淺談低碳建筑先進技術

倪 韜

0 引言

隨著人類社會的發展,人們的日常生活越來越多的依賴于各種能源。從《京都議定書》簽訂以來,全球的CO2排放量增長了25%,能源消耗在急劇膨脹導致整個世界范圍內的生態環境退化、破壞。地球溫度升高冰川融化海平面上升,人類正面臨著氣候變化失控的威脅,無論是發達國家還是發展中國家都在制定相應的立法,以減少CO2和SO2等溫室氣體的排放。

建筑業的能源消耗(包括建設、使用、取暖、制冷等)占總能源消耗的40%以上,隨著中國經濟繼續高速發展,中國正處在高速的城市化進程中,要實現每年國內產生的CO2總值在2020年達到比2005年削減40%～45%的水平。建筑業的作用至關重要。

1 建筑技術發展現狀

由于碳排放量逐年增加,溫室效應越來越明顯,其對生態環境、人類生活的影響日益顯現。世界各國紛紛出臺低碳建筑的規范。在英國,《建筑規范》將建筑物的預計CO2排放量和CO2目標排放率(TER)的計算被納為關鍵指標之一。目標是設法通過建筑環境實現顯著減排。

在美國加利福尼亞州,“加州綠能建筑標準”(Calgreen)將于2011年1月正式生效。未來加州新建建筑必須減少20%的水消耗量,50%的建筑基地廢土必須有效重新利用,并安裝低污染設備。

在歐洲國家不僅重視低碳、零碳的設計,同時還重視對建筑使用者的行為進行規范,歐洲五所著名大學建立貝葉斯網絡模型充分說明,要實現低碳、零碳目標需要建筑的使用者樹立低碳、零碳的生活理念。

2 各種低碳技術介紹及相關案例分析

在2010年上海世博會上,漢堡興建一棟體現高水平環保技術、融住宅與商用功能于一身的示范性節能建筑。其設計風格融合了傳統和現代的漢堡元素,遵循了被動房屋節能建筑原則。采暖需求低于15 kWh/(m2?年),一次能源需求也將低于50 kWh/(m2?年)。充分利用了陽光、人體、室內電氣、照明等被動熱源。堪稱被動式房屋的典范。

由成功大學建筑研究所與石昭永建筑師合作設計的臺達南科廠,以3年連續節能34.5%的成效榮獲“鉆石級綠色建筑標章”的殊榮。臺達南科廠堅持亞熱帶風土設計,堅持適當開窗與深遮陽的亞熱帶建筑表現,因而能達到最有效建筑節能設計。據統計臺北的室外溫度高于31℃的時間是比較短的,平均每年只有701 h,因此特別設計了一個熱壓式通風的中庭,因而在11月～4月完全停止空調運轉,這是達到節能34.5%的主要原因之一,充分利用省水器材及雨水收集系統,總共節約用水約50%以上。同時設置系統容量21.6 kW 的單晶光電板,以發電效率2.5 kWh/(kW?d)計算,全年總發電量為19710 kWh,約占全棟工廠用電量的1.0%。采用太陽能熱水系統及多樣化的生態設計,設置了3處生態水池,以半滲透的池底結構、多孔隙的自然護岸與豐富的水岸植物,形成良好的水岸生態系統。

英國伊麗莎白教學樓應用建筑結構熱塊(Building Thermal Mass)方法,其原理是利用外露吸熱材料白天和夜晚的溫度變化,保持溫度平衡。這些材料在白天溫度高的時候吸收多余的熱量,到晚上室內沒有人的時候利用室內空氣的流通將積蓄的熱量排出建筑物,為解決夏天室內溫度過高的問題,讓新風首先在預制樓板中循環,然后進入房間,實現通風。利用預制板上的空心孔作為通風管道,新風首先在預制樓板中循環吸收樓板中散發的熱量,使得進入室內的空氣接近室內溫度然后進入房間,通過建筑物后排出。在冬季利用同樣的方法,借助高效(＞90%)熱回收裝置進入排風中回收熱量,從而完全成功地擺脫對分布式供暖系統的需求。

3 國內外先進技術的借鑒和推廣意義

世界上正在掀起低碳建筑之風,碳交易也在悄然興起,值此之際,我們必須放眼未來,取人之長補己之短。

3.1 緊跟時代脈搏建立我國的建筑評估系統

在金融領域,美國的標準普爾等三大金融評級機構壟斷了金融市場的評級業務,掌握世界金融資產的定價權,在金融市場上呼風喚雨,碳交易在全球范圍悄然興起,各國紛紛建立低碳建筑的標準及評級體系,如美國西雅圖的制度——能源與環境設計(Leadership in Energy and Environment Design,LEED)的標準,因此,建立健全和完善我國的建筑評估系統是當務之急,在建筑評估領域占有一席之地,把握“碳黃金”的定價權,否則我們的經濟可持續發展就會受到阻礙,經濟崛起就會付出巨大的代價。所以我們必須借鑒國外先進經驗建立完善建筑評估系統,來推動“低碳”“零碳”建筑的發展。

3.2 結合我國地理環境因地制宜實現低碳建筑

我國地域遼闊南北方氣候差異較大,應借鑒臺達南科廠的經驗,根據結合不同地區進行建筑設計,在北方由于冬季室內外溫度差異較大更應注意圍護結構的氣密性、保溫性設計,減少熱能損失,降低取暖能耗。在南方室內外溫度差異較小,更應注重窗戶通風及遮陽設計,降低夏季制冷能源消耗。同時利用太陽能光伏板(BIPV)和太陽能電熱供水系統,為使用者提供電能和熱水降低能耗。利用雨水收集系統收集雨水加以利用,節約用水。根據不同區域位置設計不同朝向最大限度的利用自然條件,實現建筑節能。

3.3 結合國外經驗推行“被動建筑”原則

我國人口眾多,消費水平相對不高,節能技術相對落后,因此一方面控制建筑成本,一方面不失時機的推行低碳建筑是我們唯一的選擇,因此我們應借鑒國外“被動建筑”原則,應用建筑結構熱塊(Building Thermal Mass)方法,利用新型材料的物理狀態可以隨室內溫度而變化的特點,結合樓板孔建立通風系統,平衡室內溫度,達到降低能源消耗的目的。

3.4 結合貝葉斯網絡模型推行全民可持續發展低碳建筑教育

從貝葉斯網絡模型(Bayesian Belief Network)可以知道,要實現低碳、零碳建筑是一個“全生命周期”過程,不僅僅是建筑設計、建筑建造的問題,而建筑物的使用過程對節約能源減低碳排放是至關重要的,建筑物使用者的生活習慣方式、低碳意識更是重中之重,為此我們要不失時機的長期開展全民的低碳意識、低碳生活方式教育,才能逐步實現低碳建筑,實現節能減排目標。

綜上所述,我們只有認真學習、借鑒先進的低碳建筑技術理念,不斷創新。不斷提高節能減排意識,保持低碳生活方式,推行低碳建筑,才能實現節能減排目標,在低碳建筑、低碳經濟的競爭中立于不敗之地。

[1]王文靜,周云旭.零碳城市相關理論研究[J].山西建筑,2009,35(22):20-21.

[2]施彭格勒—維朔勒克,迪特爾特—羅伊姆許塞.2010上海世博會漢堡之家[J].建筑設計,2003(10):40-41.

[3]陳 冰,康 健.綜合視角的研究與發展[J].英國低碳建筑,2001(8):15-17.