书城科普低碳建筑:绿色城市的守望
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第8章 环境危机下的建筑(2)

那么臭氧层的破坏又会对人类造成怎样的影响呢?众所周知,光是地球上一切能量的源泉。绿色植物通过光合作用将光能转化成为化学能,从而构成初级营养级和食物链的基础,为处在高一级营养级和食物链上的生物提供必要的生活物质。因此,也可以说光是维持地球生物圈稳定性和生态系统物流和能流交换的重要因素。但是,并不是所有的光都是对植物有益的,都能为植物所利用,这其中有些光是有害的,这与其波长有关。臭氧层能够阻挡大部分有害紫外光到达地表,仅有很少量的B(UV—B)范围内的紫外光通过。虽然B型紫外光的照射对地球上的生物具有破坏作用,但是地球上的大多数生命形式,经过世代的进化和演变,都已经具备了抵御这种紫外光照射的能力。尽管如此,由于臭氧层的破坏所引起的光谱和强度的变化对人类健康和生态环境还是有害的,其影响主要在以下若干方面。

1、对人类健康的影响

(1)长期暴露于阳光UV—B下会引起细胞内脱氧核糖核酸(DNA)发生改变,从而造成人体免疫机能下降,抵御疾病的能力变弱。

(2)大大增加白内障和皮肤癌的患病率。

(3)麻疹、水痘、疱疹和其他引起皮疹的病毒性疾病,通过皮肤传染的如疟疾和利什曼病等寄生虫病,由细菌感染引起的肺结核和麻风病等以及真菌感染引起的疾病发病率和严重程度都大大提高。

2、生植物的影响

(1)过量的阳光UV—B会引起某些植物物种和化学组成发生变化,影响其捕获能量的能力,造成生长速度减慢。对豆科、瓜科和卷心菜一类的植物影响尤为显着,使它们的产量和质量都下降。

(2)UV—B辐射的增加也会对林业造成不良影响。

(3)UV—B辐射对植物的生理和进化过程也会造成影响,进而影响不同生态系统的生物多样性分布。

3、对水生生物的影响

(1)暴露于阳光UV—B下会影响浮游植物的定向分布和移动,降低浮游生物的存活率,进而导致海洋对CO2气体吸收能力的下降,加剧温室效应。

(2)浮游植物生产力下降,浮游生物种类和数量减少,导致鱼类和贝类生物的产量下降。

(3)过量的阳光UV—B辐射对鱼、虾、蟹、两栖动物和其他动物的早期发育阶段有危害作用。

4、对空气质量和全球气候的影响

(1)加剧光化学烟雾问题。

(2)使地球表面的臭氧含量大大增加,进而对人体和植物造成有害影响。

(3)整个大气的氧化能力增强,对暴露于大气中的还原性物质和建筑材料产生不良影响。

(4)加剧温室效应和全球变暖。

5、对生物化学循环的影响

(1)对陆生生态系统阳光UV—B辐射会改变植物的生成和分解,进而改变大气中某些重要气体的吸收和释放。很明显,植物的初级生产力随UV—B辐射的增加而减少。

(2)对水生生态系统阳光UV—B辐射对其硫循环、碳循环和氮循环有显着影响。

四、臭氧层对建筑的影响

如前所述,随着氯氟碳化合物、哈龙广泛应用于商业用途以及人为活动所造成的含氮化合物排放量的剧增,使得大气中游离的氯、溴及氮氧化物的浓度不断上升,这些“臭氧杀手”已经对臭氧层造成了毁灭性破坏,不但地球两极的臭氧含量自21世纪70年代以来一路下降,现在连号称世界“第三极”青藏高原上的臭氧含量也向世人亮起了红灯。

在臭氧层的破坏所带来的诸多负面影响中,对建筑的影响不容忽视。有资料显示,人的一生中约有80%的时间是在建筑内部度过的。可以说建筑是人们日常接触最多、最密切的对象之一。然而,随着到达地球表面UV—B辐射的增强,使各种建筑材料也面临严峻的挑战。UV—B辐射会加速各种人造大理石、塑料、有机涂料和密封材料等功能性材料的老化速度,特别是在高温和阳光充足的热带地区,这种破坏作用更为严重。由于这一破坏作用所造成的损失估计全球每年达到数十亿美元。

随着人们生活水平的提高,对建筑的要求也不仅仅局限于内部功能的完善,要求建筑的外立面也能达到“表里如一”的境界。因此,各式各样的材料被用于建筑外立面,以期满足消费者日益提高的生活品味。但是,无论是人工聚合物、天然聚合物以及其他装饰涂料,UV—B辐射都会对它们造成不良影响。以塑料来说,阳光中UV—B辐射的增加会加速其光降解,从而降低塑料的使用寿命。因而不得不依靠向其原料中加入光稳定剂或进行表面处理的方法来降低UV—B辐射对这类建材的破坏作用。有研究结果表明,短波UV—B辐射对材料的变色和机械完整性的损失有直接影响。高分子材料的老化与键的裂解反应及键的交联反应有关。裂解反应是大分子键断裂,相对分子质量降低,使高分子化合物变软,发粘并失去机械强度;交联反应是大分子与大分子相连接,产生体型结构,使高分子化合物进一步变硬、变脆,并失去弹性。这两种反应往往同时并存。如果我们在聚合物的组分中加入光稳定剂以期望达到缓解UV—B辐射对其的破坏作用,那么有以下三个条件必须满足:①尽管到达地球表面的UV—B辐射的强度在不断增强,但是该光稳定剂的有效性不会因此而受到太大影响;②该光稳定剂自身具有抵制UV—B辐射破坏作用的功能,即其不会被增强的UV—B辐射分解掉;③必须考虑产品的成本问题和发展空间,力求真正做到经济可行。

从根本上看,通过降低建筑本身的能耗,减少氯氟碳等破坏臭氧层的有害气体的排放量,可起到缓解臭氧层被破坏的现状,进而起到保护建筑免受增强的UV—B辐射破坏的作用。众所周知,能耗是维持建筑正常运转的必要条件,而通过建筑节能和应用绿色建筑技术可以降低建筑的能耗。因此,绿色建筑的低能耗对缓解臭氧层破坏具有十分重要的意义。

国外一些发达国家早在上世纪70年代就已着手建筑节能相关技术的研究与开发,这方面所取得的成果不胜枚举。美国在1975年第一次颁布了ASHRAE(美国采暖、制冷及空调工程协会)标准90—75《新建筑物设计节能》。以此为基础,1977年12月官方正式颁布了《新建筑物结构中的节能法规》,并在45个州收到很明显的节能效果。美国国家能源局、标准局及全国建筑法规和标准大会不断地在建筑节能设计等方面提出新的内容,每5年便对ASHRAE标准进行一次修订。日本住宅金融公库早在1979年就已颁布了住宅建筑保温隔热标准,规定了建筑构件的部分热阻,并对所用各种保温材料规定了最小限度。国外其他一些发达国家也十分重视建筑节能工作,强制建筑业在新建建筑中执行节能标准,因而迄今都已取得了巨大成效,整个国家的建筑能耗大幅度下降。例如,丹麦1985年比1972年采暖面积增加了30%,但采暖建筑能耗却减少了318万吨标准煤,采暖能耗占全国总能耗的比重也由39%下降为28%。美国自从制定第一部节能标准至今,估计到2011年,在此基础上就能节约430亿美元。由此可见,国外积极推进建筑节能技术的应用与发展,30多年来已经取得了显着的社会效益和经济效益。

我国自1980年起,就组织实施建筑节能工作,制定了相应的节能技术标准;90年代初开始在全国开展建筑节能试点工程;90年代中期开始有组织地制定建筑节能政策并组织实施,制定了《建筑节能“九五”计划和2010年规划目标》,明确了中国建筑节能的政策;90年代末提出并开始实施节能50%的计划目标。伴随着2004年夏季出现全国大范围的能源紧缺,各地政府相关部门都将建筑节能提上日程,各高校和科研院所更是不遗余力地投入到这场“战役”中。例如,清华大学就组织了一批专家对建筑内部整个系统中各个能耗点进行分析,提出了有可能应用并具有较好投资回报周期的节能措施,包括冷冻水泵变频节能、冷却水泵变频节能、冷却塔节能监控、免费冷却热回收系统、变风量节能监控、系统能耗测试评估、水/风系统节能平衡调试、排风余热回收系统、水蓄冷系统、直燃机烟气余热回收、制冷主机变频节能、照明节能管理、电源品质管理系统等,基本囊括了目前建筑能源领域的节能先进技术。我国在建筑节能方面起步可能比较晚,但是,追求建筑节能的脚步却从未停止过。

五、天堂落泪,人间遭殃

酸雨,最早出现在19世纪的欧洲各国,是由英国科学家史密斯首先提出“酸雨”这一专有名词。到了现在,酸雨已发展成为世界各国的公害。酸雨是指pH5.6的降水,是大气中的酸性物质在降水过程中引起的一种酸性水,包括酸性雨、酸性雾、酸性雪、酸性露和酸性霜等。它是大气环境质量综合因素的客观反映。大气中的酸性物质有SOx、NOx、HCl、弱碱性盐类、有机酸以及由醛、酮等在复杂的大气环境演变而成的有机酸,其中对酸雨的形成起主要作用的SOx和NOx均来自于天然源和人工源。

一般说来,SOx的天然源主要包括来自海洋的硫酸盐盐雾。它是由沉积在海洋中的硫与硫化物,随着海水被风吹上陆地,经过一系列化学反应后形成SO2;另外,土壤、沼泽、坑道等地的含硫物质,在厌氧细菌的作用下,会以硫化氢的形式释放出来,在环境中经氧化后,生成二氧化硫;土壤所释放的硫酸盐进入大气后,也可成为大气中硫酸盐的来源。虽然说火山爆发也会有二氧化硫产生,但同硫的其他天然源相比,其数量是非常有限的。SOx的人工源主要是煤炭、石油等矿物燃料的燃烧、金属冶炼、化工生产、水泥生产、造纸工业以及其他含硫原料的工业生产。其中尤以煤炭和石油的燃烧过程中释放的二氧化碳数量最大,可以占到整个人为排放量的50%以上。

NOx的天然源主要是由于闪电、火山爆发、土壤和水体中的硝酸盐经微生物的活动所致的。而人为排放的氮氧化物中,有很大一部分是大气中的氮在高温下燃烧时产生的。矿物燃料中的含氮物质在燃烧时也会产生氮氧化物,而且燃料中的含氮量越高或燃烧时的过量空气越多,在高温下燃烧时生成的NOx量也越多。在硝酸、氮肥、苯胺染料与合成纤维的生产过程中,也会排出NOx。另外,汽车和飞机尾气中的NOx,也成为NOx人工源的重要组成部分。Soderland和Svensson两位学者通过研究提出,天然源与人工源排放的NOx量的比值范围约为1:1~4:1或5:1。虽然NOx天然源的排放量高出人工源,但是由于天然源的NOx大部分又被重新吸收,只有大概20%左右排入大气层,且天然源NOx是分布在全球的空间、地面与地下,与人工源NOx集中分布在城市和工业密集区有本质不同,因此,还可认为人工源NOx对酸雨的形成影响较大。

迄今,虽然人们认为排放的SOx和NOx是形成酸雨的主要物质,但是在排放的污染物与降水酸度之间的定量因果关系上,科研人员正在进行相关研究。这种情况是由一系列物理和化学过程十分复杂的性质所造成的,而这些过程对于组成酸雨物质混合物的转化、迁移和沉降具有直接影响。

世界最严重的三大酸雨区是西北欧、北美和中国。我国自1979年开始的酸雨监测资料表明,我国南方大部分城市和地区都普遍出现过酸雨,长江以北地区的一些城市也出现过酸雨,例如青岛、图们等。我国.酸雨大致分布在长江以南,按降水pH值来划分,大致可以分为四川盆地、黔中地区、湘鄂赣地区、沪杭地区、闽粤沿海地区等。从酸雨污染形态来说,以点源为多,中长距离输送少。以长沙、赣州为代表的华中地区,已经成为全国酸雨污染最严重的地区;而历来就是酸雨重灾区的西南地区,酸雨污染程度近年来有所缓解,但仅次于华中地区。以南京、上海、厦门为代表的华东沿海地区,该地区酸雨污染强度较华中、西南地区弱,但由于范围较广,也成为我国一个主要的酸雨区。华南地区的酸雨主要分布于珠江三角洲及广西的东部地区。以青岛、图们等地为代表的北方地区,近年来频频出现酸性降水,未来形势严峻。在空间分布上,我国的酸雨危害是南方重于北方,大中城市重于小城市,市区重于郊区;在时间分布上,我国南方地区一般是冬、春季节酸雨出现频率较高,降水的酸度也较高,而夏、秋季节酸雨频率和降水酸度相对较低。

酸雨给地球生态环境和人类社会都带来严重的影响和破坏。研究表明,酸雨对农业、水生生态系统、森林、建筑物和材料、名胜古迹等以及人体健康均带来严重危害,不仅造成重大经济损失,更危及人类生存和发展。

酸雨对农业的影响主要体现在使土壤酸化,肥力降低。在酸雨的作用下,土壤中的营养元素钾、钠、钙、镁会释放出来,并随着雨水被淋溶掉。所以,长期的酸雨会使土壤中大量营养元素被淋失,造成土壤中营养元素的严重不足,从而使土壤变得贫瘠;能够使有毒物质毒害作物根系,杀死根毛,导致作物发育不良或死亡。

酸雨对水生生态系统的影响主要体现在水体酸化、对水生植物及其他水生动物的影响几个方面。这几个方面呈明显的因果关系,随着水体的酸化,水生生态系统的结构和功能也随之发生变化,从而对其中水生植物和其他水生生物产生影响和危害。

酸雨对森林的影响在很大程度上是通过对土壤的物理化学性质的恶化作用造成的。根据国内对105种木本植物影响的模拟实验,当降水pH值小于3.0时,可对植物叶片造成直接的损害,使叶片失绿变黄并开始脱落。叶片与酸雨接触的时间越长,受到的损害越严重。野外调查表明,在降水pH值小于4.5的地区,马尾松林、华山松和冷杉林等出现大量黄叶并脱落,森林成片衰亡。例如,重庆奉节县的降水pH值小于4.3的地段,20年生马尾松林的年平均高生长量降低50%。

酸雨对人体的影响主要表现在以下三个方面:一是使铅等重金属离子通过食物链进入人体,从而诱发癌症、老年痴呆等疾病;二是酸雾的微粒可以侵入肺部组织,引起肺水肿甚至导致死亡;三是在含酸沉降的环境长期生活的人,患动脉硬化和心梗等疾病的概率将会大大提高。

六、酸雨的形成与危害

酸雨对建筑的影响主要体现在对建筑材料的破坏。酸雨能够破坏各种建筑材料,加速金属和岩石的腐蚀。下面拟从金属建筑材料和非金属建筑材料两个方面阐述酸雨对建筑的影响。