何書申

上海浦公節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?/p>

引言

20世紀(jì)以來全球氣候變暖的問題越來越嚴(yán)重，溫室效應(yīng)正不斷威脅著地球的生態(tài)環(huán)境。日益增加的CO2排放量不僅使全球氣溫上升（連鎖反應(yīng)疊加可能會(huì)在50年內(nèi)上升4℃）、氣候極度動(dòng)蕩，還會(huì)對(duì)陸地和海洋的分布狀況產(chǎn)生復(fù)雜而嚴(yán)重的影響。基于這一背景提出的“低碳”正是為了減少CO2排放、降低溫室效應(yīng)、緩解全球氣候變暖和改善城市的生存環(huán)境。據(jù)美國(guó)綠色建筑委員會(huì)（USGBC）的測(cè)算，建筑領(lǐng)域所導(dǎo)致的溫室氣體排放量占全球總排放量的50%左右，CO2排放量占全球總排放量的60%左右，因此，研究低碳建筑對(duì)于城市低碳發(fā)展具有非常重要的意義[1]。

我國(guó)低碳建筑的建設(shè)和發(fā)展更是任重道遠(yuǎn)，目前對(duì)低碳建筑技術(shù)的推廣應(yīng)用，在技術(shù)上的可行性與經(jīng)濟(jì)性缺乏相應(yīng)研究；由于中國(guó)幅員遼闊，不同氣候區(qū)低碳建筑建設(shè)過程中遇到的問題和挑戰(zhàn)不同，而目前還沒有針對(duì)上海地區(qū)氣候特點(diǎn)的低碳建筑適用性技術(shù)集成的研究。本文針對(duì)以上問題，開展上海地區(qū)低碳建筑的適用性技術(shù)集成研究及示范應(yīng)用，以促進(jìn)夏熱冬冷地區(qū)低碳技術(shù)的合理應(yīng)用，解決上海地區(qū)低碳建筑從建造到運(yùn)營(yíng)期間的節(jié)能減排問題[2]。

1 國(guó)內(nèi)外低碳建筑技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀研究

1.1 國(guó)外低碳建筑技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀研究

在歐洲，大約有1/2左右的生態(tài)和環(huán)境破壞是由建筑和工程造成。近30年來，歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家致力于發(fā)展低碳與建筑節(jié)能，成果顯著。目前，歐洲每年的能源消耗有20%被浪費(fèi)，這一數(shù)字將在2030年增加到70%。為實(shí)踐建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展，歐洲國(guó)家對(duì)現(xiàn)代建筑的基本理念是實(shí)現(xiàn)“低能耗、高舒適度”的完美結(jié)合，最大限度地利用自然能源，盡量減少能源與資源浪費(fèi)，并致力推廣和實(shí)踐低碳、綠色的可持續(xù)發(fā)展建筑[3]。

1）德國(guó)夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒。盡管如此，德國(guó)將近1/3的基礎(chǔ)能源產(chǎn)品要被住宅供暖消耗。為尋求既節(jié)能又有利于環(huán)保的新的建筑技術(shù)方案，他們將一幢有70年歷史的老建筑經(jīng)過現(xiàn)代化低碳技術(shù)改造成了德國(guó)第一幢“3L房”。目前，“3L房”成為全球既有建筑節(jié)能改造的典范?！?L房”因其改造后m2/a消耗的采暖耗油量不超出3L（相當(dāng)于當(dāng)量煤約4.5kg）而得名。在改造過程中采用了4大低碳節(jié)能技術(shù)措施：加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能；使用具有內(nèi)墻“空調(diào)系統(tǒng)”作用的相變儲(chǔ)能隔熱砂漿技術(shù)；設(shè)置可回收熱量的通風(fēng)系統(tǒng)和燃料電池組作為小型動(dòng)力站。經(jīng)過現(xiàn)代化改造，“3L房”采暖耗油量從20L降到了3L，CO2排放量減少了80%。

2）西班牙位于歐洲南部，屬于地中海氣候，該地區(qū)氣候的特點(diǎn)是冬天溫暖，夏天炎熱，通風(fēng)和空調(diào)設(shè)備是主要的能源消耗點(diǎn)。其Atika住宅的建造采用了預(yù)制的模數(shù)化結(jié)構(gòu)體系。這種模數(shù)化的預(yù)制體系可節(jié)省約1/3建造時(shí)間，同時(shí)保證在數(shù)次拆裝后仍可保證更為精確的建筑結(jié)構(gòu)體系。并在設(shè)計(jì)中采用其他的低碳節(jié)能技術(shù)措施，如通過外墻的厚度與密度形成保溫與隔熱；白色的石灰板作為對(duì)日照最好的反射材料；利用上部懸挑的建筑構(gòu)建或窗上的百葉形成陰影；狹窄的街道和陽臺(tái)確保陰影面和空氣流通；并利用流動(dòng)的水以達(dá)到降溫的效果。該住宅運(yùn)用斜屋頂技術(shù)、低能耗策略、全方位的太陽能系統(tǒng)、樓宇智能化管理體系以及模數(shù)化等低碳建筑技術(shù)建造的一座歐洲最新的節(jié)能型住宅，是歐洲未來住宅的樣本。

3）英國(guó)為高緯度地區(qū)島國(guó)，氣候潮濕溫和，夏季氣溫適中，但冬季漫長(zhǎng)寒冷，采暖期約有半年時(shí)間。2002年，英國(guó)貝丁頓社區(qū)將廢物、陽光、空氣和水充分利用，通過各種低碳技術(shù)措施減少建筑熱損失及充分利用太陽熱能，建成英國(guó)最著名的零碳排放社區(qū)。采用的技術(shù)中除太陽能利用、屋頂綠化、生物能轉(zhuǎn)化外，社區(qū)能源樹、薄膜電池等先進(jìn)理念、技術(shù)和設(shè)備設(shè)施也極具借鑒意義。其先進(jìn)的可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)理念及環(huán)保低碳技術(shù)的綜合利用，使該社區(qū)成為英國(guó)目前最先進(jìn)的零碳住宅小區(qū)[4]。

4）荷蘭、丹麥也較早開展建筑節(jié)能研究和技術(shù)的應(yīng)用。自建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)開始，采取周密、有效的低碳建筑技術(shù)降低建筑能耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。如丹麥的太陽風(fēng)社區(qū)，在建筑設(shè)計(jì)過程引入可持續(xù)建筑的概念，提出被動(dòng)的建筑設(shè)計(jì)，通過系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用隔熱建筑材料、斜屋頂技術(shù)，充分考慮通風(fēng)、朝向、窗戶更換、外墻保溫、適度使用主動(dòng)式太陽能體系等技術(shù)，大大降低了供暖空調(diào)能耗及碳排放。

1.2 國(guó)內(nèi)低碳建筑技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀研究

我國(guó)在低碳建筑技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展方面已取得顯著的進(jìn)步，很多低碳建筑技術(shù)很早被應(yīng)用到公共建筑、商業(yè)建筑和民用住宅建筑。較典型的有：清華大學(xué)節(jié)能示范樓，其采用自然通風(fēng)、采光設(shè)計(jì)、外墻保溫技術(shù)、可再生能源利用等低碳建筑技術(shù)；上海朗潤(rùn)園集成雨水收集利用、透水路面、中水回用、住宅工廠化、綜合外墻保溫、屋頂綠化、自平衡式通風(fēng)系統(tǒng)、太陽能集中供熱系統(tǒng)等低碳建筑技術(shù)；北京國(guó)奧村項(xiàng)目采用再生水熱泵冷熱源系統(tǒng)、集中式太陽能生活熱水系統(tǒng)、景觀花房生物污水處理系統(tǒng)、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)、LED建筑發(fā)光系統(tǒng)等低碳建筑技術(shù)；當(dāng)代MOMA項(xiàng)目采用多項(xiàng)先進(jìn)的建筑技術(shù)和工藝，應(yīng)用高效綠色能源系統(tǒng)、地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，考慮節(jié)能設(shè)計(jì)、采光、通風(fēng)、隔聲、機(jī)電、空調(diào)、能源系統(tǒng)等多方面要求。上海世博會(huì)生動(dòng)地宣傳了低碳、環(huán)保的生態(tài)新理念，為低碳建筑的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了有益的參考。園區(qū)內(nèi)誕生了200多棟時(shí)尚綠色建筑，集中展示了各國(guó)的屋頂、墻體和立體綠化的新技術(shù)，展示了新能源應(yīng)用、節(jié)能減排的低碳生態(tài)新理念，成為一個(gè)精美絕倫的低碳建筑和環(huán)境保護(hù)的博覽會(huì)[5]。

總之，目前國(guó)內(nèi)外均將低碳建筑作為研究和發(fā)展重點(diǎn)，但是，低碳建筑的發(fā)展還存在很大的障礙。雖然低碳建筑長(zhǎng)遠(yuǎn)看更經(jīng)濟(jì)且節(jié)約能源，但其大規(guī)模實(shí)施推廣取決于多項(xiàng)元素，包括社會(huì)觀念、科研水平、技術(shù)集成等，其中低碳建筑技術(shù)的發(fā)展是關(guān)鍵。

2 上海地區(qū)低碳建筑適用性技術(shù)研究

上海地區(qū)低碳建筑適用性技術(shù)的集成可分為5個(gè)方面的技術(shù)體系，如圖1所示：

圖1 低碳建筑技術(shù)體系框架

本文將著重從屋頂綠化技術(shù)、地源熱泵技術(shù)、建筑墻體節(jié)能技術(shù)及兼具墻體節(jié)能和太陽能利用功能的特倫布?jí)夹g(shù)等3個(gè)方面進(jìn)行上海地區(qū)適用性進(jìn)行分析。

2.1 綠化系統(tǒng)低碳技術(shù)

《上海市屋頂綠化技術(shù)規(guī)范（試行）》（滬綠[2008]25號(hào)）中將屋頂綠化定義為：以建筑物、構(gòu)筑物頂部為載體，以植物為主體進(jìn)行配置，不與自然土壤接壤的綠化方式，是多種屋頂種植方式的總稱。屋頂綠化除擁有環(huán)境綠化功能外，還具備保護(hù)屋頂、建筑節(jié)能、自由種植的功能[6]。

屋頂綠化的基本類型分花園式屋頂綠化、組合式屋頂綠化和草坪式屋頂綠化。不同類型的屋頂綠化應(yīng)有不同功能定位，屋頂綠化既體現(xiàn)生態(tài)效益，又體現(xiàn)景觀效應(yīng)，應(yīng)有相應(yīng)的面積指標(biāo)要求。屋頂綠化建設(shè)指標(biāo)如表1所示。

表1 屋頂綠化建設(shè)指標(biāo)參考

常規(guī)屋頂?shù)淖龇òńY(jié)構(gòu)層、保溫隔熱層以及防水層。對(duì)于屋頂綠化而言，其構(gòu)造層自建筑屋頂向上依次為：耐根穿刺防水層、排（蓄）水層、隔離過濾層、基質(zhì)層、種植層。耐根穿刺防水層是為了防止植物的根部由于向地性而突破防水層，從而破壞屋頂?shù)谋馗魺嵝Ч?。排（蓄）水層直接影響屋頂植物生長(zhǎng)的好壞。隔離過濾層置于排水層之上、基質(zhì)層之下，其作用是防止基質(zhì)層顆粒或其他物質(zhì)調(diào)入排水層，使排水管道產(chǎn)生堵塞等問題?；|(zhì)層為植物提供賴以生存的條件。植被層做法很多，可根據(jù)使用者對(duì)于屋頂綠化的需求選擇。在選擇屋頂綠化的物種時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題：①盡量選擇耐旱抗凍的植物；②選擇易于移植、成活率高的植物；③選擇無須過多養(yǎng)護(hù)的植物；④植物應(yīng)以常綠為主。

2.2 建筑能源供給低碳技術(shù)

在上海地區(qū)公共建筑中應(yīng)用地源熱泵均存在冷熱平衡問題，因此在應(yīng)用地源熱泵時(shí)，必須結(jié)合建筑負(fù)荷特性，針對(duì)地源冷熱不平衡問題進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和運(yùn)行管理。辦公建筑相對(duì)冷熱不平衡率較小，可采用夏季調(diào)峰措施解決長(zhǎng)期運(yùn)行地源平衡問題；賓館的冷熱平衡問題較辦公建筑較大，但由于賓館存在全年熱水負(fù)荷需求，因此相當(dāng)于是對(duì)空調(diào)負(fù)荷不平衡的天然調(diào)節(jié)，可根據(jù)具體計(jì)算達(dá)到平衡，最適合采用地源熱泵系統(tǒng)；商業(yè)建筑由于用能特點(diǎn)，冷熱不平衡率最大，不宜單純采用土壤源熱泵作為冷熱源，適宜采用地表水源作為夏季主要冷源，冬季輔助調(diào)峰措施[7]。

2.3 建筑墻體節(jié)能技術(shù)適用性研究

在上海建筑節(jié)能發(fā)展過程中，對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)尤其是墻體部分實(shí)施保溫隔熱是一項(xiàng)重要的技術(shù)措施。墻體節(jié)能技術(shù)為上海地區(qū)建筑節(jié)能推進(jìn)做出了應(yīng)有貢獻(xiàn)。目前上海地區(qū)建筑墻體主要技術(shù)有外墻保溫系統(tǒng)、外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)、外墻自保溫系統(tǒng)以及外墻復(fù)合保溫系統(tǒng)。

針對(duì)上海地區(qū)低碳建筑墻體節(jié)能技術(shù)的適用性總結(jié)如下：上海地區(qū)建筑墻體節(jié)能技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)適合本地區(qū)氣候和建筑特點(diǎn)。在功能要求方面，此類技術(shù)和產(chǎn)品既要有良好的保溫性能，又要具備有效的隔熱性能，同時(shí)還兼有防潮、防霉等功能。在材料性能要求方面，應(yīng)具有耐久性好（與建筑同壽命）、防火性優(yōu)（A級(jí)不燃型）、輕質(zhì)高強(qiáng)、不易變形收縮等性能。此外還應(yīng)考慮原材料資源豐富、施工方便、價(jià)格適中、便于維修保養(yǎng)等因素。從目前上海地區(qū)現(xiàn)有的墻體節(jié)能技術(shù)分析，墻體自保溫系統(tǒng)、裝配式復(fù)合墻板系統(tǒng)（PC板）以及內(nèi)外墻組合保溫系統(tǒng)將是未來發(fā)展的重點(diǎn)。

2.4 特倫布?jí)υ谧≌ㄖ羞m用性研究

特倫布?jí)κ且苑▏?guó)的菲利克斯特倫布博士的名字而命名，其最外層是一層透明玻璃，既能保存熱量又不會(huì)阻擋陽光的射入。玻璃內(nèi)采用了蓄熱性能較好的墻體，上端和下端均有透氣孔以交換室內(nèi)外空氣。墻體與玻璃間有一段空間，可讓空氣形成環(huán)流[8]。

上海地區(qū)特倫布?jí)夹g(shù)在應(yīng)用時(shí)需考慮2方面問題：（1）住宅戶型的適應(yīng)性。特倫布?jí)Φ脑O(shè)置一般情況下是利用南向墻面豐富的太陽資源設(shè)置,為此，在平面設(shè)計(jì)中宜將全部居室朝南,以充分接受太陽能,其他輔助房間可置于其他朝向。同時(shí)要考慮，在裝有特倫布?jí)Φ倪M(jìn)深方向越小越有利于這種被動(dòng)式太陽能技術(shù)的發(fā)揮。（2）特倫布?jí)ξ恢玫倪m應(yīng)性。合理的平面設(shè)計(jì)可讓特倫布?jí)Τ浞址?wù)到建筑的各個(gè)角落，同時(shí)，特倫布?jí)Φ奈恢玫倪x擇將很大程度影響特倫布?jí)Φ墓ぷ餍省２考g的遮擋是影響特倫布?jí)ぷ鞯囊淮笠蛩?，例如，雨棚、陽臺(tái)之類的突出部件都有可能在陽光最強(qiáng)烈的黃金時(shí)段對(duì)蓄熱體形成了遮擋，從而影響對(duì)熱輻射的蓄積。所以當(dāng)雨棚和陽臺(tái)等部件無法避免時(shí)，在對(duì)特倫布?jí)Φ脑O(shè)置上，應(yīng)當(dāng)避免與上述部件的垂直布置。

3 上海地區(qū)低碳建筑適用性技術(shù)試點(diǎn)研究

本文以上海市某零碳館為試點(diǎn)，對(duì)低碳適用性進(jìn)行了探索。零碳館為四層辦公建筑，建筑面積為2 800m2。零碳館通過低碳技術(shù)的集成與示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)該建筑從規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、使用維護(hù)到材料回收全生命周期的零碳排放。

3.1 技術(shù)體系

零碳館的節(jié)能減排技術(shù)體系包括能源供給低碳技術(shù)、維護(hù)結(jié)構(gòu)低碳技術(shù)、建筑設(shè)備低碳技術(shù)和建筑辦公系統(tǒng)低碳技術(shù)。能源供給低碳技術(shù)采用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。零碳館頂部為太陽能旋轉(zhuǎn)采集器，根據(jù)太陽輻射方位角跟蹤采集太陽能，使太陽能利用效率最大化。上海地區(qū)屬于北亞熱帶南部季風(fēng)氣候，溫和濕潤(rùn)，四季分明、光照充足。維護(hù)結(jié)構(gòu)低碳技術(shù)采用了墻體保溫隔熱技術(shù)、門窗節(jié)能技術(shù)（Low-E中空玻璃門窗、窗戶內(nèi)遮陽）和生態(tài)屋頂?shù)鹊吞脊?jié)能技術(shù)。建筑設(shè)備低碳技術(shù)采用管道保溫隔熱技術(shù)、自然通風(fēng)技術(shù)、自然采光、變頻空調(diào)技術(shù)、節(jié)能光源燈具應(yīng)用技術(shù)以及節(jié)能控制技術(shù)等?？照{(diào)變頻技術(shù)采用全變頻壓縮系統(tǒng)技術(shù)，以IPLV6.0實(shí)現(xiàn)能源效率最大化，容量變化精確，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)精準(zhǔn)控溫。零碳館節(jié)能光源采用了LED節(jié)能燈具。

3.2 資源回收

零碳館采用了較多的資源回收技術(shù)，包括雨水收集處理與回收利用技術(shù)及垃圾源頭分類技術(shù)。上海地區(qū)的表層基本為黏土，土壤耐壓能力差，滲透系數(shù)?。ń咏悖叵滤徊桓?，部分地區(qū)的水位小于1m。上海屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，全年雨水充足，但全年降雨并不均勻，尤其是每年汛期6～9月的降雨量約占全年降雨量的55%以上。雨水在收集、滯留過程中，通過蒸騰、下滲等作用，可以改善小氣候條件，減少城市中熱島效應(yīng)，從而在局部創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境。根據(jù)《上海市城市生活垃圾分類設(shè)施設(shè)備配置導(dǎo)則（試行）》規(guī)定，辦公場(chǎng)所日常生活垃圾按照可回收物、有害垃圾、其他垃圾（干垃圾）等分成3類。按規(guī)定配置生活垃圾容器間或小型壓縮式收集站。垃圾容器間或小型壓縮式收集站應(yīng)配置可回收物、有害垃圾和其他垃圾收集容器，并可配置可回收物壓縮打包設(shè)備。

3.3 智能低碳

零碳館利用室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理、建筑能耗數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理、建筑碳排放數(shù)據(jù)管理等數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)零碳館的智慧低碳運(yùn)維。室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)與管理主要包括室內(nèi)空氣質(zhì)量、室內(nèi)熱舒適、室內(nèi)聲環(huán)境和室內(nèi)光環(huán)境等方面。針對(duì)零碳館室內(nèi)環(huán)境運(yùn)營(yíng)管理要求，選擇CO2這個(gè)主要反映人員活動(dòng)產(chǎn)生污染的指標(biāo)作為監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量的傳感器指標(biāo)，在熱舒適指標(biāo)中，溫度和相對(duì)濕度是最主要的參數(shù)，它們直接影響人體的熱感覺。零碳館能耗數(shù)據(jù)采集的類型主要有設(shè)備實(shí)時(shí)功率、累計(jì)用電量、燃?xì)饬?、水量等。按照照明插座用電、空調(diào)用電、動(dòng)力用電和特殊用電4個(gè)分項(xiàng)對(duì)零碳館的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在基于能耗分項(xiàng)計(jì)量數(shù)據(jù)的技術(shù)上，通過上海地區(qū)的碳排放計(jì)算模型對(duì)該建筑碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理。

4 小結(jié)

通過對(duì)德國(guó)、西班牙、英國(guó)地區(qū)的零碳建筑使用技術(shù)研究，了解目前國(guó)內(nèi)外低碳建筑的發(fā)展現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外所使用的建筑低碳節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀。通過對(duì)上海地區(qū)低碳建筑適用性技術(shù)及集成體系研究，明確目前上海地區(qū)使用的建筑低碳節(jié)能技術(shù)。通過以上海市某零碳館使用能源供給低碳技術(shù)、維護(hù)結(jié)構(gòu)低碳技術(shù)、建筑設(shè)備低碳技術(shù)和建筑辦公系統(tǒng)低碳技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該建筑從規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、使用維護(hù)到材料回收全生命周期的零碳排放，為建設(shè)低碳建筑提供了借鑒。