建筑的外衣,冬暖夏凉,最好!
建筑外墙和屋面构成了建筑的外衣。建筑穿上保温外衣,可以有效减少室内的空调负荷,减低建筑用能量,进而减少二氧化碳排放。
改善建筑外墙的热工性能,有很多方法。传统的秦砖汉瓦,已经不能满足工业化建筑体系的需求。新型墙体的发展,新材料、新技术的应用,给建筑低碳提供了有力的技术保证。
水导管外墙利用水的流动性和蓄热系数高的特点,将水充入墙体内的导管内,通过调节导管内水量的多少来控制墙体的隔热性能。
冬季,墙体导管内不充水,形成空气层,提高隔热性能,有利于保温。夏季,墙体内充满循环水,墙体吸收的太阳辐射被水流吸收带走。既阻隔了日晒,又获得了热水,一举两得。
被动式太阳能外墙,其外表面涂成深色的蓄热墙体,置于南向的玻璃后面,两者中间形成一个空气间层。太阳辐射透过玻璃进入空气间层,提高了外墙的热工性能。
同时,冬季,太阳辐射穿过玻璃后,空气间层内的空气温度升高,热空气经上部的通风口送入室内。室内的冷空气通过下部进入空气间层,形成对流循环,不断提高室内空气温度。
夏季,太阳辐射穿过玻璃后,空气间层内的空气温度升高,开启室外侧面的上下两个通风口,空气在热压作用下,上升并排出到室外,带走热量。减少通过外墙进入室内的热量。
被动式太阳能外墙的优点是构造简单、造价低廉。冬季借助温室效应取暖,夏季促进通风降温,从而实现环境调和。
屋面也是建筑外围护结构的重要组成部分,其保温隔热性能对室内舒适度及建筑用能影响很大。
古代,中国的建筑屋面大多用瓦来保证其热工性能。考古工作者在陕西长安县一座西周大宫室基址上挖掘出数以千计的瓦片。它们有板瓦、筒瓦等多种形式,这是迄今世界上发现的最早的瓦。
如今,人类在建筑屋面的设计上有很多创新,采用了很多切实可行的方法。
通风屋面在夏热冬冷地区应用广泛,保温隔热性能优异。尤其是在气候炎热多雨的夏季,这种屋面结构更显示出它的优越性。
屋面有通风道的空气层结构。室外空气通过时,带走了部分从屋面传下来的热量,减少了传入室内的热量,提高了屋面的隔热能力。
在室内空调运行的情况下,通风屋面的内表面温度较低,通风屋面的内表面温度的波峰延后,有效地节能减碳。
蓄水屋面是在屋面上贮一层水,用来提高屋面的隔热能力。这与在一般的屋面上喷水、淋水的原理基本相同。
在气候干热、白天多风的地区,用水隔热的效果是显著的。水在蒸发时要吸收大量热量,减少了经屋面传入室内的热量,相应地降低了屋面的内表面温度。
蓄水屋面水蒸发量的大小与室外空气的相对湿度和风速有关。在下午2时前后,水的蒸发作用最为强烈。在这个时间段,屋面温度恰恰最高,屋面传热最强烈,使用效果最好。
蓄水屋面存在缺点。在夜间,屋面蓄水后,不能利用屋面散热。而且屋面蓄水也增加了屋面静荷重,还要加强屋面的防水措施。
反射屋面通常是在屋面层喷涂一层白色或浅色的涂料,或在面层铺设白色或浅色的地面砖。反射屋面的隔热降温作用主要取决于屋面层表面反射材料的性质,如材料表面的光洁度、反射率等。
智能化屋面的顶部安装自动旋转盖,以调节室内采光量和控制室内气流。智能化屋面利用技术手段,自动化控制。室内安装多种传感器,对室内环境实行监控,并控制屋面的开启度。
绿化屋面则是利用屋顶植草、种花、种植灌木,再设喷水而形成屋顶花园。绿化屋面分为覆土种植和无土种植两种。覆土种植的隔热性能比无土种植的隔热效果要好。
绿化屋面是炎热地区的隔热保温措施。它吸收太阳能量用于植物的光合作用,改善建筑热环境和空气质量,使辐射能转化为植物的生物能,实现太阳能的综合利用。
绿化屋面可以追溯到几千年以前。这些先人的经验,再加上艺术性的技术和材料,为今天的城市提供了实现低碳的有力工具。
建筑节能举措——合同能源管理
合同能源管理是建筑节能的新机制。自20世纪70年代中期以来,为了克服制约建筑节能的主要市场障碍,合同能源管理机制在发达国家开始兴起。
合同能源管理是由节能服务公司与客户签订技术和能源管理服务合同,负责融资并承担技术和财务风险,为客户实施和管理节能项目。在合同期内按规定与客户分享节能效益,以收回投资并取得相应的利润。合同完成后将节能项目无偿交付用户使用。
这种模式的实质是一种以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式。这种节能投资方式允许用户使用未来的节能收益,为建筑和设备升级换代,降低运行成本。
节能服务公司是专业化公司。它与愿意进行节能改造的用户签订节能服务合同,为用户的节能项目进行投资或融资,向用户提供能源效率审计、监测、培训、运行管理等一条龙服务,并通过与用户分享项目实施后产生的节能效益来盈利和发展。
节能服务公司是一种比较特殊的产业,它销售的不是某一种具体的产品或技术,而是一系列节能服务及相应的设备。为客户提供一整套节能项目服务,其实质是节能服务公司为客户提供的节能量。
在北美等国家,节能服务已成为新兴的节能产业。1999年初,合同能源管理机制引入中国。
以上海市为例。2008年上海出台政策,对采用合同能源管理方式实施节能改造的项目给予奖励。明确,对于符合条件的合同能源管理项目,其发生的项目前期诊断费用由专项资金给予一次性资助。
对合同金额高于200万元、项目实施后年节能量超过500吨标准煤的项目,上海市给予一次性资助5万元。对其他项目也给予一次性资助2万元。
对由合同能源服务公司进行全额投资运行的合同能源管理项目,上海市根据项目实施后年实际节能量,按照每吨标准煤300元的标准,对合同能源服务公司进行专项奖励。
在政府的推动下,2008年,上海完成了三百多个节能项目,涉及投资金额约六亿元,年减排二氧化碳16万吨、粉尘七十多吨,年节约能源25万吨标准煤。
从国际上看,美国、加拿大等发达国家通过节能服务完成的节能量,已占节能降耗总量的35%以上。上海仅达到节能降耗总量的6.8%左右。
2010午,上海节能服务的产业规模将进一步扩大。预计可实现综合节能投资150亿元,年节约能源50万吨标准煤,占全市节能降耗总量的10%。
这种市场取向的政府驱动模式,展示了建设低碳城市的美好前景。
同时,上海的合同能源管理项目,在实施中也存在一些亟待解决的问题。比如,节能量的认定,有时会出现矛盾。
主要原因是某些用户的能量计量系统不齐全,造成节能量的量化程度不够。第三方检测单位,对所有项目进行测试也有困难。同时,缺少相关的标准、规程。
节能量的认定是合同能源管理项目的主要问题之一,应重视之。要着重培育第三方节能检测单位,做好此项工作。
还有,在节能项目实施前后,运行条件要做到完全一致比较困难,因此在签订合同时,应明确节能的测试条件。在项目完成后,按此条件进行测试,应得到双方的认可。
此外,还有一个资金回收的保障问题。一些用户愿意享受节能效益回报,而不愿在节能项目中承担义务。这样,对节能服务公司来说,资金、技术、设备存在的风险就比较大。
要采用合同能源管理模式,就要加强双方的社会、商业诚信。否则,把节能项目做大做强就比较困难。双方不能以生产经营不够正常或结算不够合理等理由,要求改变结算方式和时间。
当然,并不是采用合同能源管理模式的节能项目,都能达到预期的节能效果。为了建立较好的市场诚信度,尊重双方搭建的平台和合同的法律依据,加强从立法的层面上,加强合同能源管理的合同的法律地位。
零能耗建筑的思考
近年来,一些学者和政府部门相继提出“零能耗建筑”的概念。好像认为,要解决建筑节能问题,就应该普及零能耗建筑。
怎么看待零能耗建筑?
零能耗建筑有几种形式:一是独立的零能耗建筑。不依赖外界的能源供应,建筑利用其自身产生的能源独立运行。这是真正意义上的零能耗建筑。
二是收支相抵的零能耗建筑。与城市电网连接,利用安装在建筑物自身的低碳能源装置发电,当产生的电力大于需要的电力时,多余部分输出到电网;当产生的能源不能满足需求时,从电网购电补充。一年内生产的电力与从电网得到的电力相抵平衡。
三是包括社区设施的零能耗建筑。在建筑之外利用风能、太阳能、生物质能等这些城市新能源,来支持建筑运行的能源需求。
不论哪种零能耗建筑,都需要两方面的努力:一是节能,通过各种被动和主动的方式,节约建筑用能;二是尽可能利用太阳能、风能、生物质能等。
有学者计算,对于3层以上的建筑,依靠其表面接受的太阳能来提供该建筑所需要的全部能源,几乎是不可能的。建筑可以“接受到的太阳能”在现有技术条件下,其能量转换效率不足以满足该建筑的所需能源。
因此,从技术层面看,目前零能耗只能在3层以下的建筑,并在其低密度情况下才能实现。世界上零能耗建筑的案例,无一例外都是3层以下的建筑。
在中国,城市建设面临的问题之一是土地资源匮乏。节能、节地必须同时兼顾。扩大城市建设用地范围,发展低密度城市建设,会导致交通需求量的大幅度增加,降低公共交通系统的效率,增大交通能耗。同时,在土地供应方面也不现实。
由此,低密度的零能耗建筑,作为研究课题,在某些特殊条件下进行小范围的尝试是可行的。但不可能成为城市建筑节能的最终解决途径。
除了土地资源利用问题,还有不同品位能源的利用问题。能量的优化利用,应该根据需求选择合适的能源类型,尽可能减少转换环节,实现恰当品位的能源匹配利用。
建筑需要不同品位、不同形式的能源。例如,电视、电脑等电器设备需用电力驱动,而采暖和生活热水可以使用各种低品位热能。
以太阳能为例。最好的利用方式是把它转换为建筑需要的某种低品位能源而直接使用,而不是转换为高品位的电能,再供建筑使用。建筑需要的能源对品位有不同要求,因而,很难与建筑本体的各类低碳能源相匹配。
零能耗建筑最适宜于远离城市的边远地区。中国西部几千千米的边防哨所,能源供应困难,人烟稀少,但土地和空间资源极充足。这些地方是发展零能耗建筑的最佳场合。
一些电网不能覆盖的西部或海岛,由于距离远、末端负荷小、电网损耗大,也是发展零能耗建筑的最好场合。在这些地区发展零能耗建筑,可以大幅度改善当地人民的生活状况。
另外,中国零能耗建筑的前途在农村。零能耗建筑是农村实现资源循环利用的重要环节。那里有广阔空间,可以大有作为。
当前,各级城市的政府都关注建筑节能、低碳城市建设。但是,如果把零能耗建筑作为实现建筑节能的解决途径,将社会对建筑节能的关注引导到零能耗的方向是不合时宜的。
据测算,一个拥有几千万平方米建筑的城市,即使盖出10万平方米的零能耗建筑,对整个城市建筑总的能耗也只能产生不足1%的影响。而真正要建造这样大规模的零能耗建筑,是一笔很大的投资。
拿出这笔投资的一部分,就可以使这个城市的建筑室内照明全部更换为节能灯,产生的节能效果会超过这个城市建筑总能耗的10%。
把零能耗建筑作为建筑节能的标志性成果,其心情是可以理解的。然而,如果加强管理,切实降低一般建筑的实际能耗,要远比几座零能耗建筑更有示范价值,更能产生实际的节能效果,也更节省投资。
零能耗建筑不可能成为低碳城市建筑节能的最终解决途径,尤其不适合建筑密度高、土地资源匮乏的大中城市。
零能耗建筑最忌讳各种新技术堆砌。无论是以研究为主的实验示范,还是以节能、低碳、生态为卖点的商业地产开发,如果一味地追求高科技,只能付出昂贵的经济代价。
片面依赖高技术堆砌的零能耗建筑案例,不具备推广的价值。
(摘自《低碳化生存——城市更美好》,上海辞书出版社2010年6月版,定价:28.00元)