱水供應系統與太陽能采暖系統成為一體。

        當太陽能集熱器收集到的熱量超過房間的需要時,集熱器風機開動而采暖機風機停止。通向房間的電動機門關閉。從太陽能集熱器出來的熱空氣向下流向貯熱間的卵石層,把熱量貯存在卵石里,直至卵石層全部被加熱,使貯熱間蓄熱達到飽和狀態。進入夜晚沒有太陽輻射時,就要從貯熱間里取熱。此時關閉空氣控制器中第一個電動風門,打開第二個電動風門,啟動供暖風機,使室內的空氣循環由下向上通過貯熱間卵石層加熱,再返回到供暖調節系統。當貯熱間有充足的熱量時,進入空氣調節器的空氣溫度只比從太陽能集熱器直接出來的氣溫低一些。這一循環過程將持續到貯熱間卵石層的熱量差不放完。然后若是設有附助加熱器時,要啟動附助加熱器。如果貯熱間蓄熱達到飽和狀態或者夏季無采暖要求時,太陽能集熱器仍然工作,用于加熱使用熱水供給系統。

        太陽能建筑種類較多,工作原理基本相似。有的建筑以水為媒介進行熱交換。這樣系統內的所有設備在同樣熱效應下,體積減小同時還可以與其它能源共同使用一個熱水系統。這是用水做媒介的最大優點。另一種能源是利用地熱做熱源,工作過程是將地下水熱量提取后,通過采暖系統將熱量送到房間,制冷時反向運行,工作原理如同空調機組。其不足是機組連續工作時間較長時,熱量可能供應不足。因此在地熱資源豐富地方比較適用。

        4能源建筑物的期望

        太陽能的集取只能在有太陽的時候才能進行,陰天及夜晚是采集不到熱量的,因此采集的熱量也是有限,但是陰雨天及夜間往往是需要熱量的時間,這就影響了太陽能建筑的發展。如果把地熱資源與太陽能結合起來使用,取長補短,采取有效技術措施轉換能源,合理的熱控技術,優良的熱工材料,那么,環保節能的新型建筑會得到大力發展。由此可見,環保節能的應用是一個綜合性很強的技術,要想得到大力發展還要解決一些具體問題。

        4.1節能措施要切實可行:新能源的利用是以節能措施為依托的應用,建筑圍護結構的保溫性能就顯得非常重要。因此,外墻及外門窗,凡是與外界接觸的梁,樓板部部位也要采取保溫,這是冷橋部位?傊獫M足規范,規程及行業保溫要求。

        4.2要解決好熱能綜合利用控制技術;而單獨的太陽能,地熱能的利用都有一定局限性。新能源的利用要根據當地自然資源狀況,進行綜合應用才有效果。再加上必要的輔助熱源,才能保證正常的供熱。而綜合控制技術是根據建筑物室內溫度需求和熱源的供應情況,自動轉換對房間的熱量供給,達到溫度的穩定。根據現在自動化控制技術的進步,熱工材料,熱交換設備,熱電氣元件功能,解決這些技術是完全可能的。

        4.3節能和新能源中最佳選擇仍然是太陽能,而節能和太陽能的應用對建筑物的外觀有一些影響,為此在建筑物設計中,處理好建筑物立面,屋頂收集熱源的外觀構造,不僅關系到熱效率,同時也是關系到建筑物的整體效果。

        目前,太陽能光伏發電技術與建筑物相結合研究最多的是建筑光伏一體化系統(BIPV),該系統能將太陽能發電機組完美的集成于建筑物的墻面或屋頂上,其工作原理與普通的光伏發電系統完全相同,唯一區別是太陽能組件既被用作系統發電機,又被用作建筑物外墻材料。用于BIPV系統的光伏構件既可以是透明的也可以是半透明的,這樣光線依然能透過光伏構件進入室內,不影響室內采光。采用BIPV系統,可就地發電、就地使用,且具有諸多優點:利用太陽作為能源發電可達到節能與環保的要求;節省了電網投資和減少了輸送損失;彩色光伏模塊可取代昂貴的外飾材料,不僅具有裝飾效果而且降低太陽能發電系統成本;緩解電力需求;作為建筑物外圍護具備隔音隔熱的作用;改善室內熱環境。國外對建筑光伏一體化系統的研究已有較長時間,但目前還處于建造實驗房的階段,美國、歐洲、日本均推出了BIPV系統的國家發展規劃;國內上海交通大學太陽能研究所進行了該方面的研究,試制了太陽能光伏屋頂一體化系統,建造了一個生態能源房。建筑光伏一體化系統成本較高,短時期內在建筑中難以應用,其高額成本主要源自光電轉換系統價格較高,并不存在太多設計上的難度。

        綜上所述,建筑節能是技術進步的重要標志,新能源利用是實現建筑可持續發展的重要環節,也是世界上所有國家采取的節能措施。在今后的發展中,太陽能的應用和新型的節能建筑,只能以最低的能量消耗,使居住環境更舒適,更清浩,而節能及社會效益更好。

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