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摘要：可再生能源利用绝不仅仅局限于太阳能光电板、也不只属于暖通工程师的考虑范畴，建筑师的设计手法很大程度上决定了可再生能源的利用条件和利用方式；只有深入了解可再生能源利用与建筑设计的关系，才能将各种利用方式转化为建筑设计中的积极因素，达到建筑环境性能与美学的双重要求。在建筑工程项目中合理运用可再生能源能够达到较为理想的应用价值效果，尤其是相对于不可再生能源的短缺趋势加剧，充分借助于可再生能源进行建筑设计也就成为了未来建筑行业发展的重要方向，本文就重点围绕着建筑设计中对于可再生能源的利用进行了简要的分析和论述，希望有助于今后建筑行业的快速可持续发展。
关键词：建筑设计；可再生能源
前言
随着我国经济的快速发展，自然环境与社会需求的矛盾日益突出。在自然环境逐渐恶化的今天，我国及时提出了可持续发展战略，其核心思想就是基于各行各业在可再生能源的利用而达到一个社会层面上的可持续发展。本文中将对当下较为常见的可再生能源进行分类，并对其在建筑中的运用进行详细分析，以期为建筑工程师提供相关参考。
1 风能
1.1 风能概论
对风力的利用可以追溯到公元前 5000 年埃及人的航海活动，后来，人们利用风力汲水、研磨谷物等，不少这类装置至今仍在使用。在近代，上世纪上半叶出现了风力涡轮机，可以为偏远地区提供电力；大型的“风力农场”则产生于上世纪后半叶。建筑上一般采用小型或微型风力发电机，这类产品在我国已经有较为成熟的技术，目前主要供应没有电网连接的偏远农村使用，而在我国城市，很少能够看到风力发电机的影踪。以现在的技术水平和人们观念的接受程度，风力发电机完全可以在都市中找到一席之地。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 100万 kwh 的绿色电能，并且成为该市一座新的地标；在日本，近年来开发出的专用于写字楼、商店和家庭使用的“小型微风风力发电机”正在向社会大力推广，只要有能使树叶摇动的微风（2m/s 左右风速），就能使发电机工作。用于建筑的小型或微型风力发电机，风车高度 3～5m，叶片直径 2～4m，非常适合夜间建筑亮化照明等用途。
1.2 风能在建筑设计中的运用
风能作为气压引起的一种空气运动，其能源可以说是用之不竭的。但当下的技术对风能的运用效率并不高。在建筑设计中，可以通过引入穿堂风充分置换室内空气，维持室内空气环境。具体做法有：
（1）计算机软件模拟建筑所在地的热压情况，通过多南面与北面的热压计算，估算门窗打开时自然风的风速状况，根据热压作用下形成的风速状况与室内换气次数的设计值，计算门窗面积。此举在高层建筑中尤为使用，但计算过程相当繁琐，需要占用工程师相当多的时间去模拟当地的热压环境。
（2）在小型地下室内的背风面与向风面设计迎风口语排风口，通过引入自然风量为地下室环境换气。
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（3）在超高层建筑结构设计中，风力影响往往是最为关键的一点，由于建筑越高，其对地面产生的弯矩也就越大，建筑的侧向偏移量也就越多，在这里可以通过运用风力阻尼球对建筑的水平受力进行平衡，进而达到减小水平风力影响的目的。
2 太阳能
2.1 太阳能概论
早在公元前 2800 年左右，埃及的神庙设计就将阳光的朝向作为基本的设计准则。中国古代建筑也以一种朴素、自发的形式利用太阳的光和热：南北向的布局、较大的开窗、深挑檐 20 世纪初期，人们对工业革命以后的建筑进行反思，新建筑强调了对充足阳光和新鲜空气的重视，以预防当时流行的结核病。
2.2 太阳能在建筑设计中的运用
（1）太阳的本质其实是一种可见光能源，在运用到建筑设计上时，可以根据建筑的外立面情况加大玻璃墙面的占比或者增加采光屋面，通过这种手段增加屋内的自然光摄入量，节约电灯的电力消耗。但由于建筑的外立面资源往往比较有限，在大开间建筑设计时往往难以估计内部房间的房间的采光而照成局部的黑房间。通常这种情况可以在建筑内部设置中庭或者采光井，通过类似的引光手法解决建筑自然采光的问题。
（2）为建筑选择用太阳能制冷设备，充分利用太阳能的热能为建筑制冷或制热，替代原有的电力制冷制热，节约大量的电力资源。太阳能制冷设备的原理如下：太阳能制冷本质是吸收式制冷热泵的过程，通过太阳能制取温度极高的机油替代一般蒸汽进入吸收式制冷循环过程。其中太阳能的制取需要相当面积的屋面才能得以实现，一般来说，在建筑设计初期都会对建筑方案进行日照计算，而日照时间最长的那一面就需要预留给太阳能制取装置。
3 地质热
3.1 概述
地热一词曾同时被用来描述两种完全不同的能源系统—从地球深处采集的热能和利用地表下的土层作为冬天的热源和夏天的热库，其中后者现在已经被更为准确地称为“地源热”，本文仅讨论后者。地下浅表层的低温热能能够被热泵抽取，供建筑采暖和制备热水，夏季反过来建筑向土地（或水）排放热量。由于电能在这个过程中只用来抽取热量，所以能够大幅度地降低能耗。近年来，地源热泵空调系统在美国、加拿大、瑞士、瑞典等国家发展迅速，我国的地源热泵市场也日趋活跃。地源热泵的技术路线分为两种：土－气型地源热泵技术和水－水型地源热泵技术，前者从浅层土壤或地下水中取热和排热，通过分散布置于各个房间的热泵机组直接转换成热风或冷风；后者从地下水中取热和排热，经过热泵机组转换成热水或冷水，然后再经过布置在各房间的风机盘管转换成热风或冷风给房间供暖或制冷。
4 结束语
为达到扩大可再生能源在建筑能耗中所占比例的目标，需要建筑师从概念设计阶段对场地选址进行相关评估，场地规划中也要考虑建筑、植物等的布局可能对可再生能源利用产生的影响；在详细设计阶段，则需要通过构造节点、材料选择等细节来完善可再生能源利用的技术手段；在设备选型、运行管理等方面，需要与设备工程师协作，充分交流，使可再生能源的利用效率最大化。通过这种集成式的设计手法，可以使可再生能源利用与建筑融为一体。
参考文献
[1]诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南—采暖·降温·照明[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
[2]彰国社.被动式太阳能建筑设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
论文作者:朱云龙,黄佳妮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/4
标签：建筑论文; 可再生能源论文; 建筑设计论文; 太阳能论文; 风力论文; 风能论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;