书城科普低碳建筑:绿色城市的守望
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第3章 什么是低碳建筑?(3)

设备和材料是打造各类建筑的基础。低碳节约型建筑所使用的设备和材料应该是环保的、节能的。因此,开发、使用环保、节能的建筑设备和建筑材料,也是低碳节约型建筑所关注的问题。建筑设备种类很多,由于采暖、空调是耗能大户,故备受业界关注。空调系统使用热泵技术,能把低位能转换为高位能,在节能上具有很大的优势。除常规热泵外,还有太阳能热泵、地热源热泵、水环热泵等,所有这些都是低碳节约型建筑工程技术所关心的问题。

5.智能技术

智能化技术是贯穿于整个低碳节约型建筑的核心技术,它不仅能在节约资源上发挥重要作用,而且能够减人增效,创造舒适的居住环境。智能化技术能把信息技术、自动化技术、微电子技术、计算机技术有效地应用于建筑系统。低碳节约型建筑的智能化系统具有八个方面的主要功能,即信息处理功能、状态监控功能、安全管理功能、超值报警功能、数据检索存储功能、新能源开发节能调控功能、室内环境调节功能和综合管理功能。智能技术是在建筑系统中,建立一个以信息系统为核心的平台,把需求与应用、目标与功能同系统相关的各个要素紧密地融合在一起,其中包括将各种已经建立的功能系统在软件界面上进行综合和集成,达到信息共享、实时监控、综合管理等智能化的总目标。低碳节约型建筑就是在这个基础上,实现功能系统的优化组合,改善技术系统运行的特性和性能,达到节约资源、治污减排、增进效益的目的。

节能与可再生能源利用

节约能源是低碳节约型建筑技术的重要研究内容和奋斗目标,其任务一方面是要尽量减少常规能源的耗费;另一方面是要大力开发和利用低碳型自然能,其中包括新能源和可再生能源。

所谓“能源”,是指能量的来源,即能够为人们提供某种形式能量的自然资源。能源的种类很多,有一次能源,二次能源;常规能源,新能源;非再生能源,可再生能源。按照能源的来源不同又可分为来自地球内部的能源、来自地球外部的能源和来自地球与其他天体相互作用产生的能源。

节水与污水的二次利用

世界上许多地方的用水量正在接近自然系统的极限,水资源的利用问题将严重影响21世纪全球经济与社会发展。节约用水成了世界各国所关注的焦点。我国在节水问题上所实行的方针是“开源与节流并重”。利用先进的技术手段提高水的重复利用率,是落实节水措施的重要途径。我们在研究低碳节约型建筑时,不仅关心建筑的节能问题,而且也关心节水问题。开发和研制关键的节水技术和工艺设备,采用不用水或少用水的工艺,分质用水、优质优用、差质差用,实现污废水资源化,从宏观战略上加强水资源的综合利用。所有这些方面的研究和发展,都有力地推动了节约用水的科学化、现代化进程。当前,在节水技术研究和推广应用中,受到人们萱遍重视的有中水回用、污水资源化、雨水收集、海水淡化等多种技术。

低位能利用与热湿环境

建筑环境包括建筑热湿环境、光环境、声环境和空气环境。热湿环境是建筑环境中最主要的内容,它集中反映在空气环境的热湿特性上。热湿环境的构成要素有温度、湿度、辐射和气流四个要素。除了太阳的直接辐射受热外,人体与周围环境间还存在长波辐射换热,当温度高、湿度大,尤其是风速小时,人感到“闷热”;当温度高、湿度小时,人感到“干热”。创造一个舒适宜人的温湿环境,是现代智能建筑的重要任务,然而,它需要以花费一定的能源和水资源为条件。在低碳节约型建筑中,利用低位能转换的热泵技术,实现对热湿环境的调控,可以有效地节约资源。热泵是使热量从低位热源流向高位热源的节能装置,它不像锅炉那样能产生热量,而是将热源中不可直接应用的热量通过提高品位转变为可利用的再生高位能量,以作空调系统的热源之用。正因为热泵的节能效益,才使热泵在20世纪70年代后获得迅速发展。当1972年能源危机出现时,热泵以其回收低位热源的热量和节约高位能的特点,迅速在世界范围内形成一股“热泵热”;到90年代,热泵技术获得飞速发展,应用领域不断扩展,按低位热源利用的种类来分,有空气源热泵、水源热泵、太阳能热泵、地热源热泵、废热源热泵、多热源热泵等。

热泵最突出的特点是利用低位能,利用可再生能源。因此,许多国家把热泵作为环保减排的有效方法,热泵技术便成了低碳节约型建筑所关注的重点之一。目前,世界上使用的热泵总数约为1.2亿台,每年可以产生8×1011kW·h的热能,同时使CO2排放量每年减少130Mt。一些国家的热泵供热量占总供热份额比例不断提高,其中日本为28%,美国为8.6%,瑞典为8.3%。我国热泵空调也发展很快,据1999年统计,年产小型热泵614.65万台,大型热泵54万台。随着现代科技的发展,热泵技术也有很大的进步,如采用多回路设计、高效换热技术、低噪声风机、变频控制、模糊控制、微电脑控制等;有的高校和研究单位还将人工智能技术引入热泵的仿真研究,对系统进行模拟分析,有力地推动了热泵产品更新和创新发展。

世界科技已迎来了一个崭新的时代——21世纪。低碳节约建筑已在新型建材技术、新能源技术、信息化智能化技术的基础上,获得了很大的发展。展望未来的发展趋势,可以归纳为五个方向:即低碳节约型建筑建设方法论的研究;低碳节约型建筑评价体系的研究;低碳节约型建筑个性化设计的研究;低碳节约型建筑智能化开放性平台的研究;低碳节约型建筑绿色环保技术的研究。通过这些研究,可以建立低碳节约型建筑技术的完整体系。

七、发展要节约、建筑要低碳

我国是发展中大国,也是人均资源短缺的国家。节约资源早已成为我国建设和发展的基本国策。我国已全面进入建设小康社会、开始实施第三步目标、执行第十一个五年计划加快推进社会主义现代化建设的发展阶段。保持经济、资源和环境的可持续发展,是我国面临的一个重大战略问题。节约建筑资源,是实践低碳经济、循环经济,贯彻可持续发展战略的重要方面。

节约建筑资源的重要性、迫切性

节约建筑资源,首先要认清我国资源占有量的大局,深刻理解节约建筑资源的重要性和迫切性。从能源方面来看,我国煤炭占有量仅有世界平均水平的50%,石油为11%,天然气为5%,石油对外依存度超过30%;水资源占有量仅有世界平均水平的25%,据对全国600多个城市的统计,60%供水不足,其中18%的城市严重却缺水;木材资源短缺,森林资源仅有世界平均水平的17%。

在土地利用方面,城乡建设用地持续扩张,粗放用地十分普遍。据有关资料统计,2002年城乡建设用地总量比1993年增加24.1,年增长2.43%;城乡人均建设用地从1993年的120平方米增至2002年的141.5平方米;城市人均用地从54.9平方米增加至82.3平方米,增长13.5%。一些城市兴建工业项目时,大量圈占土地,有的还在大量建设占地多的别墅,开发建设大户型住宅。村镇农民建房,分散无序,新旧住宅双重占地现象普遍存在。

在节能方面,现有建筑中95%属于高能耗建筑,达不到节能标准,新建建筑中仅不足20%达到节能标准。忽视住宅特别是普通住宅的节能工作,采暖能耗很大,单位面积能耗为发达国家的3倍,全国空调高峰负荷已达到4500万kW·h,相当于2.5个三峡电站满负荷能力。一些城镇盲目追求夜间亮化,浪费能源;一些山区农村,生活能源利用仍沿用传统方式,浪费宝贵的森林资源。

在水资源利用上,因推广措施不力,家用节水器具使用不普及,而不节水器具比节水器具多耗水30%。一些城市污水收集管网不配套,污水处理设施不能发挥作用,污水处理工艺简单,严重影响中水的回用,造成水资源浪费。

在材料利用上,一些中小城市和村镇大量使用实心粘土砖。据不完全统计,我国每年使用5400多亿块砖,绝大部分由工艺技术落后、浪费能源和污染环境的小企业生产,每年因此毁坏和占用土地达95万亩。建筑建造中,普遍使用低性能钢材,新型可再生建筑材料使用率很低。综上所述,从资源人均占有量和资源消耗两个方面来分析,我国面临的形势都是很严峻的。我们必须充分认识资源节约的重要性和紧迫性,增强危机感和责任感,深入思考资源节约的重大意义,有效转变经济增长方式,从发展循环经济中开源节流,增效益,求发展。

怎样节约建筑资源

我国节约建筑资源发展战略部署和总的指导方针是:认真贯彻可持续发展战略,坚持“资源开发与节约并举,把节约放在首位,提高资源利用率”的方针,以节约能源、水资源和建筑资源,保护环境,改善建筑功能与质量为目标,以市场为导向,以科技进步为动力,不断提高建筑资源的使用效率,跨越式推进建筑资源节约事业,促进城乡建设、人民生活和生态环境的协调发展。

1、开展节约建筑资源工作

开展节约建筑资源工作,要从节约土地资源、推行墙体革新、改善围护结构、调整热湿环境、开发新能源与可再生能源、加强污废水资源化利用、推广节水器具、革新并节省建筑材料以及材料循环回收利用等多个方面人手,贯彻优先性、开发性、综合性、调控性、规范性等项基本原则。

(1)优先性

资源开发与节约并举,把节约放在首位,体现了节约优先的原则。节约要从大处着手,抓住重点。节约建筑资源的重点是:节地、节能、节水、节材。在节地方面,要合理规划建设用地,少占耕地,尽可能利用荒地、劣地、坡地等;合理规划居住区,在保证建筑功能和舒适度的条件下,确定规模和层数,提高单位用房用地的面积密度;通过设计的优化,改进建筑结构形式,增加可使用空间;充分利用地下空间,提高土地利用率,实现土地资源的集约有效利用;合理配置居住区的环境绿化用地,增加单位绿量;减少停车占地并向立体方向发展,以留出更多的建筑空间。在节能方面,要通过建筑朝向、形体系数设计以及采用保温隔热性能良好的材料、改进围护结构设计等措施,改善热湿环境;不仅要重视建设时期的节能,还要使建筑物在长期使用中的总能耗降低。要重点研究建筑在使用过程中的能源结构和供应方式,特别是新型能源和可再生能源的开发利用、热湿环境调控技术、采暖及空调的节能问题等。在节水方面,首先要强化节水器具的推广应用,有效减少用水量;减少供水与排水管网的漏损,实现节约用水;要着重研究污水再生利用问题及污水处理设施的布局,为尽可能利用中水创造条件,提高利用受益面,更大限度减少排放、减少污染、节约水资源。在节材方面,要推广可循环利用的新型建筑体系,应用高性能、低材耗的建筑材料;鼓励各地因地制宜地选用当地、可再生的材料及产品;推行一次装修到位,减少耗材、耗能和环境污染;鼓励废弃建筑垃圾的回收与再利用。

(2)开发性

要搞好建筑的资源节约,必须大力加强技术进步和新产品开发,开发应用新材料、新结构、新能源、新技术、新方法。就能源来说,应以新能源和可再生能源为重点,加快科技开发,推动建立以企业为主体的技术创新体系,鼓励企业与大专院校、科研单位实行产学研联合,开发具有自主知识产权的新能源以及可再生能源利用新技术、新产品,加速科研成果的转化及产业化。提高产品的科技含量和产品质量,增加产品品种和规格,降低成本,形成一批用户信得过、国内外有较高信誉的名牌产品。组织重大技术示范,通过宏观调控和市场引导,提高技术装备的国产化水平和设备制造的能力。搞好新型建材的开发利用,对于节省资源、环境保护,都具有十分重要的意义。要加强高性能、低材耗、耐久性好的新型建筑体系的研究,开发并选用可循环、可回用和可再生的建材,改革并采用工业化生产的成品,减少现场作业。遵循模数协调原则,改进施工方法,减少施工废料。开发并使用原材料消耗量少、采用废弃物生产、可降解且对环境污染少的建材。

(3)综合性

建筑资源节约包含的范围很广,是一项综合性的系统工程。就节能工程而言,它涉及建筑围护、照明设备、电气系统、供热系统、制冷系统、风机系统、空调系统、供排水系统、家用电器设备,甚至还包括门窗的气密性等。它是一个多维数、全方位、集群性、综合性的工程系统。从理论上讲,要特别重视能量的转换效率,终端能量使用效率是沿着以下能量转换链的三种效率相乘而得到的:初级能量转换成二次能量的“转换效率”;转换二次能量从转换点到终端用户的“传输效率”;转换二次能量到能量服务终端的“使用效率”。大多数人只重视前两种效率,即转换和转输。但如果仅把注意力集中在前两种效率中,会使人们忽视使用能量的真正目的。把三种效率放在一起考虑,对能源的最终使用和原始能源分流进行比较,可以找到增进能源使用效率的最佳方式,因为沿着能源转换链,各转换效率是相乘的关系。虽然通常认为能源链各环节的节能同等重要,但下游的节能,即最接近能源最终端使用环节的节能是最重要的。根据这一观点,我们进行能源工程节能设计时,必须坚持系统性、综合性的观点,既重视能源的综合利用,又重视能源最终端使用环节的节能,采用多种措施节约能源。在节水方面也是如此,要坚持开源节流的综合性方针,在水系统的节水设计上,不仅要搞好污废水综合利用,而且要大力推广使用节水器具,同时要选用质量符合要求的水管及各类配件,杜绝跑、冒、滴、漏,把节水措施落实到各个环节。

(4)智能化的调控性