“零能耗”城市建筑

建筑的外衣，冬暖夏涼，最好!

    建筑外墻和屋面構(gòu)成了建筑的外衣。建筑穿上保溫外衣，可以有效減少室內(nèi)的空調(diào)負(fù)荷，減低建筑用能量，進(jìn)而減少二氧化碳排放。

    改善建筑外墻的熱工性能，有很多方法。傳統(tǒng)的秦磚漢瓦，已經(jīng)不能滿足工業(yè)化建筑體系的需求。新型墻體的發(fā)展，新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，給建筑低碳提供了有力的技術(shù)保證。

    水導(dǎo)管外墻利用水的流動(dòng)性和蓄熱系數(shù)高的特點(diǎn)，將水充入墻體內(nèi)的導(dǎo)管內(nèi)，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)管內(nèi)水量的多少來控制墻體的隔熱性能。

    冬季，墻體導(dǎo)管內(nèi)不充水，形成空氣層，提高隔熱性能，有利于保溫。夏季，墻體內(nèi)充滿循環(huán)水，墻體吸收的太陽輻射被水流吸收帶走。既阻隔了日曬，又獲得了熱水，一舉兩得。

    被動(dòng)式太陽能外墻，其外表面涂成深色的蓄熱墻體，置于南向的玻璃后面，兩者中間形成一個(gè)空氣間層。太陽輻射透過玻璃進(jìn)入空氣間層，提高了外墻的熱工性能。

    同時(shí)，冬季，太陽輻射穿過玻璃后，空氣間層內(nèi)的空氣溫度升高，熱空氣經(jīng)上部的通風(fēng)口送入室內(nèi)。室內(nèi)的冷空氣通過下部進(jìn)入空氣間層，形成對(duì)流循環(huán)，不斷提高室內(nèi)空氣溫度。

    夏季，太陽輻射穿過玻璃后，空氣間層內(nèi)的空氣溫度升高，開啟室外側(cè)面的上下兩個(gè)通風(fēng)口，空氣在熱壓作用下，上升并排出到室外，帶走熱量。減少通過外墻進(jìn)入室內(nèi)的熱量。

    被動(dòng)式太陽能外墻的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單、造價(jià)低廉。冬季借助溫室效應(yīng)取暖，夏季促進(jìn)通風(fēng)降溫，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境調(diào)和。

    屋面也是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其保溫隔熱性能對(duì)室內(nèi)舒適度及建筑用能影響很大。

    古代，中國的建筑屋面大多用瓦來保證其熱工性能?？脊殴ぷ髡咴陉兾鏖L安縣一座西周大宮室基址上挖掘出數(shù)以千計(jì)的瓦片。它們有板瓦、筒瓦等多種形式，這是迄今世界上發(fā)現(xiàn)的最早的瓦。

    如今，人類在建筑屋面的設(shè)計(jì)上有很多創(chuàng)新，采用了很多切實(shí)可行的方法。

    通風(fēng)屋面在夏熱冬冷地區(qū)應(yīng)用廣泛，保溫隔熱性能優(yōu)異。尤其是在氣候炎熱多雨的夏季，這種屋面結(jié)構(gòu)更顯示出它的優(yōu)越性。

    屋面有通風(fēng)道的空氣層結(jié)構(gòu)。室外空氣通過時(shí)，帶走了部分從屋面?zhèn)飨聛淼臒崃?，減少了傳入室內(nèi)的熱量，提高了屋面的隔熱能力。

    在室內(nèi)空調(diào)運(yùn)行的情況下，通風(fēng)屋面的內(nèi)表面溫度較低，通風(fēng)屋面的內(nèi)表面溫度的波峰延后，有效地節(jié)能減碳。

    蓄水屋面是在屋面上貯一層水，用來提高屋面的隔熱能力。這與在一般的屋面上噴水、淋水的原理基本相同。

    在氣候干熱、白天多風(fēng)的地區(qū)，用水隔熱的效果是顯著的。水在蒸發(fā)時(shí)要吸收大量熱量，減少了經(jīng)屋面?zhèn)魅胧覂?nèi)的熱量，相應(yīng)地降低了屋面的內(nèi)表面溫度。

    蓄水屋面水蒸發(fā)量的大小與室外空氣的相對(duì)濕度和風(fēng)速有關(guān)。在下午2時(shí)前后，水的蒸發(fā)作用最為強(qiáng)烈。在這個(gè)時(shí)間段，屋面溫度恰恰最高，屋面?zhèn)鳠嶙顝?qiáng)烈，使用效果最好。

   蓄水屋面存在缺點(diǎn)。在夜間，屋面蓄水后，不能利用屋面散熱。而且屋面蓄水也增加了屋面靜荷重，還要加強(qiáng)屋面的防水措施。

    反射屋面通常是在屋面層噴涂一層白色或淺色的涂料，或在面層鋪設(shè)白色或淺色的地面磚。反射屋面的隔熱降溫作用主要取決于屋面層表面反射材料的性質(zhì)，如材料表面的光潔度、反射率等。

    智能化屋面的頂部安裝自動(dòng)旋轉(zhuǎn)蓋，以調(diào)節(jié)室內(nèi)采光量和控制室內(nèi)氣流。智能化屋面利用技術(shù)手段，自動(dòng)化控制。室內(nèi)安裝多種傳感器，對(duì)室內(nèi)環(huán)境實(shí)行監(jiān)控，并控制屋面的開啟度。

    綠化屋面則是利用屋頂植草、種花、種植灌木，再設(shè)噴水而形成屋頂花園。綠化屋面分為覆土種植和無土種植兩種。覆土種植的隔熱性能比無土種植的隔熱效果要好。

    綠化屋面是炎熱地區(qū)的隔熱保溫措施。它吸收太陽能量用于植物的光合作用，改善建筑熱環(huán)境和空氣質(zhì)量，使輻射能轉(zhuǎn)化為植物的生物能，實(shí)現(xiàn)太陽能的綜合利用。

    綠化屋面可以追溯到幾千年以前。這些先人的經(jīng)驗(yàn)，再加上藝術(shù)性的技術(shù)和材料，為今天的城市提供了實(shí)現(xiàn)低碳的有力工具。

    建筑節(jié)能舉措——合同能源管理

    合同能源管理是建筑節(jié)能的新機(jī)制。自20世紀(jì)70年代中期以來，為了克服制約建筑節(jié)能的主要市場障礙，合同能源管理機(jī)制在發(fā)達(dá)國家開始興起。

    合同能源管理是由節(jié)能服務(wù)公司與客戶簽訂技術(shù)和能源管理服務(wù)合同，負(fù)責(zé)融資并承擔(dān)技術(shù)和財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，為客戶實(shí)施和管理節(jié)能項(xiàng)目。在合同期內(nèi)按規(guī)定與客戶分享節(jié)能效益，以收回投資并取得相應(yīng)的利潤。合同完成后將節(jié)能項(xiàng)目無償交付用戶使用。

    這種模式的實(shí)質(zhì)是一種以減少的能源費(fèi)用來支付節(jié)能項(xiàng)目全部成本的節(jié)能投資方式。這種節(jié)能投資方式允許用戶使用未來的節(jié)能收益，為建筑和設(shè)備升級(jí)換代，降低運(yùn)行成本。

    節(jié)能服務(wù)公司是專業(yè)化公司。它與愿意進(jìn)行節(jié)能改造的用戶簽訂節(jié)能服務(wù)合同，為用戶的節(jié)能項(xiàng)目進(jìn)行投資或融資，向用戶提供能源效率審計(jì)、監(jiān)測、培訓(xùn)、運(yùn)行管理等一條龍服務(wù)，并通過與用戶分享項(xiàng)目實(shí)施后產(chǎn)生的節(jié)能效益來盈利和發(fā)展。

    節(jié)能服務(wù)公司是一種比較特殊的產(chǎn)業(yè)，它銷售的不是某一種具體的產(chǎn)品或技術(shù)，而是一系列節(jié)能服務(wù)及相應(yīng)的設(shè)備。為客戶提供一整套節(jié)能項(xiàng)目服務(wù)，其實(shí)質(zhì)是節(jié)能服務(wù)公司為客戶提供的節(jié)能量。

    在北美等國家，節(jié)能服務(wù)已成為新興的節(jié)能產(chǎn)業(yè)。1999年初，合同能源管理機(jī)制引入中國。

    以上海市為例。2008年上海出臺(tái)政策，對(duì)采用合同能源管理方式實(shí)施節(jié)能改造的項(xiàng)目給予獎(jiǎng)勵(lì)。明確，對(duì)于符合條件的合同能源管理項(xiàng)目，其發(fā)生的項(xiàng)目前期診斷費(fèi)用由專項(xiàng)資金給予一次性資助。

    對(duì)合同金額高于200萬元、項(xiàng)目實(shí)施后年節(jié)能量超過500噸標(biāo)準(zhǔn)煤的項(xiàng)目，上海市給予一次性資助5萬元。對(duì)其他項(xiàng)目也給予一次性資助2萬元。

    對(duì)由合同能源服務(wù)公司進(jìn)行全額投資運(yùn)行的合同能源管理項(xiàng)目，上海市根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施后年實(shí)際節(jié)能量，按照每噸標(biāo)準(zhǔn)煤300元的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)合同能源服務(wù)公司進(jìn)行專項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

    在政府的推動(dòng)下，2008年，上海完成了三百多個(gè)節(jié)能項(xiàng)目，涉及投資金額約六億元，年減排二氧化碳16萬噸、粉塵七十多噸，年節(jié)約能源25萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

    從國際上看，美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家通過節(jié)能服務(wù)完成的節(jié)能量，已占節(jié)能降耗總量的35％以上。上海僅達(dá)到節(jié)能降耗總量的6.8％左右。

    2010午，上海節(jié)能服務(wù)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)能投資150億元，年節(jié)約能源50萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占全市節(jié)能降耗總量的10％。

    這種市場取向的政府驅(qū)動(dòng)模式，展示了建設(shè)低碳城市的美好前景。

    同時(shí)，上海的合同能源管理項(xiàng)目，在實(shí)施中也存在一些亟待解決的問題。比如，節(jié)能量的認(rèn)定，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)矛盾。

    主要原因是某些用戶的能量計(jì)量系統(tǒng)不齊全，造成節(jié)能量的量化程度不夠。第三方檢測單位，對(duì)所有項(xiàng)目進(jìn)行測試也有困難。同時(shí)，缺少相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程。

    節(jié)能量的認(rèn)定是合同能源管理項(xiàng)目的主要問題之一，應(yīng)重視之。要著重培育第三方節(jié)能檢測單位，做好此項(xiàng)工作。

    還有，在節(jié)能項(xiàng)目實(shí)施前后，運(yùn)行條件要做到完全一致比較困難，因此在簽訂合同時(shí)，應(yīng)明確節(jié)能的測試條件。在項(xiàng)目完成后，按此條件進(jìn)行測試，應(yīng)得到雙方的認(rèn)可。

    此外，還有一個(gè)資金回收的保障問題。一些用戶愿意享受節(jié)能效益回報(bào)，而不愿在節(jié)能項(xiàng)目中承擔(dān)義務(wù)。這樣，對(duì)節(jié)能服務(wù)公司來說，資金、技術(shù)、設(shè)備存在的風(fēng)險(xiǎn)就比較大。

    要采用合同能源管理模式，就要加強(qiáng)雙方的社會(huì)、商業(yè)誠信。否則，把節(jié)能項(xiàng)目做大做強(qiáng)就比較困難。雙方不能以生產(chǎn)經(jīng)營不夠正常或結(jié)算不夠合理等理由，要求改變結(jié)算方式和時(shí)間。

    當(dāng)然，并不是采用合同能源管理模式的節(jié)能項(xiàng)目，都能達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果。為了建立較好的市場誠信度，尊重雙方搭建的平臺(tái)和合同的法律依據(jù)，加強(qiáng)從立法的層面上，加強(qiáng)合同能源管理的合同的法律地位。

    零能耗建筑的思考

    近年來，一些學(xué)者和政府部門相繼提出“零能耗建筑”的概念。好像認(rèn)為，要解決建筑節(jié)能問題，就應(yīng)該普及零能耗建筑。

    怎么看待零能耗建筑?

    零能耗建筑有幾種形式：一是獨(dú)立的零能耗建筑。不依賴外界的能源供應(yīng)，建筑利用其自身產(chǎn)生的能源獨(dú)立運(yùn)行。這是真正意義上的零能耗建筑。

    二是收支相抵的零能耗建筑。與城市電網(wǎng)連接，利用安裝在建筑物自身的低碳能源裝置發(fā)電，當(dāng)產(chǎn)生的電力大于需要的電力時(shí)，多余部分輸出到電網(wǎng)；當(dāng)產(chǎn)生的能源不能滿足需求時(shí)，從電網(wǎng)購電補(bǔ)充。一年內(nèi)生產(chǎn)的電力與從電網(wǎng)得到的電力相抵平衡。

    三是包括社區(qū)設(shè)施的零能耗建筑。在建筑之外利用風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等這些城市新能源，來支持建筑運(yùn)行的能源需求。

    不論哪種零能耗建筑，都需要兩方面的努力：一是節(jié)能，通過各種被動(dòng)和主動(dòng)的方式，節(jié)約建筑用能；二是盡可能利用太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等。

    有學(xué)者計(jì)算，對(duì)于3層以上的建筑，依靠其表面接受的太陽能來提供該建筑所需要的全部能源，幾乎是不可能的。建筑可以“接受到的太陽能”在現(xiàn)有技術(shù)條件下，其能量轉(zhuǎn)換效率不足以滿足該建筑的所需能源。

    因此，從技術(shù)層面看，目前零能耗只能在3層以下的建筑，并在其低密度情況下才能實(shí)現(xiàn)。世界上零能耗建筑的案例，無一例外都是3層以下的建筑。

    在中國，城市建設(shè)面臨的問題之一是土地資源匱乏。節(jié)能、節(jié)地必須同時(shí)兼顧。擴(kuò)大城市建設(shè)用地范圍，發(fā)展低密度城市建設(shè)，會(huì)導(dǎo)致交通需求量的大幅度增加，降低公共交通系統(tǒng)的效率，增大交通能耗。同時(shí)，在土地供應(yīng)方面也不現(xiàn)實(shí)。

    由此，低密度的零能耗建筑，作為研究課題，在某些特殊條件下進(jìn)行小范圍的嘗試是可行的。但不可能成為城市建筑節(jié)能的最終解決途徑。

    除了土地資源利用問題，還有不同品位能源的利用問題。能量的優(yōu)化利用，應(yīng)該根據(jù)需求選擇合適的能源類型，盡可能減少轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)恰當(dāng)品位的能源匹配利用。

    建筑需要不同品位、不同形式的能源。例如，電視、電腦等電器設(shè)備需用電力驅(qū)動(dòng)，而采暖和生活熱水可以使用各種低品位熱能。

    以太陽能為例。最好的利用方式是把它轉(zhuǎn)換為建筑需要的某種低品位能源而直接使用，而不是轉(zhuǎn)換為高品位的電能，再供建筑使用。建筑需要的能源對(duì)品位有不同要求，因而，很難與建筑本體的各類低碳能源相匹配。

    零能耗建筑最適宜于遠(yuǎn)離城市的邊遠(yuǎn)地區(qū)。中國西部幾千千米的邊防哨所，能源供應(yīng)困難，人煙稀少，但土地和空間資源極充足。這些地方是發(fā)展零能耗建筑的最佳場合。

    一些電網(wǎng)不能覆蓋的西部或海島，由于距離遠(yuǎn)、末端負(fù)荷小、電網(wǎng)損耗大，也是發(fā)展零能耗建筑的最好場合。在這些地區(qū)發(fā)展零能耗建筑，可以大幅度改善當(dāng)?shù)厝嗣竦纳顮顩r。

    另外，中國零能耗建筑的前途在農(nóng)村。零能耗建筑是農(nóng)村實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用的重要環(huán)節(jié)。那里有廣闊空間，可以大有作為。

    當(dāng)前，各級(jí)城市的政府都關(guān)注建筑節(jié)能、低碳城市建設(shè)。但是，如果把零能耗建筑作為實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的解決途徑，將社會(huì)對(duì)建筑節(jié)能的關(guān)注引導(dǎo)到零能耗的方向是不合時(shí)宜的。

    據(jù)測算，一個(gè)擁有幾千萬平方米建筑的城市，即使蓋出10萬平方米的零能耗建筑，對(duì)整個(gè)城市建筑總的能耗也只能產(chǎn)生不足1％的影響。而真正要建造這樣大規(guī)模的零能耗建筑，是一筆很大的投資。

    拿出這筆投資的一部分，就可以使這個(gè)城市的建筑室內(nèi)照明全部更換為節(jié)能燈，產(chǎn)生的節(jié)能效果會(huì)超過這個(gè)城市建筑總能耗的10％。

    把零能耗建筑作為建筑節(jié)能的標(biāo)志性成果，其心情是可以理解的。然而，如果加強(qiáng)管理，切實(shí)降低一般建筑的實(shí)際能耗，要遠(yuǎn)比幾座零能耗建筑更有示范價(jià)值，更能產(chǎn)生實(shí)際的節(jié)能效果，也更節(jié)省投資。

    零能耗建筑不可能成為低碳城市建筑節(jié)能的最終解決途徑，尤其不適合建筑密度高、土地資源匱乏的大中城市。

    零能耗建筑最忌諱各種新技術(shù)堆砌。無論是以研究為主的實(shí)驗(yàn)示范，還是以節(jié)能、低碳、生態(tài)為賣點(diǎn)的商業(yè)地產(chǎn)開發(fā)，如果一味地追求高科技，只能付出昂貴的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。

    片面依賴高技術(shù)堆砌的零能耗建筑案例，不具備推廣的價(jià)值。