實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性建筑-技術(shù)

1、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性建筑-技術(shù)摘要：可持續(xù)性建筑廣泛涉及建筑設(shè)計(jì)、暖通、建筑材料、自動(dòng)化等許多專業(yè)的技術(shù)的不斷改進(jìn)與良好配合的結(jié)果。我們必須把可持續(xù)性建筑作為一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程對(duì)待，著眼于綜合效益的可持續(xù)性。本文分別從外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的改善、建筑設(shè)備技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)等多個(gè)方面介紹了具有可持續(xù)性的建筑技術(shù)。關(guān)鍵詞：可持續(xù)建筑 建筑節(jié)能 系統(tǒng)優(yōu)化 1 前言我們向自然界索要資源滿足城市化的需要,再將廢物排放給自然，終于面臨著資源枯竭，同時(shí)環(huán)境污染威脅生存的難堪局面。在這種情況下，可持續(xù)發(fā)展的觀念逐步為越來越多的人認(rèn)同。可持續(xù)發(fā)展呼吁人們放棄現(xiàn)在高能耗、高增長(zhǎng)、高污染的粗放型生產(chǎn)方式和高消費(fèi)

2、高浪費(fèi)的生活方式，以保持資源的可持續(xù)利用性。建筑產(chǎn)業(yè)就是典型的立足于資源和能源大量消耗的產(chǎn)業(yè)，人們也早已開始研究實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性建筑的途徑。1994年11月，第一屆可持續(xù)建筑國(guó)際會(huì)議在美國(guó)舉行，會(huì)議對(duì)可持續(xù)建筑做了全面探討，指出可持續(xù)性建筑的主要問題是資源、環(huán)境、設(shè)計(jì)和環(huán)境影響及它們之間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系。2各國(guó)都有做可持續(xù)性的建筑的嘗試，如美國(guó)有“資源保護(hù)屋”，英國(guó)Milton Keynes有能源公園，丹麥有可再生住房等?？v觀這些建筑，可持續(xù)建筑的技術(shù)應(yīng)具有以下4R屬性：RESOURCE資源的保護(hù)和合理利用，有節(jié)制的開發(fā)自然資源；REDUCE降低能耗、減小能源消費(fèi)對(duì)環(huán)境的有害影響，減小污染物排放量；

3、 REUNITE充分利用地方材料與現(xiàn)代高科技加工新型生態(tài)節(jié)能建材； RECYCLE資源與建材的再生利用，變廢為寶。我們尋找可持續(xù)性建筑最關(guān)鍵的部位，并提出相應(yīng)的解決方法。首先，可持續(xù)性要求對(duì)能源的消耗小。這意味著除了要做好外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱，降低冷熱負(fù)荷外，各種新技術(shù)在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用也是建筑節(jié)能得以實(shí)現(xiàn)的重要途徑。其次，可持續(xù)性要求能源的可持續(xù)性，新能源技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用也是很重要的思路。最后，要做到對(duì)環(huán)境影響小，就必須做到可再生利用自然資源及建筑材料等人造材料的可再生利用。2 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性建筑的技術(shù)途徑2.1 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱技術(shù)以民用建筑為例，冬季熱負(fù)荷包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量和

4、加熱由門窗縫隙涌入室內(nèi)的冷空氣耗熱量。因而圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的改善是降低采暖能耗的最重要途徑。我國(guó)建筑節(jié)能規(guī)劃目標(biāo)中，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)承擔(dān)其中47.2%的節(jié)能任務(wù)。12.1.1 外墻分析外墻基本耗熱量計(jì)算公式Qj=AK(tR-to,w)a(a為溫差修正)及冷負(fù)荷計(jì)算公式為Qc()=AK(tc()+td)kk(k為外表面放熱系數(shù)修正，k為吸收系數(shù)修正)，可見節(jié)能主要要控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面積A、傳熱系數(shù)K，而外表面的物理性能改善也有一定的作用。有對(duì)應(yīng)的以下幾條降低負(fù)荷的措施：1) 優(yōu)化建筑外形，以最小的建筑外表面積包容最大的建筑空間即減輕墻外表面積的影響。外表面積和體積之比推薦值為0.4。建筑形體系數(shù)每增

5、加一個(gè)點(diǎn)，建筑能耗將增加5%左右。還應(yīng)考慮作合理平面布置，如將電梯、樓梯、管道井、機(jī)房等布置在建筑物的南側(cè)或西側(cè)，可以有效阻擋日射，減少室內(nèi)得熱量。2) 采用保溫隔熱，傳熱系數(shù)小的墻體材料。此類外墻材料有各類砌塊、復(fù)合輕墻板以及外墻復(fù)合墻體保溫技術(shù)等，在文獻(xiàn)3中有較詳盡的介紹。3) 外裝飾盡量做淺色處理，采用光滑飾面材料，降低k，減少表面對(duì)輻射的吸收；4) 硬質(zhì)鋪地表面蓄積太陽能熱量，會(huì)導(dǎo)致建筑周圍溫度的上升。如果利用綠地區(qū)域替代，將降低地面附近室外空氣的溫度。減少室內(nèi)外溫差，從而降低冷負(fù)荷。參見文獻(xiàn)45) 研究如“可呼吸外墻”類同時(shí)具有良好生態(tài)性能的外墻。參見文獻(xiàn)42.1.2 窗窗的傳熱系數(shù)

6、比墻的大很多，又經(jīng)常開啟，是冬季耗熱的關(guān)鍵部位。窗的冷負(fù)荷分瞬變得熱和日射得熱，日射得熱是室內(nèi)通過窗玻璃得到的太陽輻射熱，其計(jì)算公式為Qc()=ACsCiDjmaxCLQ(A-窗的有效面積，Cs窗玻璃的遮陽系數(shù)，Ci-窗內(nèi)遮陽設(shè)施的遮陽系數(shù))。由公式可看出，針對(duì)窗戶的節(jié)能技術(shù)主要有：1) 結(jié)合建筑物朝向，緯度，合理的控制窗墻比，如高緯度南向窗戶面積取大一點(diǎn)，以更好的利用太陽輻射，降低采暖能耗。適當(dāng)確定建筑物的挑檐、遮陽板的尺寸，安裝可調(diào)式百葉、窗簾，調(diào)節(jié)室內(nèi)日照?；虿捎谜陉栂到y(tǒng)，一般安裝在向陽的外立面或采光屋頂上，可控可調(diào)，以到不同時(shí)間，據(jù)不同需要遮擋、反射和引光入室的目的。2) 采用多層窗或

7、采用中空玻璃，利用空氣夾層熱阻較小的原理，降低玻璃的傳熱系數(shù)。普通單層玻璃K值在6.4左右，而中空玻璃窗K值在3.0左右，保溫隔熱性能大大提高。選擇氣密性好，導(dǎo)熱系數(shù)小的塑料窗框代替常用的金屬窗框，可有效減少冷風(fēng)浸入。3) 采用吸熱玻璃、鍍膜反射玻璃、夾層變玻璃等技術(shù)，降低玻璃的Cs，有效阻止通過玻璃的太陽輻射和室內(nèi)熱輻射。但這些高技術(shù)產(chǎn)品價(jià)格昂貴，希望在發(fā)展玻璃深加工的同時(shí)能降低成本，使之能普遍使用在住宅中。2.1.3 屋頂1) 采用高保溫材料。目前我國(guó)平屋頂保溫材料應(yīng)用較多的主要是加氣砼和膨脹珍珠棉，保溫隔熱性能一般。近幾年廣東等地推廣使用一種預(yù)制好的隔熱磚，可在結(jié)構(gòu)層上直接鋪設(shè)。有的地方

8、用舒樂板作屋面保溫，也取得了較好的效果。新近研制的防水珍珠保溫板，具有帶排氣孔、重量輕、憎水率高、強(qiáng)度高、保溫性能好等特點(diǎn)。2) 屋頂設(shè)置高效隔熱層。可防止大量輻射熱侵入室內(nèi)，減少空調(diào)等耗能。隔熱層在設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要保證有一定的隔熱空間，而且還應(yīng)該保證隔熱層能夠通風(fēng)，及時(shí)將熱量帶走，才能有效的保證隔熱效果。我國(guó)傳統(tǒng)的坡屋面設(shè)計(jì)就能較好地滿足這個(gè)要求；3) 蓄水隔熱屋面。利用水生植物遮陽，反射和吸收太陽輻射，以及利用蓄水的蒸發(fā)來提高隔熱效果；條件允許時(shí)在屋頂上覆土，做植被屋面。上面種密葉植物，利用植物遮陽，覆土作為隔熱層提高隔熱性能。2007-04-222.2 暖通空調(diào)新技術(shù)建筑能耗降低主要體現(xiàn)在

9、暖通空調(diào)設(shè)備的裝機(jī)容量減少和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性上，因此，暖通空調(diào)技術(shù)措施的改進(jìn)和落實(shí)應(yīng)用是建筑節(jié)能得以實(shí)現(xiàn)的根本途徑。2.2.1采暖新技術(shù)冬季采暖是中國(guó)北方地區(qū)住宅必不可少的，主要采用集中供暖。熱源供給主體是熱力公司或小區(qū)鍋爐房。我國(guó)目前市政集中供暖方式比例為46%，分戶式取暖比例僅次于市政集中供暖，為44。分戶采暖方式的特點(diǎn)在于用戶可以根據(jù)自己的喜好隨意選擇，同時(shí)用熱也可以單獨(dú)計(jì)量。隨著清潔能源的使用及新技術(shù)、新產(chǎn)品的出現(xiàn)，使采暖方式的多元化選擇成為可能，集中供暖方式的壟斷地位受到挑戰(zhàn)，采暖、熱水一體化的獨(dú)立分戶采暖等方式紛紛出現(xiàn)。各地應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颉⒛茉礂l件和建筑情況，發(fā)展采用適宜的節(jié)能采暖方式

10、，如輻射采暖，主要依靠供熱部件與結(jié)構(gòu)內(nèi)表面間的輻射換熱為各房間供熱(冷)，熱舒適增加，減少房間上部溫度升高增加的無效熱損失，因此可節(jié)省采暖能耗。2.2.2通風(fēng)空調(diào)新技術(shù)目前較多采用的是風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)及定風(fēng)量全空氣系統(tǒng)，但以下幾種系統(tǒng)形式有著較好的節(jié)能效果，建議因地制宜的選擇使用。1) 盡量采用自然通風(fēng)。采用自然通風(fēng)可以減少制冷負(fù)荷，并帶走室內(nèi)有毒及有異味物質(zhì)，其動(dòng)力是室內(nèi)外溫度差引起的熱壓和風(fēng)壓壓力差。這種被動(dòng)式的通風(fēng)空調(diào)技術(shù)不開風(fēng)機(jī)，無需制冷，應(yīng)加以充分考慮，設(shè)計(jì)在溫和天氣如春冬過渡季節(jié)直接對(duì)流通風(fēng)，實(shí)現(xiàn)基本零能耗；而在熱而無風(fēng)的日子盡量設(shè)計(jì)利用煙囪效應(yīng)、風(fēng)塔效應(yīng)引風(fēng)入內(nèi)。2) 變制冷劑

11、流量VRV系統(tǒng)。以制冷劑直接作為熱傳送介質(zhì)，其每公斤傳送的熱量是205KJ/kg，幾乎是水的10倍和空氣的20倍，同時(shí)可根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷的變化，瞬間進(jìn)行容量調(diào)整，使VRV系統(tǒng)能在高效率工況下運(yùn)行，具有顯著節(jié)能效益，經(jīng)濟(jì)效益顯著。3) 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)。用水環(huán)路將小型的水/空氣熱泵機(jī)組并聯(lián)在一起，構(gòu)成一個(gè)以回收建筑物內(nèi)余熱為主要特點(diǎn)的熱泵供暖、供冷的空調(diào)系統(tǒng)。節(jié)能環(huán)保效益顯著。4) 蓄能空調(diào)。利用晚上電價(jià)較低時(shí)段制冰蓄冷白天供冷，可起到削峰調(diào)谷的作用。115) 變風(fēng)量空調(diào)VAV系統(tǒng)。送風(fēng)狀態(tài)保持不變，改變送風(fēng)量來適應(yīng)室外氣象變化，從而降低了冷水機(jī)組的制冷量，也降低的風(fēng)機(jī)的能耗。6) 熱泵空調(diào)技術(shù)。將

12、自然環(huán)境(太陽能、空氣、水、土壤)中的低位能轉(zhuǎn)化為高位能。以土壤源熱泵為例，在一定深度的地層中，土壤溫度達(dá)到了一個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)值，冷熱媒流經(jīng)這些區(qū)域進(jìn)行熱交換后可直接用于空調(diào)系統(tǒng)。未來地下土壤的冷或熱能的利用會(huì)成為非常重要的可再生能源之一，因?yàn)檫@種能源普遍存在，既沒有污染物排放，也不生成污染物，另一方面運(yùn)作費(fèi)用極低，只需要進(jìn)行初始投資回收的評(píng)估。7) 區(qū)域供冷技術(shù)。這樣可以采用效率高的大容量機(jī)組，考慮負(fù)荷參差系數(shù)而使裝機(jī)容量減少，與分散式供冷相比，機(jī)房面積和管理人員都大幅減少，能源利用更為合理有效。比較以上幾種空調(diào)技術(shù)，還是有一些不盡如人意的地方：采用自然通風(fēng)時(shí)，如果建筑周圍外環(huán)境質(zhì)量較差，則

13、容易引入外界的空氣污染等不良因素，同時(shí)可能導(dǎo)致熱/冷流失，降低隔熱效果；考慮制冷劑的價(jià)格的環(huán)境污染問題，VRV系統(tǒng)的容量不能很大；應(yīng)用水環(huán)熱泵的建筑必須有內(nèi)外分區(qū)；蓄能空調(diào)只有在晝夜電價(jià)有較大差異時(shí)才有意義；VAV系統(tǒng)的自控很不好實(shí)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)罕有成功的實(shí)例；地源熱泵地場(chǎng)溫度分布的測(cè)定還不完善，以及布管技術(shù)與管材的選擇問題，還有一年中從地下獲取的和排放的熱量應(yīng)如何保持平衡等問題而水源熱泵回灌成本太高，而且要求必須有環(huán)境水源才能實(shí)現(xiàn)。因此，總的來說，因地制宜，合理設(shè)計(jì)是利用這些空調(diào)技術(shù)達(dá)到節(jié)能降耗目的的前提。不論是采用何種通風(fēng)空調(diào)形式，都要注意自動(dòng)化技術(shù)與暖通空調(diào)技術(shù)的配合，才能更好的實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備系

14、統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、有效使用以及運(yùn)行控制過程中的能量節(jié)約。建筑自動(dòng)化即實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備系統(tǒng)(如供熱空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等)的監(jiān)測(cè)、管理、運(yùn)行和控制的自動(dòng)化，根據(jù)室外氣候條件和室內(nèi)參數(shù)設(shè)定值，自動(dòng)調(diào)整空調(diào)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，真正做到設(shè)備響應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?，保證建筑設(shè)備在提供要求的建筑環(huán)境的同時(shí)，達(dá)到初投資、運(yùn)行費(fèi)和維修服務(wù)費(fèi)最小的優(yōu)化目標(biāo)。再者，暖通空調(diào)設(shè)備的選型應(yīng)分考慮各種節(jié)能及優(yōu)化措施對(duì)設(shè)計(jì)負(fù)荷的影響，負(fù)荷計(jì)算不能再參照舊有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的類型充和材料熱工性能，否則會(huì)造成計(jì)算得到的冷熱負(fù)荷與實(shí)際冷熱負(fù)荷存在不小的差異。還應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合理的安全系數(shù)，

15、從而合理為暖通空調(diào)設(shè)備選型定裝機(jī)容量，以節(jié)省初次投資和做到精確控制運(yùn)行工況，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。另外，照明負(fù)荷的大小、辦公設(shè)備耗能指標(biāo)及建筑內(nèi)人員密度等都應(yīng)采用反映實(shí)際情況的合理的參數(shù)值，而非僅僅依賴設(shè)計(jì)手冊(cè)上的概算指標(biāo)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。另外，還應(yīng)結(jié)合城市規(guī)劃對(duì)整個(gè)能源系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，研究為暖通空調(diào)系統(tǒng)配置合理的能源轉(zhuǎn)化與能源輸送系統(tǒng)，重點(diǎn)為我國(guó)北方地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的供熱、供冷方式，與集中供熱、供冷相適應(yīng)的大型制冷供熱裝置以及全面規(guī)劃電力、煤氣、冷熱源及蓄能的能源系統(tǒng)。能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的很小變更，也會(huì)意味著大數(shù)量級(jí)的能耗降低。2.3 新能源技術(shù)2l世紀(jì)住宅應(yīng)大力開發(fā)利用太陽能、風(fēng)能、水能和生物能等綠色能源，實(shí)現(xiàn)一定程度上的能源自給自足，保護(hù)未來的生態(tài)和環(huán)境，為將來的發(fā)展提供優(yōu)良的基礎(chǔ)。太陽能是自然界中的最充分、最便捷的可供利用的綠色能源，應(yīng)優(yōu)先選用被動(dòng)式太陽能技術(shù)，而主動(dòng)式太陽能技術(shù)的采用則作為補(bǔ)充。被動(dòng)式太陽能利用在設(shè)計(jì)