建筑節(jié)能新理念

張勇 王菲 呂中杰

0 引言

近些年來，世界上大多數(shù)國家都已經(jīng)開始關(guān)注建筑物“碳排放”的問題，隨著2009年“聯(lián)合國氣候大會(huì)”在哥本哈根的召開，我國也提出了大幅降低二氧化碳的排放量的節(jié)能減排新計(jì)劃，并承諾在2020年之前實(shí)現(xiàn)非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)15%左右的目標(biāo)。

目前，中國建筑物的能耗約占到全社會(huì)總能耗的46.7%，與法國接近，但明顯高于美國、德國的40%。我國每年建成的房屋面積高達(dá)16億m2～20億m2，超過了所有發(fā)達(dá)國家每年新建建筑物面積的總和。

在這些新建房屋中，有97%都屬于高能耗的傳統(tǒng)建筑物。

因此，中國將出臺(tái)一套排放標(biāo)準(zhǔn)，用來規(guī)范建筑物的節(jié)能基準(zhǔn)，由此引發(fā)了業(yè)內(nèi)和市場對(duì)建筑節(jié)能技術(shù)的高度關(guān)注。其關(guān)注的焦點(diǎn)在于建筑物的設(shè)計(jì)、建造和翻修，以及與之相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上，為的是在最大程度上減少二氧化碳的總體排放量，使建筑物在滿足人們使用要求的基礎(chǔ)上，盡可能的節(jié)約目前有限的自然資源。

1 建筑“零耗能”的理念

當(dāng)今世界，設(shè)計(jì)節(jié)能建筑和研發(fā)建筑節(jié)能技術(shù)，是最矚目的課題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類每年所消耗的能量中建筑能耗最大，因此節(jié)能成為衡量未來建筑品質(zhì)的必要指標(biāo)。我們通常說的節(jié)能建筑，是指低能耗建筑，是對(duì)建筑規(guī)劃分區(qū)、群體和單體、建筑朝向、間距、太陽輻射、風(fēng)向以及外部空間環(huán)境進(jìn)行研究后，設(shè)計(jì)出的建筑。這類建筑的設(shè)計(jì)理念是:舒適健康的人居環(huán)境，最少的資源消耗，恰當(dāng)?shù)娜司褂妹娣e，有效的節(jié)約常規(guī)能源，積極的開發(fā)利用清潔能源，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、使用、管理的每個(gè)環(huán)節(jié)全面貫徹可持續(xù)發(fā)展的精神。

目前，歐洲國家對(duì)現(xiàn)代建筑新的理念是:實(shí)現(xiàn)“低能耗、高舒適度”的完美結(jié)合，最大限度利用自然能源，盡量減少能源與資源浪費(fèi)。新建建筑必須是節(jié)能建筑，樓頂都要裝太陽能吸熱板、雨水收集裝置和冷熱空氣交換器等。

近些年來，與建筑活動(dòng)有關(guān)的其他環(huán)境要素也被考慮進(jìn)來，比如:水利設(shè)施、保護(hù)和提高地區(qū)生物多樣性，低碳排放的建筑材料的使用、循環(huán)設(shè)施的利用、機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車以及行人需求等。英國首先建成了依賴石油、煤炭等礦石燃料做能源的“零能耗”“零二氧化碳排放”住宅小區(qū)。

所謂的“零能耗”建筑，就是利用現(xiàn)有、就近的建筑材料和先進(jìn)的施工工藝，利用太陽能、風(fēng)能、可再生使用的植物能等先進(jìn)的節(jié)能設(shè)備，在符合清潔新能源、低碳節(jié)能、能源回收再生和能源自給自足的條件，并且能夠滿足人們舒適生活和各種功能要求的原則下建造完成的新型建筑物。

2 建筑物零能耗采用的技術(shù)手段

2.1 太陽能的高效使用

“零能耗住宅”的能源系統(tǒng)主要是太陽能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在屋頂安裝外觀類似有色玻璃的光電薄膜材料，來實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的目的。利用光電薄膜材料發(fā)電無污染，有益于環(huán)境。同時(shí)，光電薄膜材料能起到和普通瀝青屋瓦同樣的保護(hù)作用，并且經(jīng)久耐用，柔韌性好，重量輕且安裝造價(jià)相對(duì)低廉。但由于光電薄膜材料有極強(qiáng)的吸熱能力，因此在應(yīng)用中應(yīng)注意需與建筑物分隔開以免給房屋“加熱”。

光電池所產(chǎn)生的電能不僅能滿足該建筑物的使用需要，更可以在夏季光照充足時(shí)，將自身生產(chǎn)的電能賣給電力公司。如在冬季光照不足時(shí)，再根據(jù)需要從電力公司買入電能，而在這個(gè)買賣收支平衡中，個(gè)人用戶是可以受益的。如約500 m2的太陽能電池板，一年可發(fā)電5萬kWh時(shí)，足夠一般居民家庭全年的使用。

2.2 建筑物溫度控制

空調(diào)設(shè)備是現(xiàn)代建筑中的耗能大戶，零能耗建筑沒有使用傳統(tǒng)的電能空調(diào)，而是通過低能耗的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，它利用“煙囪效應(yīng)”誘導(dǎo)自然通風(fēng)，形成較好的“穿越式”自然通風(fēng)和熱壓作用的熱氣流，從而達(dá)到良好的通風(fēng)效果。

其溫度控制的方法是:在冬夏溫差較大時(shí)，采用地下空氣“冬暖夏涼”的原理，運(yùn)用地源熱泵將地下的空氣傳輸?shù)绞覂?nèi)空間。夏季，地能作為冷源;冬季，地能作為熱源，可比常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約30%～40%的電能。還可以在排風(fēng)道內(nèi)設(shè)置加熱器，利用太陽能轉(zhuǎn)換成的熱水，加熱風(fēng)道內(nèi)的空氣，強(qiáng)化自然通風(fēng)熱壓效果，以實(shí)現(xiàn)舒適的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境。

2.3 超保溫砌體結(jié)構(gòu)

英國的零能耗標(biāo)準(zhǔn)砌體墻結(jié)構(gòu)按照從室內(nèi)到室外的順序依次為13 mm傳統(tǒng)密實(shí)濕抹灰層，140 mm密實(shí)混凝土砌塊(最小密實(shí)為1 400 kg/m3)，300 mm礦物纖維保溫結(jié)構(gòu)材料和一層外墻面材料(磚、石塊、面磚或者石材，或者是木質(zhì)框架和木質(zhì)覆面)。此外，在混凝土中加入低造價(jià)的熱容性再生骨料或者使用石灰泥基砂漿砌塊能夠大大降低二氧化碳的排放量。對(duì)全部室內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行超保溫處理的零能耗標(biāo)準(zhǔn)方法要求關(guān)注細(xì)節(jié)，避免冷橋的發(fā)生，并要達(dá)到較高的氣密性。

2.4 綠色屋面

對(duì)于景天屬植物和土壤為基礎(chǔ)的綠色屋面次做法，建筑業(yè)一直給予了很高的評(píng)價(jià)。在德國，設(shè)計(jì)人員利用綠色屋面減輕進(jìn)入下水系統(tǒng)的雨水徑流，綠色屋面有助于城市的雨水管理，因?yàn)檫@種屋面可以吸收雨水并保持長達(dá)48 h之久。在加拿大，多倫多市政府率先采用綠色屋面，政府官員以減輕城市熱島效應(yīng)為出發(fā)點(diǎn)，鼓勵(lì)建筑業(yè)采用此項(xiàng)技術(shù)。在美國，綠色屋面對(duì)于住宅業(yè)主和公寓居民的最大的吸引力就是景觀效應(yīng)和冬暖夏涼的效果。此外，屋面為多種生物創(chuàng)造了良好的棲息環(huán)境。在芝加哥市政府的綠色屋面上常?？梢砸姷叫▲B歡唱，蜻蜓、蝴蝶自由飛舞的景象。最重要的一點(diǎn)就是綠色屋面大大延長了屋面使用壽命，據(jù)研究，屋面使用壽命可以從15年～20年延長到50年～60年，因而是一種經(jīng)濟(jì)的長期投資。

2.5 高性能的玻璃

外門窗玻璃的熱損失是建筑物能耗的主要部分，占建筑物能耗的50%以上。因此，零能耗建筑除了考慮外門窗玻璃的美學(xué)和外觀特征外，更注重其熱量控制、制冷成本和內(nèi)部陽光投射舒適平衡等問題。這使得Low-E玻璃脫穎而出，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

Low-E玻璃又稱低輻射玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品。其鍍膜層具有對(duì)可見光高透過及對(duì)中遠(yuǎn)紅外線高反射的特性，使其與普通玻璃及傳統(tǒng)的建筑用鍍膜玻璃相比，具有以下明顯優(yōu)勢:

1)優(yōu)異的熱性能。

2)良好的光學(xué)性能。

3)卓越的降噪性。

此外，“Low-E”鍍膜中空玻璃具有較高的太陽能透射，并且由于鍍膜的效果，“Low-E”玻璃反射的熱量回到室內(nèi)，使得窗玻璃附近的溫度較高，人在窗玻璃附近也不會(huì)感到太大的不適。并且“Low-E”玻璃能夠阻擋大量的紫外線透射，防止室內(nèi)的物品退色。

2.6 氣密性——防止不可控制的通風(fēng)

長久以來，針對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要集中在保溫性能上，而對(duì)于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性設(shè)計(jì)及其對(duì)建筑節(jié)能性能的影響一直是人們注重改善的要點(diǎn)。

經(jīng)驗(yàn)表明，暖風(fēng)漏出戶外會(huì)令建筑浪費(fèi)大量能源。非控制中的漏風(fēng)即是“滲透”，過多的滲透會(huì)導(dǎo)致:暖氣系統(tǒng)無效;冷風(fēng);增加燃油費(fèi);濕氣進(jìn)入建筑物料，造成破壞;保溫層無效等。這樣不但浪費(fèi)能源，而且會(huì)對(duì)建筑物本身及周邊的建筑物帶來負(fù)面影響，因此一個(gè)可持續(xù)的建筑設(shè)計(jì)必須是密封的。

要設(shè)計(jì)不漏風(fēng)的建筑物必須先了解一般建筑常漏風(fēng)的位置及物料接合的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方式。由室外通往室內(nèi)及室內(nèi)的設(shè)備管道均須進(jìn)行仔細(xì)評(píng)估。防止熱能從漏風(fēng)處損耗的最佳辦法之一是用濕抹灰層覆蓋裸露的砌塊層，要注意用密實(shí)抹灰，而不是輕質(zhì)抹灰，這樣抹灰層后面的混凝土砌塊保溫層才能阻擋室內(nèi)空氣。

3 建筑零能耗理念在我國的嘗試

在零能耗技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，國內(nèi)對(duì)這種建筑節(jié)能形式也進(jìn)行了積極的嘗試。綜合運(yùn)用多項(xiàng)先進(jìn)節(jié)能環(huán)保技術(shù)，由法國著名建筑設(shè)計(jì)大師Denis Laning設(shè)計(jì)完成的現(xiàn)代化新型建筑——東亞大廈就是一個(gè)典型的例子。

大廈的外立面全部采用Low-E中空玻璃，這種玻璃具有對(duì)太陽光譜有選擇性透過的功能，不僅能夠過濾我們所需的可見光，還能反射全部的紅外、遠(yuǎn)紅外和紫外線，使大廈內(nèi)既有很好的自然采光，又能隔熱保溫，節(jié)省空調(diào)和采暖費(fèi)用，同時(shí)該型玻璃還具有一定的隔音效果，可以為大廈營造安靜舒適的辦公和居住條件。

大廈的屋頂安裝有大面積太陽能薄膜電池板，能夠提供大廈照明所需的電能，在日照條件較好的夏秋季節(jié)還能向電網(wǎng)供電，作為太陽能發(fā)電站并網(wǎng)發(fā)電。新型的太陽能電池具有光電轉(zhuǎn)換效率高、耐老化、易維修、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

大廈充分利用了地?zé)嵴{(diào)節(jié)溫度，幾乎不需要使用額外的空調(diào)和采暖設(shè)備。地表一定深度以下溫度恒定，相對(duì)于地面的溫度，地下冬暖夏涼。大廈在基礎(chǔ)以下埋設(shè)了金屬管道與大廈內(nèi)暖通管道相連，冬天為大廈供熱，夏天為大廈降溫。

大廈還充分利用了景觀設(shè)計(jì)，屋頂花園、空中花園等可形成陰影并起到蒸發(fā)作用，緩解城市“廢氣污染”與“熱島作用”。同時(shí)，在大廈及周圍設(shè)計(jì)了雨水收集系統(tǒng)，用收集的雨水供綠化和凈化系統(tǒng)，如綠化澆灌和衛(wèi)生間沖洗。

這些創(chuàng)新技術(shù)的整合使用，雖然使建筑成本較一般建筑物稍高，但是在建筑的整個(gè)使用壽命周期中，由于新技術(shù)作用的發(fā)揮而節(jié)約下來的使用成本將是非?？捎^的。

4 結(jié)語

21世紀(jì)，可持續(xù)發(fā)展性已成為建筑業(yè)不可忽略的一個(gè)重要方面。我國是發(fā)展中國家，需要可再生能源作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，同時(shí)我國又是能源匱乏大國，更多的綠色能源強(qiáng)有力的支持，成為國家發(fā)展的原動(dòng)力。節(jié)儉是中華民族的傳統(tǒng)美德，我國既重視提高建筑的用能效率，又強(qiáng)調(diào)節(jié)約用能，從提高效率和抑制過分需求兩個(gè)方面同時(shí)著手以做到降低建筑能源消耗，起到減少碳排放的目的。

因此，我國建筑節(jié)能的發(fā)展目標(biāo)是:構(gòu)建以低碳排放為目標(biāo)的建筑體系，發(fā)展建筑節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國，用比發(fā)達(dá)國家少得多的能源使中國人民過上越來越健康舒適的生活，促進(jìn)社會(huì)和諧，保障經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

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