书城科普低碳建筑:绿色城市的守望
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第11章 能源“末路”下的低碳建筑(1)

一、全球能源资源概况

据20世纪90年代末世界能源统计表明,煤炭是世界储量最丰富的常规能源,也是世界上最重要的能源之一。目前,世界上一些主要能源资源的基本情况大致如下:煤炭探明可采储量约为10787.3亿吨,其中探明储量最多的国家是美国,储量为2603亿吨。世界石油探明可采储量为1364.91亿吨,其中探明储量最多的国家是沙特阿拉伯,储量为351.80亿吨。天然气探明可采储量为119.55万亿立方米,其中探明储量最多的国家是前苏联,储量为45.28万亿立方米。铀矿储量为397.2万吨,探明储量最多的国家是澳大利亚,1989年储量为99.6万吨。水能资源可开发量约为123633亿千瓦时,拥有水能资源最多的国家是中国,可开发量为19433亿千瓦时(包括台湾地区)。除此之外,还有风能、太阳能、地热能、潮汐能和生物质能等各种能源资源可供人类使用。

煤炭资源

世界煤炭资源分布的地理范围相当广泛。从已探明的储量看,北美、中欧、西欧、亚洲、澳洲、拉丁美洲、非洲、中东等均有煤炭分布,但其分布很不均匀:亚洲、澳洲最多,占世界总量的30.1%;俄罗斯、中欧占总储量的28.5%;北美占总储量的24.7%;西欧占总储量的9.2%;非洲、中东占总储量的5.8%;储量最少的是拉丁美洲,只占总储量的1.7%。亚洲、大洋洲的煤炭资源有51.2%分布在中国;北美洲的煤炭资源有97.5%分布在美国;前苏联、中欧的煤炭资源有77.7%分布在前苏联境内;非洲、中东的煤炭资源有87.6%分布在南非。煤炭储量最多的国家有美国、俄罗斯和中国,其次是澳大利亚、德国、印度、南非和波兰。这些国家的煤炭储量分别占世界总储量的24.1%、22.1%、15.4%、8.4%、7.3%、5.7%、5.1%、3.7%。

石油、天然气资源

2000年世界石油探明储量上升为1421亿吨,天然气探明可采储量上升为150.19万亿立方米。在石油探明储量最多的前5个国家中,沙特阿拉伯探明储量占世界总资源量的1/4以上。在天然气可采储量最多的前5个国家中,俄罗斯占世界总储量的38%,它不但资源量最多,而且开发条件最好,开采量也最大。其次是伊朗,占总储量的14.27%。

世界石油资源是相当丰富的,随着人们对石油需求量的不断增加,满足需求的不断扩大,应不断寻找新的油源。这往往要在冰层下面或地壳深层以及大陆架的边缘地区进行勘探。海洋勘探在这方面则会发挥更大作用,它可为未来石油可开采储量的增长提供良好的技术前景。

世界天然气资源也比较丰富。每年探明储量的增加都高于消费量的增长。自1980年以来,天然气探明储量增加了30%。由于运输费用高,在某种程度上又受到地理位置的限制,使液化天然气工业受到很大影响。目前还有相当一部分潜力未发挥和利用。

水能资源

世界可开发的水能资源为123633亿千瓦时。在这些水能资源中,有35%分布在亚洲,而亚洲水能资源的44.8%则分布在中国;另有28.6%的水能资源集中在中南美洲,而中南美洲的水能资源则有33.8%分布在巴西。除此之外,欧洲水能资源占8.7%,非洲水能资源占9.3%,大洋洲水能资源只占1.6%。

在国土面积较大、水能资源较多的国家里,如中国、巴西、俄罗斯、美国、加拿大等都存在水能资源分布不均的问题。大部分水能资源分布在远离经济中心的边远山区。以中国为例,其水能资源有70%分布在西南地区,其中17.1%位于偏远的西藏地区,有50%以上的水能资源分布在云、贵、川三省。经济发达的华东、东北、华北地区水能资源只占6.8%。

在世界能源总供应量中,水电供电比重只有6.7%,属于次要地位。因为目前水电开发程度尚低,已开发量不足20%,所以其开发潜力还很大,是仍被人类重视的一种能源资源。

核能资源

核能最大的优点,就是能量密集,由此还引发出其他一些优点。正因为能量密集,所以核燃料能够“以少胜多”。一座容量为100万千瓦的核电站每年的燃料运输量与同等火电厂相比,可节省1000列火车的运量,其运输量比大约是1:3000000。因此,核能资源开发的地区适应性强。对一些常规能源比较短缺、水能资源不足而又需要大量能源的地区,是一种很适用的能源资源。

核电站最常用的核燃料是铀矿。2000年世界铀矿资源探明储量为460万吨,主要分布国家和地区除南非之外,其他基本上都是一些大国(包括美、加、俄、澳等)。这些大国往往具备矿种比较丰富、资源配套比较齐全的特点。

由以上分析可以看出,随着科学研究与开发技术的不断进步及勘探投资的不断增加,人类趋于积极寻找新的资源,使各种能源资源储量不断增加,同时还十分重视并加强节能工作(在短期内由节能所获取的能源供应量很可能比全部非常规能源供给的总和还要大)。所以,在以后的几十年内,石油、煤、天然气、核能等一次能源仍是世界能源供应的支柱;水能作为辅助能源目前开发程度一般较低,今后开发潜力还很大。未来太阳能、风能等将会成为替代常规能源的新能源。

二、何谓建筑耗能

建筑能耗从广义来说,包括以下部分:建筑材料的生产和运输的能耗,建筑物建造时的能耗,建筑物全生命周期内的逐年运转能耗,甚至包括建筑设备的生产和运输能耗。以上考虑当然比较全面,但是根据目前的情况,对于一栋大楼很难进行这样的定量估算。建筑物全生命周期内的能耗估算也存在较大困难:首先,建筑物的寿命目前在国内不易确定和统一;其次,建筑物的各种折旧及其所增加的能耗也较难估计。

因此,根据目前的情况,比较恰当的是把建筑能耗定义为:建筑物的能耗量是指建筑物建成后,在使用过程中一年所消耗的能量总和。这样定义的建筑能耗,在大楼设计完成后,可以用现在通用的全年逐时负荷计算和能量分析软件来准确估算。

民用建筑的能耗主要包括以下几方面:围护结构的冷、热损耗,空调通风系统的设备能耗,照明和室内用电设备能耗,生活热水和给排水能耗及其他。由此可见,建筑能耗是一个综合性的概念,它不但包括不同种类的能源或燃料,而且包括各种不同类型的消耗,其中围护结构的冷热损耗和空调系统的用能占了较大比重。

如前所述,全球能量约50%消耗于建筑的建造与使用过程。建筑行业本身在消耗能源的同时又伴随着对环境的破坏。日本有关学者研究得出,在环境总体污染中与建筑业有关的环境污染所占的比例为34%,包括空气污染、水污染、固体垃圾污染、光污染、电磁污染等。建筑本身还存在病态建筑的问题。根据美国有关的调查统计,室内空气环境不利于人类健康的建筑占总数的30%。人员产生的污染,材料的有害辐射以及有害物浓度过高等都会引起室内空气品质的恶化,从而使人患上各种各样的疾病。因此,把可持续发展的思路用到建筑工程中去已成为人们迫切的要求。

随着全世界经济的发展,各国能耗都在不断上升。以欧盟25国能耗为例,2002年的总能耗需求已达10.8亿吨油当量,2005年上升到17.3亿吨油当量。据估计到2020年将达到19亿吨油当量。建筑能耗也随之成为一个国家总能耗的重要组成部分。工业发达国家建筑使用能耗占总能耗的30%~40%。欧盟25国的建筑能耗已经占其总能耗的40.4%,这个数据近几年来保持在相对稳定的水平。建筑所消耗的能源种类主要来自煤、油、天然气、电、废热、可再生能源。与工业耗能和交通耗能能源种类主要来自油相比,建筑能耗的能源资源种类更丰富,所以,建筑节能的潜力也更大。可再生资源在2002年欧盟25国建筑能耗的比例已达到7%,这个比例在欧盟经济相对发达的国家(如法国)中还要高。

我国建筑能耗随我国经济不断发展,建筑能耗占我国能源消费量的比例也逐年上升,目前,已上升到占全国总能耗的25%左右。另一方面,我国已有建筑面积和每年新增建筑面积数量都很大,截止2003年底,我国城乡房屋建筑面积为383亿平方米。城镇房屋建筑面积141亿平方米,其中住宅建筑面积89亿平方米。每年新竣工建筑面积18亿~20亿平方米。可以预见,随着我国人民生活水平的不断提高,尤其是建筑室内舒适度水平也在不断得到改善,再加上我国产业结构调整的不断深入,建筑能耗总量及其占我国总能耗的比例都将不断上升。

现以过渡地区为例,对人居环境状况及其用能需求加以说明。我国过渡地区包括重庆、上海2个直辖市;湖北、湖南、安徽、浙江、江西5省全部;四川、贵州2省东半部;江苏、河南2省南半部;福建省北半部;陕西、甘肃2省南端;广东、广西2省区北端,共涉及16个省、市、自治区,约有4亿人口。该地区没有暖通空调设施的建筑,其冬夏季节的室内热环境质量是全国最差的。夏季连晴高温天气中,室内温度超过30℃,甚至高达36~37℃。冬季室内外温差只有1~4℃,室内阴冷,室温不到12℃。该地区的建筑若不采用暖通空调设施,冬夏季室内热环境都达不到基本的居住条件,更谈不上人体的舒适与健康。

据调查显示,1998年上海、重庆、武汉等大城市,家用空调器拥有率已超过50%,各大中城市的商场、旅店、影剧院等公共建筑,不论档次高低都已拥有空调设备。借助这类建筑设备,该地区建筑热环境开始得到明显改善,暖通空调能耗则随之急剧上升——平均每户暖通空调用电负荷达1~4kW,年用电量500~4000kW·h。按此水平,过渡地区住宅暖通空调负荷将达2亿千瓦,年用电量分别相当于11座三峡电站的装机容量和3座三峡电站的年发电量。此外,还有众多公共建筑,其暖通空调能耗也是十分惊人。

目前,建筑领域的节能已成为我国全社会节能的重点领域之一。迄今为止,我国已经初步建立了在1980年标准基础上节能50%为目标的建筑节能设计标准体系。国家相关文件规定,新建建筑全面严格执行50%节能标准,其中4个直辖市和北方严寒、寒冷地区实施新建建筑节能65%的标准,采用新技术、节能建材、节能设施,建设低能耗、超低能耗及绿色建筑。新建建筑的节能要实行从规划、设计、施工图审查及施工、监理、验收和销售等全过程的严格监管,使节能设计标准得以切实实施。加大了建筑节能监管力度,制定了建筑节能相关政策法规,开始了供热体制改革工作,组织了建筑节能技术攻关和试点示范。采用新技术对既有建筑的采暖、空调、热水供应、电气、炊事等方面进行改造,启动和实施供热体制改革,推行居住及公共建筑集中采暖按热表计量收费制。在我国建筑节能取得成绩的同时,建筑节能也存在许多问题,现大体归纳如下。

1.建筑用能效率低、污染严重。主要表现在我国单位建筑面积能耗比气候条件相近的发达国家高2~3倍,建筑供暖造成的空气污染高2~5倍,究其原因是多方面的:技术落后,供暖设计不科学,管理不当,采暖收费不合理,缺乏节能意识等;尤其突出表现在过分强调降低建筑物的一次性投资和对某些建材制品的质量要求不严,其结果节省了一次性投资,却造成长久的能源浪费,得不偿失。例如,为了降低建筑造价,设计中一味减薄建筑物的墙体;钢窗用料少,刚度小,质量不好,安装不严密;暖气采用单管串联等。这样一来,建筑内部冬天的热量经过墙体和窗缝大量损失,暖气近端热得需要开窗,远端则冻得令人发抖。

2.新建建筑执行节能设计标准有待于进一步加强。2000~2004年,大城市新建居住建筑在施工图设计审查阶段执行建筑节能设计标准的比例:北方严寒和寒冷地区为90%,夏热冬冷地区为20%,夏热冬暖地区仅为11%。而实际按节能设计标准施工的建筑:北方地区为50%,夏热冬冷地区仅为14%。

3.供热体制改革尚未全面启动,既有建筑节能改造进展缓慢。

4.节能材料产品性能不能满足市场需求,节能建筑的质量还存在一定隐患,节能运行管理薄弱。

5.缺少建筑节能激励政策,相关法律法规不够完善,政府监管不到位,宣传力度不够。

为了配合我国建筑节能,我国相关部门推出一系列建筑节能工程配套措施,其中包括。

1.可再生能源城市级示范。开展再生能源技术城市级示范活动,探索推广机制和模式,包括太阳能利用、淡水源热泵、海水源热泵、浅层地能利用和可再生能源技术集成等。完善新建建筑设计规范,推行建筑物与可再生能源一体化进程。

2.新型墙材和节能建材产业化。发展节能利废建材、聚氨酯、聚苯乙烯、矿物棉、玻璃棉等符合建筑节能标准和相关国家标准的新型墙材及建设节能建材产业化基地。

3.加强项目管理,项目实施单位应按相关法规,确定责任人员,建立管理制度,按计划完成工程项目。

4.制定和修订相关政策法规,制定供热价格管理办法,加快北方地区供热体制改革。

5.建立健全的技术标准体系和技术支撑体系,研究新型墙体材料节能利废和二氧化碳减排评价体系及指标,强化国家建筑能效检测检验和评估机制。

6.推广建筑节能新技术、新材料、新设备。

7.建立和完善建筑节能标准体系及实施监管机制,研究既有建筑节能改造激励机制。

8.加强国际合作。

综上所述,随着生活水平的提高,人们对室内的舒适性要求必将日益迫切。随着室内温度标准的提高,加上机械通风换气次数的增加,建筑能耗势必增加。除此之外,住户要求空调的房间越来越多,使用生活热水日益普遍,家用电器与日俱增,这些都是建筑能耗增加的重要因素。据估计,最近几年来我国建筑用能的年增长率已达10%以上,而能源生产的年增长率只能达到4%左右,大大低于建筑用能的增长速度。面对这一严峻现实,如果不赶紧采取坚决有效的措施控制建筑用能的浪费,而继续建造不采用节能措施的高能耗建筑,那么要不了多久,必将自食浪费能源所酿成的苦果。

三、我国建筑能耗与发达国家的差距