欧洲低碳建筑设计

104 欧洲低碳建筑设计 Low Carbon Building Design: European Experience 撰文 肖晓丽 中国建筑设计研究院 Phil Jones 英国卡迪夫大学 摘 要 关键词 建筑环境是营造可持续发展的未来的关键。本文论述了可持续发展的动因以及影响建筑环境的相关 因素，通过研究欧洲的一些实例， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 探讨了设计中的主要问题，如高能效设计，可再生能源利 用，灰色能源，造价及现代建造 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 等。在英国乃至欧洲，建筑业正在积极的满足日益增长的绿色 建筑的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。 气候变化 可持续性 低碳建筑设计 引 言 CO2被普遍认为是造成全球气候变暖的主要的温室 气体，过量的温室气体正是引发极端的天气现象的原 因。地球目前30到40年时间内的气候变化取决于过去的 温室气体排放，而我们不得不接受这个事实，正视这一 问题。世界人口将持续增长导致更多的物质需求，从而 引发能源、水和材料的稀缺。然而，这些资源并不是取 之不尽用之不竭，正在减少，如果我们仍不采取措施采 用可持续发展的生活方式，而是仍然不加控制地使用资 源、能源、材料，不加控制地产生垃圾和制造污染，环 境灾难将不可避免。可见，可持续发展观念必须进入人 类的意识之中。 建筑在营造更加可持续的未来中扮演着重要的角 色，从全球范围来看，建筑消耗着近50%的能源、水和 材料，并在建造及使用过程中产生成堆的垃圾。建筑使 用能源以供给舒适生活所需的采暖、制冷以及照明。目 前，这些能源绝大部分来自于矿物燃料的燃烧，并释放 CO2。 即使科技发展提高了能源使用效率，但总消耗 量仍持续增长。原因是持续增加的建筑数量和规模，以 及建筑中使用的设备与建筑环境规划相关的交通量仍在 增长。 被动式设计提倡借助自然的力量来利用可再生能 源，减少传统能源以及水资源的使用，鼓励“低碳”生 活方式，改变人们的思维和行为方式，从而能大大提升 建筑和城市设计的效果。其实，营造“低碳”的建筑环 境在技术上并不复杂，甚至有些技术更为简单易行，但 它的前提是需要对我们常规的设计和规划以及我们生 活、工作、娱乐的方式稍做改变。 1 可持续发展的动力 “可持续发展”这个名词已经不是一个新鲜事物 了，我们已经谈论了30多年了，然而却做得甚少。很 多时候人们都对它持望而生畏的态度，不知道该如何去 实践，意欲等待所有的未知和不确定因素全部明了之后 再去做。环境因素、社会因素和经济因素是“可持续性 设计”三个基点，每一点都能够拓展到很大的范围，于 是环境道德、社会公正、文化价值改变以及思维习惯、 生活习惯、可持续发展的教育、政治以及经济等都被涵 括进来，这使得可持续发展这一系统变得更为复杂。另 图1 105 欧洲低碳建筑设计 Low Carbon Building Design: European Experience 外，建筑工业在技术变革进程中一般较为迟缓和滞后， 而一个工程项目的设计建设周期又不长，这为可持续在 建筑中的应用增加了难度。 低碳建筑设计的宗旨是通过建筑设计达到尽量低 的二氧化碳排放量，这是可持续发展建筑设计最好的动 力，通过它可以引进其它有关可持续发展的因素如材 料、能源的应用、健康生态的室内外环境等（图1-3）。 “低碳建筑设计”比较容易理解，并有着较为成熟发展 的知识和技术支持。推行可持续发展建筑与采取措施同 样都可以有效地消除偏见，获取自信；实践经验更增强 了人们理解可持续发展建筑获得自信的信心。 欧洲制定了一系列国际和国内的建筑规范、法规 和条例来应对气候变化，同时还制定了环境评估体系来 进行评估，为建筑的完成度打分，如Ecoprofile (挪威); ESCALE (法国); Eco-Effect (瑞典); Eco-Quantum (荷 兰); Protocollo (意大利); LCA House (芬兰); Built-It (德 国); BEAT (丹麦) 和 BREEAM (英国)。在英国，鉴于住 宅的二氧化碳排放量占全国总二氧化碳排放量的27%， 英国的《可持续发展住宅规范》制定了走向零碳住宅的 三个步骤：到2010年二氧化碳排放减少25%，到2013年 减少44%，到2016年达到零碳排放。威尔士议会制定的 目标是到2011年所有的新建建筑都应该是零碳排放，所 有新建筑必须达到BREEAM评估优秀级。英国和欧洲的 能源利用认证促进了高能效建筑的设计并鼓励对已有建 筑进行优化改造来达到评估要求。在未来，如果一个建 筑不是“绿色”的，那么投资修建它很可能是个冒险， 因为它将会很难被出售或者出租。 2 案例研究 在欧洲近10年内所有的新建建筑都会逐渐实现“零 碳”。目前零碳建筑并不多，但已建成了一些比较好的 低碳建筑。这里就欧洲几个较早进入低碳甚至零碳建筑 的项目作为案例进行研究。 2.1 概念住宅（建筑设计：卡迪夫大学威尔士建筑学院） 威尔士建筑学院为威尔士格瓦列住宅委员会设计的 概念住宅（图4）以下三个主要因素作为可持续性建筑设 计的出发点，即：①达到近乎于“零碳”的排放量。② 建造方式和材料使用上的改革。③使用可替代和可再生 的能源。 建 筑 的 建 造 使 用 可 持 续 性 的 建 筑 材 料 ， 包 括 两 个 方 面 ： “ 再 利 用 ( r e u s e ) ” 或 可 以 “ 再 循 环 使 用 (recycle)”，建造尽量减少现场施工，更多采用工厂预 制，采用“现代建造方法”。此设计的热损失约为1千 瓦，所以冬季采暖基本上只靠太阳辐射，利用被动式太 阳房，太阳能集热器提供热水供热，再加上室内人体和 图2 图3 图4 106 设备的散热即可实现。通风系统，利用带有“热恢复” 性能的通风设备，在冬季利用排风和新风的温差加热新 风。主要的起居空间布置在南向，在冬天利用南向双层 玻璃幕墙来加热新风供风，排风从北向服务空间机械排 出。屋顶上布置太阳能光电板和太阳能集热器。需要说 明的是，英国采暖期比较长，冬季采暖要往往消耗大量 能源，而夏季气候较凉爽无需考虑空调系统，所以解决 好被动供热问题可以大大节约传统能源，减少二氧化碳 排放量。 2.2 巴格兰生态工厂（基地：威尔士巴格兰；建筑设计：卡 迪夫大学威尔士建筑学院；业主：尼斯塔尔伯特港政府； 建成时间：2000年） 建筑中使用了一系列可持续策略，最终使这个生态 工厂（图5）率先达到了BREEAM优秀级。建筑的设计 原理是被动式设计，本项目充分利用自然采光、自然通 风和太阳能控制合理解决了能源和资源问题以及视觉感 受和室内热环境舒适度问题。同时，建筑的外围护结构 高质高效，具有高气密性，这是建筑达到高能效的前 提。太阳能光电板用来供电的同时还兼作遮阳板，在夏 季能够有效减少南向过分的热辐射。良好的室内热环境 舒适度和视觉环境，以及对于良好工作环境的自豪感大 大激发了员工的工作效率。此建筑还赢得了2002年的 RIBA地域建筑设计奖，是可持续性设计巧妙融入建筑设 计的典范。 2.3 普拉兹摩老人疗养院（位于巴瑞港，建筑师：PCKO， 完成：2003年） 巴瑞港的普拉兹摩老人疗养院（图6）有一居室和 两居室公寓共38套，由英国威尔士各瓦列住宅委员会、 卡马森郡政府以及威尔士议会联合开发。此建筑中应用 的可持续发展设计策略如下：①全部使用节能灯具；② 利用生物燃料进行区域供暖；③200平方米的太阳能光 电板发电；④30平方米的太阳能热水器来供给家用热 水；⑤太阳能集热器供给的热水的热能和光电板发电的 电能与生物燃料燃烧供暖相结合的供暖系统；⑥能源管 理系统。 此建筑的特点是“绿色”技术很好地融入建筑设 计，而不是建筑的附加物。整体设计的手法使得疗养院 造价和运营成本并不高，即使普通大众也可以负担的 起，使生态建筑并不是奢华的代名词。此建筑每平方米 720英镑的造价在同类建筑中相比是较低的。 2.4 EMPA Eawag低碳办公楼（位于瑞士苏黎世，建筑 师：Bob Gysin+合伙人BGP企业负责人，完成：2006年 9月） EMPA是一栋五层的办公楼（图7—图9），中间有 一个通高的中厅，开放的楼梯设置其中，开放式楼梯的 设置是鼓励人们尽量多地使用楼梯而少用电梯。这个建 筑的特点是既不采用传统供暖也不采用传统的制冷系 统。中厅的作用是个缓冲区，提供自然通风同时将充足 的自然光线引进建筑。夏天的晚上，当室外凉爽下来的 时候，建筑外围的窗户自动开启将冷空气抽进室内，进 行空气交换后空气温度升高，热空气因浮力上升，从中 厅的天窗排出室外——这是建筑的夜间冷却策略。暴露 的钢筋混凝土框架结构用来储热和蓄冷，陶土和石膏墙 体用来调节湿度。夏天时，埋于地下的管道系统利用地 下恒定的温度来预冷室内新风。冬天时，这个系统用于 预热供给室内的新风。竖向的漫射玻璃遮阳板可以调节 图5-1 107 角度，夏季时遮挡阳光，冬季时利用太阳能引入阳光。 建筑外围护结构的保温隔热性能良好，窗户的U值是 0.5 W/m2k，墙和屋顶的U值是0.12 W/m2k。在大部分 时间里办公楼内人体产生的热量，办公设备、照明和太 阳辐射产生的热量对于营造一个舒适的热环境已经很充 足了。三分之一的屋面铺设了太阳能光电板来发电为建 筑供给电能。因为能源效率高的设备往往发热量也比较 低，所以高能效的照明灯具和设备不仅有效的减少了用 电负荷而且还降低了制冷负荷。屋顶种植绿化，雨水被 收集到花园的景观水池中，调节小气候并灌溉植物，利 用中水冲马桶。 3 低碳建筑要点 3.1 低能耗建筑设计和低碳建筑设计 “低能耗建筑设计”基于减少对于能源的需求。 “低碳”甚至“零碳”建筑设计不仅建立在降低能源需 求的基础上，更值得一提的是要充分利用场地可得到的 可再生能源。零碳建筑的电能通常可以在建筑内部和城 市电网之间双向流动，自身产生的电量充足时可以补给 城市用电量，不足时可以从城市电网获取，之间相互平 衡和抵消从而达到零碳排放。设计中需要权衡通过“低 能耗设计”把能源的需求降低到一个适宜的程度和如何 使用可再生能源这两者之间的关系和比重。例如一个指 导原则是降低供暖或制冷的能源需求量使之可以用通风 系统来弥补，新风率应该足以满足维系室内环境的良好 空气质量，另外同时考虑借助围护结构的蓄热性能来吸 收和释放热量。 3.2 减少能源需求 总的来讲，降低能源需求最有效的方法是“被动 式设计”，例如：根据太阳、风向和基地环境来调整建 筑的朝向；最大限度地利用自然采光以减少使用人工照 明；提高建筑的保温隔热性能来减少冬季热损失和夏季 多余得热；利用蓄热性能好的墙体或楼板以获得建筑内 部空间的热稳定性；利用遮阳设施来控制太阳辐射；合 理利用自然通风来净化室内空气并降低建筑温度；利用 具有热回收性能的机械通风装置。 3.3 灰色能源 制造和运输建筑材料的过程中会消耗大量能源，建 造过程也同样消耗大量能源，我们称之为灰色能源，比 起建筑中使用的供热制冷能源来讲它是隐性的消耗，当 上述显性能源消耗降低时，隐性能源的消耗比例自然升 高。灰色能源消耗占有相当的比重，所以要想真正地实 现可持续发展便不能忽视这部分能源消耗。在一些生态 建筑中，例如EMPA，在整个生命周期中，它的灰色能源 消耗近乎于占总能源消耗的一半。所以，尽量使用当地 材料，减少运输过程中的能源消耗；减少对于建筑材料 的消费在生态建筑中也相当重要。 3.4 可替代能源和可再生能源 太阳能可以用来产生热能和电能。太阳能光电板技术 发展迅速，如今其成本已经大大降低，而且日趋高效。在 住宅中使用太阳能集热器是一种有效利用利用太阳能的途 径，目前主要用来为用户提供热水。地热能也是一种不容 忽视的能源，由于其温度相对恒定，所以既能够在冬季供 热也可在夏季制冷，如在EMPA中便有效利用了地热来预 热和预冷进入室内的新风。此外，如在普拉兹摩老人疗养 院使用的生物燃料，能够替代传统的矿物燃料来降低二氧 化碳排放量。 图5-2 图6-1 108 3.5 整体设计 生态设计不是建筑设计的附加物，不应把它割裂看 待。目前普遍的一个误区是建筑设计完成后把生态设计作 为一个组件安装上去。事实上，从建筑设计之初就应该考 虑生态的因素使之与设计整合，并使得一种手段能够达到 多种功效。例如班格兰生态工厂使用太阳能光电板作为遮 阳板来阻挡过多的太阳辐射。减少能源需求的同时能够缩 小供热和制冷系统的设备规模，甚至能够完全摈弃传统的 供热制冷系统，如EMPA低碳办公楼——无需采用传统系 统，仅利用地热以及人体散热及办公设备等产生的热量并 采用热回收设备便可满足冬季供热。在普拉兹摩老人疗养 院中，入口的玻璃门厅同时充当了被动式阳光房来供热并 进行空气流通。 3.6 现代建造方法 现代建造方法旨在尽可能地采用非现场的施工手段来 完成建筑的建造，旨在减少湿作业，提高施工效率，提高 施工质量，达到更高的客户满意度，它是环境保护，可持 续发展的重要因素之一，并且使施工进度更加可控。采用 现代建造方法可以大大缩减工地施工时间，提高工地施工 的安全度，并弥补一些建造工业和技术上的缺陷。现代建 造方法要求施工工人具备较高技术水平，能够减少工人的 数量，总体上缩减了劳动力。现代建造方法要求设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 时便加以考虑，要求改进弥补传统的建造工艺和技术，这 从短期来看会提高整体施工造价。目前，在英国采用现代 建造方法其造价一般会增加15%左右。而在中国造价增 加会更多，由于中国建筑工人劳动力价格不高，所以人工 图6-2 图7-1 109 筑工业中的技术又往往比科技发展滞后，在一项科技相当 成熟之后才被引进建筑行业，这就会带来建筑界的意识及 观念更加滞后。可持续发展建筑中的技术早已不是新技术 了，而可持续发展建筑却迟迟未得到广泛实践，问题的关 键在于人们的意识形态。在欧洲，节能环保建筑的国家规 范、法规不断增多，政府、组织和民众的环境意识不断增 强，这些都对可持续发展建筑的发展起着重要的作用，那 些不节能环保的建筑将逐渐失去市场，最终被彻底淘汰。 在英国，工业技术开始与建造绿色环保的建筑工业接轨， 人们意识到这是商业开发和环境保护的双赢举措。 （注：本文英文版为 “第7届亚洲建筑交流会”会议 演讲论文） 费用所占比例不多，但现代建造方法需要高技术的工人， 这是目前所稀缺的，劳动力技术上差别会带来价格上相对 较大的差异，加上技术上的改进带来的一系列设备更新费 用和培训费用，造价会增加约30%左右。从长远来看，建 造方法带来的造价问题会逐渐下降，更重要的是施工完成 度、施工质量将会大幅提高，施工现场对于环境的影响会 大大减小。现代建造方法越来越被看作是可持续发展建筑 不可或缺的一部分。 3.7 造价 低碳建筑并不意味着造价的提高。将低碳的技术和 观念整合进建筑的各阶段——设计、建造、使用、维修 直至拆除，从整个生命周期来看，生态建筑的造价比 起同一标准统一规模的建筑不仅没有提高反而会降低。 EMPA低碳办公楼和普拉兹摩老人疗养院就是很好的例 子，它们的造价都没有提高，普拉兹摩老人疗养院甚至 比同类建筑的费用更低。然而，人们往往把可持续发展 的技术看作是个插件插进一个建筑中去，一旦一个建筑 设计完成，再往上面增加技术，这势必带来费用的大幅 度提高。在使用阶段，生态建筑往往更加简单易行，它 不需要很高技，因此使用和维护这个建筑并不复杂反而 更加简单高效。 当今社会科技发展的速度不断加快，而对于新技术的 社会适应性却远远落在后面。科技进步的速度远远超出了 文化发展的速度，它们之间的差距正变得越来越大。而建 参考文献: [1] IPCC Fourth Assessment Report. [2] Population Resource Centre. [3] UN Population Division. [4] Department for communities and local government (2006), Code for Sustainable Homes, [Online] Available: www. communities.gov.uk [5]Kate Barker (2004), Review of Housing Supply, [Electronic] Available: www. barkererview.org.uk [6]约翰•奈斯比特(2007), Mind Set！定见, 中信出版社, p106. 图7-2 图8 图9