節能減排,圖書館建筑的未來之路——中小型圖書館低碳建設一談

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,在建筑的節能方面同樣要遵循國家的要求、順應時代的發展,在建設過程中同樣要重視環境的影響,不能因為地小而忽視節能,不能因為錢少而放棄節能。積少成多,一群不低碳的中小型圖書館對環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中的節能誤區。

一、中小型圖書館低碳建設的重要意義

(一)中小型圖書館低碳建設是圖書館生存和可持續發展的必然要求

統計數據顯示,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、通風、照明的能耗占全國總能耗的 30%左右,研究者的保守預計是到 2010年,我國的碳排放量將比2000年增加 6億噸。我國是一個發展中國家,經濟的快速增長和能源相對短缺的現象會長期存在。現代圖書館建筑能耗是傳統圖書館的數倍,圖書館建筑節能不僅是一種社會責任,同時也關系到圖書館自身的生存和發展。中小型圖書館因為經費的原因,更需要重視后續營運成本。如果我們在圖書館建筑中盲目攀比,不注意節能,不僅“人頭費”吃“書費”會產生,而“電費吃書費”的現象就更會產生。在我國現在有相當部分現代圖書館在建設伊始就是能耗大戶,如深圳圖書館每月電費 60多萬元、東莞圖書館每年電費數百萬元、上海大學圖書館夏季每天空調費 1萬元等,給國家和各級圖書館帶來了沉重的負擔。

(二)中小型圖書館低碳建設是現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資源節約型、環境友好型社會的重大戰略構想,不斷強化應對氣候變化的措施,先后制定了一系列促進節能減排的政策和目標。早在 2005年 4月,建設部就發布了《公共建筑節能設計標準》 (GB 50189-2005),對公共建筑的節能設計提出了具體的要求。2009年9月,胡錦濤同志在聯合國氣候變化峰會上發表講話,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,國務院常務會議提出 2020年單位 GDP的二氧化碳排放比2005年下降40%～ 45%,并作為約束性指標納入國民經濟和社會發展中長期規劃。按照這個目標,中國將從各方面推出節能減排措施,加強節能減排監管。在這種大背景下,不管從順應形勢,還是從對人類的身心健康出發,還是從節約經濟出發,作為傳播人類知識文明的公共建筑之一的圖書館,在建筑節能方面都要注重節能減排,理應走在社會前列。

(三)中小型圖書館低碳建設是圖書館建筑發展的必然要求

城市建設中“節能降耗”首先就要從建筑節能做起,建筑領域存在的奢華之風必須被停止。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能減排工作提出了一系列新要求,要“完善和嚴格執行建筑標準,大力推進墻體材料革新和建筑節能”,要“實施節能減排重大技術和示范工程”,要“大力發展節能服務產業和環保業,開發風能、太陽能等清潔、可再生能源”,要“完善能源資源節約和環境保護獎懲機制”,要“執行節能減排統計監測制度,健全審計、監察體系、加強執法力度,強化節能減排工作責任制”。從古代圖書館“以藏為主”的建館理念,到“以人為本、以用為主”的設計理念,嚴格劃分的借、閱、藏三大空間被打破,取而代之的是不帶天井、形狀方整、柱網統一的塊狀布局的模數式圖書館。模數式圖書館在一段時間成了現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,過分地依賴空調系統和人工照明,造成能耗高、經濟性差。

(四)中小型圖書館低碳建設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 《公共機構節能條例》和 《民用建筑節能條例》為標志,邁出了建筑節能的步伐。前者要求 “公共機構新建建筑和既有建筑維修改造應當嚴格執行國家有關建筑節能設計、施工、調試、竣工驗收等方面的規定和標準”,鼓勵和扶持在新建建筑和既有建筑節能改造中采用太陽能、地熱能等可再生能源。隨后,湖北、山西、陜西、重慶、深圳、沈陽、大同等省市結合本地區實際,紛紛出臺了建筑節能條例。2010年 1月12日,住房和城鄉建設部副部長仇保興接受《經濟日報》記者采訪時說：“我國正在建筑行業推行建筑節能強制性標準和綠色建筑能效標準,對公共建筑的節能要求將實行節能65%的更高級別的強制性標準。我國將實現節能目標和節能模式的雙跨越,到2020年我國城市的大部分既有建筑都將完成節能改造,綠色建筑的比率將大幅上升。”2008年住房和城鄉建設部與發改委發布的《公共圖書館建設標準》(建標 108-2008)中就明確指出,公共圖書館在建設中必須“以人為本,科學規劃,規模適當,功能優先,經濟適用,環保節約”。

二、中小型圖書館低碳建設的制約因素

(一)建筑師設計理念的影響和地方政府、圖書館自身的影響

建筑既是科學也是藝術。建筑師不能一味地追求建筑的藝術性,就圖書館建筑而言,它首先是功能建筑,外形要服從功能,經濟、適用、節能應成為圖書館建筑師設計時的主要理念。但建筑師設計理念與圖書館專家的設計要求往往難以統一。近幾年,我國建筑師受西方建筑學的影響較大,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,而且建筑設計師通常把每個建筑都會當作自己的美術作品,更何況圖書館是一個城市的標志性文化建筑,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,在建筑設計中追求抽象的理念較多,而對建筑物是否實用、節能考慮的較少。根據統計,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、環境的影響、能耗等諸多方面要求并不高,反而可能因為經濟的原因緊縮這方面的預算。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,而在圖書館設計建設過程不能有效諫言。

(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,通過節能就可收回投資。10%的造價在多數人眼里并不高,但許多建筑均未能按節能標準進行建設,這主要存在以下原因：一是在建圖書館時,大多數單位資金比較緊張,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,而業主討論研究問題時是對局部的結構和材料選擇而言的。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,節能建筑往往理念倡導的多,真正落實的少。廣州大學城在建設時指揮部專門請華南理工大學的建筑節能研究中心的孟慶林教授擬定了節能規范,如圖書館的玻璃墻建議選用 Low-E玻璃,墻體選用空心磚等,但多數業主限于資金問題并未嚴格執行這一標準。

(三)缺乏有效的監管

建筑節能工作開展這么多年來之所以收效甚微,有經濟方面的原因,也有監督執行不力的情況,一些地區有法不依,有標準不執行的情況相當普遍。業主、建筑設計單位和施工單位本身應該重視建筑節能問題,自覺執行節能標準,但監管是否到位也是節能標準能否順利推行的關鍵。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注,一些建筑的誤區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,國家的強制性標準常得不到遵守,監督也不能有效執行。

(四)舒適的閱讀環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境,致使能耗增加。現代圖書館強調“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環境。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境而采用封閉式建筑,大量依靠空調、機械通風、人工照明、隔音系統,從而使圖書館的能耗持續增加。

三、中小型圖書館低碳建設必須重視的幾個問題

(一)建筑設計要體現節能環保意識,崇尚自然通風采光理念

中小型圖書館建筑設計應崇尚自然通風采光理念,將節能環保結合到設計中,在吸收傳統藏書樓干燥、通風、向光、隔音等良好建筑傳統的基礎上,運用先進建筑設計技術及理念,采用先進節能環保材料,使圖書館建筑達到經濟節約和實用的最大統一,適應現代圖書館管理模式,從過去以功能、空間為單一目標轉變為以功能、空間、環境、資源并重的雙重目標,體現節能環保。

1.體形設計上重視節能環保意識。合理的體形設計能夠減少館舍與外界的熱量交換,在其他條件相同時,體形系數越大,單位建筑面積所分擔的熱散失越大、能耗越多。研究資料表明,體形系數每增加0.01,耗熱量指標約增加 2.5%,體形系數一般宜控制在 0.30以下,館舍外形設計宜簡潔、完整,避免復雜輪廓線,外表面積越小,熱交換量就越少,設計時還應選擇適當的長寬比,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。南京工程學院逸夫圖書信息中心層高為4.5米,外形平滑且規則。

2.空調系統的節能設計。據統計,人們80%以上的時間在建筑物室內度過,這些建筑物的空調系統能耗驚人,采用中央空調系統的圖書館空調能耗占圖書館總能耗的 50%～ 60%。因此,選擇采用合理節能的空調系統是圖書館能否節能的關鍵。實現空調系統節能,從以下幾個方面入手：

●合理利用自然風能。風能是一種取之不盡、用之不竭的自然能源,具有零成本,綠色環保等特點。圖書館設計時,應因地制宜,充分利用自然通風,降低空調排風換氣的能耗,依靠自然通風營造舒適的室內環境,為讀者提供良好的閱讀條件。

●采用地源 /水源熱泵新型節能空調系統。如江蘇尚德生態大樓和南京工程學院逸夫圖書信息中心就采用了該技術。南京工程學院逸夫圖書信息中心充分利用校園內的湖泊資源,將天印湖的水作為可再生資源應用于本工程空調系統中,使用節能、環保、可再生的地表水熱泵系統作為空調系統的冷熱源,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,被列入建設部節能示范工程,技術上處于國內領先水平。

●采用太陽能空調熱水系統。太陽能空調熱水系統利用太陽能集熱器產生熱水,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,供空調使用。采用太陽能空調熱水系統,可避免采用常規不可再生能源,達到節能、環保的目的。

●采用中央空調變頻節能技術。在現有中央空調系統的基礎上,應用變頻調速技術和 DDC控制技術,將空調主機、風機、水泵的定流量運行,改為變流量運行 ,如 VRV(變冷媒量 )、 VAV(變風量 )和VWV(變水量),可節省大量的電能支出。當空調負荷發生變化時,通過采集一組參數值,經模糊運算,及時調節制冷壓縮機、循環水泵和風機的運行工作參數,從而改變空調主機工作狀態、冷凍水和冷卻水流量,改變盤管風機和冷卻塔的風量,確保空調主機始終工作在效率最佳狀態,使供回水和進出水溫度趨于設定值。

3.照明系統的節能設計。照明用電在圖書館用電中雖不能與中央空調系統相比,但在圖書館用電中仍占了20%～30%。要節省照明用電需在幾個方面下功夫：

一是加大自然采光通風,減少圖書館白天用電。在館舍設計時,應融入天井設計 ,充分利用頂光,利用多重反射將頂光反射到室內進深的部位。窗戶應采用推開式或“埋入墻內”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的光。如巴黎阿拉伯文化中心的設計即采用了光電感應技術,根據太陽光的強弱自動調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。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部和地下空間,這是世博節能的一個起點。

二是大量采用 LED燈等節能燈代替傳統的白熾燈。 LED燈具有高效節能(一千個小時僅耗數度電 )、超長壽命 (5萬小時)、健康 (不輻射紫紅外線)、綠色環保(不含汞和氙等有害元素)、保護視力(直流驅動,無頻閃)等優點,是新一代固體冷光源,已經成為繼白熾燈、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能的 LED燈照明。

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

四是采用新型電力系統,如光伏一體化技術。江蘇尚德生態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日發電量最高可達2 380度。發達國家的圖書館大都采用了太陽能電池照明系統,如西班牙的龐普?法伯拉公共圖書館,其照明系統由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可解決后續的電力消耗,達到完全自給。

4.設計時要保持合理的窗墻比。合理的窗墻比是自然采光、通風和降低熱輻射的保證。按照節能設計標準,公共建筑的窗墻比不應大于 0.7、小于 0.4。可見,光的透射比不應小于0.4。近年來,圖書館建筑中廣泛使用玻璃幕墻,作為現代建筑的元素,幕墻的使用令圖書館的建筑形象更具表現力,內部也更加通透、明亮。但部分圖書館建筑設計中存在著幕墻比例偏高的現象,特別是隱框幕墻,通風效果差,大量的熱輻射使南方的一些圖書館在冬季仍然要開空調。如廣州大學城內的廣東工業大學圖書館,四面墻幾乎均采用幕墻結構,窗墻比例明顯偏高,加上大堂面積大、挑空高,空調浪費的現象比較嚴重。

(二)建筑新型節能環保材料的大量使用

圖書館建筑材料應使用低能耗、不影響或少影響生態環境、無輻射、無放射、無污染的節能環保材料。如在窗戶和幕墻中采用隔熱節能的 LOW-E玻璃、通風式節能玻璃幕墻、斷熱節能鋁合金門窗,都可大大降低建筑物的能耗,同時也可降低室內與室外之間的冷熱交換。如澳大利亞悉尼大學研制的真空玻璃,在嚴冬能保持室內熱量避免散失,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用前景廣闊。再如,還可以采用加氣混凝土、通風式干掛石材等傳熱能力低的新型墻體材料;也可以采用通風外墻,利用空氣流動帶走外界熱量;以及采用內貼保溫板與頁巖模數磚,形成低熱阻的復合保溫墻體,提高外墻隔熱能力。

(三)建筑節能新技術的充分使用

圖書館建筑設計要充分利用生態技術、風光互補發電、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、空調節電、自隔熱混凝土砌塊、頁巖燒結多孔磚、空心無梁樓板、新型建筑防水、新三級鋼、高性能混凝土、照明節電手段、太陽能綜合利用等新技術、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”規劃的最后一年,也是實現節能減排約束性目標的決戰之年。進入后哥本哈根時代,相信隨著一系列法規和標準的出臺和落實,隨著節能新工藝、新材料、新科技的不斷推廣和應用,隨著在實踐中不斷探索和努力,建筑節能“雙跨越”發展模式離我們并不遙遠,當低碳的理念成為每個人的共識的時候,低碳圖書館將不是遙遠的夢,我們的地球將是永遠的藍天白云、綠水青山。

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