建筑节能降碳技术在建筑设计中的应用

李 莹

(中电光谷建筑设计院有限公司 武汉 430072)

近年来,我国绿色建筑的发展步伐加快,进入规模化发展阶段。要大力发展绿色建筑,建设与自然友好、资源合理利用的建筑。[1]新版《绿色建设评价标准》(GB/T 50378-2014)(以下简称《新标准》)于2015年1月1日起施行,标志着我国绿色建设发展不仅在数量上、而且在质量上都发生了转变。要实现节能发展目标,必须大幅度增加能源资源的开发利用,加强环境整治,在建筑业发展的过程中为自然环境提供保护。[2]因此,在实施新标准时,可以探讨建筑节能减碳技术在建筑设计中的应用,更好地了解绿色建筑的建设。

1 我国建筑能耗的现状

我国的能源消耗主要用于工业、交通和建筑业。正如发达国家的经验所表明,建筑业将超越运输、工业和其他行业,在社会能源消费中名列前茅,最终接近全国能源消费总量的1/3[3]。我国是一个建筑大国,随着我国城市化进程的加快,建筑面积不断增加。我国南北差距较大,覆盖多个气候区,建筑能耗结构因地区和气候条件而异。在我国南方的一些地区,夏季非常炎热,最热月份的平均气温超过26℃,能耗主要用于空调和建筑照明。在北方,在最冷的时期,室内外温差可达40℃,冬季持续时间长,主要能耗为取暖方面[4]。一般来说,城乡建筑的能耗差别很大,城市建筑主要使用煤、电、气,农村建筑除煤、电外,还可选用秸秆等生物能源。随着科技的发展和时代的进步,越来越多的建筑节能技术和新能源技术不断出现,通过不懈的对建筑节能的努力,我们相信可以开辟高效、环保的节能途径,大大降低建筑能耗。

2 可持续发展思想为建筑节能降碳技术的发展创造条件

工业文明的科技进步及文化的繁荣无不令人瞩目,然而资源枯竭和环境危机引发人们反思以工业文明为基础的行为模式,寻求人类社会、经济的可持续发展之路,技术和环境的和谐[5]。越来越多的人开始思考如何实现可持续发展,这使得越来越多的学者研究“可持续发展社会”、“可持续发展世界”和“可持续发展建筑”等课题,人们正在努力解决能源使用环境问题的根源。

3 太阳能在绿色建筑设计中的应用

3.1 我国太阳能资源分布及其特点

21世纪,传统能源严重短缺,人类开始转向可再生能源的开发。太阳能是一种环保的可再生能源,与其他新能源如风能、水能、地热能等相比是较为理想的能源。特别是近几十年来,技术不断更新,太阳能产业及相关产业发展相当迅速。太阳能具有清洁、无污染、数量巨大、取之不尽、用之不竭的特点。

太阳能的分布与纬度、地理位置、气候条件和海拔有关。我国地处北半球欧亚大陆东部,地理范围广阔,太阳能丰富。全国2/3以上的土地有2 000 h以上的年均日照时间。总辐射量达到3 340～8 360,总能量相当于2.4万亿吨煤,有效利用太阳能可以减少二氧化碳排放,保护环境,并为经济发展提供可持续的能源供应。

目前,我国太阳能光伏系统在建筑中的使用主要有两种形式:普通的光伏组件附着于建筑(BAPV:Building Attached Photovoltaic)和太阳能光伏建筑一体化(BIPV:Building Integrated Photovoltaic)。

3.2 太阳能在建筑设计中的应用

3.2.1 应用于绿色建筑外墙

在建筑物中,与阳光接触的面积最大的是建筑物的外墙,特别是与阳光接触面积较大的高层建筑。为确保建筑物外墙的美观,外墙所用的材料大都是玻璃幕墙,只有防护和装饰功能。突破玻璃幕墙的传统功能,将玻璃幕墙和光伏板合成了PV 玻璃幕墙,将太阳能转化为电能,保护建筑免受太阳热辐射,从而降低建筑墙体温度[6]。

3.2.2 应用于绿色建筑屋面

从目前众多的建筑来看,屋顶上的太阳能往往没有得到充分利用。绿色建筑可以充分利用资源,节约能源,减少建筑物的能耗。在建筑物的屋顶上使用太阳能光伏系统可以完全接受阳光,提高阳光利用率。在绿色建筑物的屋顶安装太阳能光伏组件,无须考虑遮挡和角度问题,因为安装建筑物屋顶的困难较小,安装通风管和遮阳板也较容易。与绿色建筑融为一体,而且大大降低了单位面积太阳能电池板的安装成本。在绿色建筑屋顶安装太阳能光伏系统时,必须考虑到自然灾害的破坏。

3.2.3 应用于绿色建筑天窗

在建筑物中,天窗起着一定的采光作用,避免阳光直射到露天建筑的内部空间。在绿色建筑中,天窗利用太阳能产生两种效果。首先,将光能转换为电能,提供给建筑。二是提高采光系数。对于用作天窗的光伏板应采用透明、半透明或不透明的但中心仍留有间隙的。应设计为井型,以提高采光系数,同时应合理确定天窗的倾斜角度。

3.2.4 应用于绿色建筑其他部分

对于绿色建筑,还可以使用遮阳板、雨篷、窗户玻璃。采用非透明太阳能板作为遮阳板和雨篷,可改善室内环境,提供防雨保护,有效实施阳光采集。绿色建筑使用的太阳能光伏系统,需要考虑防撞、防火和防雷等问题,并确保其应用的可靠性。

4 建筑节水措施在绿色建筑中的应用

4.1 建筑中的水系统

中水是指经过适当处理污水或雨水,使其达到一定的水质标准,水质标准为非饮用标准,介于作供给水与排水之间。建筑中水系统是指在收集、处理、运输等过程中,将建筑和居民小区生活中产生的各种污水进行净化,并回收利用。建筑中水一般由建筑物中水和建筑小区中水两部分组成。建筑中水系统由三部分组成:收集、处理及供水系统。中水工程是把供水、排污、水处理及建筑环境的技术有机地系统地结合在一起的工程,把这些技术应用于建筑物和建筑小区之中,以达致其环保功能、节水功能及使用功能的最佳协调。目前,建筑中水系统可分为三大类基本系统。

4.1.1 建筑物中水系统

建筑物中水是在一幢或多幢建筑物内,例如酒店、商业、写字楼内所建的中水系统,而中水原水来自某幢建筑物或几幢建筑物。可根据空调、卫生间、浴缸和淋浴排水、洗脸盆排水、游泳池排水、厨房排水、卫生间排水等选择建筑物的水源。雨水也是中水的水源之一。优质的中水原水(包括空调冷却水、淋浴排水、洗涤排水)悬浮物和有机物浓度低、水质好、易于处理,因此建筑中水系统具有投资少、效果快的特点。原水绝对不能选择来自于传染病医院和结核病医院的放射性污水,而普通综合医院的污水必须经过消毒产生的中水不与人直接接触。建筑物原水来源的耗水量应为中水的110%～115%。

4.1.2 建筑物小区中水系统

建筑小区中水系统是在学校、居民区等集中建筑中建成的中水系统。建筑小区中水原水的选择可包括小区内建筑物的杂排水、小区内的雨水、小区或城市污水处理厂出水、相对清洁的工业排水、小区生活污水等。小区内中水原水量大、环境用水量大、生活用水量大,可为形成不同的中水系统设计,容易产生规模效益,改善污水的资源化及小区的生态环境。因此,建筑小区中水的特点是工程规模大,管道状况和水质复杂,但净化处理成本低。

4.2 建筑节水措施在建筑设计中的应用

4.2.1 确定合适的用水定额

用水定额是用水单位时间所需水量,其大小影响水资源的利用和供水系统的规模。民用建筑节水设计标准(GB50555-2010)规定了节水标准,即住宅、宿舍、宾馆等建筑用水量定额。确定适当的用水量定额有利于引进节水技术,提高水资源利用效率,实现科学节水。

4.2.2 减少漏损的技术

据统计,我国许多城市通过自来水管网漏水超过10%,造成水资源严重流失。为了避免管道泄漏,水压必须符合设计规范,压力必须稳定。供水系统中使用的管道必须符合行业标准.采用百分之百的高灵敏度水表安装系数监控水位。还可以利用发达国家在泄漏控制方面的经验,通过科学方法诊断管道泄漏,并改进检测和日常控制方法。

4.2.3 减压限流

给水单元阀门压力高于流出水头,给水组件单位时间的额定出水量量超标现象称为超高压出流现象,其与额定流量之差为超压量。供水部件的超高压出流不仅扰乱了供水系统的正常水分配,对用水的状况产生了不利影响,而且效率低下,即。由于其在使用过程中的损失,很难发现,是一种“看不见的”浪费水,这种“看不见的”浪费水在不同程度上在不同的建筑物都有发生。供水系统超压导致高压水排放,接口易磨损,影响水平衡,需要降低压力和限制流量。为了防止超压和安装减压装置(如真空阀、节流阀),同时需要合理设计部件水压。

4.2.4 合理使用非传统水源

建筑给水按用途分为饮用水和杂用水。饮用水质指标高于杂用水,中水则介于两者之间。非传统来源是那些回收水、雨水、海水等的来源。根据这些建筑的中水供应系统及建筑的雨水收集系统的情况,经处理的中水可用作市政或建筑用水,不直接接触人体(如厕所、绿化、洗车、街道清洁、建筑工程)。不同用途的水质要求必须符合有关标准。

4.2.5 使用节水器具

配水器具和卫生器具性能直接影响节水的效果。根据《节水型生活器具》(CJ164-2014)对节水器具的定义,目前节约型用水器具主要包括:节水型便器、节水型水龙头、节水型淋浴设施、节水型洗衣机。

(1)节水型便器:双按钮式,感应式、直排式等;

(2)节水型水龙头:陶瓷阀芯水龙头、感应龙头、延时龙头等;(3)节水型淋浴设施:冷热水混合栓式淋浴器等;(4)节水型洗衣机:超薄式滚筒洗衣机,变频滚筒洗衣机等。

4.2.6 基于“绿色建筑评价标准”下的建筑节水措施

对于前文介绍的建筑中水系统、建筑雨水系统、建筑给水系统、建筑排水系统都可根据建筑物的功能,要求等实际情况,选用合适的系统相结合,达到一个从本质上符合绿色建筑节水节能的要求,在结合其他的一些节水技术措施和《绿色建筑评级标准》中的“节水与水资源利用”的相关指标设计合理的水系统。

5 结语

在建筑设计中应用节能降碳技术,可适应建筑设计与建设的快速发展,为用户提供舒适低碳的建筑使用体验,同时,延长了建筑物的使用寿命,取得了优异的建筑节能效果,为绿色建筑设计与节能设计提供先进的理念。使建筑创造更好的节能效果,发展低成本的适应节能降碳趋势的建筑。