实现可持续性建筑的技术

1、实现可持续性建筑的技术 1 前言 我们向自然界索要资源满意城市化的需要,再将废物排放给自然，最终面临着资源枯竭，同时环境污染威逼生存的尴尬局面。在这种状况下，可持续发展的观念逐步为越来越多的人认同。可持续发展呼吁人们放弃现在高能耗、高增长、高污染的粗放型生产方式和高消费高铺张的生活方式，以保持资源的可持续利用性。建筑产业就是典型的立足于资源和能源大量消耗的产业，人们也早已开头研究实现可持续性建筑的途径。1994年11月，第一届可持续建筑国际会议在美国进行，会议对可持续建筑做了全面探讨，指出可持续性建筑的主要问题是资源、环境、设计和环境影响及它们之间的相互协调关系。2各国都有做可持续性的建筑的尝

2、试，如美国有“资源保护屋”，英国Milton Keynes有能源公园，丹麦有可再生住房等。纵观这些建筑，可持续建筑的技术应具有以下4R属性 RESOURCE资源的保护和合理利用，有节制的开发自然资源； REDUCE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； REUNITE充分利用地方材料与现代高科技加工新型生态节能建材； RECYCLE资源与建材的再生利用，变废为宝。 我们查找可持续性建筑最关键的部位，并提出相应的解决方法。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

3、次，可持续性要求能源的可持续性，新能源技术在建筑领域的应用也是很重要的思路。最终，要做到对环境影响小，就必需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。 2 实现可持续性建筑的技术途径 2.1 外围护结构的保温隔热技术 以民用建筑为例，冬季热负荷包括围护结构的耗热量和加热由门窗缝隙涌入室内的冷空气耗热量。因而围护结构热工性能的改善是降低采暖能耗的最重要途径。我国建筑节能规划目标中，建筑围护结构担当其中47.2%的节能任务。1 2.1.1 外墙 分析外墙基本耗热量计算公式Qj=AK(tR-to,w)a(a为温差修正)及冷负荷计算公式为Qc()=AK(tc()+td)kk(k为外表面放

4、热系数修正，k为汲取系数修正)，可见节能主要要掌握围护结构的表面积A、传热系数K，而外表面的物理性能改善也有一定的作用。有对应的以下几条降低负荷的措施 1) 优化建筑形状，以最小的建筑外表面积包涵最大的建筑空间即减轻墙外表面积的影响。外表面积和体积之比推荐值为0.4。建筑形体系数每增加一个点，建筑能耗将增加5%左右。还应考虑作合理平面布置，如将电梯、楼梯、管道井、机房等布置在建筑物的南侧或西侧，可以有效阻挡日射，削减室内得热量。 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墙体保温技术等在文献3中有较详尽的介绍。 3) 外装饰尽量做浅色处理，采用光滑

5、饰面材料，降低k，削减表面对辐射的汲取； 4) 硬质铺地表面蓄积太阳能热量，会导致建筑四周温度的上升。假如利用绿地区域替代，将降低地面四周室外空气的温度。削减室内外温差，从而降低冷负荷。参见文献4 5) 研究如“可呼吸外墙”类同时具有良好生态性能的外墙。参见文献4 2.1.2 窗 窗的传热系数比墙的大许多，又经常开启，是冬季耗热的关键部位。窗的冷负荷分瞬变得热和日射得热，日射得热是室内通过窗玻璃得到的太阳辐射热，其计算公式为Qc()=ACsCiDjmaxCLQ(A-窗的有效面积，Cs窗玻璃的遮阳系数，Ci-窗内遮阳设施的遮阳系数)。由公式可看出，针对窗户的节能技术主要有 1) 结合建筑物朝向，

6、纬度，合理的掌握窗墙比，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，调整室内日照。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) 采用多层窗或采用中空玻璃，利用空气夹层热阻较小的原理，降低玻璃的传热系数。平凡单层玻璃K值在6.4左右，而中空玻璃窗K值在3.0左右，保温隔热性能大大提高。选择气密性好，导热系数小的塑料窗框代替常用的金属窗框，可有效削减冷风浸入。 3) 采用吸热玻璃、镀膜反射玻璃、夹层变玻璃等技术，降低玻璃的Cs，有效阻挡通过玻璃

7、的太阳辐射和室内热辐射。但这些高技术产品价格昂贵，期望在发展玻璃深加工的同时能降低成本，使之能普遍使用在住宅中。 2.1.3 屋顶 1) 采用高保温材料。目前我国平屋顶保温材料应用较多的主要是加气砼和膨胀珍宝棉，保温隔热性能一般。近几年X省等地推广使用一种预制好的隔热砖，可在结构层上直接铺设。有的地方用舒乐板作屋面保温，也取得了较好的效果。新近研制的防水珍宝保温板，具有带排气孔、重量轻、憎水率高、强度高、保温性能好等特点。 2) 屋顶设置高效隔热层。可防止大量辐射热侵入室内，削减空调等耗能。隔热层在设计时，不仅要保证有一定的隔热空间，而且还应当保证隔热层能够通风，准时将热量带走，才能有效的保证

8、隔热效果。我国传统的坡屋面设计就能较好地满意这个要求； 3) 蓄水隔热屋面。利用水生植物遮阳，反射和汲取太阳辐射，以及利用蓄水的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。 2.2 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削减和运行的经济性上，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。 2.2.1采暖新技术 冬季采暖是中国北方地区住宅必不可少的，主要采用集中供暖。热源供给主体是热力公司或小区锅炉房。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

9、户采暖方式的特点在于用户可以依据自己的喜好随便选择，同时用热也可以单独计量。随着清洁能源的使用及新技术、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。各地应依据当地气候、能源条件和建筑状况，发展采用相宜的节能采暖方式，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，削减房间上部温度升高增加的无效热损失，因此可节约采暖能耗。 2.2.2通风空调新技术 目前较多采用的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

10、然通风。采用自然通风可以削减制冷负荷，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。这种被动式的通风空调技术不开风机，无需制冷，应加以充分考虑，设计在温柔天气如春冬过渡季节直接对流通风，实现基本零能耗；而在热而无风的日子尽量设计利用烟囱效应、风塔效应引风入内。 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，同时可依据室内负荷的变化，瞬间进行容量调整，使VRV系统能在高效率工况下运行，具有显着节能效益，经济效益显着。 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

11、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。节能环保效益显着。 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。11 5) 变风量空调VAV系统。送风状态保持不变，转变送风量来适应室外气象变化，从而降低了冷水机组的制冷量，也降低的风机的能耗。 6) 热泵空调技术。将自然环境(太阳能、空气、水、土壤)中的低位能转化为高位能。以土壤源热泵为例，在一定深度的地层中，土壤温度达到了一个比较稳定的数值，冷热媒流经这些区域进行热交换后可直接用于空调系统。将来地下土壤的冷或热能的利用会成为特别重要的可再生能源之一，因为这种能源普遍存在，既没有污染物排放，也不生成污

12、染物，另一方面运作费用极低，只需要进行初始投资回收的评估。 7) 区域供冷技术。这样可以采用效率高的大容量机组，考虑负荷参差系数而使装机容量削减，与分散式供冷相比，机房面积和管理人员都大幅削减，能源利用更为合理有效。 比较以上几种空调技术，还是有一些不尽如人意的地方：采用自然通风时，假如建筑四周外环境质量较差，则简单引入外界的空气污染等不良因素，同时可能导致热/冷流失，降低隔热效果；考虑制冷剂的价格的环境污染问题，VRV系统的容量不能很大；应用水环热泵的建筑必需有内外分区；蓄能空调只有在昼夜电价有较大差异时才有意义；VAV系统的自控很不好实现，国内罕有成功的实例；地源热泵地场温度分布的测定还不

13、完善，以及布管技术与管材的选择问题，还有一年中从地下获取的和排放的热量应如何保持平衡等问题而水源热泵回灌成本太高，而且要求必需有环境水源才能实现。因此，总的来说，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的前提。 不论是采用何种通风空调形式，都要留意自动化技术与暖通空调技术的协作，才能更好的实现建筑设备系统的合理设计、有效使用以及运行掌握过程中的能量节省。建筑自动化即实现建筑设备系统(如供热空调系统、给排水系统、照明系统、运输系统、消防系统、保安系统、办公系统、通讯系统等)的监测、管理、运行和掌握的自动化，依据室外气候条件和室内参数设定值，自动调整空调制冷系统的运行参数，真正做到设备

14、响应当地气候，保证建筑设备在供应要求的建筑环境的同时，达到初投资、运行费和修理服务费最小的优化目标。 再者，暖通空调设备的选型应分考虑各种节能及优化措施对设计负荷的影响，负荷计算不能再参照旧有围护结构的类型充和材料热工性能，否则会造成计算得到的冷热负荷与实际冷热负荷存在不小的差异。还应依据详细状况选择合理的安全系数，从而合理为暖通空调设备选型定装机容量，以节约初次投资和做到精确掌握运行工况，节约运行费用。另外，照明负荷的大小、办公设备耗能指标及建筑内人员密度等都应采用反映实际状况的合理的参数值，而非仅仅依靠设计手册上的概算指标或经验数据进行估算。 另外，还应结合城市规划对整个能源系统进行总体设

15、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。 2.3 新能源技术 2l世纪住宅应大力开发利用太阳能、风能、水能和生物能等绿色能源，实现一定程度上的能源自给自足，保护将来的生态和环境，为将来的发展供应优良的基础。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、屋顶安装一些装置直接利用

16、太阳能，如太阳能恒温房；也可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，而在阳光充分的寒冷地区，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他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，同时也可节能能源。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。参见文献4 2.4 可再生技术 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，以应对将来建筑必需面临的诸如环境和生态保护，最少能源耗费等

17、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。 自然资源如雨水可以收集起来，引入蓄水池中，适度净化后用于浇灌花园、清洗和卫生间冲水等。还可以利用蒸发效应冷却建筑外结构或建筑构成元素，与自然通风协同作用，清洁环保地达到保证室内空间热舒适的程度。 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。如由废纸、废纸板可制成保温材料和底衬；由废塑料可制成管子和地毯；废电池回收处理可回收大量金属等。在建筑时会产生垃圾，应在建筑设计中注意尺度的推敲，符合模数，选择使用高效、精良的产品及考虑材料维护更换周期，采用对环境更为

18、有利的施工管理模式。另外，要充分利用剩余能量，留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8。 在我国，每年浇注混凝土约1520亿m3，开山采砂石约为1114亿m3。废弃混凝土量约为60亿万m3，其中除一小部分用于填筑海岸、充当道路和建筑物的基础垫层外，绝大多数作为垃圾填埋，不仅占用大批土地(甚至耕地)，而且还对环境造成污染。由于废弃混凝土块中含有大量砂石骨料，假如能就地回收，经过破裂、清洗、分级后作为骨料再利用，则不但可以降低成本，节约天然资源，还能削减城市环境污染。参见文献67目前我国每年约生产水泥5亿多吨，生产过程需消耗大量石灰石、粘土和标准煤，同时产生大量的粉煤灰、CO、C02和SO2等，严重破坏生态平衡。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。参见文献7 3 结论 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