節(jié)能減排,圖書館建筑的未來之路——中小型圖書館低碳建設(shè)一談

江西省泰和縣圖書館

〔江西省泰和縣 343700〕 李明華*

2009年末,《2012》喚醒了我們對于地球變暖的憂患意識。同樣在 2009年末,聯(lián)合國氣候變化峰會在丹麥哥本哈根召開,這次會議被稱為“拯救人類的最后一次機會”。在這次會議上,低碳概念重又升溫。人們深刻地意識到,在國家、政府層面外,每個地球公民能做的即是減少碳排放,低碳建筑已逐漸成為國際建筑界的主流趨勢。

中小型圖書館與大型圖書館相比,有諸多方面的相同之處,即同樣是一個地方的標(biāo)志性建筑,同樣是一個地方的文明程度的象征,同樣是公共性建筑。所以,在建筑的節(jié)能方面同樣要遵循國家的要求、順應(yīng)時代的發(fā)展,在建設(shè)過程中同樣要重視環(huán)境的影響,不能因為地小而忽視節(jié)能,不能因為錢少而放棄節(jié)能。積少成多,一群不低碳的中小型圖書館對環(huán)境的危害常常要大于一個不低碳的大型圖書館,所以我們不能忽視中小型圖書館在建設(shè)中的節(jié)能誤區(qū)。

一、中小型圖書館低碳建設(shè)的重要意義

(一)中小型圖書館低碳建設(shè)是圖書館生存和可持續(xù)發(fā)展的必然要求

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,中國每建成 1平方米的房屋,約釋放出0.8噸碳。我國建筑采暖、空調(diào)、通風(fēng)、照明的能耗占全國總能耗的 30%左右,研究者的保守預(yù)計是到 2010年,我國的碳排放量將比2000年增加 6億噸。我國是一個發(fā)展中國家,經(jīng)濟的快速增長和能源相對短缺的現(xiàn)象會長期存在?，F(xiàn)代圖書館建筑能耗是傳統(tǒng)圖書館的數(shù)倍,圖書館建筑節(jié)能不僅是一種社會責(zé)任,同時也關(guān)系到圖書館自身的生存和發(fā)展。中小型圖書館因為經(jīng)費的原因,更需要重視后續(xù)營運成本。如果我們在圖書館建筑中盲目攀比,不注意節(jié)能,不僅“人頭費”吃“書費”會產(chǎn)生,而“電費吃書費”的現(xiàn)象就更會產(chǎn)生。在我國現(xiàn)在有相當(dāng)部分現(xiàn)代圖書館在建設(shè)伊始就是能耗大戶,如深圳圖書館每月電費 60多萬元、東莞圖書館每年電費數(shù)百萬元、上海大學(xué)圖書館夏季每天空調(diào)費 1萬元等,給國家和各級圖書館帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。

(二)中小型圖書館低碳建設(shè)是現(xiàn)代社會對圖書館的必然要求

近年來,我國政府提出了加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重大戰(zhàn)略構(gòu)想,不斷強化應(yīng)對氣候變化的措施,先后制定了一系列促進節(jié)能減排的政策和目標(biāo)。早在 2005年 4月,建設(shè)部就發(fā)布了《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 50189-2005),對公共建筑的節(jié)能設(shè)計提出了具體的要求。2009年9月,胡錦濤同志在聯(lián)合國氣候變化峰會上發(fā)表講話,第一次就氣候變化問題闡述中國立場,講話中承諾,中國將繼續(xù)采取有力措施,爭取到2020年單位GDP的二氧化碳排放比2005年有顯著下降。2009年11月,國務(wù)院常務(wù)會議提出 2020年單位 GDP的二氧化碳排放比2005年下降40%～ 45%,并作為約束性指標(biāo)納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃。按照這個目標(biāo),中國將從各方面推出節(jié)能減排措施,加強節(jié)能減排監(jiān)管。在這種大背景下,不管從順應(yīng)形勢,還是從對人類的身心健康出發(fā),還是從節(jié)約經(jīng)濟出發(fā),作為傳播人類知識文明的公共建筑之一的圖書館,在建筑節(jié)能方面都要注重節(jié)能減排,理應(yīng)走在社會前列。

(三)中小型圖書館低碳建設(shè)是圖書館建筑發(fā)展的必然要求

城市建設(shè)中“節(jié)能降耗”首先就要從建筑節(jié)能做起,建筑領(lǐng)域存在的奢華之風(fēng)必須被停止。溫家寶總理在第十一屆全國人大一次會議上所作的政府工作報告中對于節(jié)能減排工作提出了一系列新要求,要“完善和嚴(yán)格執(zhí)行建筑標(biāo)準(zhǔn),大力推進墻體材料革新和建筑節(jié)能”,要“實施節(jié)能減排重大技術(shù)和示范工程”,要“大力發(fā)展節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)和環(huán)保業(yè),開發(fā)風(fēng)能、太陽能等清潔、可再生能源”,要“完善能源資源節(jié)約和環(huán)境保護獎懲機制”,要“執(zhí)行節(jié)能減排統(tǒng)計監(jiān)測制度,健全審計、監(jiān)察體系、加強執(zhí)法力度,強化節(jié)能減排工作責(zé)任制”。從古代圖書館“以藏為主”的建館理念,到“以人為本、以用為主”的設(shè)計理念,嚴(yán)格劃分的借、閱、藏三大空間被打破,取而代之的是不帶天井、形狀方整、柱網(wǎng)統(tǒng)一的塊狀布局的模數(shù)式圖書館。模數(shù)式圖書館在一段時間成了現(xiàn)代圖書館建筑的代名詞,然而這種建筑形式的缺陷在于其封閉性,過分地依賴空調(diào)系統(tǒng)和人工照明,造成能耗高、經(jīng)濟性差。

(四)中小型圖書館低碳建設(shè)是國家對圖書館等公共建筑的強制要求

2008年 10月 1日,我國以 《公共機構(gòu)節(jié)能條例》和 《民用建筑節(jié)能條例》為標(biāo)志,邁出了建筑節(jié)能的步伐。前者要求 “公共機構(gòu)新建建筑和既有建筑維修改造應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計、施工、調(diào)試、竣工驗收等方面的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)”,鼓勵和扶持在新建建筑和既有建筑節(jié)能改造中采用太陽能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉?。隨后,湖北、山西、陜西、重慶、深圳、沈陽、大同等省市結(jié)合本地區(qū)實際,紛紛出臺了建筑節(jié)能條例。2010年 1月12日,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部副部長仇保興接受《經(jīng)濟日報》記者采訪時說：“我國正在建筑行業(yè)推行建筑節(jié)能強制性標(biāo)準(zhǔn)和綠色建筑能效標(biāo)準(zhǔn),對公共建筑的節(jié)能要求將實行節(jié)能65%的更高級別的強制性標(biāo)準(zhǔn)。我國將實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)和節(jié)能模式的雙跨越,到2020年我國城市的大部分既有建筑都將完成節(jié)能改造,綠色建筑的比率將大幅上升。”2008年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部與發(fā)改委發(fā)布的《公共圖書館建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(建標(biāo) 108-2008)中就明確指出,公共圖書館在建設(shè)中必須“以人為本,科學(xué)規(guī)劃,規(guī)模適當(dāng),功能優(yōu)先,經(jīng)濟適用,環(huán)保節(jié)約”。

二、中小型圖書館低碳建設(shè)的制約因素

(一)建筑師設(shè)計理念的影響和地方政府、圖書館自身的影響

建筑既是科學(xué)也是藝術(shù)。建筑師不能一味地追求建筑的藝術(shù)性,就圖書館建筑而言,它首先是功能建筑,外形要服從功能,經(jīng)濟、適用、節(jié)能應(yīng)成為圖書館建筑師設(shè)計時的主要理念。但建筑師設(shè)計理念與圖書館專家的設(shè)計要求往往難以統(tǒng)一。近幾年,我國建筑師受西方建筑學(xué)的影響較大,西方一些建筑大師也把中國作為各種建筑新理念的實驗場,而且建筑設(shè)計師通常把每個建筑都會當(dāng)作自己的美術(shù)作品,更何況圖書館是一個城市的標(biāo)志性文化建筑,所以他們會更多地考慮建筑物外觀給人們的視覺沖擊力,希望有震撼人心的外觀效果,在建筑設(shè)計中追求抽象的理念較多,而對建筑物是否實用、節(jié)能考慮的較少。根據(jù)統(tǒng)計,我國的大型公共建筑每平方米的年耗電量是普通居民住宅的 10倍～ 20倍,是歐洲、日本等發(fā)達國家同類建筑的1.5倍～ 2倍。地方政府部門常常把圖書館建筑作為一個城市品位提升的象征,所以他們給建筑師的第一要求是好看、漂亮,而對功能、環(huán)境的影響、能耗等諸多方面要求并不高,反而可能因為經(jīng)濟的原因緊縮這方面的預(yù)算。而中小型圖書館的管理人員,或因為人微言輕,或因為自身對此了解不夠的原因,而在圖書館設(shè)計建設(shè)過程不能有效諫言。

(二)資金的制約

低碳建筑雖然要增加建筑的成本,大約比普通建筑提高造價近 10%,但只需 5年到 7年,通過節(jié)能就可收回投資。10%的造價在多數(shù)人眼里并不高,但許多建筑均未能按節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進行建設(shè),這主要存在以下原因：一是在建圖書館時,大多數(shù)單位資金比較緊張,中小型圖書館因為地方財力的限制,資金壓力較大;二是10%是對整體造價而言的,而業(yè)主討論研究問題時是對局部的結(jié)構(gòu)和材料選擇而言的。以玻璃幕墻為例,采用 Low-E玻璃和采用一般玻璃價格相差近 1倍。所以,節(jié)能建筑往往理念倡導(dǎo)的多,真正落實的少。廣州大學(xué)城在建設(shè)時指揮部專門請華南理工大學(xué)的建筑節(jié)能研究中心的孟慶林教授擬定了節(jié)能規(guī)范,如圖書館的玻璃墻建議選用 Low-E玻璃,墻體選用空心磚等,但多數(shù)業(yè)主限于資金問題并未嚴(yán)格執(zhí)行這一標(biāo)準(zhǔn)。

(三)缺乏有效的監(jiān)管

建筑節(jié)能工作開展這么多年來之所以收效甚微,有經(jīng)濟方面的原因,也有監(jiān)督執(zhí)行不力的情況,一些地區(qū)有法不依,有標(biāo)準(zhǔn)不執(zhí)行的情況相當(dāng)普遍。業(yè)主、建筑設(shè)計單位和施工單位本身應(yīng)該重視建筑節(jié)能問題,自覺執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),但監(jiān)管是否到位也是節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)能否順利推行的關(guān)鍵。國家、省級和高校圖書館建筑因為工程龐大而為人們矚目關(guān)注,一些建筑的誤區(qū)而為人們所詬病的較多,所以一些制度得以遵守,而中小型圖書館因為工程小或位置偏僻不為人所知,工程進展沒有公開性,國家的強制性標(biāo)準(zhǔn)常得不到遵守,監(jiān)督也不能有效執(zhí)行。

(四)舒適的閱讀環(huán)境和能耗之間的平衡

在舒適與能耗之間保持平衡,是一個很難把握的尺度,往往顧此失彼。由于追求舒適的閱讀環(huán)境,致使能耗增加?，F(xiàn)代圖書館強調(diào)“以人為本”,追求讀者到館率,并且為使其感到舒適、滿意而不斷改善服務(wù)環(huán)境。例如,為了方便讀者使用而采用大開間格局,為了保證安靜舒適環(huán)境而采用封閉式建筑,大量依靠空調(diào)、機械通風(fēng)、人工照明、隔音系統(tǒng),從而使圖書館的能耗持續(xù)增加。

三、中小型圖書館低碳建設(shè)必須重視的幾個問題

(一)建筑設(shè)計要體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保意識,崇尚自然通風(fēng)采光理念

中小型圖書館建筑設(shè)計應(yīng)崇尚自然通風(fēng)采光理念,將節(jié)能環(huán)保結(jié)合到設(shè)計中,在吸收傳統(tǒng)藏書樓干燥、通風(fēng)、向光、隔音等良好建筑傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上,運用先進建筑設(shè)計技術(shù)及理念,采用先進節(jié)能環(huán)保材料,使圖書館建筑達到經(jīng)濟節(jié)約和實用的最大統(tǒng)一,適應(yīng)現(xiàn)代圖書館管理模式,從過去以功能、空間為單一目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨δ堋⒖臻g、環(huán)境、資源并重的雙重目標(biāo),體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

1.體形設(shè)計上重視節(jié)能環(huán)保意識。合理的體形設(shè)計能夠減少館舍與外界的熱量交換,在其他條件相同時,體形系數(shù)越大,單位建筑面積所分擔(dān)的熱散失越大、能耗越多。研究資料表明,體形系數(shù)每增加0.01,耗熱量指標(biāo)約增加 2.5%,體形系數(shù)一般宜控制在 0.30以下,館舍外形設(shè)計宜簡潔、完整,避免復(fù)雜輪廓線,外表面積越小,熱交換量就越少,設(shè)計時還應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)拈L寬比,對面朝南的建筑來說,一般長寬比越大,得熱越多;但隨著朝向的變化,其得熱量會逐漸減少。南京工程學(xué)院逸夫圖書信息中心層高為4.5米,外形平滑且規(guī)則。

2.空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計。據(jù)統(tǒng)計,人們80%以上的時間在建筑物室內(nèi)度過,這些建筑物的空調(diào)系統(tǒng)能耗驚人,采用中央空調(diào)系統(tǒng)的圖書館空調(diào)能耗占圖書館總能耗的 50%～ 60%。因此,選擇采用合理節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)是圖書館能否節(jié)能的關(guān)鍵。實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能,從以下幾個方面入手：

●合理利用自然風(fēng)能。風(fēng)能是一種取之不盡、用之不竭的自然能源,具有零成本,綠色環(huán)保等特點。圖書館設(shè)計時,應(yīng)因地制宜,充分利用自然通風(fēng),降低空調(diào)排風(fēng)換氣的能耗,依靠自然通風(fēng)營造舒適的室內(nèi)環(huán)境,為讀者提供良好的閱讀條件。

●采用地源 /水源熱泵新型節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。如江蘇尚德生態(tài)大樓和南京工程學(xué)院逸夫圖書信息中心就采用了該技術(shù)。南京工程學(xué)院逸夫圖書信息中心充分利用校園內(nèi)的湖泊資源,將天印湖的水作為可再生資源應(yīng)用于本工程空調(diào)系統(tǒng)中,使用節(jié)能、環(huán)保、可再生的地表水熱泵系統(tǒng)作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源,使該工程在保證建筑物使用者舒適的前提下進一步降低供應(yīng)能耗。這種利用天然湖水作為可再生資源的中央冷熱源系統(tǒng),被列入建設(shè)部節(jié)能示范工程,技術(shù)上處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

●采用太陽能空調(diào)熱水系統(tǒng)。太陽能空調(diào)熱水系統(tǒng)利用太陽能集熱器產(chǎn)生熱水,可全年提供生活用熱(采暖及熱水),夏天還可以用熱水作為能源,推動一種兩級吸收式制冷機制冷,供空調(diào)使用。采用太陽能空調(diào)熱水系統(tǒng),可避免采用常規(guī)不可再生能源,達到節(jié)能、環(huán)保的目的。

●采用中央空調(diào)變頻節(jié)能技術(shù)。在現(xiàn)有中央空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)和 DDC控制技術(shù),將空調(diào)主機、風(fēng)機、水泵的定流量運行,改為變流量運行 ,如 VRV(變冷媒量 )、 VAV(變風(fēng)量 )和VWV(變水量),可節(jié)省大量的電能支出。當(dāng)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時,通過采集一組參數(shù)值,經(jīng)模糊運算,及時調(diào)節(jié)制冷壓縮機、循環(huán)水泵和風(fēng)機的運行工作參數(shù),從而改變空調(diào)主機工作狀態(tài)、冷凍水和冷卻水流量,改變盤管風(fēng)機和冷卻塔的風(fēng)量,確保空調(diào)主機始終工作在效率最佳狀態(tài),使供回水和進出水溫度趨于設(shè)定值。

3.照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計。照明用電在圖書館用電中雖不能與中央空調(diào)系統(tǒng)相比,但在圖書館用電中仍占了20%～30%。要節(jié)省照明用電需在幾個方面下功夫：

一是加大自然采光通風(fēng),減少圖書館白天用電。在館舍設(shè)計時,應(yīng)融入天井設(shè)計 ,充分利用頂光,利用多重反射將頂光反射到室內(nèi)進深的部位。窗戶應(yīng)采用推開式或“埋入墻內(nèi)”式 ,特別是采用雙層玻璃的窗戶,這樣可以擴大陽光射入房內(nèi)的光。如巴黎阿拉伯文化中心的設(shè)計即采用了光電感應(yīng)技術(shù),根據(jù)太陽光的強弱自動調(diào)整玻璃窗開啟部分的大小、以達到最佳照度,最大限度地利用自然光、自然通風(fēng)。上海世博中心那6朵“喇叭花”就貫穿世博中心各層建筑平面,可將傾瀉而下的自然光、流動的空氣引入建筑內(nèi)部和地下空間,這是世博節(jié)能的一個起點。

二是大量采用 LED燈等節(jié)能燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)的白熾燈。 LED燈具有高效節(jié)能(一千個小時僅耗數(shù)度電 )、超長壽命 (5萬小時)、健康 (不輻射紫紅外線)、綠色環(huán)保(不含汞和氙等有害元素)、保護視力(直流驅(qū)動,無頻閃)等優(yōu)點,是新一代固體冷光源,已經(jīng)成為繼白熾燈、熒光燈之后人類的第三次光源革命。上海世博中心就采用了大量新型節(jié)能的 LED燈照明。

三是采用智能照明技術(shù),避免全開、全關(guān)的電路設(shè)計。如江蘇尚德生態(tài)大樓采用 Luxmate Professionl Series先進智能照明系統(tǒng),實現(xiàn)樓宇的完全智能化照明控制。如河北建筑工程學(xué)院圖書館閱覽室,采用分層、分段電路設(shè)計,將圖書按照使用頻率分區(qū)擺放,依據(jù)讀者的需求合理布局燈光,在保障充足的光線的前提下,最大限度地節(jié)約了電能。

四是采用新型電力系統(tǒng),如光伏一體化技術(shù)。江蘇尚德生態(tài)大樓采用了單體光伏幕墻,裝機容量達710千瓦,光照充足條件下光伏系統(tǒng)日發(fā)電量最高可達2 380度。發(fā)達國家的圖書館大都采用了太陽能電池照明系統(tǒng),如西班牙的龐普?法伯拉公共圖書館,其照明系統(tǒng)由BP公司的太陽能電池提供電力支持。上海世博中心屋頂太陽能總裝機容量達1.0兆瓦。中小型圖書館能耗中電力占首位,所以采用新型電力系統(tǒng)可解決后續(xù)的電力消耗,達到完全自給。

4.設(shè)計時要保持合理的窗墻比。合理的窗墻比是自然采光、通風(fēng)和降低熱輻射的保證。按照節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),公共建筑的窗墻比不應(yīng)大于 0.7、小于 0.4?？梢?光的透射比不應(yīng)小于0.4。近年來,圖書館建筑中廣泛使用玻璃幕墻,作為現(xiàn)代建筑的元素,幕墻的使用令圖書館的建筑形象更具表現(xiàn)力,內(nèi)部也更加通透、明亮。但部分圖書館建筑設(shè)計中存在著幕墻比例偏高的現(xiàn)象,特別是隱框幕墻,通風(fēng)效果差,大量的熱輻射使南方的一些圖書館在冬季仍然要開空調(diào)。如廣州大學(xué)城內(nèi)的廣東工業(yè)大學(xué)圖書館,四面墻幾乎均采用幕墻結(jié)構(gòu),窗墻比例明顯偏高,加上大堂面積大、挑空高,空調(diào)浪費的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

(二)建筑新型節(jié)能環(huán)保材料的大量使用

圖書館建筑材料應(yīng)使用低能耗、不影響或少影響生態(tài)環(huán)境、無輻射、無放射、無污染的節(jié)能環(huán)保材料。如在窗戶和幕墻中采用隔熱節(jié)能的 LOW-E玻璃、通風(fēng)式節(jié)能玻璃幕墻、斷熱節(jié)能鋁合金門窗,都可大大降低建筑物的能耗,同時也可降低室內(nèi)與室外之間的冷熱交換。如澳大利亞悉尼大學(xué)研制的真空玻璃,在嚴(yán)冬能保持室內(nèi)熱量避免散失,盛夏又能阻止室外熱浪進入,全息玻璃窗通過衍射,使背光之處猶如陽光照耀,圖書館的特點對該材料應(yīng)用前景廣闊。再如,還可以采用加氣混凝土、通風(fēng)式干掛石材等傳熱能力低的新型墻體材料;也可以采用通風(fēng)外墻,利用空氣流動帶走外界熱量;以及采用內(nèi)貼保溫板與頁巖模數(shù)磚,形成低熱阻的復(fù)合保溫墻體,提高外墻隔熱能力。

(三)建筑節(jié)能新技術(shù)的充分使用

圖書館建筑設(shè)計要充分利用生態(tài)技術(shù)、風(fēng)光互補發(fā)電、江河水源、冰蓄冷、水蓄冷和雨水收集中水回用、地源熱泵、太陽能建筑一體化、空調(diào)節(jié)電、自隔熱混凝土砌塊、頁巖燒結(jié)多孔磚、空心無梁樓板、新型建筑防水、新三級鋼、高性能混凝土、照明節(jié)電手段、太陽能綜合利用等新技術(shù)、新工藝、新方法,使用無害、安全、耐用、多功能的新材料為讀者提供方便、舒適的環(huán)境。

哥本哈根氣候大會在艱難之中落下了帷幕,同時開啟了一個新的時代。2010年不但是我國實施“十一五”規(guī)劃的最后一年,也是實現(xiàn)節(jié)能減排約束性目標(biāo)的決戰(zhàn)之年。進入后哥本哈根時代,相信隨著一系列法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的出臺和落實,隨著節(jié)能新工藝、新材料、新科技的不斷推廣和應(yīng)用,隨著在實踐中不斷探索和努力,建筑節(jié)能“雙跨越”發(fā)展模式離我們并不遙遠,當(dāng)?shù)吞嫉睦砟畛蔀槊總€人的共識的時候,低碳圖書館將不是遙遠的夢,我們的地球?qū)⑹怯肋h的藍天白云、綠水青山。

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