浅谈低碳建筑先进技术

倪 韬

0 引言

随着人类社会的发展,人们的日常生活越来越多的依赖于各种能源。从《京都议定书》签订以来,全球的CO2排放量增长了25%,能源消耗在急剧膨胀导致整个世界范围内的生态环境退化、破坏。地球温度升高冰川融化海平面上升,人类正面临着气候变化失控的威胁,无论是发达国家还是发展中国家都在制定相应的立法,以减少CO2和SO2等温室气体的排放。

建筑业的能源消耗(包括建设、使用、取暖、制冷等)占总能源消耗的40%以上,随着中国经济继续高速发展,中国正处在高速的城市化进程中,要实现每年国内产生的CO2总值在2020年达到比2005年削减40%～45%的水平。建筑业的作用至关重要。

1 建筑技术发展现状

由于碳排放量逐年增加,温室效应越来越明显,其对生态环境、人类生活的影响日益显现。世界各国纷纷出台低碳建筑的规范。在英国,《建筑规范》将建筑物的预计CO2排放量和CO2目标排放率(TER)的计算被纳为关键指标之一。目标是设法通过建筑环境实现显著减排。

在美国加利福尼亚州,“加州绿能建筑标准”(Calgreen)将于2011年1月正式生效。未来加州新建建筑必须减少20%的水消耗量,50%的建筑基地废土必须有效重新利用,并安装低污染设备。

在欧洲国家不仅重视低碳、零碳的设计,同时还重视对建筑使用者的行为进行规范,欧洲五所著名大学建立贝叶斯网络模型充分说明,要实现低碳、零碳目标需要建筑的使用者树立低碳、零碳的生活理念。

2 各种低碳技术介绍及相关案例分析

在2010年上海世博会上,汉堡兴建一栋体现高水平环保技术、融住宅与商用功能于一身的示范性节能建筑。其设计风格融合了传统和现代的汉堡元素,遵循了被动房屋节能建筑原则。采暖需求低于15 kWh/(m2◦年),一次能源需求也将低于50 kWh/(m2◦年)。充分利用了阳光、人体、室内电气、照明等被动热源。堪称被动式房屋的典范。

由成功大学建筑研究所与石昭永建筑师合作设计的台达南科厂,以3年连续节能34.5%的成效荣获“钻石级绿色建筑标章”的殊荣。台达南科厂坚持亚热带风土设计,坚持适当开窗与深遮阳的亚热带建筑表现,因而能达到最有效建筑节能设计。据统计台北的室外温度高于31℃的时间是比较短的,平均每年只有701 h,因此特别设计了一个热压式通风的中庭,因而在11月～4月完全停止空调运转,这是达到节能34.5%的主要原因之一,充分利用省水器材及雨水收集系统,总共节约用水约50%以上。同时设置系统容量21.6 kW 的单晶光电板,以发电效率2.5 kWh/(kW◦d)计算,全年总发电量为19710 kWh,约占全栋工厂用电量的1.0%。采用太阳能热水系统及多样化的生态设计,设置了3处生态水池,以半渗透的池底结构、多孔隙的自然护岸与丰富的水岸植物,形成良好的水岸生态系统。

英国伊丽莎白教学楼应用建筑结构热块(Building Thermal Mass)方法,其原理是利用外露吸热材料白天和夜晚的温度变化,保持温度平衡。这些材料在白天温度高的时候吸收多余的热量,到晚上室内没有人的时候利用室内空气的流通将积蓄的热量排出建筑物,为解决夏天室内温度过高的问题,让新风首先在预制楼板中循环,然后进入房间,实现通风。利用预制板上的空心孔作为通风管道,新风首先在预制楼板中循环吸收楼板中散发的热量,使得进入室内的空气接近室内温度然后进入房间,通过建筑物后排出。在冬季利用同样的方法,借助高效(＞90%)热回收装置进入排风中回收热量,从而完全成功地摆脱对分布式供暖系统的需求。

3 国内外先进技术的借鉴和推广意义

世界上正在掀起低碳建筑之风,碳交易也在悄然兴起,值此之际,我们必须放眼未来,取人之长补己之短。

3.1 紧跟时代脉搏建立我国的建筑评估系统

在金融领域,美国的标准普尔等三大金融评级机构垄断了金融市场的评级业务,掌握世界金融资产的定价权,在金融市场上呼风唤雨,碳交易在全球范围悄然兴起,各国纷纷建立低碳建筑的标准及评级体系,如美国西雅图的制度——能源与环境设计(Leadership in Energy and Environment Design,LEED)的标准,因此,建立健全和完善我国的建筑评估系统是当务之急,在建筑评估领域占有一席之地,把握“碳黄金”的定价权,否则我们的经济可持续发展就会受到阻碍,经济崛起就会付出巨大的代价。所以我们必须借鉴国外先进经验建立完善建筑评估系统,来推动“低碳”“零碳”建筑的发展。

3.2 结合我国地理环境因地制宜实现低碳建筑

我国地域辽阔南北方气候差异较大,应借鉴台达南科厂的经验,根据结合不同地区进行建筑设计,在北方由于冬季室内外温度差异较大更应注意围护结构的气密性、保温性设计,减少热能损失,降低取暖能耗。在南方室内外温度差异较小,更应注重窗户通风及遮阳设计,降低夏季制冷能源消耗。同时利用太阳能光伏板(BIPV)和太阳能电热供水系统,为使用者提供电能和热水降低能耗。利用雨水收集系统收集雨水加以利用,节约用水。根据不同区域位置设计不同朝向最大限度的利用自然条件,实现建筑节能。

3.3 结合国外经验推行“被动建筑”原则

我国人口众多,消费水平相对不高,节能技术相对落后,因此一方面控制建筑成本,一方面不失时机的推行低碳建筑是我们唯一的选择,因此我们应借鉴国外“被动建筑”原则,应用建筑结构热块(Building Thermal Mass)方法,利用新型材料的物理状态可以随室内温度而变化的特点,结合楼板孔建立通风系统,平衡室内温度,达到降低能源消耗的目的。

3.4 结合贝叶斯网络模型推行全民可持续发展低碳建筑教育

从贝叶斯网络模型(Bayesian Belief Network)可以知道,要实现低碳、零碳建筑是一个“全生命周期”过程,不仅仅是建筑设计、建筑建造的问题,而建筑物的使用过程对节约能源减低碳排放是至关重要的,建筑物使用者的生活习惯方式、低碳意识更是重中之重,为此我们要不失时机的长期开展全民的低碳意识、低碳生活方式教育,才能逐步实现低碳建筑,实现节能减排目标。

综上所述,我们只有认真学习、借鉴先进的低碳建筑技术理念,不断创新。不断提高节能减排意识,保持低碳生活方式,推行低碳建筑,才能实现节能减排目标,在低碳建筑、低碳经济的竞争中立于不败之地。

[1]王文静,周云旭.零碳城市相关理论研究[J].山西建筑,2009,35(22):20-21.

[2]施彭格勒—维朔勒克,迪特尔特—罗伊姆许塞.2010上海世博会汉堡之家[J].建筑设计,2003(10):40-41.

[3]陈 冰,康 健.综合视角的研究与发展[J].英国低碳建筑,2001(8):15-17.