建筑節(jié)能 勢在必行
引言
目前,人類面臨能源短缺和環(huán)境惡化兩大問題,而這兩者又緊密聯(lián)系,由此帶來的氣候變化已成為21世紀全球經(jīng)濟發(fā)展所遇到的巨大挑戰(zhàn)之一。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,2002年是142年以來的第二個溫度最高年,地球表面平均溫度大約比19世紀末上升了0.8 ℃,陸地平均溫度比19世紀末上升了1.2 ℃。
眾所周知,二氧化碳是導致氣候變化的主要原因。在英國、美國等國家,建筑業(yè)的能源消耗所產(chǎn)生的二氧化碳已占到全部能源消耗排量的40%;在中國,目前建筑業(yè)的能源消耗也占到了全部能源消耗的1/4左右,到2010年,該數(shù)據(jù)將上升到1/3。
在資源方面,全球50%的土地、礦石、木材資源被用于建筑;45%的能源被用于建筑的供暖、照明、通風,5%的能源用于其設(shè)備的制造;40%的水資源被用于建筑的維護,16%的水資源用于建筑的建造;60%的良田被用于建筑開發(fā);70%的木制品被用于建筑。建筑作為人類文明最重要的產(chǎn)物,耗費了地球約50%的資源,建筑業(yè)已成為最不可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。而在今后50年的建筑設(shè)計和建造中,還將有大量的建筑維系著過去5000年的模式,因此,探索建筑的可持續(xù)發(fā)展模式已成為建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。
由此可見,推動建筑向節(jié)能、綠色、智能化方向發(fā)展,將是國際建筑界實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念的大趨勢,也是中國經(jīng)濟社會面臨的重要任務(wù)。
1 建筑節(jié)能的進展
可持續(xù)建筑是目前建筑業(yè)發(fā)展的最重要的議題。關(guān)于可持續(xù)發(fā)展,世界環(huán)境和發(fā)展委員會1987年提出:可持續(xù)發(fā)展就是既滿足當代發(fā)展的需要而又不危及到下一代發(fā)展的需要。根據(jù)聯(lián)合國21世紀議程,可持續(xù)發(fā)展應(yīng)具有環(huán)境、社會和經(jīng)濟三方面的內(nèi)容。由此并結(jié)合可持續(xù)建筑的定義,可以認為低能耗、零能耗建筑屬于可持續(xù)發(fā)展的第一階段;能效建筑、環(huán)境友好建筑屬于第二階段;而綠色建筑、生態(tài)建筑屬于可持續(xù)建筑發(fā)展的第三階段。
1.1 綠色建筑的定義
關(guān)于綠色建筑有許多定義,但歸納起來就是應(yīng)用環(huán)境回饋和資源效率的集成思維去設(shè)計和建造的建筑。有人把綠色建筑歸結(jié)為具備“4R”的建筑,即“Reduce”,減少建筑材料、各種資源和不可再生能源的使用;“Renewable”,利用可再生能源和材料;“Recycle”,利用回收材料,設(shè)置廢棄物回收系統(tǒng);“Reuse”,在結(jié)構(gòu)允許的條件下重新使用舊材料。
1.2 綠色建筑在國外的發(fā)展及現(xiàn)狀
20世紀60年代,保羅把生態(tài)學和建筑學兩詞合并為Arology,提出了著名的生態(tài)建筑(綠色建筑)的理念。20世紀70年代,石油危機的爆發(fā),使人們清醒的意識到,以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的高速文明發(fā)展史是難以為繼的。耗用自然資源最多的建筑產(chǎn)業(yè)必須改變發(fā)展模式,走可持續(xù)發(fā)展之路。30多年來,綠色建筑由理念到實踐,在發(fā)達國家逐步完善,形成了較成體系的設(shè)計方法、評估方法,各種新技術(shù)、新材料層出不窮。
在英國,政府已制定了一系列政策和制度來促進高能效技術(shù)在新建建筑和既有建筑改造中的應(yīng)用。在低碳排放量方面,英政府也采取了一些新的規(guī)劃和經(jīng)濟激勵政策。英國還有很多來自政府和其他組織的機制,如:碳排量信譽(the carbon trust),節(jié)能信譽(energy saving trust),建筑研究組織(Building Research Establishment),皇家特許建筑設(shè)備工程師協(xié)會(Chartered Institution of Building Services Engineers),這些機制和組織為推進新建筑和既有建筑在能效和溫室氣體排放方面的不斷進步做出了巨大貢獻。另外,英國在科技研究和革新方面投入很大,并已在可持續(xù)建筑領(lǐng)域取得了顯著成果。
在奧地利,目前約有24%的能源由可再生能源提供,這在國際上是屬于發(fā)展較好的。
德國目前大力發(fā)展擁有公共綠地和具有環(huán)境友好性的建筑。在基礎(chǔ)設(shè)施方面,德國非常注重種植屋面、多孔滲水路面、各種排水設(shè)施、露天花園等低污染、低環(huán)境影響的基礎(chǔ)設(shè)施的利用。目前德國是歐洲太陽能利用最好的國家之一。德國政府對環(huán)境的管理很有成效,為推動巴伐利亞環(huán)境公約的實施進程,政府采取了一系列的激勵手段,如對一些具有較高環(huán)保性能的項目減免費用、簡化手續(xù)等。
在美國,聯(lián)邦政府已頒布了很多綠色建筑政策,并已取得了顯著成效。而且還鼓勵人們在進行建筑設(shè)計和建筑改造中結(jié)合能源之星(Energy Star)或LEED的方法開展工作,以降低建筑能耗、促進建筑的可持續(xù)發(fā)展.
1.3 綠色建筑在中國的發(fā)展
就能源消費而言,我國人均煤炭儲量占世界平均水平的1/2;人均石油儲量占世界人均水平的11%;天然氣僅為4.5%;而目前中國單位面積能耗是發(fā)達國家的2~3倍以上。就土地的消耗而言,中國人均耕地只有世界人均耕地的1/3,水資源僅是世界人均占有量的1/4 ;實心黏土磚每年毀田8000hm2(80km2)。物耗水平與發(fā)達國家相比,鋼材消耗高出10%~25%,每拌和1m3混凝土要多消耗水泥80kg,衛(wèi)生潔具的耗水量高出30%以上,而污水回用率僅為發(fā)達國家的25%。
發(fā)展綠色建筑意義重大。近年來,我國在這方面也做了不少工作:2004年2月,建設(shè)部制定了《建筑節(jié)能試點示范工程(小區(qū))管理辦法》;2004年2月25日,作為科技奧運十大項目之一的“綠色建筑標準評估體系研究”項目順利通過驗收,它作為我國第一套建筑行業(yè)綠色標準,首先應(yīng)用于奧運建設(shè)項目;2005年修訂了《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》,頒布實施了《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》;2006年頒布了《綠色建筑評價標準》。
但是總體來說,我國的綠色建筑發(fā)展還處于起步階段,我們要借鑒世界各國在綠色建筑發(fā)展中的一些經(jīng)驗,結(jié)合我國國情,制定相應(yīng)的方針措施,以促進我國建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
2 我國建筑能耗現(xiàn)狀
廣義上的建筑能耗包括建筑運行使用能耗和建材生產(chǎn)與建筑建造過程的能耗,但由于兩者屬于不同領(lǐng)域的問題,節(jié)能的重點和技術(shù)措施也有不同,下面僅討論建筑運行使用能耗。我國建筑可分為工業(yè)建筑、農(nóng)村居住建筑和城鎮(zhèn)民用建筑三大類。我只討論城鄉(xiāng)民用建筑(包括居住建筑和公共建筑)使用過程中的能源消耗及相關(guān)節(jié)能問題。
我國建筑總能耗約占社會終端能耗的20.7%。其中,北方城鎮(zhèn)建筑采暖和農(nóng)村生活用煤約為1.6億噸標煤/年,占我國2004年煤產(chǎn)量的11.4%;建筑用電和其它類型的建筑用能(炊事、照明、家電、生活熱水等)折合為電力,總計約為5500億度/年,占全國社會終端電耗的27%~29%。因此,降低建筑能耗是節(jié)能工作中最重要的任務(wù)之一。
我國城鄉(xiāng)民用建筑總面積約為400億 m2,能源消耗狀況可分5類進行分析(見表1)。5類建筑能耗(折合為電力)的比例情況見圖1。
數(shù)據(jù)來源:《中國統(tǒng)計年鑒2004》,中國統(tǒng)計出版社。
標準煤按發(fā)電效率折合等效電,1 度電(kWh)=350g 標準煤。
2.1 北方城鎮(zhèn)采暖能耗
從圖1中可以看出,我國北方城鎮(zhèn)采暖能耗占全國建筑總能耗的36%,為建筑能源消耗的最大組成部分。單位面積采暖平均能耗折合標準煤為20kg/m2?年,為歐洲等同緯度條件下建筑采暖能耗的2~4倍。能耗高的原因主要有3個。一是圍護結(jié)構(gòu)保溫不良。目前我國建筑外墻平均的保溫水平為北歐等同緯度發(fā)達地區(qū)的1/2~1/4,這使得冬季采暖需要熱量較之高出2~3倍。二是供熱系統(tǒng)效率不高,各輸配環(huán)節(jié)熱量損失嚴重。我國70%以上的采暖建筑采用集中供熱方式,由于系統(tǒng)本身的問題導致末端冷熱不均和熱源難以隨氣溫的變化及時調(diào)節(jié),從而使系統(tǒng)損失的熱量高達30%。三是熱源效率不高。由于大量小型燃煤鍋爐效率低下,部分大型燃煤鍋爐和各種燃氣鍋爐有的效率也較低,熱源目前的節(jié)能潛力在15%~20%。
2.2 大型公共建筑能耗
大型公共建筑指單體面積超過2萬m2并采用中央空調(diào)的公共建筑。目前我國有5億m2左右這樣的建筑。其用能設(shè)備包括空調(diào)、照明、電梯、辦公設(shè)備等多個系統(tǒng)。我國大型公共建筑的耗電量為70~300kWh/m2?年,為住宅的10~20倍,是建筑能源消耗的高密度領(lǐng)域。盡管該類建筑目前的用電水平與歐美發(fā)達國家相當,但調(diào)查結(jié)果表明,這類建筑能源浪費現(xiàn)象仍較嚴重,有很大的節(jié)能潛力。
隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展,大型公共建筑的增長速度非???,占新建建筑總面積的比例也越來越大。在這種情況下,其高密度用電將導致民用建筑用電量的急劇增加。
2.3 住宅與一般公共建筑的非采暖能耗
我國城鎮(zhèn)的住宅總面積約為100億m2。除采暖外的住宅能耗包括照明、炊事、生活熱水、家電、空調(diào)等,折合用電量為10~30 kWh/m2?年,用電量約占我國全年共電量的8%。
目前這兩類建筑的能耗水平低于發(fā)達國家,這主要是由于建筑提供的服務(wù)水平不高。由于我國能源費用相對于居民收入偏高,我國的絕大部分城鎮(zhèn)住宅的用電水平較低。如大部分城市居民習慣夏天很熱時才開空調(diào),生活熱水用量遠小于發(fā)達國家水平,南方地區(qū)冬天室內(nèi)溫度即使低于16℃業(yè)務(wù)采暖措施。如大部分學校、軍隊營房、一般辦公建筑中主要用電設(shè)備還僅為燈具,用電密度低。
隨著生活水平的提高,住宅和一般公共建筑內(nèi)用戶提出了更高的建筑服務(wù)水平要求。如住宅內(nèi)生活熱水、家用電器的需求增長,一般公共建筑中電器數(shù)量增多等,都將造成這兩類建筑能耗的增長。此外,近年來在一些大城市出現(xiàn)了一批高檔豪華住宅,戶均用電水平幾倍甚至幾十倍于普通住宅。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和高收入人群的增加,此類高能耗住宅將有大幅增長的趨勢。對于能耗原本較低的一般辦公建筑進行二次裝修和加裝中央空調(diào)系統(tǒng),盲目提高建筑內(nèi)部的“豪華性”,也會造成此類建筑能耗的成倍增長。
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