住宅产业中绿色能源的开发与高效利用

住宅建设已经成为地球森林资源、淡水资源的第一消耗大户，同时也是能源消费第一大户。因此，住宅建设在考虑人类安全性和舒适性的同时，更要考虑人类可持续生存和发展问题，应该尽可能使用新能源。新能源主要包括太阳能、风能和地热能等可再生自然能源。可再生自然能源的开发利用，将成为缓解当前能源日益紧缺矛盾的重要途径，其优点是丰富、清洁、廉价、安全。这些绿色能源的使用不但可以改善不合理的能源结构，减少煤、油等常规能源的消耗，又可以减轻污染，维护生态环境的持续性、稳定性。自然能源的利用技术较为成熟的形式主要有：太阳能光热与光电技术、地源热泵中央空调技术、风力发电等。一、住宅小区建筑中太阳能资源的合理使用我国属于太阳能资源十分丰富的国家之一。太阳能作为一种可再生能源，取之不尽，用之不竭，同时还不会增加环境负荷。利用太阳能的建筑可分为主动式太阳能建筑和被动式太阳能建筑。主动式太阳能的利用由于设计复杂、造价高，很少应用于住宅建筑设计中。而被动式太阳能建筑因为被动系统本身不消耗能源，设计相对简单，是小区建筑利用太阳能的主要方式。它不需要依靠任何机械手段，而是通过建筑围护结构本身完成吸热、蓄热和放热过程，实现利用太阳辐射采暖。它主要有五种形式：利用建筑南面大面积玻璃透射阳光直接受益；在室内增加集热墙加强太阳辐射获得量，同时避免阳光直接射入室内；在建筑南侧设置带玻璃罩的阳光间，与主体房间用墙或窗隔开，用于养花或栽培；在建筑屋顶设置蓄水池，通过水吸收太阳辐射；由太阳能集热器和卵石地床构成蓄热装备。太阳能光热与光电技术就是将光能转化成热能或电能加以利用，常规的太阳能利用系统有太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统。在生态住宅小区中使用的主要有太阳能热水器和太阳能电池，多用于草坪灯、庭院灯、航空障碍灯、楼道灯等。目前技术最成熟、应用范围最广泛、产业化发展最兴旺的是太阳能热水系统，较普遍的是在建筑屋顶安装太阳能热水器以获得高温热水，也可将太阳能集热板安装在窗台或阳台外部，由集热板制取热水供采暖和生活使用，还可通过热水吸收机制冷替代空调制冷系统。在住宅建筑保温设计中，对太阳能的利用主要考虑两个问题，一是对太阳能辐射热的吸收，二是对太阳辐射热的蓄积。寒冷的北方还可选用太阳能被动式采暖系统，依靠建筑本身部件及材料热工性能，设置集热保温墙、地面、屋顶以及集热保温门窗等，防寒保暖，节约能源。蓄热墙能充分吸收太阳热量，冬季能使室温升高，夏季则通过特定的通道形成热对流，能促进凉爽气流的循环，达到冬暖夏凉的目的。保温隔热墙则是通过墙体材料的特殊性能阻止外界热量进入或使室内能源免于流失。另外，在住宅的一定部位设计可调温调湿的太阳房，利用太阳辐射的热量使室内温度上升，便于植物的生长，并可让太阳房与其他居室相连，使空气能够交换，提高居室的气温。利用太阳能降温也是很有前途的。太阳能制冷有两种方法，一种是利用太阳能驱动机械装置，机械装置再驱动压缩制冷循环，另一种是利用从太阳直接获得的热量来驱动吸收式制冷机，从而降低室内温度。总之，太阳能是自然界中最充分、最便捷的可利用的绿色能源，可在地面、屋顶上安装一些装置，直接利用日光和自然风，还可运用机械方法，把太阳能送至暖房、冷库等处采暖、降温、照明、通风，以达到自然循环的目的。二、风能、地热能及其他自然能源在住宅建筑中的利用风能是地球上重要的能源之一，风能的利用有风力发电和利用风能促进室内通风换气等方式，而后者是建筑利用风能的主要方式。风能的利用与建筑内部平面和空间组合及建筑形态密切相关。水平通风即人们通常所说的穿堂风。利用建筑在迎风面和背风面空气的压力差在建筑内部促使空气流动，降低表面温度，加强室内气流循环，改善室内热环境。大气中空气的流动形成的季候风、山谷风、水陆风等都是降低室内外温度的重要能源，而且是首选的措施。环境布局中的通风、室内空间建构的通风以及民居中的风管、风塔、导风的隔片等都是利用风能的有效措施。全天候持续自然通风并不能达到降温目的，而改用间歇通风，即白天（特别是午后）关闭门窗限制通风可避免热空气进入，遏制室内温度上升，减少蓄热；夜间则开窗，利用自然通风或小型通风扇，让室外相对干、冷的空气穿越室内，即可达到散热降温的效果。风力发电是在风力资源丰富地区，利用自然风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程。风力发电对大气、水体和陆地不产生任何污染，有着明显的环境效益，但考虑到可能存在噪音干扰，所以目前一般在居住区内很少应用。大地所蕴含的热量为我们提供了又一个恒定、安全的可替代能源选择。这种热量来自地球深处释放的巨大能量。地源热泵中央空调的概念就是利用地下浅层地热资源（如地下水、土壤或地表水等）来提供冷热源，即地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源。冬季，把地能中的热量取出来，通过热泵经热交换，提高温度供给室内采暖。夏季，由于地表以下温度受太阳辐射影响较小，温度较低，将空气或水送入埋置在地下的导管，利用地温降低空气和水的温度，再利用空气和水去降低室内温度。这样做，一方面减少了外界不利环境对建筑室内温度的影响，另一方面可以防止室内热量向外散失。在地下埋设一定截面的管路系统，通过空气热压通风和风压通风，将室外空气引入室内，利用土壤的恒温和恒湿性能，使空气保持恒定的温度和湿度，调节室内微气候。应当指出，地道愈深，利用地下能源的节能效果就愈好。这种投入少量机械能源（用于净化和干燥地道中的空气）便可使室内热环境得到较大改善的措施值得推广。目前，热泵技术在住宅中应用的合理系统及相关产品有：新型供暖技术及产品（如电热辐射、地板采暖等）太阳能照明与供热技术及设备、地热的采集与供配成套设备、天然水蓄冷技术及设备、供暖计量控制表具和部件、沼气的开发与利用技术及设备、节能保温门窗及五金件。其他自然能源，如长波辐射降温，夜间建筑外表面通过长波辐射向天空散热，采取措施可强化降温效果。如白天使用反射系数大的材料覆盖层以减少太阳的短波辐射；夜间收起，或者使用选择性材料涂刷外表面。又如，被动蒸发降温是利用水的汽化潜热大的特点，在建筑物的外表面喷水、淋水、蓄水，或用多孔含湿材料保持表面潮湿，使水蒸发而获得自然冷却的效果。当然，建筑绿化也是常见的利用自然能源的方法。在小区建筑物周边广植树木，兼有防风、遮阳、蓄水及改善景观效果等作用。三、世界住宅绿色能源开发利用实例在住区中对太阳能的主动式利用方面，我国与国外的差距不小。欧盟在欧洲选出了100个居民区作为能源再生运动（Campaign for Take off）的示范工程，希冀借此活动，促进欧洲对可更新能源（Renewable Energy）的使用。能源再生运动的目标是希望到2010年，欧盟国家的电能、交通动力和热能中的12%能达到可更新利用的能源。德国绿色住区的居民所使用的能量有2/3来自太阳能光电装置；澳大利亚和以色列太阳能热水器的普及率分别是30%和50%。我国太阳能热水器普及率仅为6%左右。