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第2章 什么是低碳建筑?(2)

低碳节约型建筑最重要的技术标志是大力开发新型节约型建材,倡导低碳可再生能源、资源的利用,加强建筑构件的重复使用等。所有这些,无不是建立在科技进步和改进工艺之上。资源节约的检验,应该看是否做到合理利用资源,大力减少资源的浪费。

我国经济建设在节地、节能、节水、节材方面的任务艰巨。我国耕地面积只占国土面积的13%,人均耕地仅有1.43亩,而城乡建设用地年增长2.43%;600多个城市中有2/3供水不足,其中1/6的城市严重缺水,重要矿产资源储量不足,石油对外依存度超过30%;建筑用材消耗率高,在同等条件下,钢材比先进国家消耗量高出10%~25%,每立方米混凝土多耗水泥80kg;我国建筑能耗巨大,能源浪费现象十分严重,与发达国家相比,外墙能耗是其4~5倍,屋顶耗能是其2.5~5.5倍,门窗空气渗透量是其3~6倍,但我国人均能源资源占有量,不到世界人均水平的1/2。面对这一情况,我们必须充分认识节约资源的重要性和迫切性,增强危机感和责任感,从节约资源、合理利用资源、大力减少资源浪费上找出路、求发展。因此,建造低碳节约型建筑,具有十分突出的现实意义。

为后人着想

资源节约是可持续发展理念的重要组成部分,可持续发展的含义是,既满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害。它包括了“需要”和“限制”两个概念。当代人需要和后代人需要的“满足”,是可持续发展的主要目标,离开了这个目标,“持续”便没有意义。社会经济发展是硬道理,然而发展必须限制在生态可能的范围内,即地球资源的承载能力之内,超过了这个范围和能力可持续发展便成了一句空话。用可持续发展观念审视世界,不难看出,传统的建筑活动在为人们提供生产生活用房的同时,过度消耗自然资源,废热废气排放无度,加重了地球环境负担,使人们生活质量下降,因此,应对人类住区建设进行反思和重新审视,也因此在建筑领域贯彻资源节约的方针,对于坚持可持续发展理念具有非常特殊的意义。

低碳节约型建筑应该把能源、自然资源的利用,材料的选择,减少污染物的排放等,作为落实可持续发展理念的重点;应该能够节约土地,高效利用土地;有效利用能源,提高能源效率;大力推进可再生能源利用的进程;采取有效措施,对生产生活污水进行净化回收和利用;建筑材料的使用要以最小的资源输入为准则,使得各种物质材料都可以得到一定程度的回收和循环使用。

我国建设部十分重视低碳节约型建筑技术的研究和全面推广工作,专门颁发了《关于全面推广节能省地型住宅和公共建筑的工作意见》,强调指出:要实现建设节能省地型住宅和公共建筑,重点要围绕建筑用地(选址)和建筑本身(结构、布局、资源、材料利用)两个方面,研究其建设和发展方式。应当尽量不占或少占耕地,集约和节约用地。必须立足地区特点,充分考虑水资源条件与承受能力,充分利用新能源和可再生能源。从全局和战略高度,重视和研究发展过程中的资源、能源利用问题。要以科学创新为支撑,抓好新材料、新产品以及新型能源和可再生能源的开发。要引进消化吸收国际先进理念和技术,增强自主创新能力,发展具有自主知识产权的适用技术,加大标准规范的编制力度,完善资源节约型建筑标准规范体系。

综上所述,建造低碳节约型建筑,普遍受到国内外有识之士的关注,具有十分重大意义。可以预料,在举世瞩目的形势下,以维护生态平衡,加强环境保护,坚持可持续发展,造福人类社会为目的,低碳节约型建筑技术研究和推广必将取得突飞猛进的进步,获得卓有成效的发展。

五、低碳节约与智能化

随着现代科技的发展,绿色建筑、低碳建筑、节约型建筑、智能建筑不断兴韶,已经成为新时代建筑发展的主流。当今,“绿色”、“低碳节约”、“智能化”已经成为现代建筑的重要标志,它们之间既有不同之处又有共同的特点,然而它们的建设目的都是一致的,三者结合就能造就一个既符合生态、环保、安全、健康要求,又舒适便捷、配置合理、信息畅通、高效节能的居住环境。

绿色低碳节约型智能建筑技术,应该是采用现代化、智能化的方法,节能、节水、节气,开发新能源和可再生能源,解决废水、废热的利用问题,以在改善水环境、热环境、气环境、声环境、光环境、绿化环境中发挥重要作用。

智能化技术让低碳节约不再遥远

低碳节约是目的,是方向,是总纲;职能化技术是手段,是方法,是措施。建造低碳节约型建筑,是一项战略性的工作,是一个系统工程。低碳节约的目的在于合理地利用资源,有效地保护资源、节能降耗、治污减排;在物质世界的大环境中,创造一个首尾相连、良性循环的自然架构,避免并防止资源危机。这就是科学发展理念的大局,是建设技术的发展方向,是经济建设的总纲。

智能化技术是综合并包含计算机、自动化、微电子等多种技术在内的信息科学,它建立了一个以计算机技术为核心的平台,有效地应用于低碳节约的建筑系统。利用各种不同的智能化系统,完成对常规能源、新能源、可再生能源的调控,加强对用电设备的管理,以节约能源;加强对水系统处理过程的智能化监控和节水器具的调控,开发水资源的重复利用技术,以节约用水;采用智能化的方法,对室内空气环境进行调控;充分将低位热能转换为高位能,以节约常规能源。应用智能化技术所构建的系统,具有高度发达的信息交换、传输和处理能力,对建筑设备和各有关功能系统的数据,能进行检索存储、状态控制、超值报警;能对供电系统进行有效调控、并网发电,达到安全、稳定、高效运行;能利用节能软件对设备进行监控,实现优化组合;能根据各项参数对环境的影响,建立环境动态舒适度模型,实现对温度、湿度、风速、光线、亮度等环境因素,进行自动调节、集成优化,达到环境舒适的综合最佳指标。它将各类智能化系统组成统一平台,进行综合管理,实现跨系统联动及数据、信息、资源共享,在有效节约资源、创造现代化居住条件上,发挥重要作用。

智能化技术在低碳节约上,已经或正在发挥促进高效、节省、低耗、减排的作用,尤其在节能、节水、控制和调节热湿环境方面,成效更为明显。

低碳节约型建筑的节能

能源是国民经济的基础和生命线,也是环境问题的核心。节约能源、保护环境是我国的基本国策。建筑是能源供应的大户,在全球能源消耗中,建筑系统消耗了大约40%的能源,而且随着社会的发展,该比例有加大的趋势。因此,建筑系统的节能,在全球可持续发展中,具有举足轻重的作用。

建筑系统节能,大致可分为三个部分,即结构节能、开源节能、用电节能。结构节能是在建筑朝向、围护的设计上和建筑材料的开发上采取措施;开源节能是推进新能源和可再生能源的使用;用电节能是采用科学、先进的方法,减少用电负载的能源耗费。

1、结构节能

结构节能广泛采用热缓冲层技术、自然采光通风技术、能量活性建筑系统、混凝土楼板辐射储热蓄冷系统、围护结构的保温隔热系统、光电幕墙与光电屋顶一体化技术等,通过智能化系统的调控和优化,达到保温、隔热、供电的节能效果。

2、开源节能

开源节能尽量减少常规能源的供应,加强可再生能源的开发利用。如采用太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等可再生能源发电、供电,通过智能化系统的调控和优化,达到蓄能、变换、稳压、稳频、联网、时控等要求。

3、用电节能

用电节能是通过对用电负载的合理调控,达到增效、降耗的要求,以节省能源。用电节能首先要改善供电质量,减少谐波成分,调整功率因数;对照明系统,采用感应器、可调照度装置,优化启闭;对动力系统,实行合理启动、最优化启停;对电梯系统,采用群控技术合理调控;对空调系统,采用热泵技术,包括太阳能热泵、地热源热泵、水环热泵等,把低位能提升为高位能以及采用变风量系统,以提高能量效率。用电节能通常采用智能化技术,通过设置楼宇设备监控系统来加以调控。

低碳节约型建筑的节水

水资源短缺是一个世界性的问题。1988年,世界环境委员会认为:水资源正在取代石油成为世界引起危机的主要问题;联合国《世界水资源综合评估报告》指出,水问题将严重制约21世纪全球经济与社会发展。节水已是全世界普遍关注的问题,我们在研究低碳节约型建筑时,不仅要关心建筑的节能问题,也要关心建筑的节水问题,开发和研制关键的节水技术和工艺设备,采用不用水或少用水的工艺,分质用水、优质优用、差质差用,实现污水资源化,从宏观战略上加强水资源的综合利用。资源节约型智能建筑,普遍重视中水回用、污水资源化、雨水收集、海水淡化、节水机具等多种技术及其智能化调控和管理的研究。

所谓“中水”是指其水质介于上水(给水)和下水(排水)之间的杂用水,是把生活污水和其他污水经处理后,用于建筑或住宅小区的非饮用水。中水系统是节约用水的重要设施。中水系统应用智能化技术,控制原水收集、物化处理、增压回用、水位控制、仪表计量等。

由自然界提供的雨水若白白流失,实在可惜。低碳节约型建筑以屋面和路面为介质,把雨水收集起来,用于绿地浇灌、道路喷洒、景观补水等,有效地利用了雨水资源。智能化系统在雨水收集中发挥了重要的调控和管理作用。

海滨及海岛城镇为了解决缺水问题进军海洋已成为人们的共识。大规模的海水淡化将为21世纪发展的必然。利用智能化控制太阳能淡化技术、电渗析法技术,已获得业界普遍关注,在低碳节约型建筑上也逐步获得了应用。

做饭、洗衣、洗澡、冲厕占家庭用水的80%,因此,改造厕所的冲洗设备,采用节水型家用机具,是低碳节约型建筑用水设备更新的重点。欧美、日本等许多国家和地区,都要求安装新型、智能型节水装置,我国也正在逐步推广。

低碳节约型建筑的热湿环境

热湿环境是低碳节约型建筑环境中最主要的内容,它反映在空气环境的热湿特性上。热湿环境由温度、湿度、辐射和气流等多种要素组成,其调节目的在于为人们创造一个舒适的生活与工作环境,通常采用通风设备、取暖设备和空调设备来加以保证。低碳节约型智能建筑,常采用太阳能、地热能以及常规能源,经过智能化调控,为人们创造一个高效、舒适的热湿环境。如利用太阳能加热通风,提供热水,取暖制冷;利用地热能采暖,做成热辐射地板。常规空调是用电大户,利用计算机监控系统,可以达到有效节能等。

由此可见,低碳节约与智能化技术有着极其密切的关系,智能化技术已不只在于信息传输与处理,而更关注与自然结合的低碳节约,成为低碳节约型建筑体系的一部分。以智能化推进低碳节约型建筑的发展,节约能源,促进新能源、新技术的应用,降低资源消耗和浪费,增强功效,减少污染和排放,是现代建筑的发展方向,也是低碳节约型建筑发展的必由之路。低碳节约型建筑引进了智能化技术,从而发展为低碳节约型智能建筑,它将成为21世纪建筑工程技术发展的主流。

六、低碳节约型建筑的“大天地”

低碳节约型建筑涉及现代技术的许多方面,然而它不是独立于传统建筑的全新技术,而是用节约、环保、生态的观点对传统建筑技术的重新审视,是传统建筑技术与现代相关学科的交叉组合。从广义来讲,它是建筑科学、环境科学、智能化技术等多种科学技术的有机结合。从建筑实体来看,低碳节约型智能建筑包含着许多技术系统,如新能源系统、热湿环境系统等。低碳节约型建筑的研究范围,就是专门讨论这些技术系统的技术理论、技术架构、设计方法、应用范围等,并在分析、论证这些系统在节约资源、保护环境、改善人们居住和生活条件上,对系统实际应用和发展前景做出科学评估;对节能、节水、节约资源的新理论、新技术、新方法,进行积极广泛、科学有效地普及和宣传。

低碳节约型建筑的实际架构

低碳节约型建筑是建筑技术与现代科学技术的有机结合,它具有资源节约、治污减排再利用和物质循环等几个方面的特点,符合可持续发展原则。它不但包含建筑、能源、生态、环境、设备、材料和智能化等技术学科,还包含哲学、美学、艺术等人文学科。

1.建筑技术

低碳节约型建筑在建筑技术上具有多方面的研究内容,其研究重点在于规划设计节能和围护结构节能。规划设计节能包括建筑选址、建筑布局、建筑形态、建筑间距、建筑朝向、太阳辐射、自然通风等问题;围护结构节能包括墙体、门窗、屋顶、幕墙、地面节能以及自然采光等方面。这些内容一般都归类于建筑学科门类去研究。

2.能源技术

能源技术在低碳节约型建筑研究上占有重要地位。首先,通过智能化技术,降低常规能源的耗损;同时,着眼于新能源和可再生能源的开发研究和推广应用,有效降低常规能源在人们生活中所占的比例,以减少CO2的排放量,实现节能的终极目标。可再生能源有太阳能和直接源于太阳能的初级能源,如水落差的能量、风能、潮汐能、海水温差和盐差能;有来自地球内部的地热能;有以太阳能为来源,但要通过燃烧等过程进行转换的二次能源,如生物质能,包括木材、沼气等,使建筑逐步摆脱对传统能源的依赖。低碳型自然能(即可再生能源)的利用及其智能化技术是本书着重讨论的内容。

3.生态环境

生态环境科学与低碳节约型建筑的研究有着密切的联系,其结合点在于人们不仅应追求、创造舒适、健康的居住环境,同时还应注重保护外界环境,使其免受污染,促进物质的循环利用。应该通过建筑结构和智能化技术,为住户创造一个良好的环境系统,其中包括水环境、声环境、气环境、光环境、热环境、绿化环境以及固体废弃物处理环境系统等。例如,推广使用环保建材,使室内外环境免受污染;保护土壤、保护水资源,使其免受排放物的污染;加强电磁防护,防止电磁污染;实现生产、生活污水的净化回收和再利用,完成雨水收集和资源利用等项目和工程。

4.设备材料

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