建筑節能降碳技術在建筑設計中的應用

李 瑩

(中電光谷建筑設計院有限公司 武漢 430072)

近年來,我國綠色建筑的發展步伐加快,進入規模化發展階段。要大力發展綠色建筑,建設與自然友好、資源合理利用的建筑。[1]新版《綠色建設評價標準》(GB/T 50378-2014)(以下簡稱《新標準》)于2015年1月1日起施行,標志著我國綠色建設發展不僅在數量上、而且在質量上都發生了轉變。要實現節能發展目標,必須大幅度增加能源資源的開發利用,加強環境整治,在建筑業發展的過程中為自然環境提供保護。[2]因此,在實施新標準時,可以探討建筑節能減碳技術在建筑設計中的應用,更好地了解綠色建筑的建設。

1 我國建筑能耗的現狀

我國的能源消耗主要用于工業、交通和建筑業。正如發達國家的經驗所表明,建筑業將超越運輸、工業和其他行業,在社會能源消費中名列前茅,最終接近全國能源消費總量的1/3[3]。我國是一個建筑大國,隨著我國城市化進程的加快,建筑面積不斷增加。我國南北差距較大,覆蓋多個氣候區,建筑能耗結構因地區和氣候條件而異。在我國南方的一些地區,夏季非常炎熱,最熱月份的平均氣溫超過26℃,能耗主要用于空調和建筑照明。在北方,在最冷的時期,室內外溫差可達40℃,冬季持續時間長,主要能耗為取暖方面[4]。一般來說,城鄉建筑的能耗差別很大,城市建筑主要使用煤、電、氣,農村建筑除煤、電外,還可選用秸稈等生物能源。隨著科技的發展和時代的進步,越來越多的建筑節能技術和新能源技術不斷出現,通過不懈的對建筑節能的努力,我們相信可以開辟高效、環保的節能途徑,大大降低建筑能耗。

2 可持續發展思想為建筑節能降碳技術的發展創造條件

工業文明的科技進步及文化的繁榮無不令人矚目,然而資源枯竭和環境危機引發人們反思以工業文明為基礎的行為模式,尋求人類社會、經濟的可持續發展之路,技術和環境的和諧[5]。越來越多的人開始思考如何實現可持續發展,這使得越來越多的學者研究“可持續發展社會”、“可持續發展世界”和“可持續發展建筑”等課題,人們正在努力解決能源使用環境問題的根源。

3 太陽能在綠色建筑設計中的應用

3.1 我國太陽能資源分布及其特點

21世紀,傳統能源嚴重短缺,人類開始轉向可再生能源的開發。太陽能是一種環保的可再生能源,與其他新能源如風能、水能、地熱能等相比是較為理想的能源。特別是近幾十年來,技術不斷更新,太陽能產業及相關產業發展相當迅速。太陽能具有清潔、無污染、數量巨大、取之不盡、用之不竭的特點。

太陽能的分布與緯度、地理位置、氣候條件和海拔有關。我國地處北半球歐亞大陸東部,地理范圍廣闊,太陽能豐富。全國2/3以上的土地有2 000 h以上的年均日照時間。總輻射量達到3 340～8 360,總能量相當于2.4萬億噸煤,有效利用太陽能可以減少二氧化碳排放,保護環境,并為經濟發展提供可持續的能源供應。

目前,我國太陽能光伏系統在建筑中的使用主要有兩種形式:普通的光伏組件附著于建筑(BAPV:Building Attached Photovoltaic)和太陽能光伏建筑一體化(BIPV:Building Integrated Photovoltaic)。

3.2 太陽能在建筑設計中的應用

3.2.1 應用于綠色建筑外墻

在建筑物中,與陽光接觸的面積最大的是建筑物的外墻,特別是與陽光接觸面積較大的高層建筑。為確保建筑物外墻的美觀,外墻所用的材料大都是玻璃幕墻,只有防護和裝飾功能。突破玻璃幕墻的傳統功能,將玻璃幕墻和光伏板合成了PV 玻璃幕墻,將太陽能轉化為電能,保護建筑免受太陽熱輻射,從而降低建筑墻體溫度[6]。

3.2.2 應用于綠色建筑屋面

從目前眾多的建筑來看,屋頂上的太陽能往往沒有得到充分利用。綠色建筑可以充分利用資源,節約能源,減少建筑物的能耗。在建筑物的屋頂上使用太陽能光伏系統可以完全接受陽光,提高陽光利用率。在綠色建筑物的屋頂安裝太陽能光伏組件,無須考慮遮擋和角度問題,因為安裝建筑物屋頂的困難較小,安裝通風管和遮陽板也較容易。與綠色建筑融為一體,而且大大降低了單位面積太陽能電池板的安裝成本。在綠色建筑屋頂安裝太陽能光伏系統時,必須考慮到自然災害的破壞。

3.2.3 應用于綠色建筑天窗

在建筑物中,天窗起著一定的采光作用,避免陽光直射到露天建筑的內部空間。在綠色建筑中,天窗利用太陽能產生兩種效果。首先,將光能轉換為電能,提供給建筑。二是提高采光系數。對于用作天窗的光伏板應采用透明、半透明或不透明的但中心仍留有間隙的。應設計為井型,以提高采光系數,同時應合理確定天窗的傾斜角度。

3.2.4 應用于綠色建筑其他部分

對于綠色建筑,還可以使用遮陽板、雨篷、窗戶玻璃。采用非透明太陽能板作為遮陽板和雨篷,可改善室內環境,提供防雨保護,有效實施陽光采集。綠色建筑使用的太陽能光伏系統,需要考慮防撞、防火和防雷等問題,并確保其應用的可靠性。

4 建筑節水措施在綠色建筑中的應用

4.1 建筑中的水系統

中水是指經過適當處理污水或雨水,使其達到一定的水質標準,水質標準為非飲用標準,介于作供給水與排水之間。建筑中水系統是指在收集、處理、運輸等過程中,將建筑和居民小區生活中產生的各種污水進行凈化,并回收利用。建筑中水一般由建筑物中水和建筑小區中水兩部分組成。建筑中水系統由三部分組成:收集、處理及供水系統。中水工程是把供水、排污、水處理及建筑環境的技術有機地系統地結合在一起的工程,把這些技術應用于建筑物和建筑小區之中,以達致其環保功能、節水功能及使用功能的最佳協調。目前,建筑中水系統可分為三大類基本系統。

4.1.1 建筑物中水系統

建筑物中水是在一幢或多幢建筑物內,例如酒店、商業、寫字樓內所建的中水系統,而中水原水來自某幢建筑物或幾幢建筑物。可根據空調、衛生間、浴缸和淋浴排水、洗臉盆排水、游泳池排水、廚房排水、衛生間排水等選擇建筑物的水源。雨水也是中水的水源之一。優質的中水原水(包括空調冷卻水、淋浴排水、洗滌排水)懸浮物和有機物濃度低、水質好、易于處理,因此建筑中水系統具有投資少、效果快的特點。原水絕對不能選擇來自于傳染病醫院和結核病醫院的放射性污水,而普通綜合醫院的污水必須經過消毒產生的中水不與人直接接觸。建筑物原水來源的耗水量應為中水的110%～115%。

4.1.2 建筑物小區中水系統

建筑小區中水系統是在學校、居民區等集中建筑中建成的中水系統。建筑小區中水原水的選擇可包括小區內建筑物的雜排水、小區內的雨水、小區或城市污水處理廠出水、相對清潔的工業排水、小區生活污水等。小區內中水原水量大、環境用水量大、生活用水量大,可為形成不同的中水系統設計,容易產生規模效益,改善污水的資源化及小區的生態環境。因此,建筑小區中水的特點是工程規模大,管道狀況和水質復雜,但凈化處理成本低。

4.2 建筑節水措施在建筑設計中的應用

4.2.1 確定合適的用水定額

用水定額是用水單位時間所需水量,其大小影響水資源的利用和供水系統的規模。民用建筑節水設計標準(GB50555-2010)規定了節水標準,即住宅、宿舍、賓館等建筑用水量定額。確定適當的用水量定額有利于引進節水技術,提高水資源利用效率,實現科學節水。

4.2.2 減少漏損的技術

據統計,我國許多城市通過自來水管網漏水超過10%,造成水資源嚴重流失。為了避免管道泄漏,水壓必須符合設計規范,壓力必須穩定。供水系統中使用的管道必須符合行業標準.采用百分之百的高靈敏度水表安裝系數監控水位。還可以利用發達國家在泄漏控制方面的經驗,通過科學方法診斷管道泄漏,并改進檢測和日常控制方法。

4.2.3 減壓限流

給水單元閥門壓力高于流出水頭,給水組件單位時間的額定出水量量超標現象稱為超高壓出流現象,其與額定流量之差為超壓量。供水部件的超高壓出流不僅擾亂了供水系統的正常水分配,對用水的狀況產生了不利影響,而且效率低下,即。由于其在使用過程中的損失,很難發現,是一種“看不見的”浪費水,這種“看不見的”浪費水在不同程度上在不同的建筑物都有發生。供水系統超壓導致高壓水排放,接口易磨損,影響水平衡,需要降低壓力和限制流量。為了防止超壓和安裝減壓裝置(如真空閥、節流閥),同時需要合理設計部件水壓。

4.2.4 合理使用非傳統水源

建筑給水按用途分為飲用水和雜用水。飲用水質指標高于雜用水,中水則介于兩者之間。非傳統來源是那些回收水、雨水、海水等的來源。根據這些建筑的中水供應系統及建筑的雨水收集系統的情況,經處理的中水可用作市政或建筑用水,不直接接觸人體(如廁所、綠化、洗車、街道清潔、建筑工程)。不同用途的水質要求必須符合有關標準。

4.2.5 使用節水器具

配水器具和衛生器具性能直接影響節水的效果。根據《節水型生活器具》(CJ164-2014)對節水器具的定義,目前節約型用水器具主要包括:節水型便器、節水型水龍頭、節水型淋浴設施、節水型洗衣機。

(1)節水型便器:雙按鈕式,感應式、直排式等;

(2)節水型水龍頭:陶瓷閥芯水龍頭、感應龍頭、延時龍頭等;(3)節水型淋浴設施:冷熱水混合栓式淋浴器等;(4)節水型洗衣機:超薄式滾筒洗衣機,變頻滾筒洗衣機等。

4.2.6 基于“綠色建筑評價標準”下的建筑節水措施

對于前文介紹的建筑中水系統、建筑雨水系統、建筑給水系統、建筑排水系統都可根據建筑物的功能,要求等實際情況,選用合適的系統相結合,達到一個從本質上符合綠色建筑節水節能的要求,在結合其他的一些節水技術措施和《綠色建筑評級標準》中的“節水與水資源利用”的相關指標設計合理的水系統。

5 結語

在建筑設計中應用節能降碳技術,可適應建筑設計與建設的快速發展,為用戶提供舒適低碳的建筑使用體驗,同時,延長了建筑物的使用壽命,取得了優異的建筑節能效果,為綠色建筑設計與節能設計提供先進的理念。使建筑創造更好的節能效果,發展低成本的適應節能降碳趨勢的建筑。