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谈谈低碳建筑

(2015-12-01 10:47:50)
标签:

环保

分类: 环境X档案
     碳排放的过程


 

碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称。在IPCC的第三次气候变化科学评估中,各温室气体对全球气候变暖的贡献比例分别是:CO2为60%,CH4为20%,N2O为6%,CF11、CFC12等为14%;由此可见二氧化碳对气候变暖的“贡献”最大,也是造成温室效应的最主要气体。用碳(Carbon)一词作为代表,虽然并不准确,但让民众最快也最直观了解的方法就是简单地将“碳排放”理解为“二氧化碳排放”。

碳排放本身并没有优劣之分,它是地球碳循环的一个重要组成部分(图1)。谈谈低碳建筑


自工业革命以来,随着化石燃料的广泛应用,人们的生活质量得到了极大的提升;但是数亿年来由植物所固化的碳,在过去一百五十年内不断地过量释放,远远超出了生态环境对碳的固化吸收能力(每年300亿吨左右,自然界中吸收占比最大的海洋,每年只能吸收20亿吨),碳循环的平衡被打破,多余的二氧化碳进入大气中,成为温室效应的主因。



过量碳排放的危害及其与建筑的关系


过量的碳排放导致了全球气温升高,气候异常,海平面上升,人类宜居面积减小,供热制冷能耗增加,而能耗增加又进一步加剧了温室气体的排放。全球气候的变暖深刻改变了我们能源消费的模式。地球平均温度到本世纪末可能会升高1.5℃,这将会给人类和生态体系带来非常严重的影响。因此在将来温室气体的浓度必需稳定下来,相对于现在的380*10-6ppm或者工业革命以前的280*10-6ppm,温室气体的排放量在发展中国家应为现在的1/2,而在发达国家则应该是现在的1/4。

温室效应的主因是化石燃料的燃料,而化石燃料的燃烧主要用作以下几个方面:发电、工业、交通运输、供热、日常生活使用等。建筑行业与其中每一项都息息相关,它是碳排放的重要组成部分。建筑物的照明、制冷、建筑材料的生产都需要消耗电力,建筑施工过程中也需要依赖交通运输建筑材料,冬季的集中供暖、厨房、卫浴也需要直接利用煤或天燃气的燃烧。

图2是一栋办公楼在建造阶段的二氧化碳统计,仅这一阶段的排碳就相当于27.6公顷的亚热带潮湿林的年生物固碳量,可见建筑的环境影响是十分显著的。谈谈低碳建筑

建筑在碳排放中占到了30%,能耗占总使用量的46%,建筑物耗电占电力总耗的65%。因此,使建筑物更加节能,减少碳排放对于可持续发展来说有着深远的意义。


 


如何在建筑全生命周期中减少碳排放


传统意义上的建筑节能减碳,我们更关注建筑运营过程中的能耗,但是,建筑物与生命体一样,有其萌芽(规划、设计)、发展(建造、运营)、死亡(维护、拆除)等一系列的过程,其中每一个环节都伴随着能源的使用和碳的排放。所以需要我们在建筑的全生命周期中尽量做到节能减排。

现今,常用的衡量建筑排碳的指标是生命周期二氧化碳排放量(LCCO2),它是根据建筑整个生命周期内的CO2排放来评估其对环境的影响,表示建筑物每年每平方米(一般以100年为计算标准)的碳排放。在现有的科技条件下,我们有能力将建筑的环境影响减半(图3)。


谈谈低碳建筑


在可持续设计中,节能建筑的目的是在建筑项目的每个阶段都尽可能地减少能量消耗,这就意味着同时降低:

▲ 蕴涵能量(建筑材料、构件和设备在制造和加工过程中所消耗的能量)

▲ 灰色能量(建筑材料、构件和设备从生产地以及制造地配送和运输到建筑工地所消耗的能量)

▲ 引导能量(建筑工地准备和运行所需要的能量,以及后来建造建筑物所需要的能量)

 ▲ 运行能量(建筑物维护所必需消耗的能量,以及在建筑物使用周期内居住者使用和设备运行的能量)


从这个角度而言,任何一个建筑工程项目的建筑材料、构件和设备的选择,都是建筑所需性能平衡分析的结果。举例来说,有些建筑在使用周期内节约了大量能源,就能够补偿建筑材料高固有能量的初始投资。这里要强调的是,正确的决策是一个平衡的问题,需要对工程项目的全过程作整体的规划与处理。



我们能做什么


设计者

节能技术不一定都要像安装玻璃幕墙、采用由计算机控制的百叶窗或光电房间那样异乎寻常,建筑工作者可以采用更多的被动式设计策略来达到自然采光、通风、满足人们的热舒适度的目的。

建筑节能又可以分为被动式的设计策略与主动式的设计策略。

被动式的设计策略是指不使用任何电动机械系统或者设备的情况下将舒适度提高到优于标准环境水平的设计策略,主动式则相反。很多世纪以来,在主动式设计应用之前,古人其实已经在无意识中建造出了既符合他们所在地区的气候条件,又利用当地可再生自然资源的被动式建筑(图4,图5)——这都是我们需要继承和发展的古人智慧与经验。


谈谈低碳建筑

谈谈低碳建筑


下面我们介绍几种常用的被动与主动式的设计策略。谈谈低碳建筑谈谈低碳建筑
谈谈低碳建筑


城市的规划与决策者

城市的规划与决策者相对于建筑师,对整个能量消耗来说,有着更直接的影响。一个结构紧凑、可以步行的城市中心,且鼓励不同建筑类型混合的街区模式,不仅能够将都市区域用尽量少的交通系统联系在一起,减少对汽车的依赖,还能形成一个更适合人尺度的邻里系统,提高邻里生活质量(图9,图10)。谈谈低碳建筑


John whitelegg 教授在《可持续未来的运输问题:欧洲分析》一文中,曾经对发展密度和能量使用之间的关系作了清楚的描述:如果要把基本设施中固有的产品能量或者蕴涵能量以及灰色能量和与能量相关的运输问题一同考虑,那么,高密度社区和在城市规划中对日光进行社会分配的必要性就会愈发明显。Bedzed零碳社区(图11)就是这一理论的很好佐证,同时它还利用了很多前文提到的被动式的与主动式的设计策略,以达到零碳的目的(图12)。谈谈低碳建筑


 

谈谈低碳建筑



 

普通人

低碳是一个宏大的话题,节能减排是一个系统工程,他不仅与城市规划、能源供给、建筑的设计、建造、使用等物化领域相关;也与生活在建筑环境中的我们每个人的行为习惯息息相关。开窗换气、减少使用人工制冷制热、节约用电/水等日常生活的小细节,乘以我们的人口基数后也将会在碳排放上产生十分可观的效益。


谈谈低碳建筑




中国的特殊情况


中国的城市开发项目通常都以居住区(小区)为单位,这使得应用区域热存储系统实现综合环境设计和可再生资源优化利用有了理想的条件,国外也已经有了很多成熟的低碳或零碳小区的案例可供我们借鉴。可持续能源供应系统和利用太阳能、生物量等可再生能源或废热的区域供暖、制冷系统,是城市引进清洁的可持续能源的首要方法。区域供暖和制冷系统能够提供热量或冷量(通过冷却水),避免作用低能效、高成本的分户空调。在实现节能和环境保护的同时,它还具有规模化带来的经济优势,并且显著降低耗电量和污染物的排放。

另外,新建建筑物在执行节能减排的指标时是比较容易达到的,但是在现有的大部分建筑物中却是无法实现的,因为这些建筑物的保温性能都较差,是巨大的能量消耗者。对于这些旧建筑而言,推倒重来付出的环境代价太高,所以它们的改造与更新是非常必要的。

 




 

你愿意为低碳买单吗?


当然低碳建筑也会带来一定的增量成本,尤其是一些主动式能源利用的过程。但从其投资回收期来看,相较于长远的发展,对节能减排是非常有益的。


下面我们介绍几种常用的主动式低碳与节能产品的成本回收年限:谈谈低碳建筑


对于当前主动式的低碳与节能产品,人们在认识上有很多误区,例如光电板非常占用屋顶空间且不美观,雨水回收系统造价高昂等等。事实上,现在的光电技术已经可以与使用功能完美融合。图13中光电膜与玻璃天窗的结合,不仅能满足光电功能的要求,还能达到遮阳的功效;另外,光电膜的图案还能由工厂定制,以达到建筑师与使用者的审美需求。图14中雨水回收器的价格与家中常用的饮用水净化器的价格相差无几。图15则是一个利用回收的雨水灌溉绿墙的案例,而所用的管道大部分都是业主利用廉价管道自己搭接的。

谈谈低碳建筑

谈谈低碳建筑

谈谈低碳建筑


被动式的设计策略同样会带来一些增量成本。例如高蓄热性能的墙体、增强的保温材料、高热工性能的玻璃等会增加工程费用;阳光房或者双层玻璃幕墙会使得实际使用面积稍有减小等。但是总体来说,被动式的策略带来的增量成本比较小,而与之相对的能源利用效率提升却是非常显著的。


当前,可持续建筑的基本成本或工程费用通常认为要比传统的建筑高2%~5%,但是一份来自加利福尼亚州可持续建筑特别工作组的报告表明,建造可持续建筑的额外投资所产生的生命周期成本的节约,是投资成本的10倍之多。平均起来,可持续建筑要比同类传统建筑节能30%,因此,初期产生的额外建设费用,在两到五年的低成本运作中就可以收回。


随着科技的进步,高性能建筑材料与设备的价格正在下降,建设中的直接成本会逐年降低。此外,可持续建筑还有很多隐性的优势,比如:充分地利用自然光可以增加房地产项目的销售价格;环保材料的使用对于人类的身心健康大有裨益;减少废水与废气的排放可以产生很高的环境附加价值。


总而言之,低碳建筑具有很大的潜在效益,不管是对它们的业主,对环境,还是对整个社会都是如此。随着科技的不断进步,人们已经开始逐渐了解它、重视它;在这个越发重视环境及可持续发展的时代里,相信低碳建筑必将成为今后建筑行业的主流趋势,越来越多的建筑将会在环境与使用功能上达到完美的契合。

 



参考书目


[1]建筑建造阶段碳排放计算方法研究和因素影响分析,张文超,重庆大学硕士论文,2015.

[2]可持续发展指南-高环境质量的建筑,(法)Serge Salat 主编,清华大学出版社,2006.

[3]Guide de l’architecturebioclimatique-cours fundamental:Tome4-construire avec le developpementdurable,alain liebard et andre de herde,editions systeme solaire,paris,2002

[4]Transport for asustainable future. The case for Europe, John Whitelegg

[5]Solar energy inarchitecture and urban planning, Thomas Herzog(ed.),Prestel, Munich, Newyork,1997,p.33

[6]Sustainable architecturein japan, The green buildings of Nikken Sekkei, Edited by Anna ray-jones,Wiley-academy, p.23

[7]Vale,B. and Vale, R.Green architecture, London: Thames and Hudson




作者:


陆梦

同济大学建筑学硕士

现于上海从事建筑设计工作


吴攀

同济大学建筑学硕士

现于成都主要从事绿色建筑相关工作





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