建筑节能与环境保护研究

仇月冬

摘 要:建筑节能有利于节约资源,节省能源,减少建筑对环境的影响和破坏。

关键词:建筑节能;温室效应;大气质量变差;环保建材;能源的综合利用

中图分类号:TU111.19+5文献标识码:A文章编号:1672-3198(2009)18-0281-01

1 概述

我国能源环境与世界能源问题相比更为严峻,一方面我国人均能源可采储量远远低于世界平均水平,而且能源消耗巨大。以建筑能耗为例,建筑能耗大体占到全国总能耗的30%—40%,是发达国家的2—3倍以上。我国人均耕地只占世界的1/3,而实心粘土砖每年毁田达12万亩;我国水资源仅为世界人均占有量的1/4,而卫生洁具耗水量高出发达国家30%以上,污水回水率仅为发达国家的25%;钢材、水泥等物耗水平也要比发达国家高出10%—30%。

国务院发展研究中心所作的一份研究报告认为,现阶段随着国民经济的持续发展和城乡建设的加快,我国住宅建设日益扩大。据推测,到2015年,城镇50%以上的建筑将是21世纪内建造的。因此,有效的降低建筑业的能源资源消耗,减少建筑行业造成的环境污染,将对整个社会可持续发展起着至关重要的作用。

2 环境污染状况

2.1 温室效应

目前已发现有30多种气体能够引起温室效应,其中较为主要的有CO2,CH4,O3,CO,N2O、水蒸气、二氯乙烷、四氯化碳及氟氯烷等。温室效应引发全球变暖所带来的影响和危害主要有几个方面:海平面上升;全球降雨不均衡,有的地区发生洪涝、有些地区发生干旱;影响大气环流,出现异常天气情况,造成农作物歉收;快速的气候变化造成大量物种的灭绝,对生物产生多样化影响;全球变暖造成生态系统和环境的变化,引起传染病的流行,危害人类健康。

2.2 臭氧层破环

臭氧层能有效地阻止大部分有害紫外光通过,而让可见光通过并达到地球表面,为各种生物的生存提供必要的太阳能。而当前人类的活动正在使臭氧层遭到几乎毁灭性的破坏,人工合成的含有氯、氟的一些物质,尤其以氟利昂和哈龙,对臭氧层的破坏最大。臭氧层遭到破坏会带来严重的后果,主要在以下几个方面:使人体免疫机能下降,增加患皮肤癌、白内障的概率;过量的阳光造成农作物减产,森林的退化;海洋生态系统遭到破环;加剧温室效应和全球变暖。

2.3 酸雨

酸雨是指pH<5.6的降水,是大气环境质量综合因素的客观反映。对酸雨形成起主要作用的Sox和Nox均来自于天然源和人工源,尤其以煤炭和石油燃烧过程中释放的二氧化碳,矿物燃料中含氮物质燃烧时产生氮氧化物,以及汽车、飞机的尾气,都产生Nox。

酸雨对农业的影响主要造成土壤酸化,肥力降低;酸雨会造成水体酸化,破坏水生生态系统;酸雨还会造成植物黄叶并脱落,森林成片衰亡;同时,酸雨会危害人体健康,诱发癌症、老年痴呆等疾病,使人患动脉硬化、心梗、肺水肿的概率大大提高。

3 建筑产业对环境的影响和破坏

建筑环境是人类活动对资源影响的一个非常明显的例子。世界1/6净水供应给建筑,建筑消耗掉1/4的木材,消耗掉2/5的材料与能量。全球的建筑相关产业消耗了地球能源的50%,水资源的50%,原材料的40%,同时产生了42%的温室气体,50%的水污染,48%固体废弃物,50%的氟氯化合物,同时建筑结构也影响水域、空气质量以及社会群体的结构等较大的范围。

4 建筑维护结构的节能

4.1 墙体的设计

外墙传热在建筑物总体传热中所占的比例最大,当前我国大多采用保温节能墙体,分为三类:外墙外保温、外墙内保温、中空加芯复合墙体。

其中外保温具有适用范围广、保护主体结构延长建筑寿命、减少热桥、扩大使用面积等特点,外保温技术的运用推广得到了很大发展,较为成熟的外保温技术有:EPS薄抹灰外墙外保温系统、胶粉EPS颗粒保温浆料外墙外保温系统、EPS板现浇混凝土外墙外保温系统、EPS钢丝网架板现浇混凝土外墙外保温系统、机械固定EPS钢丝网架板外墙外保温系统。

4.2 门窗的设计

节能门窗要有良好的隔热保温性能,夏季能阻止热量进入室内,冬季能阻断室内热量传出室外。目前具有较好效果的节能门窗主要有:塑料门窗、铝木复合门窗、玻璃钢门窗,以及采用发展注胶段热冷桥技术。

5 建筑供热系统的节能(以居住建筑为例)

建筑节能包括了两个系统工程,即建筑本身工程节能,和建筑供能系统的节能。而现在许多的“节能建筑”只是围护结构热工性能满足规范节能设计要求,而并不能称其为节能建筑。

建筑不仅应具有良好的围护结构热工性能,还要有优化的供能系统,两者结合组成一个有机系统工程,这个系统能有效运行的关键在于供能可调性。例如在集中供热住宅中,实行供热热量计量,用户根据自己需要调控室温;在有,可在建筑中设置太阳能利用装置,冬季当室内太阳得热能补充室温时,室内可调供热系统就能减少对常规热源的使用。

6 能源的综合利用和新能源的开发

6.1 太阳能的利用

太阳能作为一种可持续利用的清洁能源,被认为是21世纪以后人类可期待的、最有希望的能源,并得到了国际社会的普遍重视。太阳能热利用的两个主要方面在于太阳能热水器与太阳能建筑。

6.2 地热的综合利用

(1)空气源热泵是在供热工况下将室外空气作为低温热源,从室外空气中吸收热量,经热泵提高温度送入室内供暖。空气源热泵系统简单,初投资较低。空气源热泵的主要缺点是在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降低,其不适用于寒冷地区,在冬季气候较温和的地区,已得到相当广泛的应用。

(2)地源热泵系统是利用较深地层中未受干扰常年保持的恒温,其远高于冬季的室外温度,又低于夏季的室外温度,可以克服空气源热泵的技术障碍,且效率大大提高。在地源热泵系统中,冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热,同时使大地中的温度降低,储存了冷量,可供夏季使用;夏季通过热泵把建筑中的热量传输给大地,对建筑物降温,同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。

(3)地表水热泵系统是在靠近江河湖海等大量自然水体的地方,利用这些自然水体作为热泵的低温热源而设计的一种空调热泵的形型式。但是,这种地表水热泵系统也受到自然条件的限制,同时这种热泵的换热对水体中生态环境也会造成一定程度的影响。

(4)地下耦合热泵系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭的地下埋管中的流动,实现系统与大地之间的传热。在冬季供热过程中,流体从地下收集热量,再通过系统把热量带到室内;夏季制冷时逆向运行,即从室内带走热量,再通过系统将热量送到地下岩土中。地下耦合热泵系统保持了地下水热泵利用大地作为冷热源的优点,同时又不需要抽取地下水作为传热的介质,是一种可持续发展的建筑节能新技术。

6.3 风能及其他能源利用

从广义角度来讲,生物质能、风能、波浪能、水能等都来自太阳能。随着技术的进步和生产规模的扩大,今后,风力发电、生物质能等可再生能源的利用技术有望成为替代能源。