在经历了数次能源危机以及对矿物能源资源的不可回复性和温室效应对生存环境负面影响的认识越来越清楚之后.doc

在经历了数次能源危机以及对矿物能源资源的不可回复性和温室效应对生存环境负面影响的认识越来越清楚之后。世界各国提出了控制矿物能源用量的增长，提高用能效率，开发新能源和可再生能源，保护环境的目标。作为耗能大户的建筑业的节能受到极大的关注。建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋势，也是当代建筑科学技术的一个新生长点。 而在我国，建筑能耗浪费相当严重，原因也是多方面的，如技术落后，供暖设计不科学，管理不当，采暖收费不合理，缺乏节能意识等。尤其突出的表现在过分强调降低建筑物的一次性投资和对某些建材制品的要求不严，结果节省了一次性投资，却造成了长久的能源浪费，得不偿失。如不赶紧采取坚决有效的措施来控制建筑能耗的浪费，那么用不了多久，我们就会受到大自然的惩罚。因而建筑节能势在必行。 所谓建筑节能，就是在保证居室热舒适环境条件下，通过技术进步、合理利用、科学管理和经济结构合理化等途径，采用新型保温材料，把居住建筑在长期使用中的采暖能耗降下来。 建筑节能的途径主要有以下几个方面 1. 门窗的保温隔热。 在建筑围护结构中，与墙体、屋面相比，门窗的保温隔热能力较差。我们可以通过提高门窗的气密性，采用适当的窗墙面积比，增加窗玻璃层数，采用百叶窗帘、窗板等措施来提高门窗的保温隔热性能。 2.墙体的保温隔热 墙体是外围护结构的主体，我们可以采用保温性能好、蓄热能力及强度较低的砌块墙体，如加气混凝土砌块。也可以采用复合墙体的形式，如内保温复合墙体、外保温复合墙体、夹芯复合墙体等。但内保温复合墙体由于热桥对保温的影响较大，国家已经开始限制使用内保温复合墙体使用。而且从长远来看，外墙外保温的效果明显高于内保温。由于复合墙体能满足围护结构各种功能的要求，因此这种采用高效保温材料与砖砌的复合墙体，有着更多的优越性。 3.屋面的保温隔热 屋面作为外围护结构的一部分，它的保温隔热也是不可或缺的。我们可以采用高效保温材料作为屋面的保温层，也可采用架空型保温屋面或倒置式屋面等方式来达到提高屋面保温隔热性能的目的。 4.采暖系统的节能 城市供暖实行城市集中供暖和区域供暖，可以大大提高热效率。在管网系统中，安设平衡阀，可以使管网系统达到水力平衡，与未安平衡阀的不平衡系统相比，在保证所有房间满足规定室温的条件下，可以相对的降低所供暖区域的平均室内温度，从而节约能源。 除以上几种途径外，我们更提倡发展高科技来改造传统系统能效的产品，例如 1.利用可再生能源和清洁燃料能源, 如太阳能、天然气、沼气等的利用。 2.运用高技术成果开发高效节能的建筑设备，如高效供冷供热装置，高效电光源，高效介质输送设备，确保高效运行的节能调控设备等。 建筑节能是一项系统工程。在策划、实施及取得实效的长时间过程中涉及规划、设计、施工、调试、运行、维修等诸多环节。作为设计行业的人员，在对建筑进行节能设计的同时我们应根据当地资源条件。因地制宜，就地取材，合理利用。并且应建立寿命周期成本观念，按建筑寿命50年内发生的各项费用，取其总和较低者作为选取决策的依据，不应考虑一次消费最低者。同时，更应重视综合设计过程这个新观念，在方案之初即组织相关专业工种介入，统筹考虑相互影响，寻求合理的解决方案。 可以预见，随着建筑节能工作的开展，以及人们对改善建筑热环境的迫切要求，建筑节能技术必将得到迅速发展。 我国的高层建筑有近七十年的历史,东北地区,现代化高层建筑的诞生仅有二十几年的历史,然而城市中任何建筑都是城市设计、规划的一部分,城市设计是一项十分复杂的工作,我国在这方面的经验不多,而且管理机制尚不健全,往往受一些因素的影响,工作不甚周密和协调,甚至失去控制,有许多的问题等待我们去解决,有待于探索和改进,所以说,今天的高层建筑设计仍处在一个不太成熟的阶段。 高层建筑体形庞大,如,容积率过高,相邻建筑互相遮挡、不通透,形成大面积阴影区,城市人居环境质量下降,市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外,近些年在某些城市建高层建筑已成风气,设计者往往贪大求高,大部分精力放在追求立面形式和使用功能上,而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄,造成高能耗、低效益,影响常年使用,浪费巨大。 所谓建筑节能不仅是建筑本身的节能,且由城市的综合环境、气候条件、总体布局;建筑物的形体变化、朝向;外围护结构保温、隔热的性能;门窗质量等许多综合性因素构成,因此,高层建筑的节能首先应为设计者重视。 1 优化建筑位置及朝向设计 高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响容积率过高很难满足日照要求,阳光有着巨大辐射能量,在寒冷地区人们十分珍惜阳光带来的温暖。据有关资料分析,地球每年接收的能量有60 亿亿千瓦,这么大能量弃之可惜,从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器,阳光不仅对人的身体健康有着很大影响,对建筑的节能也有着十分重要意义。寒冷地区城市规划应注重应用日照原理,合理的确定建筑位置与朝向,使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能,因此,建筑的方位与节能有着直接关系。如,在北纬40 度～45 度地区,冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍,而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2. 5 倍,不同朝向,不同季节,建筑物所得到的太阳辐射热能量不同,热损失也不同,尤其是在冬至前后,由于太阳高度角低,房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况,按其太阳高度角做出日影响图,以确定冬季每天的日照时间,建筑南向开窗面积尽可能大些,在满足采光条件下,北向、东向窗尽可能小些,从而获得更多的太阳光线,减少热损失,保持室内舒适的温度环境。 2 优化围护结构墙体设计 2. 1 外墙是围护结构的主体部分,高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋,前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重,因此,围护结构属于填充材料,为了减轻荷载,达到保温、隔热要求,采用轻质高效保温材料,目前在寒冷地区常用的墙体做法有页岩陶粒混凝土空心砌块;粘土空心砖与实心砖复合墙体;粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多,节能的效果仍达不到标准的要求。 围护结构的材料布置分外侧和内侧,在寒冷地区的同一气候条件下,由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同,为防止墙体内产生冷凝水,保温层设在外侧更为妥些。 2. 2 高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板舒乐板、PG板 ,岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年,多则上百年,材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体,笔者认为存在以下不足之处 1 抗震能力差,易松散,与结构构件结合不好,整体性能差。 2 不能承受外部装修贴、挂荷载,如贴石材,安装装饰构件等。 3 不能承受有振动的凿、刨的装修,如剁斧石面层、予留洞、槽易出现冷桥。 4 墙表面易出现裂纹。除此之外,复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入,墙体内容易造成冷桥,是保温、隔热的薄弱环节。据测定,高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5 ～13 ,因此应引起设计者重视,采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。 2. 3 国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温,欧、美各国取得不少先进经验。如美国研制的TB 型保温隔热复合砌块;波兰的咬合式保温砌块,两块组合成320 厚墙体,在空心砌块内填入高效保温材料,墙体传热系数K 01209～1100W/ m2 k ;芬兰研制的一种空心砌块,空隙之间填入聚胺脂保温材料,300 厚,传热系数K 0. 25～0. 28W/ m2 k。某些欧美国家50 左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好,又具有一定强度,避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。 3 影响建筑节能的其他因素 3. 1 高层建筑外围护墙体耗能量较大,占整个建筑耗能的25 左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一,体形系数越大耗能越多,国外的一些高层建筑造成圆塔形,比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53 号办公楼都是圆型或椭圆形,我们知道,相同的面积,圆的周长最短,这样使建筑外露面积较小。因此,基于能量损耗的考虑,高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。 3. 2 高层建筑的“风环境”是影响建筑耗能因素之一。 在冬季,风力对建筑的热损失很大,增大冷空气的渗透量,使室内热损失加大。由于建筑某些部位处理不当,墙体内部易产生冷凝水。因此,建筑保温材料的选用,建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。 1 建筑师的毕生工作都是在创造环境 环境是人和自然界与其所处空间之间的关系, 或围绕着生物主要指人 的一切外在条件。环境即是指影响人类生存和发展的, 各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体,包括大气、水、土地、生物、居住地等生命保护系统, 也蓄积了对人们产生刺激甚至袭击的物理、化学和生物的力量。环境条件的组合处于连续不断的变化之中, 有些变化对人类健康有益, 有些变化则对人类健康有害, 甚至是灾难性的。环境有未经人工改造的自然环境和人工创造的人为环境。如果再把人为环境分为物质与社会文化即人文 环境两部分, 人类就是生活在三重环境结构之中。这三重环境结构不是简单的重合, 也不是相互对立的, 而是相互共存、共依的。人类是环境的创造者, 也是环境的改造者。环境不但给人类提供物质需要, 而且还给人类提供智慧、道德以及精神上成长的机会。人类必须与大自然协调一致, 运用知识和智慧来建立一个更好的环境。环境可大可小, 小至一个电话亭, 大至一个城市或自然保护区。无论大环境还是小环境, 与人类生存和发展关系重大的生态环境都与城市、建筑的人居环境密切相关。人居环境就建筑领域而言, 可具体理解为人的居住、生活、娱乐、工作环境, 包含自然环境与人为环境两者的和谐结合与协调发展。它要求居住建筑必须将其使用功能与社会、文化、艺术等精神功能的复杂要求在空间和时间上相互结合, 使一聚居地的所有社会功能在满足目前的需要与将来的发展之间取得平衡, 与环境保护、生态平衡和节约能源相协调, 并有益于人们的身心健康。早在19 世纪20 年代建筑理性主义思潮兴起时, 建筑工作者就开始从科学的角度关注物理环境因素对建筑的影响, 强调阳光、空气和绿地对现代城 市的作用, 并对住宅的日照、层高、间距及声、光、热等物理环境作了系统的科学研究。建筑师的毕生工作就是要为人们创造一个舒适、健康、文明的居住环境, 更深一层讲, 就是要创造一个有利于环境保护、生态平衡和节约能源的可持续发展的人居环境。 2 当前住宅规划建设中存在的问题 仅管目前各个城市都有一些好的环境规划设计与治理工程, 但也有不少象成都市城北花圃那样逐渐被城市化、商业化蚕食了的绿地和水面, 整个城市北区没有一个可供人们休憩享用的绿地与水面环境, 污染最为严重, 空气质量特别差。市区内每个单位要新建住宅, 基本上是在已有的领地范围内见缝插针般予以布置, 不仅绿地面积越来越少, 而且住宅之间起码的日照间距也根本得不到保证。 在新的居住区规划设计中, 能将气候、环境、生态和节能设计综合研究与考虑的实例并不多。评选一个居住小区规划的好坏, 总是把从直升飞机上的鸟瞰景象和住宅立面的造型与空间的艺术景观放在首位, 很少进入内环境中, 从人与人之间的关系、人与建筑和自然环境之间的关系以及环境物理功能的要求诸方面全面评价。不少居住小区为了创造一个较大的公众活动庭院, 而全然不顾建筑之间最小日照间距的要求。周边式布局的西向居室全无遮阳措施, 更谈不上适宜的风环境设计。绿地率虽然达到30 以上, 但不是每户每人均享, 而是过分的集中。不少住宅建筑套型的起居室面积达40m2 以上, 还要贯通两层。主要居室外墙的窗墙比达80 以上, 完全成了玻璃幕墙, 远远超过采光需要的窗墙比要求。有的高层住宅的外墙全是200 mm 厚的钢筋混凝土, 而不作任 何保温隔热处理。平屋顶固然有它不足之处, 但它能“弃瓦还绿”、利用空间、减少城市的热岛效应, 这是其它坡屋顶不具有的长处, 提倡采用坡屋顶的办法很不利于居住区的环境、生态和节能。 随着人们的居住要求从“谋生”转向“乐生”, 买房、换房必装已成必然, 家装中的设计求新、材料求新、设备求新和陈设求新固然重要, 但却忽视了应有一个良好的周围环境与之协调、配合, 重内不重外, 过分依靠建筑设备, 丝毫不考虑人为环境与建筑材料中的微生物对居室环境的影响.现实最为普遍的现象是, 在评审任何建筑规划设计方案时, 一点一线都非常认真, 也非常苛刻, 毫不留情。一但房屋建造起来, 形形色色的广告招牌, 五花八门的雨棚、防护栏,不但“污染”了环境, 而且也使建筑的本来面目全非, 建筑师为创造环境而辛勤劳动的成果也完全未得以保护。 以上所列, 并不都是建筑师的责任, 有官方的指令, 有市场经济浪潮的冲击, 也有管理上的失误。从建筑设计方面讲,建筑师们并没完全忽略气候、环境的设计, 也考虑了朝向、间距、自然通风与噪声的防御等, 但往往是点到即止。至于进一步从环境、生态、节能意识的高度去分析建筑所处地段的气候特征, 研究水面、绿化的布置与生态平衡的关系; 研究应用自然能源的潜力和建筑的平面布局与空间构成是否有利于节能; 研究建筑材料的热特性以及与建筑细部构造处理之间的关系; 预测室内气候改善的程度; 估算节能效益等等, 则往往认为是建筑热工与暖通空调工程师们的工作范围而不予重视和参与。在住宅建筑的外围护结构设计中, 能按民用建 筑热工设计规范的要求进行保温隔热设计计算和选择构造形式的不多, 更没有将其作为居住环境设计的一个必要条件列入评审要求范围。建筑师包括规划师和室内设计师 对以上诸方面问题不作研究与考虑是不妥当的, 也是与1999 年6 月北京建筑师大会提出的人居环境可持续发展的战略要求不相适应的。 3 健康建筑与绿色建筑的理念 健康建筑是目前国际上因环境污染和建筑要节能而使房间对外完全封闭造成的室内污染源增加, 空气质量恶化, 使人产生建筑病或称封闭房间综合症 , 导致健康、工作效率和寿命受到危害而对建筑界提出的要求。健康建筑必须消除各类污染源, 不用产生污染源的材料, 保护房间的良好通风, 充分利用自然能源, 采用被动式采暖和冷却而不主要靠建筑设备, 以及水面和绿化的合理布局以改善居住区的微小气候和自然环境, 提高人居环境质量。国际上每三年都召开一次建筑环境与空气质量的国际学术会议, 交流与建筑病和健康建筑有关的学术问题, 以期引起建筑界的重视。不要形成建筑病四处蔓延后再回头来总结教训, 予以研究和治理。绿色建筑是近年来兴起的一种居住概念, 也已被作为当前建筑发展的主流趋势。它是人类文明与科学技术发展至今, 人类在扩大自己生存、活动范围的同时犯下不少错误, 经过历史的积淀、教训、思考之后, 人类面临生态危机的情况下做出的一种新的反应和探索。城市人口恶性膨胀, 能源短缺、环境污染三大问题即3P 问题 人口PO PULA T ION、污染POLLU T ION、动力POW ER 表明, 现代科学技术的发展在为人们提供种种便利之余, 对整个生态环境产生了强大的负面效应。绿色建筑与环境、生态、节能之间的属性可用5R 来诠释, 即RESOU RCE资源的保护和合理利用, 包括自然资源的节制开发与自然能源的开发利用; REDU CE节省能源、减少能耗对环境的有害影响; REU SE建筑的再利用, 不要轻易拆除旧有建筑, 更不要拆除有历史保留价值的古建筑; REUN ITE建筑材料的再结合, 充分利用地方材料与现代高科技加工新的, 对环境、生态、节能有利的建筑材料; RECYCL E再循环, 即建筑材料建筑建筑废料的良性循环不断, 废水废渣废气的综合利用开发, 变废为宝。绿色建筑就是在规划设计上, 充分考虑到人与自然的和谐统一; 在项目建设过程中, 采用节水设施, 节能环保建材; 提高绿化率, 最大限度地保留自然水面; 合理处理生活污水、垃圾并循环利用, 将环保、生态、节能理念融于居住建筑的规划设计中去。 4 环境、生态与节能关系紧密 住宅建筑设计中的环境保护、生态平衡与节省能源不是孤立的, 更不是相互矛盾的, 而是相互影响、联系的。 居住区规划设计中的气候设计, 不仅仅是一个充分利用自然能源、减少再生能源消耗的问题, 也是一个直接与地域的生态环境有关的问题。如果不注意建设地段的地形、地物、地貌, 不注意防止水、土和空气的污染, 不注意城市人口的密集程度和交通的合理组织与设计, 必然导致城市化的过分集中、交通频繁、绿化与水面严重不足、城市热岛效应增强、空气污浊、气温升高、能耗剧增。物理环境的日趋恶化, 结果是建筑系统内和建筑系统外的物质良性循环与能量的良性转换受到严重破坏, 也就是生态环境受到严重破坏。建筑立体绿化, 如屋顶平面绿化与墙面和阳台的垂直绿化, 不仅能够缓解建筑占地与绿化用地之间的矛盾, 美化环, 减轻空气污染; 同时也达到自然降温的作用, 节省能耗而又促进了自然能、质的良性反应与循环, 改善了人居环境的质量。沼气、地热与太阳能等自然能源在村镇住宅建筑中的开发利用, 不仅有利于再生能源的节省, 更有利于环境、生态的保护与平衡。 城市中大量使用空调设备降温, 虽然改善了室内微小气候的温湿度状况, 但排除的废气和热量却使室外大环境的空气温湿度变高了。加之使用不当, 反而导致空调病或建筑病 的发生。在2000 年夏季的北京高温期中, 幼儿感冒率非常高, 有95 以上是因为过多食用冷品和过低的室内空调温度所致。这不仅使人们对自然气候的适应能力显著降低,也由于空调能耗增大, 使生态平衡受到破坏。北京、上海、成都和南宁等地区近25 年的气温统计数据表明, 年平均温度都升高了2℃以上, 冬天变暖的趋势非常明显, 这都是城市热岛效应带来的结果。如果温度继续升高下去, 对人类生态环境的可持续发展是一个不好的兆头。 5 “以人为本”的建筑设计原则与环境、生态和建筑节能 人也是自然生态中的一部分。“以人为本”的建筑设计原则, 不单只是满足“人”的物质与精神欲望, 更应该使其与生态环境保持应有的平衡关系, 防止“建筑病”对人的身心危害;“以人为本”的建筑设计原则不单只是考虑这一代人的生存与发展问题, 还需考虑下一代和下一代的下一代人的可持续发展;“以人为本”还需将人建筑环境生态能源这个“链”有机地联系起来, 不能为了“人”, 为了“发展”而破坏它们之间的平衡与协调、共依与共存关系。在“以人为本”的设计原则指导下, 建筑设计必须具有环境、生态、节能意识, 或称3E 意识, 即ENV IRONM EN T、ECOLO GY 和EN 2ERGY CON SC IOU SN ESS。必须注重有较好的3E 效益, 即ENV IRONM EN T、ECOLO GY 和EN ERGY EFF IC IEN2CY。 建筑节能是系统工程, 也可以说是一个“节能链”, 它包含建筑材料和制品的选择与生产, 建筑规划与设计, 建筑施工技术与管理, 建筑设备的设计与选型, 建筑使用过程中自然能源的开发与利用, 以及采暖、空调等设备起动后的能耗节省, 各个环节紧密联系与协调。从建筑用能的范围界定建筑使用能耗, 则主要包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器等方面的能耗。它是与工业、农业、交通运输并列,属于再生能耗, 一般占全国总能耗的30～ 40。就建筑设计而言, 建筑节能主要包括从规划设计到建筑与设备设计三个方面。规划设计主要是气候设计, 是充分利用自然能源的问题; 建筑设计主要是选择合理的平面布局与空间构成形式, 选择合理的外围护结构以保持居室在满足热舒适条件下的能耗损失尽可能小; 建筑设备设计主要是选择能效高的设备以节省能源。总的是以积极的手段提高建筑中的能源利用效率, 即EN ERGY EFF IC IENCY IN BU ILD IN G。 不注重房屋建成前的节能, 建筑节能是不完善的; 不注重房屋建成后的节能, 建筑节能也是不完善的。建筑节能并不是降低人们的居住舒适标准, 也不是不需要技术经济和思想意识上的投资。我们要坚信, 这些投资对环境保护, 对生态平衡, 对人们的健康生活都是有益的, 而且, 这些节能投资也是一定能够收回的。 6 结语 我国夏热冬冷, 占地面积大, 气候差异也较大, 自然资源与能源的储备和环境、生态状况也不一样, 加之各地区技术经济、民族文化呈现明显的地域差异与特点, 都使建筑环境、生态与节能的设计不能采用一个模式、一个标准和同样的设计与应用手法。为实施低能耗高舒适度住宅发展的需要, 不少地区已制定了相关的住宅建筑节能设计规定或实施条例,国家制定的夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准也即将出台并予以实施。在实施标准和相关“实施细则”的过程中, 也就是在实施低能耗高舒适度住宅标准的规划设计中,建筑师的环境、生态、节能意识是关键。自1992 年6 月联合国在巴西里约热内卢召开环境与发展大会UNCED 以来,“绿色运动”得到大力提倡和推行。“如今, 可持续发展的观念正逐渐成为人类社会的共识, 其真谛在于综合考虑政治、经济、社会、技术、文化、美学各个方面, 提出整合的解决办法。”健康建筑也好, 绿色建筑也好, 其宗旨都是为了人类的安居乐业和长久的持续发展。“建筑师要追求‘人本’、‘质量’、‘能力’和‘创造’..在有限的地球资源条件下, 建立一个更加美好、更加公平的人居环境。”