王秉文
河北建研科技有限公司 河北 石家庄 050021
摘要：木结构具有设计灵活，施工周期短、改造方便，节能保温、隔热、隔声，抗震防风、环境友善等诸多优点，在国外，目前现代木结构建筑应用广泛，木结构建筑有利于降低碳排放。可再生能源的综合利用，为木结构的推广，提供了一种新的可行性选择。
关键词：木结构；太阳能；地热
0引言
近两年，在“低碳”、“绿色”等新兴舆论感召下，木结构建筑已经成为了与混凝土结构、轻钢结构并称的另一大建筑体系，应用前景颇为看好。
木材本身是一种可再生资源，同时也属于“负碳”建筑材料，因树木在生长过程中固化的碳比木材在生产和使用过程中释放的碳更多。木材具有再生性和可重复利用性，这是其他建筑材料无法比拟的。因此，发展并推广现代木结构建筑技术，为我国绿色、节能减碳的建筑方案提供了一种新的可行的选择。
本文将对项目中应用到的可再生能源进行介绍本项目采用的可再生能源主要包括两类太阳能和浅层地能，利用的技术是太阳能光热技术、太阳能光电技术和浅层地能——地源热泵技术。
1. 太阳能光热技术
太阳能光热技术是太阳能热利用中具有代表性的一种技术。它是利用集热器收集太阳能辐射能，并把水加热的一种能量转换技术，是目前太阳能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用技术。
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图1 太阳能热水系统原理示意图
本项目的太阳能热水系统是统一安装，并进行了太阳能建筑一体化设计和施工，太阳能集热器作为建筑物的构件布置与建筑房屋之上，屋面的朝向和坡度与太阳能集热器安装要求一致，管道和线路布置合理隐蔽，设备构件与屋面建筑的颜色风格协调一致、布局合理匹配，从而实现了太阳能光热技术与木结构建筑的完美结合。同时遵循节水、节能、经济适用、安全简便、便于计量的原则，根据项目容积率、建筑类型、日照分析、木结构的坡屋顶特点等因素综合考虑，确定的太阳能光热技术与木结构建筑的一体化技术方案。
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图2 本项目安装效果图片
2. 太阳能光电技术
太阳能光电技术是利用太阳能另外一种重要手段，是利用太阳能电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种发电技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。其原理为：在太阳照射下，太阳电池方阵产生电流经过控制器调整，储存在蓄电池中；通过控制器和逆变器来满足用户用电的需要。
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图3 光伏发电系统图
本项目以石家庄市年辐照量为设计基准：太阳能光伏发电系统安装14组2m2太阳能光伏玻璃幕墙板，总面积约为28m2，功率为2380w，平均每天发电10度。光伏玻璃幕墙敷设在三间木房二层，南向倾斜布置，幕墙板倾角为30°，位于阳台雨棚顶部，光伏功率调节器柜置于三楼电梯旁配电室内的基础槽钢上。本项目为独立光伏系统，平时在蓄电池充满电后，并入系统电网做交流电源使用，当发生紧急停电时，满足走廊的照明用电需求。
3. 地源热泵系统
地源热泵系统有地埋管换热器、热泵机组和室内空调末端系统三部分组成。土壤源热泵是利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置。冬季从土壤中取热，向建筑物供热；夏季向土壤排热，为建筑物制冷。以土壤为冷、热源，通过高效热泵机组向建筑物供热或供冷。在特定条件下，夏季也可以利用地下换热器通过循环水泵直接对房间供冷。
根据地埋管的布置分为：水平敷设和垂直敷设两种形式。水平埋管如图3所示，垂直埋管如图4所示。
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图4 水平敷设土壤源热泵系统 图5 垂直敷设土壤源热泵系统
根据本中心办公区域和展览区域的使用功能要求与建筑结构设计特点，并结合全年逐时负荷计算的结果，本项目选用地埋管地源热泵技术，采用土壤源热泵作为空调主要冷热源。本技术系统有地埋管换热器、热泵机组和室内空调末端系统三部分组成。
4.计算结果分析
依据建筑特点和全年逐时负荷，确定了本项目空调冷热源设备的设计容量、运行方案。根据全年逐时负荷计算，本项目夏季设计冷负荷621kW，冬季设计热负荷581kW。针对建筑的使用区功能不同，房间同时使用系数较小，空调系统在实际运行过程中，夏季的冷负荷较峰值负荷小很多，因此从节能和降低投资成本的角度出发，以确保满足冬季供暖负荷的前提下，结合现场的埋管面积及初投资情况，分析确定钻孔数量和室外连接管布置方式（埋管换热器长度已确定）。本项目室外地埋管换热系统采用双U埋管换热器90个，单孔埋管深度100m，埋管总深度9000延m。水平联网在地面1.5m以下，施工完毕恢复后，不会对地面设施造成任何影响。换热孔布设在主楼南侧区域，可布孔面积2000m2以上，布孔所需面积充足，孔间距4.5m左右。
以上三种可再生能源技术在中加项目中应用后，其每年可节约标煤95.51吨，减排CO2236吨，SO21.91吨，粉尘0.95吨，年节约费用10.95万元，经济环境效益明显。
中加项目建筑单位面积围护结构传热量9.46 W/m2，建筑单位面积冷风渗透耗热量7.88W/m2，与同等建筑面积的混凝体结构相较，可节能50%~70%；且本项目的理论计算节能率为53.6%，完全满足国家节能设计规范对节能的要求，节能效果明显。
5.小结
木结构建筑具有良好的保温隔热性能，建筑形式多样，布局灵活，抗震性能好、安全节能、有益于人体健康、容易建造、便于维修等显著优点，并具有典型的绿色生态化特点，随着国家采取一系列鼓励木材进口的措施，随着国家对林业的高度重视，随着木结构各项科研工作的不断完成，木结构建筑将会在中国有广阔的发展空间。因此，中国木结构发展目前所面临的困难一定会通过大家的努力，一个一个被克服，木结构建筑中相关的设计、科研和加工制造技术也会不断提高，中国木结构必将进入又一个崭新的发展阶段。
参考文献:
[1]杨玉梅 木结构住宅的优点以及在我国的发展[J]《林产工业》2004（34）：12-23
[2]李霞 木结构建筑特点及应用前景[J]《林产工业》2008（35）：10-13