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绿色建筑节能技术发展研究
  • 发布日期:2018-01-17      浏览次数:1702
    • 摘要:绿色建筑节能设计,对于节约能源,提高建筑物中的可再生能源利用率,创造良好的生态环境和解决能源危机,实现人与自然、建筑与自然以及人与建筑之间的和谐与可持续发展具有重要意义。本文着重探讨了绿色建筑节能技术的实现途径。

      关键词:绿色节能;建筑;设计

      目前,发达国家建筑能耗占到本国总能耗的30~40%,而我国达到了46%。我国十八da特别指出,节约资源是保护生态环境的根本之策,要节约集约利用资源,控制能源的总量。以我国目前的发展情况,建筑领域将成为未来20年我国用能的主要增长点,建筑的“用能锁定”特性,决定我国建筑的能耗问题是走中国特色低碳发展道路必须解决的重要问题。我国地少、人多、底子薄,确保绿色建筑设计质量,降低能耗,实现建筑节能设计在城市建设中保持可持续发展的模式,节约能源,提高建筑物中的可再生能源利用率,对于创造一个良好的生态环境和解决能源危机都会大有裨益。建筑能耗是指建筑在使用过程中的能量消耗。我国建筑95%以上是高能耗建筑,其中建筑采暖、建筑制冷这些耗能占建筑总体消耗能量的50~70%,其次是照明消耗及其它,提高设备运行节能措施对于建筑节能设计是至关重要的。树立绿色建筑设计理念,zui大限度地减少建筑消耗的能源,尽可能减少在建造过程中对环境产生的污染和危害,节约有限的资源,利用绿色建材和智能控制等高新技术,推动绿色节能建筑向更广泛、可持续性的方向发展。

      1绿色建筑与建筑节能的关系

      绿色建筑是指为人们提供舒适、健康、安全的空间,同时指在建筑使用寿命期中低能耗、高利用资源,节能减排,zui低限度的影响环境的建筑。建筑节能是绿色建筑的核心组成部分,绿色建筑是从建筑节能起步的,但在设计、建造、运营等阶段的节能工作中,更要突出的是建筑全寿命期节能管理作用。现实环境中的很多例子可以说明绿色建筑中运用节能技术的理念,例如使用太阳能进行加热,通过风的流动促使室内温度降低等等。绿色建筑节能技术在具体实施过程中有以下几点要求。①遵循节能标准,合理选择新型建筑材料,用以解决节能减排、应对气候变化问题。让绿色建筑不再仅仅停留在象征意义的层面,而是要求建筑材料对建筑环境无公害,以可持续发展的态势进行。②采用新技术手段利用能源与资源。新技术的应用首先应考虑节能、无污染等因素,充分利用可循环再生的资源,坚决杜绝以不正当的方式消耗能源。③以绿色建筑的理念倡导建筑在使用期间,对资源进行zui大程度的节约。对大自然的态度由索取改为回报,与自然和谐共生。总而言之,绿色建筑节能设计要使建筑成为一个活的机体,能够与环境、气候自然地对话和呼吸。实现节能减排的目标,保证建筑从施工到使用的过程中对生态环境不造成损害,创造的生态环境,从而符合全球化的发展趋势。

      2绿色节能建筑的发展理念

      理想的绿色节能建筑在zui少的能量消耗的情况下达到三个部分要求:①在不同季节,不同温度下保持室内的舒适度,包括温度、空气质量等等方面;②在不同区域空间或者不同季节中,能够灵活的控制或者收集太阳的热能或是阻止太阳的辐射平衡室内外环境;③能够在不同的室内环境中使用通风新技术和地热技术,采用不同的方式进行通风系统的设计和安置,改善城市环境。绿色节能建筑实现环保节能zui重要的方面是对高新技术的运用,同时也要配合建筑方面的一些传统技术,这些传统技术是通过科学论证及实践过程中具有可行性的技术。通过减少部分不能够持续产生能源的消耗,从终端提高能源的使用效率等方面,将这些技术运用到现代化的建筑设计中,从而实现绿色节能环保建筑设计。

      2.1还原地方特色的绿色节能建筑

      现代建筑大多是“千城一面”,建筑风格都大同小异。但是,绿色节能建筑由于强调利用自然环境的优势,就地取材,使用可再生能源,所以在建筑设计过程中会较多的考虑建筑所在地的地方特色,与当地的自然和气候保持相适应,从而深入发掘当地的资源优势。因此,在挖掘和研究过程中,绿色节能建筑能够体现建筑所在地的地方特色,从而改变建筑风格统一无特色的缺点。

      2.2绿色节能建筑与智能建筑的结合

      建筑仿生学就是将建筑设计与生物学相结合。随着科学技术的不断发展,各学科之间相互借鉴与融合,可以产生很多新的技术。现阶段在建筑设计中所遇到的问题,我们可以试图在大自然中寻找解决方案,为创造一个健康的环境而努力。在智能建筑与绿色建筑的相互配合下,根据不同气候的特征调整不同的设计方案,将智能建筑与绿色建筑结合运用到室内节能设计中,改善室内环境,给人们创造一个舒适健康的环境。

      2.3严格控制各环节的能量消耗

      西方国家的建筑理念中提到零耗能、零排放、零污染的理念,如何减少能源的消耗是现代建筑中的重要环节。绿色节能建筑强调在建筑设计的每一个环节都要减少和控制能源的消耗,并且要极大限度的提高能源的利用率。绿色节能建筑比一般的建筑设计减少将近80%的能源消耗,利用新技术不断开发可循环再生的资源能源,从而在建筑材料耗能方面降低其需求,防止材料的过度消耗。将建筑资源和生态能源相结合,达到自然和能源的相统一。

      2.4绿色节能建筑强调采用资源节约型模式

      在当今中国的现实环境下,土地资源和水资源等相对缺乏。资源节约型模式是绿色节能建筑中所强调的模式之一。资源节约型模式可以尽可能的实现低排放、高利用的环保形态,使用可再生资源,达到对环境的zui大限度的保护。

      3实现绿色建筑节能技术的途径

      3.1加强完善建筑节能法规政策及标准

      发达国家首先建立并不断修订能源法规及建筑节能的相关政策法规,包括一些激励政策,有的国家已作为国会立法出现,依据本国实际情况,确定节能标准,限制建筑物的能耗量。同时制定了建筑节能的远近期规划与目标。我国与国外相比,建筑节能从1980年始,起步较晚,2004年全面推广。1997年颁布的节约能源法中第三章对建筑节能作了明确规定。之后连续出台了一些规定和细则,并制定了相应的激励政策,确立了具有自己特色的绿色建筑节能标准体系。有些地区的新建已全部要求执行绿色建筑节能标准,建筑节能技术的推进力度和效果显著。随着建筑节能技术的推广和研究,我们发现建筑节能标准和规定还需要不断细化和修订,避免出现技术堆砌、实施运行后的效果难准确判断的问题。

      3.2减少建筑中所消耗能源的总量

      建筑中的能源消耗是绿色节能建筑设计需要解决的一大难题,目前,发达国家统计数据中,空调采暖能耗占建筑能耗的65%,而我国在采暖、空调和照明电量的使用在一定程度上高于能量的产出,能源的消耗量呈现出不断上升的趋势。因此,减少建筑的冷、热及照明能耗是目前降低建筑能耗总量,也是实现绿色节能建筑目标的重要方向。(1)建筑设计师要坚持整体规划设计,重视利用自然。从整体角度出发,与能源学专家、环境学专家、结构设计师等方面的专家相互配合,根据气候条件的不同和建筑所处环境的差异,在注重自然环境优化的基础上,创造良好的室内外环境,从而减少对建筑设备的依赖性。我国随着改革开放不断深入发展,可耕种面积逐年萎suo,城市与农村用地存在矛盾和冲突。建筑师应该对建筑土地资源进行合理的规划和有效利用,在保护基本耕地需求的前提下进行整体规划和度量,采用土地资源集约的形式处理好节地和室外环境的关系。甚至可以考虑对地下空间的使用,zui大限度的拓展可利用的空间,以确保对绿色节能环保建筑设计的实现。①对建筑的选址要综合考虑。选择合适的建筑地址是创造绿色节能建筑的首要条件,可以在建筑周围适当布置树木、假山、植被、围墙等,对建筑外部环境进行合理设计。②对建筑体型进行科学的设计。充分利用建筑室外微环境来改善建筑室内微环境。通过建筑的结构设计以及空间的分隔实现,另外相关的软件也可以对这一方面的优化设计,例如如运用天正建筑(Ⅱ)中建筑阴影模拟,分析室内外空气流动是否通畅等等。(2)改善建筑维护结构的性能,控制围护结构的热工指标。围护结构的设计对建筑的能力消耗、室内热湿环境、空气品质与室内光环境有直接的影响。围护结构组成部件包括墙体、屋面、门窗、遮阳设施等等。一般情况下,总投资中3~6%是增大围护所花费的金额,但是功效可达到20~40%的节能效果。在建筑领域中,建筑物的围护结构中的能源损失主要是由三个部分造成,即外墙、门窗以及屋顶。可通过开发完成轻型绿化屋顶节能技术、相变材料屋面技术、无机集料保温灰浆保温技术、推广新型节能复合墙体和结构材料、环保装修板材的使用,改善建筑物围护结构的热工性能,达到室内外建筑的冷热消耗总平衡。也可对围护结构的各组成部分的可行性进行评估,zui终确定围护结构的合理性。门窗的能耗占建筑围护结构的25%,选择合适的门窗材质和类型,提高其密闭性,开发节能窗、复合节能板材等来改善室内热环境质量和提高建筑节能水平。(3)提高总的能源利用效率。终端设备用能消耗是横向能源利用效率的主要标准,从一次能源传递到建筑中所使用的终端能源的途中,会造成能源的极大损失。因而,要提高总的能源利用效率就要对能源运输的整个过程进行考量,例如开采、处理、输送、储存、分配和终端利用等等。建筑中的耗能设备有很多,例如空调、热水器、电冰箱等等设备。在使用能源时尽可能使用率的能源,例如天然气、太阳能等等。为了全面体现资源利用率和能源对环境的作用,提高能源的总利用率是绿色节能建筑的必要措施之一。

      3.3合理利用资源,积极采用新能源

      除了提高能源的利用效率以外,采用新能源也是实现绿色节能目标的途径之一。新能源一般是指可再生能源,可以包括太阳能、地热能、风能、生物质能等等方面。对能源进行节约的同时,新能源的开发与使用能够解决资源短缺甚至是面临枯竭的现状。新能源的开发利用必须依靠科学技术的进步,在技术不断完备提高的过程中,这些能源的使用才能够更加有效便捷。例如仅仅获取太阳能是不够的,还需要依靠一定的设备将其转化为人们所需要的电能等,这就需要光电技术的支持和运用。(1)加强对太阳能资源的利用。太阳能作为可再生能源中的主力军,需要设计师尽可能加强对太阳能资源的利用,让太阳能发挥建筑加热器的功能。众所周知,太阳能是取之不尽用之不竭的能源,而且太阳能的使用不会对环境造成污染,因此,它是可再生能源中的。因此,太阳能的利用使得绿色节能建筑设计拓宽了思路,增加了绿色环保建筑实现的可能性。设计师多年来通过对太阳能的研究和探索,逐渐发现了太阳能的多种利用方式,研发了太阳能建筑的多种形式。比如,在美国、澳大利亚等国施工技术都投资建设了很多实验性的太阳能热发电站,随着技术的成熟,太阳能热发电技术逐渐普及。除了太阳能热发电站之外,许多国家还建设了很多太阳能光伏发电站,这也是太阳能与电能相结合的一种新的尝试。出现较早的太阳能吸收式制冷技术,已经普遍地应用在了大型空调中。英国太阳能烟囱示范工程,有效的利用太阳能的热量来引起内外温度的变化产生浮力使空气流动起来,达到通风降温的效果。德国法兰克福商业银行总部大楼利用中庭天窗形成被动式太阳能装置,冬季关闭天窗保温,夏季开窗通风降温,利用天窗格板调节阳光。(2)加强绿色节能建筑中地热能利用技术和生物质能利用技术。地热能是通过当前的技术科学合理的从地壳中抽取出的天然热能,属于新型可再生能源,其分布广,资源丰富,发展空间巨大。可以用来发电、地热供暖、务农、医用等方面。其中的地源热泵技术在我国建筑中运用的越来越广泛,在一些大型建筑中起到了较好的节能减排的作用。积极开发这种能源对缓解能源短缺、促进生态文明发展具有长远的现实意义和战略意义。生物质能指由生物质产生的能量,也是一种取之不尽用之不竭的可再生的能源。目前,国内外建筑应用上主要采用桔杆转、稻草砖、桔杆墙、板等,目前其发展技术还不够成熟,但是发展空间广大。(3)改造通风系统,发展风能建筑利用技术。风能作为一种无污染清洁无害、取之不尽、zui具潜力的绿色能源之一,其利用技术已成为各国为解决世界能源危机,实现绿色建筑设计的有力措施。建筑环境中的风能利用形式包括以适应地域风环境为主的自然通风与排气,以及以转地域风能为其他能源形式的风力发电。因此,适当合理的自然通风方式可以极大程度上减少空调的负荷,甚至有些时候可以达到与空调制冷同样的效果,这不仅可以满足建筑对制冷的需求,同时也是一种节能环保的重要举措。通风系统的改造可以包括两种方式,被动式自然通风和机械辅助式通风。绿色节能建筑中常常采用被动式自然通风的方式。被动式自然通风主要包括风压通风、热压通风、风压与热压相结合的通风。风压通风可以在外部条件良好的地域使用,作为实现自然通风的主要方式,风压式通风是绿色节能建筑中主要采用的手段之一。除了风压通风外,热压通风利用的是“烟囱效应”,即利用建筑室内外的热压差,实现自然通风。热压通风中,依据热空气会上升的原理,在建筑的上方安置排风口,排风口将室外的空气吸入建筑内部,同时将室内的浑浊空气排出室内。在绿色节能建筑的设计过程中,在满足排风口高差标准的楼梯间等地方,可以设置控制的排风口,从而达到自然通风的效果。在绿色节能建筑中,风压与热压相结合的通风方式是在自然通风的设计时,风压通风和热压通风相互补充,一般情况下,对于建筑进深较小的位置可以多利用风压通风的方式,而在建筑进深较大的部分可以多利用热压通风的方式。机械辅助式通风一般在大型建筑中使用,大型建筑中的流动阻力比较强,仅仅依靠自然风压和热压或者风压和热压相结合的方式并不能够达到很好地效果。除了大型建筑,在空气污染较和噪声污染相对严重的地方,风压或者热压通风可能会将受到污染的空气带进建筑内,对人体健康产生影响。采用机械辅助式通风系统通过一个整体的空气循环路径,加上土壤预冷、预热等处理方式,借助某些机械设备对室内空气进行加速通风,改善空气质量。

      3.4建立科学有效的建筑节能评估体系

      在不断完善绿色建筑节能技术的工作上,发达国家推行的国家房屋能源等机制、建筑用能审计等措施都是建立在科学的建筑能耗评估体系中的。对于建筑节能状况的评价,国外也有了一些相当成熟的规范。例如美国,有关建筑节能评估的软件有70多种,这些与节能标准相关的软件可以定性定量的对建筑能耗进行评估,从而使建筑节能规范的实施易于操作。他们通过“节能之星”标准的实施,激励出一些具有创新意义的节能技术,节省30%~50%的建筑能源消耗。目前,我国建筑节能领域也已经有较为成熟的设计与施工、验收与检查等方面的评价标准,但是还需要一个涵盖设计和运营管理两个阶段的标准,衔接脱节的部分,形成一套完整、科学的建筑节能评估体系。上海市建筑科学研究院建筑环境所经过科学的评估确定了该建筑建筑节能技术的可行性,该建筑设计中采用了诸如太阳能利用、雨水中水利用、自然通风、天然采光、遮阳系统、围护结构节能等新技术,通过各房间的门窗形成穿堂风,有些房间中庭过渡形成空气对流,整个建筑在中庭的顶部形成制高点,设有高800mm的电动气窗,西、南向设挑檐、窗外百叶等加强遮阳。为同类建筑能耗的25%,可再生能源利用率占建筑使用能耗的20%。

      4结语

      中国是一个能源消耗量大的国家,发展绿色环保节能技术是降低建筑消耗能量的主要途径。要求建筑师不断对建筑的设计理念和策略进行研究和探索。随着全球资源能源耗能的不断增加,绿色节能建筑也已经成为世界建筑体系中必不可少的话题。在“绿色文化”理念的广泛传播和影响下,将绿色环保的理念赋予建筑实施中,让建筑不再是一种建造技术,而是充满生机和活力的、可持续发展的具有生命力的建筑,让绿色建筑与生态环境实现真正的相互融合。通过绿色节能建筑的发展,不断减少人口、资源与生态环境之间的矛盾,进而实现三者的和谐发展,适应现代化城市建设对绿色生态的要求,zui终实现人与自然、环境与建筑以及人与建筑的和谐统一。资助项目:2015年度江苏省第四期“333工程”科研“公共建筑绿色改造方案设计评价研究”(BRA2015049)。

       

      作者:杨敏

       
     
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