书城科普低碳建筑:绿色城市的守望
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第1章 什么是低碳建筑?(1)

一、高楼林立的“大烟囱”

每个人都有一个梦,梦里总会出现自己理想的小屋。一位着名建筑大师的理想小屋是:“她,静静地品尝甘露,聆听大地的心跳,与草儿一起成长,永远向着太阳。”是的,每时每刻我们在梦想,每时每刻人类在畅想,畅想属于人与自然共同的家园…”

烟囱多了

有一天,当我们猛然发现,梦中的小屋越来越远,映入眼帘的总是装上烟囱的高楼大厦,不禁有些许压抑,些许伤感!

每一座高能耗、高排放的建筑都是一根大烟囱,每时每刻都在排放着废气。据统计,全世界能源消耗总量中有40%是建筑能源消耗,如美国建筑的耗电量占美国总耗电量的79%。建筑排放了全球温室气体的约33%。在环境的总体污染中,与建筑有关的空气污染、光污染、电磁污染占了34%;建筑垃圾则占人类活动产出垃圾总量的40%。人类在建造房屋时往往忽略自然的存在,肆意破坏原有自然的地形地貌,致使水土流失、绿地减少,最终使环境遭受严重污染,影响居住生存价值。

目前,全球仅有不足1/4的人口居住在我们所定义的都市化现代建筑的空间内。按照目前工业化和城市化的速度,不到半个世纪将有4倍以上的人口成为高能耗建筑空间内的新增居民。如果不改变工业革命以来形成的这些高碳建筑的生产模式,推动现代建筑向低碳建筑转型,那么,50年后4倍以上灾难性的碳排放将冲击着整个地球。

地球热了

人类建造现代建筑的目的是为居民提供可以防备极端气候条件的空间,但是迄今为止与现代建筑相关的产业模式却陷入了一个恶性循环,即人们还在用制造极端气候的途径来抵御极端气候。其中二氧化碳导致的温室效应使得地球越来越热。同时,地球不断地向人类发出警告,飓风、洪水、干旱等灾害频发。

2005年8月,卡崔娜飓风横扫美国佛罗里达州、路易斯安那州。飓风从大西洋进入墨西哥湾时,因为海洋水温升高,由一级飓风,增强变成五级飓风,淹没整个奥尔良市,造成数千人丧生。受害人数已经超过9·11恐怖攻击,成为美国近年来最大灾难之一。

意大利威尼斯着名的圣马可广场一度被称之为欧洲最漂亮的城市客厅,但是现在却经常被泡在水里。1900年圣马可广场每年被淹10次,如今每年至少被淹没100次,这个广场最近100年来已经下沉了24厘米。

在不到20年内全球将严重缺水,现在不用为水发愁的数亿非洲人和数千万拉丁美洲人将面临缺水的窘境。到2050年,亚洲有10多亿人将面临缺水。根据目前全球温室气体的排放量,到2080年,缺水将威胁11亿~32亿人的生命。

地球正在被高楼林立的大烟囱熏黑,地球在变热,地球在出汗!

二、什么是低碳建筑

21世纪是注重人和环境和谐发展的时代,而“建筑学是为人类建立生活环境的综合艺术和科学”,在21世纪,人类的建筑学观念进入到了生态建筑学阶段,因为人类的生存更离不开洁净的空气、充足的阳光和葱郁的绿树。的确,伴随着人类不断的反思,“低碳”建筑正向我们走来。

低碳建筑的核心价值在于既可以抵御极端气候又能节能减排。同时,建筑行业采取节能减排的收益远大于成本,效果最好。因此,推动现代建筑向低碳建筑转型,将是最为切实、最有效率的温室气体减排之路。

低碳建筑是指在建筑建造、使用过程中,以人类健康舒适为基础,以保护全球气候为目标,有效地利用自然、回归自然、保护自然,提倡重复循环利用,努力减少污染,保持能源消耗和控制二氧化碳排放处于较低的水平,追求人与自然环境和谐共生,建筑永续发展,以创造一个绿色健康的生活环境。

低碳建筑的核心是开源、节流、循环、绿色、科技。

关于绿色建筑,大卫和鲁希尔·帕卡德基金会曾经给出过一个直白的定义:“任何一座建筑,如果其对周围环境所产生的负面影响要小于传统的建筑”,那么它就可以被称之为绿色建筑…。这一概念昭示我们传统的“现代建筑”对于人类所生存的环境已经造成过多的负担。以欧洲为例,欧盟各国一半的能源消费都与建筑有关,同时还造成农业用地损失,污染及温室气体排放等相关问题。因而需要通过设计与建造的方式的改变,应对21世纪的环境问题。在《大且绿——走向21世纪的可持续性建筑》一书中,绿色建筑被定义为:通过节约资源和关注使用者的健康,把对环境的影响减少到最低程度的建筑,其特点是有舒适和优美的环境。

在我国原建设部颁布的《绿色建筑评价标准》中,对绿色建筑的定义是“在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑”。

在各种报刊杂志和书籍上,常有“绿色建筑”,“生态建筑”,“可持续建筑”和“低碳建筑”等看似相通的概念出现。大体上,我们可以认为“绿色建筑”、“生态建筑”、“可持续建筑”、“低碳建筑”表述的是同一个意思,那就是关注建筑的建造和使用对资源的消耗和给环境造成的影响,同时,也强调为使用者提供健康舒适的建成环境。但细致考察的话,这些概念间也有区别。“生态建筑”试图利用生态学的原理和方法解决建筑中的生态与环境问题。生态建筑的概念跟生态系统相关,可以认为是一种参考生态系统的规律来进行设计的建筑。生态系统中的核心观念就是一种自我循环的稳定状态,而生态建筑的理想状态,也就是能在小范围内达到自我循环,而不对环境造成负担。“低碳建筑”的概念较为宽泛,特别关注建筑的“环境”属性,利用一切可行措施来解决生态与环境问题(不局限于生态学的原理和方法),是一种更易为普通大众所理解和接受的概念。只要是有环保效益,对资源进行有效利用的建筑都可以称之为低碳建筑。各国现有的低碳建筑评估体系把低碳建筑分等级,也就是说,建筑有多“低碳”,并不是固定的。“可持续发展建筑”是“可持续发展观”在建筑领域中的体现,可将其理解为在可持续发展理论和原则指导下设计和建造的建筑。“绿色建筑”、“生态建筑”与“低碳建筑”都强调对建筑的“环境——生态——资源”问题的关注。“可持续建筑”不仅关注“环境——生态——资源”问题,同时也强调“社会——经济——自然”的可持续发展,它涉及了社会、经济、技术、人文等方方面面。“可持续建筑”其内涵和外延较“生态建筑”、“低碳建筑”和“绿色建筑”要丰富深刻、宽广复杂得多。早期的生态建筑研究为可持续建筑奠定了理论基础,而“绿色建筑”的研究为可持续建筑实施提供了可操作性和适应性。可持续发展观念提出后在其思想原则指导下,绿色建筑的内涵和外延又都在不断扩展。可以说,从“生态建筑”、“绿色建筑”、“低碳建筑”到“可持续建筑”是一个从局部到整体、从低层次向高层次的认识发展过程。也可以根据低碳的程度不同,把可持续建筑理解为低碳建筑的最高阶段。

低碳建筑并不是一种建筑的新风格,而是一种结合21世纪人类发展所面对的环境问题,由建筑专业作出的回应。我们可以说勒·柯布西耶是现代建筑的代表人物,扎哈·哈迪德是解构主义的代表人物,但是在低碳建筑领域,不会有某个代表,但却有越来越多的优秀建筑师,通过绿色设计,让他们的作品更好地与环境和谐共处。

比如荷兰代尔夫特大学图书馆由MecanooArchitecten建筑师事务所设计。设计师以景观设计的处理手法将图书馆的屋顶处理成一道大的缓坡,坡上覆盖草皮。图书馆主要空间均匀掩藏在草坡底下,草坡上仅露出一个显眼的圆锥体,使人一眼就看见图书馆的所在,草坡与校园环境串成一片,人们可以轻松自由地漫步或躺在草坡上享受阳光。

图书馆的玻璃外墙及处于馆内中心位置的透明圆锥体中空设计,不但引入天然光,节省能源,圆锥体顶部的天窗更能造成空气对流,将馆内的热气带走。圆锥体的天窗成了空间的重心,藏书置于四周;独立式阅读座位有的传统向壁,有的却朝向透射柔和日光的圆锥体,让读者选择个人喜爱的景观。另外,有开放式的讨论区和提供信息的电脑使用区,除了实际功用,各区台凳形状、用色不一,各具视觉美感。空间整洁、灵圣和恬静。

三、低碳建筑的“诞生”

地球是人类赖以生存的家园,但其资源十分有限,环境也极为脆弱。伴随现代化进程的加速,近几十年来国际上资源、环境危机频发,形势严峻,人们不得不努力从保护地球环境、节约资源能源方面寻求出路。尤其20世纪70年代世界能源危机的爆发,使人们意识到以牺牲生态环境为代价的高速文明发展史难以为继,也认识到节能与环保对人类生存的地球的重要性,耗用自然资源最多的建筑产业必须走可持续发展之路。

20世纪60年代,国外开始提出生态建筑、绿色建筑的新理念。其后,世界能源危机激发起全球性的“节能热”,建筑领域的各种节能技术应运而生,建筑节能成为建筑发展的先导。20世纪80年代,节能体系已逐步完善,并在英、法、德、日和加拿大等发达国家得到广泛应用。在世纪交替的近十年间,伴随低碳建筑技术的发展,发达国家通过充分利用地热能、太阳能和风能,已可将建筑能耗在传统能耗基础上降低70%~80%;有些国家甚至提出了零能耗、零污染、零排放等建筑新理念。近年来,这些国家为发展低碳建筑还陆续开发出相应的绿色建筑评价体系,通过具体的评估技术,可以定量客观地描述低碳建筑中节能效果、节水率以及减少CO2等温室气体对环境的影响,分析、评价“3R”材料的生态环境性能以及低碳建筑的经济性能等指标,从而可以指导设计,并为决策者和规划者提供技术依据和参考标准。

就中国资源能源消费状况而言,在我国化石能源资源探明储量中,90%以上是煤炭,人均储量也仅为世界平均水平的二分之一;人均石油储量仅为世界平均水平的11%;天然气仅为4.5%;而目前中国单位建筑面积能耗是发达国家的2~3倍以上。就土地的消耗而言,中国人均耕地只有世界人均耕地的1/3,水资源仅是世界人均占有量的1/4;实心黏土砖每年毁田12万亩;物耗水平与发达国家相比,钢材消耗高出10%~25%,每拌和1m3混凝土要多消耗水泥80kg;卫生洁具的耗水量高出30%以上,而污水回用率仅为发达国家的25%。

中国现有建筑的总面积约400亿平方米,预计到2020年还将新增建筑面积约300亿平方米,大约每年新增18亿~20亿平方米。建筑需用大量土地,在建造和使用过程中,直接消耗的能源占到全社会总能耗的近30%,加之建材的生产能耗16.7%,约占全社会总能耗的46.7%。用水占城市用水量的47%,使用钢材占全国用钢量的30%,水泥占25%。在环境总体污染中,与建筑有关的空气污染、光污染、电磁污染等就占了34%;建筑垃圾则占垃圾总量的40%。中国正处于工业化和城镇化快速发展阶段,要在未来15年内保持GDP年均增长7%以上,将面临巨大的资源约束瓶颈和环境恶化压力。

中国现在城市的人均用地是133平方米,而且耕地面积这几年减少很快。建国初期我国人均耕地是2.75亩,现在只有1.4亩,而且我国的沙漠化面临不断增长趋势,这些问题实际上都牵扯到了城市建筑建设问题。经过多年努力,我国工业能源已经逐渐下降,然而建筑、国民基本消费都在迅速攀升。因此,能源、土地、环境保护,这三大问题将一直伴随着中国城市建设,尤其是住宅建筑发展的规模、速度、控制结构以及民众的个人消费水平,影响更为巨大。在中国目前的经济发展情况下,必须把绿色建筑研究与实施放在首要位置上。如果建筑领域不能够首先解决可持续发展问题,我国也就谈不上走可持续发展道路。

四、为什么要发展低碳节约型建筑

低碳节约,是坚持科学发展观、发展低碳经济循环经济、建设集约型社会的重大课题,是我国经济建设的重要方针;同时,也是在尊重生态规律、保护地球环境方面,受到国际社会普遍关注的热点问题。资源节约包含的范围很广,就建筑产业来说,其占用大量的土地,消耗大量的能源、自然资源以及使用中的长期耗费,竟然达到国家总耗费量的40%~50%。因此,建造低碳节约型建筑,不仅具有现实意义,而且有着深远的战略意义。低碳节约型建筑的命题,在于如何应用现代科技手段,解决节约能源、水资源和其他资源问题,以改善生活质量,减少环境污染,维系生态平衡。

随着科学技术的发展,人类社会创造了前所未有的物质文明和精神文明,但也带来了一些发人深省的问题。人口激增、供应不足、资源短缺、能源匮乏、生态破坏是全球危机的五大因素。这五大因素多与各种建筑的建设、使用有着密切的关系。房屋建造是以消耗大量自然资源以及造成沉重的环境负面影响为代价的。据有关资料统计,人类从自然界获得的物质原料,有一半左右用于建造各类建筑和辅助设施,建筑业对环境的污染占34%。因此,发展低碳节约型建筑,对于维护生态平衡、保护地球环境、合理利用资源、实现可持续发展,具有重大意义。

维护生态平衡,保护地球环境

减碳节约关系到“建筑与生态”、“建筑与环境”的大事,是国内外最为关注的一个发展建设的大问题。20世纪60年代,美国经济学家波尔丁提出“循环经济”理论,倡导资源的循环利用,实现污染的低排放,实现社会、经济与环境的可持续发展。2003年,英国发表了《我们能源的未来:创建低碳经济》白皮书。于是,循环经济、低碳经济受到国际社会的普遍关注,从此“低碳化”、“再利用”等一系列新概念,不断深入人心。近年来,联合国多次召开“人类环境大会”,要求在住房问题上倡导节能设计和无害化设计,提出减少不可再生能源和资源的利用,重复使用建筑构件和建筑产品,减少对环境的破坏,加强老旧建筑的修复中某些构成材料的重复使用,以减少废弃物污染环境。我国向联合国提出的住区发展报告的规划中,要求在住房开发上,必须坚持减碳节约和生态系统良性循环的原则;在目标上,实现生产生活与建筑自然的协调发展;在研究上,不仅研究人们的生产生活,而且也研究人类赖以生存的自然发展规律;在方法上,以生态环境为核心,设计追随自然、节约资源的建筑体系和结构;在技术上,加强促进生态良性循环、不污染环境、高效节能的建筑技术的推广应用,减少碳的排放量,贯彻循环经济的原则。

减少资源浪费