可再生能源在近零能耗建筑中的应用

可再生能源在近零能耗建筑中的应用

郑家泰

广州市设计院集团有限公司 510620

摘要：近零能耗建筑，属于新的建筑概念，注重相关技术研究与讨论。为了处理寒冷地区建筑节能减耗、污染减排等问题，必须深入研究近零能耗建筑，建设示范项目。本文研究中，围绕近零能耗建筑展开讨论，分析可再生能源应用问题，仅供参考。

关键词：可再生能源；近零能耗建筑

低能耗建筑，有助于减少能源消耗，减少碳排放量。在低能耗建筑设计中，集成设计属于重要方法，利用主动式、被动式节能技术，与建筑设计整合在一起，可以建立舒适环境，实现建筑能耗平衡。建筑能耗应用集成系统，以主动式节能技术为主。地下冷源系统，消耗少量水泵电力，获取室内热环境调节资源。地板送风系统，应用室内热环境控制方法，以较少冷热量达到适宜风速与气温。动态通风墙，应用墙内主动通风方式，可以隔绝室外热环境的不良影响，优化室内辐射温度，全面加强室内工作区热环境舒适度。

1、近零能耗建筑

近零能耗建筑，是利用被动式建筑设计，降低空调、供暖、照明需求，利用主动技术，全面提升系统效率与能源设备效率，充分发挥出可再生能源优势，为使用者提供高舒适度环境，能源消耗水平低于国家标准。建筑能源消耗结构，涉及到风能、电能、地热能、太阳能，电能属于重要能源组成，除过电网之外，还涉及到建筑风光互补发电系统。太阳能在新能源领域占据重要地位，除过光伏板发电技术，通过太阳能集热器，可以实现建筑热水供应、辅助供暖。浅层地热能，可以通过地埋管换热器系统收集热量，建筑附近埋管深度为100m。近零能耗建筑实现光伏建筑一体化，屋面联合双坡形式，应用太阳能光伏瓦，被动式建筑玻璃屋顶，以彩色薄膜光伏为主，通过并网方式提供电能。居住莫夸设置太阳能热水系统，可以为厨卫提供热水。超低能耗建筑，可以减少能源消耗，通过可再生能源产能，可以实现近零能耗。

2、室外环境数据监测

室外环境与建筑系统运行状态相关，因此在分析和评价建筑能源系统时，应当深入分析室外环境因素。在测量操作时，使用小型气象仪，实时采集室外环境参数，涉及到室外干球温度、环境湿度、露点温度、风速、风向与风力鞥，同时包含太阳辐射强度、表层土壤温度等。采集数据之后，利用无线传输方式传输至系统平台观测。

3、风光互补发电系统数据监测

寒冷地区近零能耗建筑中，风光互补发电系统涉及如下：风力发电系统、光伏发电系统。其中，光伏发电系统安装光伏板120块，光伏板面积为220m²，安装倾角为60°。产生直流电流，利用逆变器转换为交流电，之后并入到电网，总桩基容量为28.64kWp。

近零能耗建筑为了降低建筑能耗，需要深入分析可再生能源利用率。太阳能为近零能耗建筑运行评价重要因素。建筑安装太阳能光伏发电板，利用逆变器并人电网，可以提供至建筑用能系统使用。微风力发电机安装在屋顶上，实现风力发电，利用逆变器进入电网，能够为建筑提供电能。按照建筑配置小型气象仪风速数据，能够找寻出风速大于每秒4m的数据，计算平均值，获得有效风速与持续时间，得出微风发电机产能信息。通过监测有效风速与持续时间，在光照充足条件下，太阳能光伏发电机发电量为160km·h/d。威风发电机的发电条件，对风速要求限制大，应用风管互补一体化设计。此外，监测风光互补发电系统发电量，是否满足建筑能耗需求，也可以监测建筑能源消耗，结果如图1所示。近零能耗建筑年消耗量为27132.15kW/h，发电量为3388.13kW/h，满足自给自足需求。

图1 建筑用能系统年耗电量与光伏发电量对比

4.新能源常见技术应用研究

（1）太阳能

由于太阳能具备清洁并且对于环境具有较小破坏的特征，所以受到当前建筑企业的青睐。根据以往的项目经验，目前常用的太阳能技术应用有:

1. 部署太阳能光伏发电系统（BAPV），充分利用建筑物屋顶、建筑外立面及场地空地，采用集散式架构，实现分布式光伏建设。

2. 部署光伏建筑一体化（BIPA）系统。部署光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等系统，充分开发光伏资源。

3. 光导照明。以室外自然光为光源，通过光导管将室外光线导入到室内需要照明场所。

（2）风能

风能作为利用率十分高的一种能源，在建筑物之中，自然风进行通行可以得到制冷的效果。目前常用的风能技术应用有:

1.分布式风机。利用建筑场地附近绿地和山地，结合风量测量部署高技术含量低速分布式风机，充分开发风力资源，弥补光伏在夜间无法出力的不足。

（3）地热能

地源热泵系统。采用地源热泵技术，充分开发利用地热资源，降低采暖及供冷能耗。

5、以建筑太阳能光热系统为例

建筑太阳能光热系统，可以为建筑提供冬季辅助供暖、生活热水等需求。按照观测可知，太阳能辅助供暖运行模式如下：晴朗天气下，可以充分应用太阳能，利用太阳能光热系统提供热能。建筑通过末端辐射系统，实现供暖功能，换热面积大，且换热均匀。在热交换表面、室内空气温差较小时，也可以产生大能量交换，因此对供热水温度要求比较低，基本可以达到30℃。然而需要注意的是，供热传输损耗比较大，因此供热水温度提升至35℃。建筑太阳能光热系统，热水温度大于35℃。手动切换至光热系统提供热能，其他时间以浅层地源热，作为室内供热来源。系统运行状态良好，然而存在的优化内容比较多。比如，蓄热能力一般，集热器转化能量被裂缝，增加蓄热水箱容积，转变相变储热方式，可以加强蓄热能力。

通过监测建筑不同监测点的温度可知，建筑内部密闭性、地源热泵、太阳能光热系统，均可以供给到毛细管系统中，建筑内部温度逐渐稳定，变化幅度一致性，反映出毛细管供热高效、地源热泵、太阳能光热系统的换热能量，基本都比较高，密闭性空间更能高效利用地热。在其他季节中，建筑无需供暖。太阳能光热系统，可以提供建筑生活用水，但是多余热水由于存储能力有限，因此会被浪费掉。针对该类问题，需要将多余热水排放至地下。通过此种方式，可以减少能源浪费，弥补冬季供暖流失地热，避免形成冻土层，可以循环利用能源。

6、太阳能光热系统辅助供热经济分析

地区供暖电费为0.53元/度，按照监测数据计算，7327.1×0.53=3883.363元，建筑低能耗建筑面积为1075m²，所以采暖期费用为3883.363÷1075=3.61元/ m²。相比于传统集中供热系统，太阳能辅助热泵系统运行费用，明显低于传统集中供热采暖费用。太阳能辅助热泵系统运行时间为15-20年，按照计算模式，长期收益比较高。当前，全国上报近零能耗实践项目比较多，尤其是寒冷地区，近零能耗建筑研究，可以实现建筑绿色用能。研究目标建筑用能系统，运行状态满足过年标准、地方标准规定。此外，针对国家级近零示范建筑研究方法与结果，可以为其他低能耗建筑提供数据依据。

7、结束语

综上所述，近零能耗建筑合理应用能源，提升运行管理高效性，降低实际能源消耗。运行数据实现预期，各项数据信息处于高水平状态。近零能耗建筑的特点在于可再生能源综合应用，利用实际运行数据验证，能够发挥出可再生能源作用，降低夏季空调能耗，且冬季无需依赖化石能源目标。

参考文献

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