摘要：隨著社會的發展與進步，我們越來越重視可再生能源的應用，可再生能源技術對于現實生活中具有重要的意義。本文主要介紹建筑節能可再生能源技術與應用的有關內容。

　　關鍵詞:建筑,節能,可再生 ,能源,技術

　　引言

　　采用可再生能源技術是建造低能耗建筑的重要途徑。利用可再生能源可以減少或完全代替常規能源，從而達到節能減排的效果。在建筑中應用廣泛的是太陽能和地能。

　　1.國內外發展現狀與趨勢

　　可再生能源的典型代表是太陽能。太陽能的輻射能量層出不窮，但太陽能集熱效能是有限的，太陽能復合其他能源形式和實時儲能是太陽能高效利用的有效途徑，并需進一步與建筑環境協調構成。國際上非常重視太陽能與其他能源復合利用和創建新的集熱形式，提高能源的綜合利用率和經濟性。

　　作為燃燒供熱方式的替代，以巖土為基礎的地下淺層能量開發利用在國際供熱供冷工程中得到了極大重視和發展，熱泵可以實現節能環保和可再生能源綜合利用。在北方地區，土壤源熱泵存在冷、熱負荷失衡，導致地溫逐年降低，影響長期運行效能，因此需要融合包含地能、太陽能、余熱能和蓄能技術。

　　實施地下蓄能(underground thermal energystorage，UTES)已經成為眾多國家解決地源熱泵能源補充的有效途徑。考慮到北歐和加拿大等國家和地區與中國北方氣候條件相近，在此引述這些國家的技術經驗。2002年，瑞典在Emmaboda工業園區開設40口200 m深地下換熱器，利用太陽能和電力余熱，實施地下蓄能，每年冬季供熱量補充約1 500 MWh，夏季提供冷量約800 MWh;在Anneberg地區的商業住宅建筑中利用太陽能地下蓄能，開鑿了100個豎孔U形換熱器，吸收2 400m2太陽能集熱量，每年可彌補70%～80%的熱量，地下換熱器選擇在巖體上，實現地下巖體蓄能應用的嘗試。2004年，加拿大Ontario大學在校區建成了大型的豎孔式地下蓄能與地源熱泵應用系統，共384孔，孔深約213 m，為8個學校建筑設施供熱和暖通空調系統所用。日本熊本大學與Fujita公司合作，對一座新建的運動場館實施了地下蓄能和熱泵技術。

　　事實上，不論太陽能利用、地能利用，還是地下蓄能、相變蓄能，近些年我國都已開始了一些嘗試性研究和應用，先后開展了一些探索性工作和應用，盡管技術水平有限，但是已經有了良好的開端。目前，更加需要一些關鍵的共性技術突破，整合和創新相關產品，優化系統，完善應用。最近，吉林省的一些建筑工程中，許多建設者希望選擇節能環保的熱泵供熱系統，但苦于沒有成熟的技術和應用經驗，沒能得到實施，如吉林水產研究所水產培植環境室建筑、吉林中醫學院的藥材種植生態園建筑、吉林建工學院節能生態示范建筑以及吉糧花園住宅樓宇等。

　　2、太陽能在建筑中的應用技術

　　太陽能可以成為建筑物供熱(生活熱水、采暖)、空調及照明、供電的主要能源。太陽能與建筑結合，使建筑物的屋面、墻體、外窗等外圍護結構成為太陽能集熱器和光電版的附著載體，既充分利用了太陽能源，又不破壞建筑物外觀，甚至可以成為很好的建筑景觀。

　　2.1太陽能熱水系統

　　太陽能熱水系統是目前技術最成熟、應用最廣泛、產業化發展最快的太陽能應用技術，主要用于為建筑物提供生活熱水。太陽能集熱器是太陽能利用的最重要組成部分，其性能和成本是太陽能熱水系統成敗的關鍵。集熱器分平板式和全玻璃真空管式。平板式集熱器突出的優點是便于與建筑物相結合;真空管式集熱器相對熱效率比較高，我國的生產能力和技術水平處于世界領先地位。為了適應與建筑結合，成為建筑部品的需要，生產企業研發生產出分離式熱水器，即水箱與集熱器分離。太陽能熱水器安裝的部位從只在屋頂上安裝，發展到安裝在陽臺板上或墻立面上，或與遮陽篷、景觀構件相結合。熱水系統從以戶為單位發展到一個單元、一棟樓為一個熱水系統，采用集中水箱強制承壓循環水控制。熱水系統形式多樣，如定溫產水系統、溫差循環系統、雙回路水——水交換系統、定溫——溫差循環系統、直接式機械循環系統、間接式雙回路排回系統等。

　　國家出臺了一系列相關標準規范，以指導、規范太陽能熱水系統在建筑領域的應用。對太陽能熱水系統與建筑結合提出具體要求，例如，集熱器的安裝方式：貼附在坡屋頂上，排列在平屋頂上的集熱器陣列被完全遮蔽，不破壞建筑立面美觀和城市景觀;系統形式：太陽能集熱器本體和貯熱水箱分離，水箱放在室內——設備間、閣樓等;安全性：滿足建筑規范的抗風、抗雪、抗震、防水、防雷要求，有確保不危及人身安全的措施;維護管理：便于維修和更換部件，至少15年以上的工作壽命。太陽能集熱器/系統各種預埋件及熱水系統管線(冷、熱、回水管，各種信號控制線纜)要有與建筑、結構、電氣相配合的措施。

　　2.2太陽能采暖系統

　　太陽能采暖系統一般分為兩種模式：被動式和主動式。被動式太陽能采暖是根據太陽高度角冬季低夏季高的自然特征，通過合理設計，依靠建筑物結構自身來完成集熱、貯熱和釋熱功能的采暖系統。被動式采暖系統結構簡單，造價不高，節能效果顯著。目前已成為世界各國推廣的太陽能采暖主流技術。被動式太陽能采暖系統也存在缺陷，由于其蓄熱能力較差，致使夜晚和冬季供熱品質較低，夏季降溫效果也比較差。

　　太陽能熱水系統的技術發展為主動式太陽能采暖的應用奠定了基礎。采用主動式太陽能采暖，降低系統溫度以提高集熱器效率是提高整個系統效率的關鍵。采用地板輻射采暖恰好與太陽能熱水系統的特性相匹配。地板輻射采暖不需要較高溫度的熱水即可得到很好的采暖效果，同時混凝土地面又是良好的蓄熱體，可以儲存太陽能熱水的熱量。建造低能耗建筑，應將被動式和主動式太陽能采暖系統有效地組合起來，發揮各自優勢，達到最大限度地利用太陽能。

　　3、熱泵技術

　　熱泵技術是通過動力驅動作功，從低溫熱源中取熱，將其溫度提升，送到高溫處放熱，由此可在夏季為空調提供冷源，冬季為采暖提供熱源。可利用的低溫熱源很多，包括有室外空氣、地表水、地下水、城市污水、地下土壤以及工業工藝過程中的低溫水，如電廠冷卻水。依據不同的熱源形成了各種不同的熱泵技術。采用熱泵技術可以大大降低采暖空調的電耗，是建造低能耗建筑的主要技術措施。

　　3.1地下水源熱泵技術

　　地下水的溫度相當穩定，一般等于當地全年平均氣溫或高1℃~2℃左右。地下水源熱泵系統，通過打井抽取地下水，利用熱泵機組提取地下水的低溫能量，實現供熱制冷。地下水源熱泵系統通常采用閉式系統，將地下水和建筑內循環水之間用板式換熱器分開。

　　地下水源熱泵技術的應用受到水文地質條件的限制。回灌是地下水源熱泵系統的關鍵技術，為此地下水源熱泵系統必須具備可靠的回灌措施，保證地下水能100%的回灌到同一含水層內。目前，國內地下水源熱泵系統有兩種類型：同井回灌系統和異井回灌系統。同時要保證地下水不被污染。

　　3.2地表水源熱泵技術

　　地表水包括河川水、湖水、海水等，只要地表水冬季不結冰，均可作為低溫熱源使用。地源熱泵系統還包括了原生污水、再生水和工藝冷卻水等水源。地表水源熱泵技術在實際工程中主要存在三個問題：冬季供熱的可行性，夏季供熱的經濟性，長途取水的經濟性。技術上要解決水源導致的換熱裝置結垢引起換熱性能降低。海水源熱泵系統的海水腐蝕問題非常突出。

　　地表水源熱泵系統通常由取水構筑物、水泵站、熱泵站、供熱與供冷管網、用戶末端供熱或供冷系統組成。冬季供熱從水源中提取熱量，會使水溫下降，須防止水的凍結。夏季利用地表水源作空調制冷的冷卻水有很大的經濟性問題，需要與冷卻塔作比較。此外，利用地表水源要很好地計算水泵的耗能量，特別是遠距離輸水，要進行綜合性經濟評價。再生水(中水)源熱泵系統是地源熱泵的一種重要形式，污水夏季溫度低于室外溫度，冬季高于室外溫度，是一種比較好利用的低溫熱源。污水源熱泵在安全性和環保性上更具優勢。

　　熱電廠生產過程中的循環冷卻水，以及其他行業生產企業在工藝過程中的冷卻循環水，恰好可作為水源熱泵系統的冬季優質熱源。這樣可以提高企業的綜合能源利用效率，同時減少冷卻水蒸發量，節約寶貴的水資源，還可減少向環境的熱量和水汽排放，具有非常顯著的經濟、社會和環境效益。

　　3.3埋管式土壤源熱泵技術

　　土壤具有良好的蓄熱性能，土壤溫度全年波動較小且數值相對穩定。埋管式土壤源熱泵系統正是利用了土壤的這一特性，使其運行效率比傳統的空調運行效率要高40%~60%，節能效果明顯。埋管式土壤源熱泵系統包括土壤耦合地熱交換器，它或是水平安裝在地溝中，或是以U形管狀垂直安裝在豎井中。不同的熱交換器成并聯連接，再通過不同的集管進入建筑中與建筑物內的水環路相連接。通過循環液體(水或防凍液)在封閉地下的埋管中流動，實現系統與大地之間的傳熱。U形垂直埋管的深度分為淺層(30m以下)、中層(30-100m)和深層(100m以上)。系統設計時需要充分考慮系統的冷熱平衡特性，以保證地下土壤的溫度波動在可接受的范圍內。對于高層建筑，由于建筑容積率高，可埋管的地面面積不足，所以一般不適宜。

　　結束語

　　建筑是可再生能源應用的重要領域，我國太陽能、淺層地能和生物能等資源十分豐富，在建筑中應用前景廣泛。目前，雖然我國太陽能光熱利用、淺層地能熱泵技術及產品發展比較迅速，但與建筑結合的程度不夠，應用范圍較窄，系統優化設計水平不高，距離大規模推廣應用還存在不少差距，甚至存在一些區域性利用問題，需要大力進行扶持、引導，使其盡快達到規模化應用。

　　參考文獻

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