建筑節(jié)能降碳技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

李 瑩

(中電光谷建筑設(shè)計院有限公司 武漢 430072)

近年來,我國綠色建筑的發(fā)展步伐加快,進入規(guī)模化發(fā)展階段。要大力發(fā)展綠色建筑,建設(shè)與自然友好、資源合理利用的建筑。[1]新版《綠色建設(shè)評價標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50378-2014)(以下簡稱《新標(biāo)準(zhǔn)》)于2015年1月1日起施行,標(biāo)志著我國綠色建設(shè)發(fā)展不僅在數(shù)量上、而且在質(zhì)量上都發(fā)生了轉(zhuǎn)變。要實現(xiàn)節(jié)能發(fā)展目標(biāo),必須大幅度增加能源資源的開發(fā)利用,加強環(huán)境整治,在建筑業(yè)發(fā)展的過程中為自然環(huán)境提供保護。[2]因此,在實施新標(biāo)準(zhǔn)時,可以探討建筑節(jié)能減碳技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用,更好地了解綠色建筑的建設(shè)。

1 我國建筑能耗的現(xiàn)狀

我國的能源消耗主要用于工業(yè)、交通和建筑業(yè)。正如發(fā)達國家的經(jīng)驗所表明,建筑業(yè)將超越運輸、工業(yè)和其他行業(yè),在社會能源消費中名列前茅,最終接近全國能源消費總量的1/3[3]。我國是一個建筑大國,隨著我國城市化進程的加快,建筑面積不斷增加。我國南北差距較大,覆蓋多個氣候區(qū),建筑能耗結(jié)構(gòu)因地區(qū)和氣候條件而異。在我國南方的一些地區(qū),夏季非常炎熱,最熱月份的平均氣溫超過26℃,能耗主要用于空調(diào)和建筑照明。在北方,在最冷的時期,室內(nèi)外溫差可達40℃,冬季持續(xù)時間長,主要能耗為取暖方面[4]。一般來說,城鄉(xiāng)建筑的能耗差別很大,城市建筑主要使用煤、電、氣,農(nóng)村建筑除煤、電外,還可選用秸稈等生物能源。隨著科技的發(fā)展和時代的進步,越來越多的建筑節(jié)能技術(shù)和新能源技術(shù)不斷出現(xiàn),通過不懈的對建筑節(jié)能的努力,我們相信可以開辟高效、環(huán)保的節(jié)能途徑,大大降低建筑能耗。

2 可持續(xù)發(fā)展思想為建筑節(jié)能降碳技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造條件

工業(yè)文明的科技進步及文化的繁榮無不令人矚目,然而資源枯竭和環(huán)境危機引發(fā)人們反思以工業(yè)文明為基礎(chǔ)的行為模式,尋求人類社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展之路,技術(shù)和環(huán)境的和諧[5]。越來越多的人開始思考如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,這使得越來越多的學(xué)者研究“可持續(xù)發(fā)展社會”、“可持續(xù)發(fā)展世界”和“可持續(xù)發(fā)展建筑”等課題,人們正在努力解決能源使用環(huán)境問題的根源。

3 太陽能在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 我國太陽能資源分布及其特點

21世紀(jì),傳統(tǒng)能源嚴(yán)重短缺,人類開始轉(zhuǎn)向可再生能源的開發(fā)。太陽能是一種環(huán)保的可再生能源,與其他新能源如風(fēng)能、水能、地?zé)崮艿认啾仁禽^為理想的能源。特別是近幾十年來,技術(shù)不斷更新,太陽能產(chǎn)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相當(dāng)迅速。太陽能具有清潔、無污染、數(shù)量巨大、取之不盡、用之不竭的特點。

太陽能的分布與緯度、地理位置、氣候條件和海拔有關(guān)。我國地處北半球歐亞大陸東部,地理范圍廣闊,太陽能豐富。全國2/3以上的土地有2 000 h以上的年均日照時間?？傒椛淞窟_到3 340～8 360,總能量相當(dāng)于2.4萬億噸煤,有效利用太陽能可以減少二氧化碳排放,保護環(huán)境,并為經(jīng)濟發(fā)展提供可持續(xù)的能源供應(yīng)。

目前,我國太陽能光伏系統(tǒng)在建筑中的使用主要有兩種形式:普通的光伏組件附著于建筑(BAPV:Building Attached Photovoltaic)和太陽能光伏建筑一體化(BIPV:Building Integrated Photovoltaic)。

3.2 太陽能在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

3.2.1 應(yīng)用于綠色建筑外墻

在建筑物中,與陽光接觸的面積最大的是建筑物的外墻,特別是與陽光接觸面積較大的高層建筑。為確保建筑物外墻的美觀,外墻所用的材料大都是玻璃幕墻,只有防護和裝飾功能。突破玻璃幕墻的傳統(tǒng)功能,將玻璃幕墻和光伏板合成了PV 玻璃幕墻,將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,保護建筑免受太陽熱輻射,從而降低建筑墻體溫度[6]。

3.2.2 應(yīng)用于綠色建筑屋面

從目前眾多的建筑來看,屋頂上的太陽能往往沒有得到充分利用。綠色建筑可以充分利用資源,節(jié)約能源,減少建筑物的能耗。在建筑物的屋頂上使用太陽能光伏系統(tǒng)可以完全接受陽光,提高陽光利用率。在綠色建筑物的屋頂安裝太陽能光伏組件,無須考慮遮擋和角度問題,因為安裝建筑物屋頂?shù)睦щy較小,安裝通風(fēng)管和遮陽板也較容易。與綠色建筑融為一體,而且大大降低了單位面積太陽能電池板的安裝成本。在綠色建筑屋頂安裝太陽能光伏系統(tǒng)時,必須考慮到自然災(zāi)害的破壞。

3.2.3 應(yīng)用于綠色建筑天窗

在建筑物中,天窗起著一定的采光作用,避免陽光直射到露天建筑的內(nèi)部空間。在綠色建筑中,天窗利用太陽能產(chǎn)生兩種效果。首先,將光能轉(zhuǎn)換為電能,提供給建筑。二是提高采光系數(shù)。對于用作天窗的光伏板應(yīng)采用透明、半透明或不透明的但中心仍留有間隙的。應(yīng)設(shè)計為井型,以提高采光系數(shù),同時應(yīng)合理確定天窗的傾斜角度。

3.2.4 應(yīng)用于綠色建筑其他部分

對于綠色建筑,還可以使用遮陽板、雨篷、窗戶玻璃。采用非透明太陽能板作為遮陽板和雨篷,可改善室內(nèi)環(huán)境,提供防雨保護,有效實施陽光采集。綠色建筑使用的太陽能光伏系統(tǒng),需要考慮防撞、防火和防雷等問題,并確保其應(yīng)用的可靠性。

4 建筑節(jié)水措施在綠色建筑中的應(yīng)用

4.1 建筑中的水系統(tǒng)

中水是指經(jīng)過適當(dāng)處理污水或雨水,使其達到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為非飲用標(biāo)準(zhǔn),介于作供給水與排水之間。建筑中水系統(tǒng)是指在收集、處理、運輸?shù)冗^程中,將建筑和居民小區(qū)生活中產(chǎn)生的各種污水進行凈化,并回收利用。建筑中水一般由建筑物中水和建筑小區(qū)中水兩部分組成。建筑中水系統(tǒng)由三部分組成:收集、處理及供水系統(tǒng)。中水工程是把供水、排污、水處理及建筑環(huán)境的技術(shù)有機地系統(tǒng)地結(jié)合在一起的工程,把這些技術(shù)應(yīng)用于建筑物和建筑小區(qū)之中,以達致其環(huán)保功能、節(jié)水功能及使用功能的最佳協(xié)調(diào)。目前,建筑中水系統(tǒng)可分為三大類基本系統(tǒng)。

4.1.1 建筑物中水系統(tǒng)

建筑物中水是在一幢或多幢建筑物內(nèi),例如酒店、商業(yè)、寫字樓內(nèi)所建的中水系統(tǒng),而中水原水來自某幢建筑物或幾幢建筑物。可根據(jù)空調(diào)、衛(wèi)生間、浴缸和淋浴排水、洗臉盆排水、游泳池排水、廚房排水、衛(wèi)生間排水等選擇建筑物的水源。雨水也是中水的水源之一。優(yōu)質(zhì)的中水原水(包括空調(diào)冷卻水、淋浴排水、洗滌排水)懸浮物和有機物濃度低、水質(zhì)好、易于處理,因此建筑中水系統(tǒng)具有投資少、效果快的特點。原水絕對不能選擇來自于傳染病醫(yī)院和結(jié)核病醫(yī)院的放射性污水,而普通綜合醫(yī)院的污水必須經(jīng)過消毒產(chǎn)生的中水不與人直接接觸。建筑物原水來源的耗水量應(yīng)為中水的110%～115%。

4.1.2 建筑物小區(qū)中水系統(tǒng)

建筑小區(qū)中水系統(tǒng)是在學(xué)校、居民區(qū)等集中建筑中建成的中水系統(tǒng)。建筑小區(qū)中水原水的選擇可包括小區(qū)內(nèi)建筑物的雜排水、小區(qū)內(nèi)的雨水、小區(qū)或城市污水處理廠出水、相對清潔的工業(yè)排水、小區(qū)生活污水等。小區(qū)內(nèi)中水原水量大、環(huán)境用水量大、生活用水量大,可為形成不同的中水系統(tǒng)設(shè)計,容易產(chǎn)生規(guī)模效益,改善污水的資源化及小區(qū)的生態(tài)環(huán)境。因此,建筑小區(qū)中水的特點是工程規(guī)模大,管道狀況和水質(zhì)復(fù)雜,但凈化處理成本低。

4.2 建筑節(jié)水措施在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

4.2.1 確定合適的用水定額

用水定額是用水單位時間所需水量,其大小影響水資源的利用和供水系統(tǒng)的規(guī)模。民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(GB50555-2010)規(guī)定了節(jié)水標(biāo)準(zhǔn),即住宅、宿舍、賓館等建筑用水量定額。確定適當(dāng)?shù)挠盟慷~有利于引進節(jié)水技術(shù),提高水資源利用效率,實現(xiàn)科學(xué)節(jié)水。

4.2.2 減少漏損的技術(shù)

據(jù)統(tǒng)計,我國許多城市通過自來水管網(wǎng)漏水超過10%,造成水資源嚴(yán)重流失。為了避免管道泄漏,水壓必須符合設(shè)計規(guī)范,壓力必須穩(wěn)定。供水系統(tǒng)中使用的管道必須符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).采用百分之百的高靈敏度水表安裝系數(shù)監(jiān)控水位。還可以利用發(fā)達國家在泄漏控制方面的經(jīng)驗,通過科學(xué)方法診斷管道泄漏,并改進檢測和日常控制方法。

4.2.3 減壓限流

給水單元閥門壓力高于流出水頭,給水組件單位時間的額定出水量量超標(biāo)現(xiàn)象稱為超高壓出流現(xiàn)象,其與額定流量之差為超壓量。供水部件的超高壓出流不僅擾亂了供水系統(tǒng)的正常水分配,對用水的狀況產(chǎn)生了不利影響,而且效率低下,即。由于其在使用過程中的損失,很難發(fā)現(xiàn),是一種“看不見的”浪費水,這種“看不見的”浪費水在不同程度上在不同的建筑物都有發(fā)生。供水系統(tǒng)超壓導(dǎo)致高壓水排放,接口易磨損,影響水平衡,需要降低壓力和限制流量。為了防止超壓和安裝減壓裝置(如真空閥、節(jié)流閥),同時需要合理設(shè)計部件水壓。

4.2.4 合理使用非傳統(tǒng)水源

建筑給水按用途分為飲用水和雜用水。飲用水質(zhì)指標(biāo)高于雜用水,中水則介于兩者之間。非傳統(tǒng)來源是那些回收水、雨水、海水等的來源。根據(jù)這些建筑的中水供應(yīng)系統(tǒng)及建筑的雨水收集系統(tǒng)的情況,經(jīng)處理的中水可用作市政或建筑用水,不直接接觸人體(如廁所、綠化、洗車、街道清潔、建筑工程)。不同用途的水質(zhì)要求必須符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.5 使用節(jié)水器具

配水器具和衛(wèi)生器具性能直接影響節(jié)水的效果。根據(jù)《節(jié)水型生活器具》(CJ164-2014)對節(jié)水器具的定義,目前節(jié)約型用水器具主要包括:節(jié)水型便器、節(jié)水型水龍頭、節(jié)水型淋浴設(shè)施、節(jié)水型洗衣機。

(1)節(jié)水型便器:雙按鈕式,感應(yīng)式、直排式等;

(2)節(jié)水型水龍頭:陶瓷閥芯水龍頭、感應(yīng)龍頭、延時龍頭等;(3)節(jié)水型淋浴設(shè)施:冷熱水混合栓式淋浴器等;(4)節(jié)水型洗衣機:超薄式滾筒洗衣機,變頻滾筒洗衣機等。

4.2.6 基于“綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)”下的建筑節(jié)水措施

對于前文介紹的建筑中水系統(tǒng)、建筑雨水系統(tǒng)、建筑給水系統(tǒng)、建筑排水系統(tǒng)都可根據(jù)建筑物的功能,要求等實際情況,選用合適的系統(tǒng)相結(jié)合,達到一個從本質(zhì)上符合綠色建筑節(jié)水節(jié)能的要求,在結(jié)合其他的一些節(jié)水技術(shù)措施和《綠色建筑評級標(biāo)準(zhǔn)》中的“節(jié)水與水資源利用”的相關(guān)指標(biāo)設(shè)計合理的水系統(tǒng)。

5 結(jié)語

在建筑設(shè)計中應(yīng)用節(jié)能降碳技術(shù),可適應(yīng)建筑設(shè)計與建設(shè)的快速發(fā)展,為用戶提供舒適低碳的建筑使用體驗,同時,延長了建筑物的使用壽命,取得了優(yōu)異的建筑節(jié)能效果,為綠色建筑設(shè)計與節(jié)能設(shè)計提供先進的理念。使建筑創(chuàng)造更好的節(jié)能效果,發(fā)展低成本的適應(yīng)節(jié)能降碳趨勢的建筑。