供能耗健康建筑與可持續(xù)發(fā)展

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 Low energy healthy building and sustainable development

  提要提出了低能耗健康建筑的概念，論述了它與人居環(huán)境可持續(xù) 發(fā)展 之間的關(guān)系，指出了實(shí)現(xiàn)低能耗健康建筑的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域是城市能源規(guī)劃、節(jié)能建筑設(shè)計(jì)、城市微氣候改善和建筑自動(dòng)化。   關(guān)鍵詞　 健康建筑 人居環(huán)境 能源 可持續(xù)發(fā)展    AbstractExplains the idea of the low energy and healthy building and its relationship with sustainable development of human's inhabitant environment. Points out the four critical issues in its realization i.e. urban energy programming, energy-efficient building design, urban microclimate improvement and building automation.   Keywordshealthy building inhabitant environment energy sustainable development   1 前言   隨著我國國民 經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展很快， 目前 城市化水平為28%。按照世界上城市發(fā)展 規(guī)律 ，這正是從起始階段向城市化加速發(fā)展的轉(zhuǎn)變階段。在我國東部沿海地區(qū)，城市化水平已接近或超過35%，已經(jīng)進(jìn)入加速發(fā)展階段。這都預(yù)示今后5年及下個(gè)世界我國城市化將有飛速發(fā)展。   城市化發(fā)展推動(dòng)建筑行業(yè)的興旺，隨著人們對(duì)建筑環(huán)境要求的不斷提高，北方地區(qū)建筑供暖，南方地區(qū)建筑空調(diào)，以及黃河下游、長江中下游流域建筑供暖與空調(diào)都成為極迫切的 問題 。近5年來我國房間空調(diào)器產(chǎn)量持續(xù)以40%的年增長率上升，就充分說明需要的迫切性，但隨之而來的能耗的增加和對(duì)環(huán)境的污染。北方地區(qū)供暖耗煤已占全國總煤耗的11%以上，長江中下游地區(qū)空調(diào)器及熱泵的發(fā)展已使該地區(qū)供電出現(xiàn)嚴(yán)重緊張和短缺。若充分滿足這一地區(qū)建筑空調(diào)的要求，空調(diào)電耗將占該地區(qū)總電耗的30%以上，這將對(duì)這一地區(qū)的經(jīng)濟(jì) 社會(huì) 產(chǎn)生巨大 影響 。供暖燃煤直接污染大氣，并釋放產(chǎn)生溫室效應(yīng)的CO2，這已是老問題。大量空調(diào)設(shè)備的使用會(huì)放出CFC物質(zhì)破壞大氣的臭氧層已成為全球性的環(huán)境保護(hù)問題。此外，空調(diào)器在夏季將熱量排入大氣，在冬季又從大氣中大量吸熱，當(dāng)空調(diào)器高密集度安裝時(shí)，還會(huì)嚴(yán)重影響城市區(qū)域小氣候。   城市化的發(fā)展使建筑能耗越來越大， 工業(yè) 發(fā)達(dá)國家建筑能耗占總能耗的30%～50%，我國的建筑能耗也達(dá)總能耗的10%以上。目前人類所消費(fèi)的能源絕大部分屬于枯竭性能源（如石油、煤炭、天然氣等），有關(guān)專家估計(jì)，按目前的能源消費(fèi)增長率持續(xù)下去，枯竭性能耗只能維持200～300a左右，因此人類面臨的能源問題是嚴(yán)峻的。本世紀(jì)70年代初世界性的能源危機(jī)曾推動(dòng)了節(jié)能建筑的發(fā)展。 當(dāng)今的建筑除了能耗大的問題外，還存在病態(tài)建筑的問題。根據(jù)歐洲的有關(guān)調(diào)查報(bào)告，在非工業(yè)建筑中，健康建筑（Healthy Buildings）只占50%～70%。所謂與建筑有關(guān)的疾?。˙RI, Building Related Illness）指的是由于建筑物室內(nèi)環(huán)境有害輻射（電磁輻射和放射性物質(zhì)）、溫濕度太高或太低、生物化學(xué)有害物濃度太高等引起的各種疾病或身體虛弱。建筑綜合癥（SBS，Sick Building Syndrome）指的是建筑環(huán)境使人們產(chǎn)生的各種不舒適癥狀，如頭痛、疲勞、感冒、惡心等。建筑建筑指的是具有滿足人們居住或生產(chǎn)等活動(dòng)要求的適宜的熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境和空氣環(huán)境的建筑物。其中熱環(huán)境包括室內(nèi)的溫度、濕度、潔凈度和空氣的流動(dòng)速度等，光環(huán)境包括建筑物室內(nèi)外的照明和色彩等，聲環(huán)境包括建筑物室內(nèi)外的噪聲、音響效果和震動(dòng)等，空氣環(huán)境包括室內(nèi)外的空氣組成成分、氣味等。造成SBS的主要原因可能是缺乏對(duì)建筑物的合理維護(hù)，建筑物熱負(fù)荷、污染物負(fù)荷的變化，建筑設(shè)備控制方案的改變，或者建筑設(shè)計(jì)不合理等。 低能耗健康建筑指充分利用 自然 能源的被動(dòng)式供熱空調(diào)建筑，它能提供人們生活和生產(chǎn)需要的建筑環(huán)境，保證人體的衛(wèi)生和健康，同時(shí)具有節(jié)能建筑能耗低的特點(diǎn)。低能耗健康建筑的 研究 在歐洲和日本等國家已受到相當(dāng)?shù)闹匾暎绹捎谀茉幢容^豐富，著重研究的是健康建筑。Milton Keynes是英國發(fā)展最快的城市，它位于倫敦和伯明翰的中間。Milton Keynes有一個(gè)能源公園（Milton Keynes Energy Park），其中的建筑統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)， 應(yīng)用 了多種建筑節(jié)能措施。該能源公園的建筑能耗指標(biāo)是一般建筑的一半，因此深受用戶歡迎。我國是發(fā)展 中國 家，能源的建筑速度遠(yuǎn)跟不上國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。目前我國人均年能耗不到1t標(biāo)準(zhǔn)煤（只達(dá)到世界平均值的三分之一），而想在本世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)"小康"水平，人均能耗至少要達(dá)1.5～1.6t標(biāo)準(zhǔn)煤?？梢?，降低建筑能耗，大力宣傳和發(fā)展低能耗健康建筑將成為我國在21世紀(jì)的一個(gè)迫切和重要的工程。 地球是人類生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，為人類社會(huì)的文明和進(jìn)步提供了適宜的空間和豐富的自然資源。近30年來，由于人口增長，工農(nóng)業(yè)發(fā)展，已經(jīng)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化和氣候變化。1972年在斯德哥爾摩召開的聯(lián)合國人類環(huán)境會(huì)議上，世界各國政府的代表共同發(fā)表《人類環(huán)境宣言》，第一次正式表達(dá)了世界各國人民對(duì)保護(hù)環(huán)境問題的強(qiáng)烈關(guān)注，明確提出可持續(xù)發(fā)展的概念。20年后的1992年6月3～14日，在里約熱內(nèi)盧召開的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會(huì)上，來自一百多個(gè)國家和地區(qū)的一百多位政府首腦通過了《里約宣言》和《21世紀(jì)議程》兩個(gè)綱領(lǐng)性文件。人類理智地選擇可持續(xù)發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展的最廣泛的定義是"人類應(yīng)享有以與自然相和諧的方式過健康而富有生產(chǎn)成果的生活權(quán)利"，并"公平地滿足今年后代在發(fā)展與環(huán)境方面的需要"?？沙掷m(xù)發(fā)展的思想實(shí)質(zhì)，一方面要求人類在生產(chǎn)時(shí)說可能地少投入、多產(chǎn)出；另一方面又要求人類在消費(fèi)時(shí)盡可能地多利用、少排放。因此，人類在轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)發(fā)展模式、實(shí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的時(shí)候，必須糾正過去那種單純靠增加投入、加大消耗實(shí)現(xiàn)發(fā)展的模式和以犧牲環(huán)境來增加產(chǎn)出的錯(cuò)誤做法，從而使經(jīng)濟(jì)發(fā)展更少地依賴地球上有限的資源，而更多地與地球的承載能力達(dá)到有機(jī)的協(xié)調(diào)?？沙掷m(xù)發(fā)展強(qiáng)度以長遠(yuǎn)和全局的辯證眼光看待環(huán)境和發(fā)展，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須與地球生態(tài)自然環(huán)境的變化相適應(yīng)，人類對(duì)自然資源和能源的消耗不能超出全球生態(tài)環(huán)境的極限，這樣才能"成功地為后代留下一個(gè)可自下而上的星球"。    人類的絕大部分生活和生產(chǎn)活動(dòng)在人居環(huán)境里進(jìn)行，隨著人們對(duì)建筑環(huán)境要求的提高，建筑一方面消耗更多的自然能源和資源，另一方面產(chǎn)生和排放更多的溫室氣體和廢物。追溯 歷史 ，早在1980年，國際建筑師協(xié)會(huì)第14屆大會(huì)發(fā)出的建筑師華沙宣言指出：要"認(rèn)識(shí)到人類--建筑--環(huán)境三者之間有密切的相關(guān)性"。人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展要綜合考慮城市化發(fā)展和環(huán)境保護(hù)問題，在保護(hù)中發(fā)展，在發(fā)展中重視保護(hù)。大力推廣低能耗健康建筑是人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要保證之一，人類不應(yīng)該為短期的目的而犧牲長期的資源和環(huán)境，應(yīng)時(shí)刻記住"地球不是我們從父輩那兒繼承來的，而是從從自己的后代那兒借來的"。   2 低能耗健康建筑的關(guān)鍵技術(shù) 低能耗健康建筑的實(shí)現(xiàn)涉及城市能源規(guī)劃、節(jié)能建筑設(shè)計(jì)、城市微氣候改善和建筑自動(dòng)化等領(lǐng)域的 科學(xué) 技術(shù)的研究和應(yīng)用。   2．1 城市能源規(guī)劃   全面解決建筑物供暖和空調(diào)問題，對(duì)適應(yīng)城市化的飛速發(fā)展，緩解能源緊張?zhí)貏e是電力供應(yīng)不足問題，以及保護(hù)城市局部環(huán)境及大氣臭氧層，都有極重要的意義。解決這一問題的關(guān)鍵在于合理的城市能源規(guī)劃。通過研究城市能耗結(jié)構(gòu)、能源轉(zhuǎn)換、能源利用等環(huán)節(jié)，結(jié)合城市規(guī)劃對(duì)整個(gè)能源系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，研究為解決建筑物供熱、供冷、供燃?xì)獾鹊男枰獞?yīng)配置的最合理的能源轉(zhuǎn)化與能源輸送系統(tǒng)，重點(diǎn)為我國北方地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)、供冷相適應(yīng)的大型的供熱、供冷方式，與集中供熱、供冷相適應(yīng)的大型蓄冷蓄熱裝置以及全面規(guī)劃電力、煤氣、冷熱源及蓄能的能源系統(tǒng)。   城市的能源規(guī)劃首先要估算城市的能源需求，包括生活用能（熱水、照明、電器、炊事、供暖、空調(diào)）和生產(chǎn)用能（工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、其它產(chǎn)業(yè)）的性質(zhì)用量。然后要考察城市的能源結(jié)構(gòu)，對(duì)各種可用能源，如電能、煤、燃?xì)?、沼氣、太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮?，進(jìn)行定性和定量的調(diào)查和研究。最后制定出城市冷、熱、水、電、氣等能源的統(tǒng)一、聯(lián)合供應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)城市能源系統(tǒng)的最優(yōu)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效果。   2．2 節(jié)能建筑設(shè)計(jì)   節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)思想是充分利用建筑所在環(huán)境的自然能源和條件，在盡量不能常規(guī)能源的條件下，創(chuàng)造出人們生活和生產(chǎn)需要的室內(nèi)外環(huán)境。節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)關(guān)系到三方面的研究 內(nèi)容 ：當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?，室?nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)要求，以及建筑物的結(jié)構(gòu)特   征。   當(dāng)?shù)貧夂蛱卣髦府?dāng)?shù)匾荒晁募臼彝鈿庀髼l件，如空氣的溫濕度、風(fēng)速和風(fēng)向、日照率、降雨量、積雪等。在冬季日照率大的地方，可以考慮太陽能的利用，如被動(dòng)式太陽房、太陽能集熱器。夏季日照率大的地方則要考慮建筑物的有效遮陽措施。夏季晝夜溫差大的地方，可以利用建筑物的蓄冷特性進(jìn)行自然冷卻。   室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)要求包括對(duì)室內(nèi)空氣溫濕度的要求。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方法 要求空調(diào)建筑的室內(nèi)環(huán)境必須維持在一個(gè)比較狹窄的溫濕度范圍，如溫度在25～28℃之間，相對(duì)濕度在50%～70%之間?？照{(diào)設(shè)備的容量是根據(jù)維持整個(gè)空調(diào)要求的溫濕度值來決定的。近年來大量空調(diào)建筑的使用已帶來所謂空調(diào)建筑綜合癥的問題，那長期生活在空調(diào)建筑中的人出現(xiàn)的某些癥狀，如疲勞、易感冒、惡等，總之是體抵抗環(huán)境變化的能力降低了。這是由于空調(diào)建筑的室內(nèi)環(huán)境比較穩(wěn)定，空氣溫濕度變化小；另一方面由于空調(diào)建筑的密封性好，室內(nèi)空氣品質(zhì)差，人們得不到足夠的新鮮空氣。目前民辦各國都在極力提倡Free Cooling Building等利用自然冷卻的非空調(diào)建筑，通過合理設(shè)計(jì)和使用管理，某些氣候地區(qū)完全可以不使用常規(guī)能源而維持建筑環(huán)境達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這種建筑就是所謂的"零能源"建筑（Zero Energy Buildings）。室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)應(yīng)建立在對(duì)人體熱舒適性研究的基礎(chǔ)上。有關(guān)研究指出在室溫不超過30℃房間，完全可以通過風(fēng)扇提供的動(dòng)態(tài)風(fēng)來維持人體的熱舒適。即使需要空調(diào)的房   間，也可以采用區(qū)域空調(diào)的辦法來維持人體所在工作區(qū)的熱舒適性，而沒有必要維持非工作區(qū)的溫濕度?？梢姴捎脜^(qū)域性動(dòng)態(tài)空調(diào)的方法會(huì)大大降低建筑物空調(diào)的能耗。   建筑物的結(jié)構(gòu)特征指建筑物的造型、朝向、圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫情況，外墻外窗的遮陽情況，以及建筑空間的通風(fēng)換氣情況。合理的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該在夏季有效地組織通風(fēng)和防止太陽照射，減少室內(nèi)過熱和潮濕；在冬季有效地利用太陽能對(duì)外墻外窗進(jìn)行保溫，提高室內(nèi)溫度；在過渡季有效地利用室外空氣進(jìn)行通風(fēng)，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。有關(guān)調(diào)查指出，位于同一地方的相同類型的建筑物，由于建筑結(jié)構(gòu)的不同會(huì)導(dǎo)致能耗指標(biāo)相差超過一倍。   2．3 城市微氣候改善   城市化的 發(fā)展 使為人類開始意識(shí)到建筑對(duì)城市微氣候的 影響 。合理規(guī)劃建筑形式與位置以改善城市小氣候，妥善處理空調(diào)系統(tǒng)對(duì)外的熱污染，以及全面考慮綠化、遮陽等對(duì)城市環(huán)境的影響將是城市建設(shè)規(guī)劃和設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。   建筑群的布置應(yīng)注意建筑物的空間和平面的布局，以減少和控制城市風(fēng)沙和建筑物之間的強(qiáng)烈輻射對(duì)環(huán)境污染的作用。   城市水資源的規(guī)劃對(duì)微氣候也起明顯的作用。河道的合理布置和走向往往可以改善城市局部區(qū)域的熱島效應(yīng)。   城市的三維綠化對(duì)防止夏季太陽強(qiáng)烈照射，改善空氣品質(zhì)和美化環(huán)境都能起到不可估量的積極作用。   從氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)可以知道，城市市中心的環(huán)境溫度一般比效區(qū)的環(huán)境溫度高出3℃左右。城市市中心由于 工業(yè) 、商業(yè)、娛樂業(yè)等建筑密集，加上人口也相對(duì)多， 交通 擁擠，造成市中心的熱量相對(duì)大得多，形成局部熱島效應(yīng)，如何改善市中心的微氣候已成為城市人居環(huán)境 研究 的一個(gè)課題。   2．4 建筑自動(dòng)化   建筑自動(dòng)化指建筑設(shè)備系統(tǒng)（如供熱空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等）的監(jiān)測(cè)、管理、運(yùn)行和控制的自動(dòng)化。智能大廈的基礎(chǔ)是通訊自動(dòng)化系統(tǒng)CA、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)OA、大樓自動(dòng)化管理系統(tǒng)BA、消防自動(dòng)化系統(tǒng)FA和信息自動(dòng)化系統(tǒng)MA的有機(jī)統(tǒng)一。建筑自動(dòng)化要求建筑設(shè)備系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、有效使用以及運(yùn)行控制過程中的能量節(jié)約，以保證建筑設(shè)備在提供要求的建筑環(huán)境的同時(shí)，達(dá)到初投資、運(yùn)行費(fèi)和維修服務(wù)費(fèi)最小的優(yōu)化目標(biāo)。   建筑自動(dòng)化不僅是實(shí)現(xiàn)能耗建筑的必要條件，而且也是建筑安全、舒適和適應(yīng)性的保證。隨著建筑物規(guī)模的增大（如日本計(jì)劃在下個(gè)世紀(jì)建造一能夠容納一個(gè)城市的建筑，也稱"建筑城市"），對(duì)整個(gè)建筑物的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理越來越像是對(duì)一個(gè)城市的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理。 計(jì)算 機(jī)技術(shù)的發(fā)展和 應(yīng)用 為建筑自動(dòng)化提供物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)手段。   3 結(jié)束語   隨著人們對(duì)"人類-建筑-環(huán)境"認(rèn)識(shí)的深入，人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展逐漸成為全球普遍關(guān)注的 問題 。低能耗健康建筑追求在盡量少用不可再生 自然 資源和能源的條件下，為人們生活和生產(chǎn)創(chuàng)造衛(wèi)生、健康和合理的建筑環(huán)境，因此它是保證人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。低能耗健康建筑的實(shí)現(xiàn)取決于城市能源規(guī)劃、節(jié)能建筑設(shè)計(jì)、城市微氣候改善和建筑自動(dòng)化等領(lǐng)域的 科學(xué) 技術(shù)的研究和應(yīng)用。   4  參考  文獻(xiàn)    1  中國 政府21世紀(jì)的白皮書   2 D Croom. Future Horizons in Building Environmental Engineering. Tsinghua-HVAC-95. 北京，1995，9。   3 吳良鏞，廣義建筑學(xué)，北京：清華大學(xué)出版社，1989。   4 Stevents B Willis. Building for the Future. Building Services J, 1995, 17(5).