建筑節能與環境保護研究

仇月冬

摘 要:建筑節能有利于節約資源,節省能源,減少建筑對環境的影響和破壞。

關鍵詞:建筑節能;溫室效應;大氣質量變差;環保建材;能源的綜合利用

中圖分類號:TU111.19+5文獻標識碼:A文章編號:1672-3198(2009)18-0281-01

1 概述

我國能源環境與世界能源問題相比更為嚴峻,一方面我國人均能源可采儲量遠遠低于世界平均水平,而且能源消耗巨大。以建筑能耗為例,建筑能耗大體占到全國總能耗的30%—40%,是發達國家的2—3倍以上。我國人均耕地只占世界的1/3,而實心粘土磚每年毀田達12萬畝;我國水資源僅為世界人均占有量的1/4,而衛生潔具耗水量高出發達國家30%以上,污水回水率僅為發達國家的25%;鋼材、水泥等物耗水平也要比發達國家高出10%—30%。

國務院發展研究中心所作的一份研究報告認為,現階段隨著國民經濟的持續發展和城鄉建設的加快,我國住宅建設日益擴大。據推測,到2015年,城鎮50%以上的建筑將是21世紀內建造的。因此,有效的降低建筑業的能源資源消耗,減少建筑行業造成的環境污染,將對整個社會可持續發展起著至關重要的作用。

2 環境污染狀況

2.1 溫室效應

目前已發現有30多種氣體能夠引起溫室效應,其中較為主要的有CO2,CH4,O3,CO,N2O、水蒸氣、二氯乙烷、四氯化碳及氟氯烷等。溫室效應引發全球變暖所帶來的影響和危害主要有幾個方面:海平面上升;全球降雨不均衡,有的地區發生洪澇、有些地區發生干旱;影響大氣環流,出現異常天氣情況,造成農作物歉收;快速的氣候變化造成大量物種的滅絕,對生物產生多樣化影響;全球變暖造成生態系統和環境的變化,引起傳染病的流行,危害人類健康。

2.2 臭氧層破環

臭氧層能有效地阻止大部分有害紫外光通過,而讓可見光通過并達到地球表面,為各種生物的生存提供必要的太陽能。而當前人類的活動正在使臭氧層遭到幾乎毀滅性的破壞,人工合成的含有氯、氟的一些物質,尤其以氟利昂和哈龍,對臭氧層的破壞最大。臭氧層遭到破壞會帶來嚴重的后果,主要在以下幾個方面:使人體免疫機能下降,增加患皮膚癌、白內障的概率;過量的陽光造成農作物減產,森林的退化;海洋生態系統遭到破環;加劇溫室效應和全球變暖。

2.3 酸雨

酸雨是指pH<5.6的降水,是大氣環境質量綜合因素的客觀反映。對酸雨形成起主要作用的Sox和Nox均來自于天然源和人工源,尤其以煤炭和石油燃燒過程中釋放的二氧化碳,礦物燃料中含氮物質燃燒時產生氮氧化物,以及汽車、飛機的尾氣,都產生Nox。

酸雨對農業的影響主要造成土壤酸化,肥力降低;酸雨會造成水體酸化,破壞水生生態系統;酸雨還會造成植物黃葉并脫落,森林成片衰亡;同時,酸雨會危害人體健康,誘發癌癥、老年癡呆等疾病,使人患動脈硬化、心梗、肺水腫的概率大大提高。

3 建筑產業對環境的影響和破壞

建筑環境是人類活動對資源影響的一個非常明顯的例子。世界1/6凈水供應給建筑,建筑消耗掉1/4的木材,消耗掉2/5的材料與能量。全球的建筑相關產業消耗了地球能源的50%,水資源的50%,原材料的40%,同時產生了42%的溫室氣體,50%的水污染,48%固體廢棄物,50%的氟氯化合物,同時建筑結構也影響水域、空氣質量以及社會群體的結構等較大的范圍。

4 建筑維護結構的節能

4.1 墻體的設計

外墻傳熱在建筑物總體傳熱中所占的比例最大,當前我國大多采用保溫節能墻體,分為三類:外墻外保溫、外墻內保溫、中空加芯復合墻體。

其中外保溫具有適用范圍廣、保護主體結構延長建筑壽命、減少熱橋、擴大使用面積等特點,外保溫技術的運用推廣得到了很大發展,較為成熟的外保溫技術有:EPS薄抹灰外墻外保溫系統、膠粉EPS顆粒保溫漿料外墻外保溫系統、EPS板現澆混凝土外墻外保溫系統、EPS鋼絲網架板現澆混凝土外墻外保溫系統、機械固定EPS鋼絲網架板外墻外保溫系統。

4.2 門窗的設計

節能門窗要有良好的隔熱保溫性能,夏季能阻止熱量進入室內,冬季能阻斷室內熱量傳出室外。目前具有較好效果的節能門窗主要有:塑料門窗、鋁木復合門窗、玻璃鋼門窗,以及采用發展注膠段熱冷橋技術。

5 建筑供熱系統的節能(以居住建筑為例)

建筑節能包括了兩個系統工程,即建筑本身工程節能,和建筑供能系統的節能。而現在許多的“節能建筑”只是圍護結構熱工性能滿足規范節能設計要求,而并不能稱其為節能建筑。

建筑不僅應具有良好的圍護結構熱工性能,還要有優化的供能系統,兩者結合組成一個有機系統工程,這個系統能有效運行的關鍵在于供能可調性。例如在集中供熱住宅中,實行供熱熱量計量,用戶根據自己需要調控室溫;在有,可在建筑中設置太陽能利用裝置,冬季當室內太陽得熱能補充室溫時,室內可調供熱系統就能減少對常規熱源的使用。

6 能源的綜合利用和新能源的開發

6.1 太陽能的利用

太陽能作為一種可持續利用的清潔能源,被認為是21世紀以后人類可期待的、最有希望的能源,并得到了國際社會的普遍重視。太陽能熱利用的兩個主要方面在于太陽能熱水器與太陽能建筑。

6.2 地熱的綜合利用

(1)空氣源熱泵是在供熱工況下將室外空氣作為低溫熱源,從室外空氣中吸收熱量,經熱泵提高溫度送入室內供暖?？諝庠礋岜孟到y簡單,初投資較低。空氣源熱泵的主要缺點是在夏季高溫和冬季寒冷天氣時熱泵的效率大大降低,其不適用于寒冷地區,在冬季氣候較溫和的地區,已得到相當廣泛的應用。

(2)地源熱泵系統是利用較深地層中未受干擾常年保持的恒溫,其遠高于冬季的室外溫度,又低于夏季的室外溫度,可以克服空氣源熱泵的技術障礙,且效率大大提高。在地源熱泵系統中,冬季通過熱泵把大地中的熱量升高溫度后對建筑供熱,同時使大地中的溫度降低,儲存了冷量,可供夏季使用;夏季通過熱泵把建筑中的熱量傳輸給大地,對建筑物降溫,同時在大地中蓄存熱量以供冬季使用。

(3)地表水熱泵系統是在靠近江河湖海等大量自然水體的地方,利用這些自然水體作為熱泵的低溫熱源而設計的一種空調熱泵的形型式。但是,這種地表水熱泵系統也受到自然條件的限制,同時這種熱泵的換熱對水體中生態環境也會造成一定程度的影響。

(4)地下耦合熱泵系統是利用地下巖土中熱量的閉路循環的地源熱泵系統。它通過循環液(水或以水為主要成分的防凍液)在封閉的地下埋管中的流動,實現系統與大地之間的傳熱。在冬季供熱過程中,流體從地下收集熱量,再通過系統把熱量帶到室內;夏季制冷時逆向運行,即從室內帶走熱量,再通過系統將熱量送到地下巖土中。地下耦合熱泵系統保持了地下水熱泵利用大地作為冷熱源的優點,同時又不需要抽取地下水作為傳熱的介質,是一種可持續發展的建筑節能新技術。

6.3 風能及其他能源利用

從廣義角度來講,生物質能、風能、波浪能、水能等都來自太陽能。隨著技術的進步和生產規模的擴大,今后,風力發電、生物質能等可再生能源的利用技術有望成為替代能源。