實現(xiàn)可持續(xù)性建筑的技術(shù)

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

摘要：可持續(xù)性建筑廣泛涉及建筑設(shè)計、暖通、建筑材料、自動化等許多專業(yè)的技術(shù)的不斷改進與良好配合的結(jié)果。我們必須把可持續(xù)性建筑作為一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程對待，著眼于綜合效益的可持續(xù)性。本文分別從外圍護結(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同?？沙掷m(xù)發(fā)展呼吁人們放棄現(xiàn)在高能耗、高增長、高污染的粗放型生產(chǎn)方式和高消費高浪費的生活方式，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)建筑國際會議在美國舉行，會議對可持續(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)計和環(huán)境影響及它們之間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系。各國都有做可持續(xù)性的建筑的嘗試，如美國有“資源保護屋”，英國MiltonKeynes有能源公園，丹麥有可再生住房等。縱觀這些建筑，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、減小能源消費對環(huán)境的有害影響，減小污染物排放量；

　　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)性要求對能源的消耗小。這意味著除了要做好外圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱，降低冷熱負荷外，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、實現(xiàn)可持續(xù)性建筑的技術(shù)途徑

　　2.1外圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱技術(shù)

　　以民用建筑為例，冬季熱負荷包括圍護結(jié)構(gòu)的耗熱量和加熱由門窗縫隙涌入室內(nèi)的冷空氣耗熱量。因而圍護結(jié)構(gòu)熱工性能的改善是降低采暖能耗的最重要途徑。我國建筑節(jié)能規(guī)劃目標中，建筑圍護結(jié)構(gòu)承擔其中47.2%的節(jié)能任務(wù)。

　　2.1.1外墻

　　分析外墻基本耗熱量計算公式Qj=AK（tR-to，w）a（a為溫差修正）及冷負荷計算公式為Qc（τ）=AK（tc（τ）+td）kαkρ（kα為外表面放熱系數(shù)修正，kρ為吸收系數(shù)修正），可見節(jié)能主要要控制圍護結(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。有對應(yīng)的以下幾條降低負荷的措施：

　　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)每增加一個點，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。

　　3）外裝飾盡量做淺色處理，采用光滑飾面材料，降低kρ，減少表面對輻射的吸收；

　　4）硬質(zhì)鋪地表面蓄積太陽能熱量，會導(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，從而降低冷負荷。

　　5）研究如“可呼吸外墻”類同時具有良好生態(tài)性能的外墻。

　　2.1.2窗

　　窗的傳熱系數(shù)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，其計算公式為Qc（τ）=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，以更好的利用太陽輻射，降低采暖能耗。適當確定建筑物的挑檐、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)品價格昂貴，希望在發(fā)展玻璃深加工的同時能降低成本，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、強度高、保溫性能好等特點。

　　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)計時，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)，及時將熱量帶走，才能有效的保證隔熱效果。我國傳統(tǒng)的坡屋面設(shè)計就能較好地滿足這個要求；

　　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。

　　2.2暖通空調(diào)新技術(shù)

　　建筑能耗降低主要體現(xiàn)在暖通空調(diào)設(shè)備的裝機容量減少和運行的經(jīng)濟性上，因此，暖通空調(diào)技術(shù)措施的改進和落實應(yīng)用是建筑節(jié)能得以實現(xiàn)的根本途徑。

　　2.2.1采暖新技術(shù)

　　冬季采暖是中國北方地區(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在于用戶可以根據(jù)自己的喜好隨意選擇，同時用熱也可以單獨計量。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、熱水一體化的獨立分戶采暖等方式紛紛出現(xiàn)。各地應(yīng)根據(jù)當?shù)貧夂?、能源條件和建筑情況，發(fā)展采用適宜的節(jié)能采暖方式，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)可以減少制冷負荷，并帶走室內(nèi)有毒及有異味物質(zhì)，其動力是室內(nèi)外溫度差引起的熱壓和風(fēng)壓壓力差。這種被動式的通風(fēng)空調(diào)技術(shù)不開風(fēng)機，無需制冷，應(yīng)加以充分考慮，設(shè)計在溫和天氣如春冬過渡季節(jié)直接對流通風(fēng)，實現(xiàn)基本零能耗；而在熱而無風(fēng)的日子盡量設(shè)計利用煙囪效應(yīng)、風(fēng)塔效應(yīng)引風(fēng)入內(nèi)。

　　2）變制冷劑流量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，同時可根據(jù)室內(nèi)負荷的變化，瞬間進行容量調(diào)整，使VRV系統(tǒng)能在高效率工況下運行，具有顯著節(jié)能效益，經(jīng)濟效益顯著。

　　3）水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)。用水環(huán)路將小型的水/空氣熱泵機組并聯(lián)在一起，構(gòu)成一個以回收建筑物內(nèi)余熱為主要特點的熱泵供暖、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)。利用晚上電價較低時段制冰蓄冷白天供冷，可起到削峰調(diào)谷的作用。

　　5）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，從而降低了冷水機組的制冷量，也降低的風(fēng)機的能耗。

　　6）熱泵空調(diào)技術(shù)。將自然環(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，土壤溫度達到了一個比較穩(wěn)定的數(shù)值，冷熱媒流經(jīng)這些區(qū)域進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成為非常重要的可再生能源之一，因為這種能源普遍存在，既沒有污染物排放，也不生成污染物，另一方面運作費用極低，只需要進行初始投資回收的評估。

　　7）區(qū)域供冷技術(shù)。這樣可以采用效率高的大容量機組，考慮負荷參差系數(shù)而使裝機容量減少，與分散式供冷相比，機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，如果建筑周圍外環(huán)境質(zhì)量較差，則容易引入外界的空氣污染等不良因素，同時可能導(dǎo)致熱/冷流失，降低隔熱效果；考慮制冷劑的價格的環(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)只有在晝夜電價有較大差異時才有意義；VAV系統(tǒng)的自控很不好實現(xiàn)，國內(nèi)罕有成功的實例；地源熱泵地場溫度分布的測定還不完善，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)境水源才能實現(xiàn)。因此，總的來說，因地制宜，合理設(shè)計是利用這些空調(diào)技術(shù)達到節(jié)能降耗目的的前提。

　　不論是采用何種通風(fēng)空調(diào)形式，都要注意自動化技術(shù)與暖通空調(diào)技術(shù)的配合，才能更好的實現(xiàn)建筑設(shè)備系統(tǒng)的合理設(shè)計、有效使用以及運行控制過程中的能量節(jié)約。建筑自動化即實現(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、管理、運行和控制的自動化，根據(jù)室外氣候條件和室內(nèi)參數(shù)設(shè)定值，自動調(diào)整空調(diào)制冷系統(tǒng)的運行參數(shù)，真正做到設(shè)備響應(yīng)當?shù)貧夂颍ＷC建筑設(shè)備在提供要求的建筑環(huán)境的同時，達到初投資、運行費和維修服務(wù)費最小的優(yōu)化目標。

　　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)化措施對設(shè)計負荷的影響，負荷計算不能再參照舊有圍護結(jié)構(gòu)的類型充和材料熱工性能，否則會造成計算得到的冷熱負荷與實際冷熱負荷存在不小的差異。還應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合理的安全系數(shù)，從而合理為暖通空調(diào)設(shè)備選型定裝機容量，以節(jié)省初次投資和做到精確控制運行工況，節(jié)省運行費用。另外，照明負荷的大小、辦公設(shè)備耗能指標及建筑內(nèi)人員密度等都應(yīng)采用反映實際情況的合理的參數(shù)值，而非僅僅依賴設(shè)計手冊上的概算指標或經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行估算。

　　另外，還應(yīng)結(jié)合城市規(guī)劃對整個能源系統(tǒng)進行總體設(shè)計，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)，重點為我國北方地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)，長江中下游地區(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)計的很小變更，也會意味著大數(shù)量級的能耗降低。

　　2.3新能源技術(shù)

　　2l世紀住宅應(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，實現(xiàn)一定程度上的能源自給自足，保護未來的生態(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)先選用被動式太陽能技術(shù)，而主動式太陽能技術(shù)的采用則作為補充。被動式太陽能利用在設(shè)計時可在地面、屋頂安裝一些裝置直接利用太陽能，如太陽能恒溫房；也可在外圍護結(jié)構(gòu)的空氣層中填以高效熱反射材料，達到保溫隔熱的目的，而在陽光充足的寒冷地區(qū)，則可將外圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計成蓄熱材料；還可利用太陽能收集器或其他裝置將太陽能進行收集、貯存和轉(zhuǎn)換。在設(shè)計時、要考慮當?shù)氐臍夂蛱攸c，充分利用本地氣候資源，避免由于人工能源的大量使用而形成的居住者與自然的人為隔離，同時也可節(jié)能能源。主動式太陽能利用可通過窗戶集熱板系統(tǒng)、空氣集熱板系統(tǒng)、透明熱阻材料組合墻等來實現(xiàn)。

　　2.4可再生技術(shù)

　　可再生技術(shù)的意義重大：變廢為寶，同時解決污染問題。利用可再生資源逐步替代不可再生資源的領(lǐng)域，以應(yīng)對未來建筑必須面臨的諸如環(huán)境和生態(tài)保護，最少能源耗費等方方面面的挑戰(zhàn)。一方面要實現(xiàn)自然資源的可再生，另一方面要努力實現(xiàn)垃圾、建筑材料等人造材料的可再生利用。

　　自然資源如雨水可以收集起來，引入蓄水池中，適度凈化后用于澆灌花園、清洗和衛(wèi)生間沖水等。還可以利用蒸發(fā)效應(yīng)冷卻建筑外結(jié)構(gòu)或建筑構(gòu)成元素，與自然通風(fēng)協(xié)同作用，清潔環(huán)保地達到保證室內(nèi)空間熱舒適的程度。

　　垃圾處理，減量化是解決問題的關(guān)鍵，對建筑及生活垃圾可采用分類回收及無害化解體處理。如由廢紙、廢紙板可制成保溫材料和底襯；由廢塑料可制成管子和地毯；廢電池回收處理可回收大量金屬等。在建造時會產(chǎn)生垃圾，應(yīng)在建筑設(shè)計中注重尺度的推敲，符合模數(shù)，選擇使用高效、精良的產(chǎn)品及考慮材料維護更換周期，采用對環(huán)境更為有利的施工管理模式。另外，要充分利用剩余能量，注意對建材及生產(chǎn)過程中的三廢和廢熱綜合利用、開發(fā)。

　　傳統(tǒng)建材生產(chǎn)-使用-廢棄的過程，可以說是一種將大量資源提取出來，再將大量廢棄物排回到環(huán)境中去的惡性循環(huán)過程，忽視了環(huán)境協(xié)調(diào)性和舒適性。其中最關(guān)鍵的是利用混凝土和水泥固體廢棄物生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境建材。

　　在我國，每年澆注混凝土約15—20億m³，開山采砂石約為11—14億m³。棄混凝土量約為60億萬m³，其中除一小部分用于填筑海岸、充當?shù)缆泛徒ㄖ锏幕A(chǔ)墊層外，絕大多數(shù)作為垃圾填埋，不僅占用大批土地（甚至耕地），而且還對環(huán)境造成污染。由于廢棄混凝土塊中含有大量砂石骨料，如果能就地回收，經(jīng)過破碎、清洗、分級后作為骨料再利用，則不但可以降低成本，節(jié)省天然資源，還能減少城市環(huán)境污染。目前。我國每年約生產(chǎn)水泥5億多噸，生產(chǎn)過程需消耗大量石灰石、粘土和標準煤，同時產(chǎn)生大量的粉煤灰、CO、CO₂和SO₂等，嚴重破壞生態(tài)平衡。水泥工業(yè)要大力提高其資源利用率和廢物回收率，并能充分利用其它工業(yè)廢渣廢料。

　　3、結(jié)論

　　可持續(xù)性建筑強調(diào)建筑環(huán)境與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)共存，有機結(jié)合，要從土地開發(fā)、建筑布局、建材選擇、建筑使用及維護以及建筑拆除的整個生命周期中，體現(xiàn)出對自然資源的索取少，能源消耗小，對環(huán)境影響小，再生利用率高的新特征。

　　總體來說，我們應(yīng)首選優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合具體建筑盡可能采用簡單合適的技術(shù)，盡量適應(yīng)環(huán)境的特點，依靠自然力來滿足舒適性要求。盡管這種方法被認為是被動的技術(shù)，但其在節(jié)能及環(huán)境保護方面的作用卻是不容忽視的。另一方面，我們要以辯證的觀點、審慎的態(tài)度對待新技術(shù)。從整體性，協(xié)調(diào)性的觀點來看，有一些所謂的可持續(xù)性技術(shù)只是某些環(huán)節(jié)的某些屬性的改善，并不一定代表了整體水平的提高，相反有時大量高能耗的建筑設(shè)施及其施工反而會極大地抵消其積極的一面。為了實現(xiàn)可持續(xù)性建筑，我們應(yīng)以建筑和暖通行業(yè)為基點，材料、自動化等行業(yè)為支持，提高建筑的綜合效益，讓建筑環(huán)境與自然環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。