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中国可持续发展建筑
作者:[中国建筑科学研究院] 阅读数: 日期:[2007-8-27]
  可持续建筑作为新的建筑设计理念,已引起广泛关注。作为发展中国家,我国建筑规模巨大,研究发展可持续建筑对坚持可持续发展观、节约能源、保护环境、进而实现整个社会的可持续发展具有重要意义。

  1、绿色建筑和可持续建筑的相互关系

  进入90年代,我国学者在建筑如何对待环境和资源的问题上,提出了绿色建筑和可持续建筑的概念。

  绿录建筑是指在建筑生命周期内,包括由建材生产到建筑物规化设计、施工、使用、管理、及拆除等系列过程,消耗最少地球资源,使用最少能源及制造最少废弃物之建筑。绿色建筑是一个定义广泛的概念,它是指这样的理念,在建筑的整个生命周期内,包括经济和环境两个方面,有效的利用现有的资源并提出解决的方法,进一步改善生活的环境,极大地减少对环境的影响。

  可持续建筑的含义是指以可持续发展观规划的建筑,内容包括从建筑材料、建筑物、城市区域规模大小等,到与这些有关的功能性、经济性、社会文化和生态因素。为实现可持续建筑,必须反映出不同区域性的状态和重点,以及需要建立不同的模型去执行。

  不管是绿色建筑还是可持续发展建筑都是以人的健康舒适为根本,建造一个满足人类居住的室内环境,不仅包括合适的温度、通风换气效率、噪音、自然光、空气品质等物理量,而且包括建筑布局、环境色彩、照明、空间利用、使用材料及工作的满意度和良好的人际关系等主观心理因素。绿色建筑以建筑的整个生命周期所产生的废弃物最少为目标,可持续建筑除了包含绿色建筑的研究内容之外,还包含了城市区域规模大小研究和对资源的应用效率、能源的使用效率、污染的防止、环境的和谐四个原则的研究评定等内容,范围更广泛,更深刻。因此,节能建筑、绿色建筑都属于可持续建筑的研究范畴。

  2.我国的地域特点和可持续建筑的发展状况

  我国幅员辽阔,南北跨越热、温、寒几个气候带,气候类型多种多样,大部分地区属于东亚季风气候,冬夏盛行风向交替变更,同时还有很强的大陆性气候特征,冬季平均气温大大低于同纬度地区,夏季平均气温又略高于同纬度地区。按照建筑气候区划,我国分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区,气温从最冷月平均温度低于-10℃到最热月平均温度达到29℃,温度变化大。

  近几年我国城乡建筑发展十分迅速,房屋建设规模日益扩大。住宅产业投资规模每年达到3000到4000亿元,每年新建筑面积近17亿平方米,既有建筑面积已超过360亿平方米。但是我国能源短缺,人均煤炭储量只占世界人均储量的50%,人均原油储量只占世界人均储量的12%,人均天然气储量只占世界人均储量的6%,同时,我国又是耗能大国,建筑能耗已占社会总能耗的30%,与气候条件相近的发达国家相比,我国建筑单位面积的采暖能耗高于世界平均值2倍,节能压力非常大。因此,发展可持续建筑具有毋庸置疑的必要性和紧迫性,是我国可持续发展战略中关键环节之一。
  我国对可持续建筑的研究是在节能建筑的基础上发展起来的。近几年,建设主管部门出台的政策法规和标准规范有:《中华人民共和国节约能源法》、《民用建筑节能管理规定》、《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》等。此外,建设部还组织召开了一系列国际、国内研讨会,发布了《绿色生态居住区建设要点和技术导则》。

  2003年底,由中国建筑科学研究院、清华大学、北京市建筑设计研究院等专业机构组成的课题组公布了详细的“绿色奥运建筑评估体系”,这是国内有关绿色建筑的第一个评估、评价体系。2006年,建设部和科技部先后发布《绿色建筑技术导则》和《绿色建筑评价标准》,首次提出“四节一环保”概念,即节地、节能、节水、节材和环境保护。2006年3月1日国家标准《住宅性能评价标准》实施,适用于城镇新建和改造住宅的性能评价,它不是单纯的评优标准,而是反映住宅的综合性能水平,体现节能、节地、节水、节材等产业技术政策。2007年,建设部颁布《建筑能效测评与标识技术导则》,给出了对新建居住和公共以及实施节能改造后的既有建筑进行能效标识等级的划分方法,基础项、规定项、选择项的不同定义。

  3.中国国情下可持续建筑存在的一些问题

  “人多地少”是中国的国情,由此可见,中国目前及未来的城市居民大部分居住在公寓式集合住宅楼内,而不会像欧美发达国家,大部住在独立式或连排式的小住宅内。但是节约土地不仅是关于建筑物占地少,建筑密度大和人口密度大之类的问题,还需要从“土地可持续生态价值”来思考。评价一个建设项目对一块土地资源的影响,要看最后这块土地的生态总价值是提高了,还是降低了,而不能仅仅看建筑物占用了多少土地。要鼓励建设项目利用荒地、劣地,要通过项目建设提高所在场地的可持续生态价值,而不是“建设性的破坏”。

  能源与环境密切相关,考虑两者关系,必须兼顾国情,考虑国家利益。我国在今后相当长的时期内,在大多数城市,能源结构中主要还是燃煤。中国煤的储量大大超过石油和天然气,舍煤而改用油、气,在北京、上海等特大城市可以,一般城市、即使是大城市,也要慎改。采暖能源方式的改进,必须与建筑围护结构热工性能技术相匹配。

  另一个问题是二次装修。刚刚建好的新房子,居民入住时,都要进行装修,拆除、废弃尚未使用过的建筑构件、设备和管线,造成了极大的材料、人工和经济浪费,甚至对房屋安全造成隐患。在改善和提高人居环境功能质量的同时,在建筑规划设计、施工、运行维护和拆除或再使用的全寿命过程中考虑环境影响,促进资源和能源的有效利用,减少污染,保护资源和生态环境,即发展可持续建筑,对提高社会经济发展的效益和环境改善起到重要作用。
  4.实现可持续性建筑的技术途径

  可持续建筑的技术应具有以下4年基本属性:资源的保护和合理利用,有节制的开发自然资源;降低能耗、减小能源消费对环境的有害影响,减小污染物排放量;充分利用地方材料与现代高科技加工新型生态节能建材;资源与建材的再生利用,变废为宝。

  首先,可持续性要求对能源的消耗小。这意味着除了要做好外围护结构的保温隔热,降低冷热负荷外,各种新技术在暖通空调系统中的应用也是建筑节能得以实现的重要途径。其次,可持续性要求能源的可持续性,可再生能源技术在建筑领域的应用也是很重要的思路。最后,要做到对环境影响小,就必须做到可再生利用自然资源及建筑材料等人造材料的可再生利用。

  4.1外围护结构的保温隔热技术

  4.1.1外墙

  有对应的以下几条降低负荷的措施:

  1)优化建筑外形,以最小的建筑外表面积包容最大的建筑空间即减轻墙外表面积的影响。考虑作合理平面布置,如将电梯、楼梯、管道井、机房等布置在建筑的南侧或西侧,可以有效阻挡日射,减少室内的热量。

  2)采用保温隔热,传热系数小的墙体材料。此类外墙材料有各类砌块、复合轻墙板以及外墙复合体保温技术等。

  3)外装饰尽量做浅色处理,采用光滑饰面材料,减少表面对辐射的吸收;

  4.1.2窗

  窗的传热系数比墙的大很多,又经常开启,是冬季耗热的关键部位。针对窗户的节能技术主要有:

  1)结合建筑物朝向,纬度,合理的控制窗墙比,如高纬度南向窗户面积取大一点,以更好的利用太阳辐射,降低采暖能耗。适当确定建筑物的挑檐、遮阳板的尺寸,安装可调式百叶、窗帘、调节室内日照。或采用遮阳系统,一般安装在向阳的外立面或采光屋顶上,可控可调,以到不同时间,据不同需要遮挡,反射和引光入室的目的。

  2)采用多层或采用中空玻璃,降低玻璃的传热系数。

  3)采用吸热玻璃、镀膜反射玻璃、夹层变玻璃等技术,有效阻止通过玻璃的太阳辐射和室内热辐射。

  4.1.3层顶

  1)采用高保温材料。目前我国平层顶保温材料应用较多的主要是国气砼和膨胀珍珠棉,保温隔热性能一般。

  2)层顶设置高效隔热层。可防止大量辐射热侵入室内,减少空调等耗能。

  3)蓄水隔热屋面。利用水生植物遮阳,反射和吸收太阳辐射,以及利用蓄水蒸发来提高隔热效果:条件允许时在屋顶上覆土,做植被屋面。上面种密叶植物,利用植物遮阳,覆土作为隔热层提高隔热性能。
  4.2暖通空调新技术

  建筑能耗降低主要体现在暖通空调设备的装机容量减少和运行的经济性上,因此,暖通空调技术措施的改进和落实应用是建筑节能得以实现的根本途径。

  4.2.1采暖新技术

  我国目前市政集中供暖方式比例为46%,分户式取暖比例仅次于市政集中供暖,为44%。分户采暖方式的特点在于用户可以根据自己的喜好随意选择,同时用热也可以单独计量。随着清洁能源的使用以及新技术、新产品的出现,使采暖方式的多元化选择成为可能,集中供暖方式的垄断地位受到挑战,采暖、热水一体化的独立分户采暖等方式纷纷出现。各地应根据当地气候、能源条件和建筑情况,发展采用适宜的节能采暖方式,如辐射采暖,主要依靠供热部件与结构内表面间的辐射换热为各房间供热(冷),热舒适增加,减少房间上部温度升高增加的无效热损失,因此可节省采暖能耗。

  4.2.2通风空调新技术

  目前较多采用是风机盘管加新风系统及定风量全空气系统,但以下几种系统形式有着较好的节能效果,建议因地制宜的选择使用。

  1)尽量采用自然通风。采用自然通风可以减少制冷负荷,并带走室内有毒及有异味物质,其动力是室内外温度差引起的热压和风压压力差。

  2)变制冷剂流量VRV系统。以制冷剂直接作为热传送介质,其每公斤传送的热量是205KJ/kg,几乎是水的10倍和空气的20倍,同时可根据室内负荷的变化,瞬间进行容量调整,使VRV系统能在高效率工况下运行,具有显著节能效益,经济效益显著。

  3)水环热泵空调系统。用水环路将小型的水/空气热泵机组并联在一起,构成一个以回收建筑物内余热为主要特点的热泵供暖、供冷的空调系统。节能环保效益显著。

  4)蓄能空调。利用晚上电价较低时段制冰蓄冷白天供冷,可起到削峰调谷的作用。

  5)变风量空调VAV系统。送风状态保持不变,改变送风量适应室外气象变化,从而降低了冷水机组的制冷量,也降低了风机的能耗。

  比较以上几种空调技术,还是有一些不尽如人意的地方,因地制宜,合理设计是利用这些空调技术达到节能降耗目的前提。

  还应结合城市规划对整个能源系统进行总体设计,研究为暖通空调系统配置合理的能源转化与能源输送系统,重点为我国北方地区热电联产,长江中下游地区的供热、供冷方式,与集中供热、供冷相适应的大型制冷供热装置以及全面规划电力、煤气、冷热源及蓄能的能源系统。能源系统设计的很小变更,也会意味着大数量级的能耗降低。
  4.3可再生能源技术

  可再生技术的意义重大:变废为宝,同时解决污染问题。利用可再生资源逐步替代不可再生资源的领域,以应对未来建筑必须面临的诸如环境和生态保护,最少能源耗费等方方面面的挑战。一方面要实现自然资源的可再生,另一方面要努力实现垃圾、建筑材料等人造材料的可再生利用。

  1)太阳能是自然界中的最充分、最便捷的可供利用的绿色能源,应优先选用被动式太阳能技术,而主动式太阳能技术的采用则作为补充。被动式太阳能利用在设计时可在地面、层顶安装一些装置直接利用太阳能,如太阳能恒温房;也要在外围护结构的空气层中填以高效热反射材料,达到保温隔热的目的,而在阳光充足的寒冷地区,则可将外围护结构设计成蓄热材料;还可利用太阳能收集器或其它装置将太阳能进行收集、贮存和转换。在设计时、要考虑当地的气候特点,充分利用本地气候资源,避免由于人工能源的大量使用而形成的居住者与自然的人为隔离,同时也可节约能源。主动式太阳能利用可通过窗户集热板系统、空气集热板系统、透明热阻材料组合墙等来实现。

  2)地源热泵技术将自然环境(太阳能、空气、水、土壤)中的低位能转化为高位能进行供冷供热,将冷热排放进入大地而不是进入空气。

  4.4垃圾、建材、能量的回收再利用

  垃圾处理,减量化是解决问题的关键,对建筑及生活垃圾可采用分类回收及无害化解体处理。另外,要充分利用剩余能量,注意对建材及生产过程中的三废和废热综合利用、开发。

  传统建材生产-使用-废弃的过程,可以说是一种将大量资源提取出来,再将大量废弃物排回到环境中去的恶性循环过程,忽视了环境协调性和舒适性。其中最关键的是利用混凝土和水泥固体废弃物生产生态环境建材。水泥工业要大力提高其资源利用率和废物回收率,并能充分利用其它工业废渣废料。

  5我国发展可持续建筑的主要工作

  由于世界各国经济发展水平、地理位置不同,对可持续建筑研究内容也存在很大差别。根据我国建筑业发展现状,可持续建筑研究重点应当包括环境、社会、经济和资源四个方面。针对我国发展建筑节能和可持续建筑中存在的问题,今后应当抓好以下工作:

  1)加强法规建设,确立标准体系框架。出台《建筑节能管理条例》已经列入国务院今年的一类立法计划。

  2)研究制定经济激励政策。制定节能省地型建筑经济激励政策是国务院明确的重点工作,建设部会同财政部、发改委等部门正在组织落实。

  3)依法强化监督。健全以执行建筑节能强制性标准为主要内容的工程全过程监管制度,加强新建筑节能设计监管,规定科学合理的审查、监督工作程序,切实现规范监管行为。继续开展行政监督,建筑节能专项检查,尤其加强对建筑节能工作薄弱地区的监督管理。

  4)对建筑节能工程进行大范围示范。

  5)加强监管和检查保证标准规范实施。

  6)突出公共建筑工程节能工作和供热改造工作。

  7)启动既有建筑节能改造工作。

  8)抓好可持续建筑评估。

  6结束语

  可持续性建筑强调建筑环境与自然环境的协调共存,有机结合,要从土地开发、建筑布局、建材选择、建筑使用及维护以及建筑拆除的整个生命周期中,体现出对自然资源的索取少,能源消耗小,对环境影响小,再生利用率高的新特征。

  AG8应首先优化设计,结合具体建筑尽可能采用简单合适的技术,尽量适应环境的特点,依靠自然力来满足舒适性要求。另一方面,AG8要以辩证的观点、审慎的态度对待新技术。从整体性,协调性的观点来看,有一些所谓的可持续性技术只是某些环节的某些属性的改善,并不一定代表了整体水平的提高,相反有时大量高能耗的建筑设施及其施工反而会极大地抵消其积极的一面。为了实现可持续性建筑,AG8应以建筑和暖通行业为基点,材料、自动化等行业为支持,提高建筑的综合效益,让建筑环境与自然环境协调发展。