可再生能源在公寓建筑设计中的应用

可再生能源是指自然界中可以不断利用、循环再生的一种能源，如太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能、潮汐能、地热能等。随着世界石油能源危机的出现，人们开始认识到可再生能源的重要性。在公寓建筑中利用可再生能源技术，减少对于传统能源的过分依赖，可以实现节能减排，为人们提供舒适的居住环境。

1.太阳能热水系统

太阳能作为一种可再生的清洁无污染能源，是建筑中常用的能源。太阳能热水系统是将太阳能转化为热能来提供生活热水的设备，通常包括太阳能集热器、贮水箱、水泵、连接管道、支架、控制系统和必要时配合使用的辅助能源。

（1）太阳能热水器技术

太阳能热水器一般分集中集热系统和分散集热系统两大类型。集中集热系统（见图7-1）的特点是太阳能集热器集中布置在屋面或外墙面，并设置集中的大容量储水设备，通过管道分户供应热水，供热终端设有计量装置。该系统的优点是与建筑进行一体化设计，集热器的布置形式更容易与建筑造型协调；缺点是需要集中管理和计量收费，管理难度增加。

图7-1　集中式太阳能热水系统原理

分散集热系统（见图7-2）是目前公寓普遍使用的太阳能热水系统，其特点是以户为单位，每户设有独立的小型太阳能热水系统，集热器要么集中安装，要么安装在每户公寓立面或阳台栏板等位置，储水箱和辅助热源等设施设置在户内。该系统的优点是每户可以独立进行管理和维护。

太阳能热水器与公寓的一体化是选型、设计、采购和安装全过程的一体化。以公寓为单位，上下水管集中布置在楼梯间管道井中，隐蔽性好，又方便用户检修，各太阳能热水器独立排管，独立采热，保证公寓各户使用独立，互不干扰。建筑屋面日照充足，是安装太阳能集热器的理想场所（见图7-3），架设太阳能热水器单元成片摆放，使热水器能很好地隐蔽在屋顶中段，保证了建筑立面完整的视觉效果。

图7-2　分散式太阳能热水系统原理

图7-3　太阳能集热器与屋面结合

（2）应用案例

镇江的“科苑华庭”公寓，总建筑面积约9.3万平方米，容积率约1.03，绿化覆盖率约48％。该公寓采用阳台栏板式太阳能热水系统（见图7-4），每户2组太阳能集热器安装在铝合金框架内，可以拆卸维修，集热器外侧为专用钢化玻璃，集热器内侧为太阳能反光板，由于集热器是立式安装，反光板可以弥补集热器角度不足的问题，实践表明效果显著。

图7-4　阳台栏板式太阳能热水系统

2.太阳能光伏发电

我国太阳能资源十分丰富，适合太阳能光伏发电的国土面积和建筑物受光面积也很大，具有大规模开发利用太阳能的资源潜力。太阳能光伏发电因清洁、安全、便利、高效等特点，被广泛运用在建筑领域。

（1）光伏发电技术

光伏发电是指太阳光能转换成电能的过程。光伏发电系统由太阳能电池板、蓄电设备、直流控制设备、逆变器等辅助设备组成（见图7-5）。太阳能电池板是光伏发电系统最核心的设备，通过光照产生电流，这些电流再通过其他设施储存和利用。

图7-5　光伏发电技术原理

太阳能电池板可以制成不同形状的构件与建筑结合。太阳能电池板与建筑结合主要有三种类型：第一种是建材型，指将太阳能电池板与屋面瓦、外墙饰板、玻璃幕墙等建筑材料复合成新型建筑材料；第二种是构件型，指与建筑构件组合的光伏构件，如光伏雨篷构件、光伏遮阳构件（见图7-6）、光伏栏板构件等；第三种是标准化型，标准化电池板以光伏发电为主要功能，在屋顶或墙面安装（见图7-7），没有建筑围护的其他功能。(www.xing528.com)

图7-6　光伏遮阳构件

图7-7　屋顶上的太阳能电池板

设置在屋顶的太阳能电池板，可以最大限度地接受太阳光的照射，使光伏效能最大化。当材料符合建筑所需的各项性能（防水、保温、密闭、耐久性能等）时，电池板也可以当作屋顶构造层次的部件使用。

设置在外墙面的太阳能电池板需要与墙面饰面材料进行集成，集成类型一般分电池板外墙装饰板和电池板玻璃幕墙两种。电池板外墙装饰板包括电池板与金属板、石材板、混凝土预制板等集成新的外墙饰面材料（见图7-8）。电池板玻璃幕墙是指透光型电池板和玻璃集成的光伏幕墙，光伏幕墙既可发电，也具有隔热功能（见图7-9）。

图7-8　外立面上的太阳能电池板

图7-9　光伏幕墙

（2）应用案例

青岛的“中德·绿色公元”公寓占地面积约3.7万平方米，建筑面积7万平方米，容积率1.2，绿化覆盖率35％。公寓在屋顶和立面分别设置了专用的光伏发电板（见图7-10、图7-11），光伏发电系统采用并网运行模式。屋顶太阳能光伏发电板采用多晶硅太阳能电池组件，组件之间及组件与逆变器之间用光伏专用电缆穿管敷设，计量电表采用双向电能表，以满足使用要求。

图7-10　光伏发电板设置在屋顶

图7-11　光伏发电板设置在立面

3.地源热泵系统

地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源（如电能等），实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。通常地源热泵消耗1 kWh的能量，用户可以得到14400 kJ以上的热量或冷量。

（1）地源热泵技术

地源热泵技术属可再生能源利用技术。地源热泵系统（见图7-12）是一种利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统。地表浅层地热资源称为地能，指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，能收集47％的太阳能，比人类每年利用能量的500倍还多，它又是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对平衡。通过地源热泵技术，储存于地表浅层的太阳能或地能得以利用。此外，地源热泵技术还具备一些其他优势，例如，设备占地面积小，系统集成性高，有利于高效管理；热源稳定性强，受环境影响较小，节能效率较高。

图7-12　地源热泵系统工作原理

（2）应用案例

南京“海玥名都”项目，总建筑面积为2.79万平方米，建筑面积为2万平方米，项目选用地源热泵集中热水供应系统，将空调、采暖和生活热水热源集成为一体，节约了设备的安装空间，同时提高了系统的整体性，节能效果比较明显。地源热泵集中热水供应系统便捷易维护，户内无须设置加热及储热设备；可以集中产水，储存量大，并且出水温度均衡；能够消除末端电加热、燃气加热等设备使用过程中的安全隐患。