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低碳建筑发展的目的与前景

 论文栏目:建筑发展论文     更新时间:2012-9-21 11:03:32   

作者:陈通 姚德利 单位:天津大学管理与经济学部 聊城大学建筑工程学院

0引言

伴随环境保护问题和能源危机的日益突出,“低碳”一词已为人们所熟知。2009年哥本哈根会议的召开将全世界的节能减排工作提上议程,温家宝在讲话中进一步承诺到2020年中国单位GDP的碳排放强度(即碳强度)将较2005年减少40%-45%。当前,我国的城市化步伐正在加快,温室气体排放总量已跃居世界第一位,一方面建筑物的规模持续增大,另一方面我国建筑物的碳排放普遍较高。住房和城乡建设部总经济师李秉仁在近日召开的发布会上透露:目前我国建筑运行能耗约占我国全社会总能耗的30%,由此看出,抓好建筑节能是控制温室气体排放的重要举措。本文将全寿命周期理论应用于低碳建筑的建设和发展中,从项目开发的各个阶段分析低碳建筑的实施路径,使得我国低碳建筑的发展走上可持续之路,以推动低碳经济的快速实现。

1低碳建筑概述

1.1低碳建筑的概念及研究意义低碳建筑是哥本哈根气候大会召开之后才流行起来的一个具有“时尚”感的概念,其内涵和绿色建筑、节能建筑是相辅相成的。目前,国内外学术界对于低碳建筑还尚未进行统一的定义,本文结合低碳经济、绿色建筑、节能建筑等相关概念,应用建筑物的全寿命周期理论,由国内外相关文献总结得出:低碳建筑是指在能为当前的建筑需求者提供健康、舒适、安全的居住空间基础上,从建筑物的设计、建设以及使用和拆除、报废的全生命过程中,采用低碳技术,使用低碳材料,最大限度的减少能源消耗和碳排放并利用太阳能、风能、地热等可再生清洁能源,满足建筑物内部资源的封闭循环使用,减少化石能源的使用,最大限度地降低二氧化碳的排放量,提高能效、保护环境、减少污染,与自然和谐共生的建筑。建筑项目的开发大致经历了“规划———设计———建造———使用———拆除———处理”的整个生命周期。据有关方面统计,在建设过程中,一平米的房子,将向大气中排放574kgCO2,成为温室效应的第一帮手。此外,在建筑的运营维护过程中,照明、空调、采暖、通风等能源的使用导致大量CO2气体的排放。当前中国城市既有建筑约430亿m2,并且以每年40亿m2的速度增加,这样的严峻形势迫使我们不得不关注并致力于低碳建筑的研究。低碳建筑的研发,会大大缓解温室气体的排放,从而促进低碳经济的发展;低碳建筑属于绿色建筑,能给我们提供一个舒适、安全的生活空间;再者,发展低碳建筑是节约资源、减少全社会能耗的首要因素,对社会的可持续发展有着举足轻重的影响。

1.2低碳建筑的理念构建低碳建筑强调的是节能减排,最大限度地节省资源和能源,最大程度地减少碳源,同时增加碳汇,减少总的碳排放量,从而营造健康舒适的人居环境。要发展低碳建筑宅,就必须要在建筑的整个生命周期内构建起满足以上目标的低碳理念。具体到建筑物的建设,可以将这种低碳理念概括为以下几点:利用再生能源,节能减排,资源循环,耐久和结构设计灵活。

1.2.1利用再生能源增加再生能源的使用是减轻能源生产和消费负面影响的主要手段。所谓再生能源是指可以再生的能源总称,包括生物质能源、太阳能、光能、沼气等,它们都直接或间接来自太阳或地球内部产生的热能。低碳理念的核心就是要减少碳的排放,节约资源,提高能源的利用效率。为了将低碳理念在建筑中得到实现,充分利用可再生能源是节能减排的一条有效路径。例如各类型的地下或者半地下的覆土建筑都充分利用了地热能,使建筑在不消耗能源的前提下同样具有冬暖夏凉、坚固耐用的优点;现今兴起的太阳房就是利用太阳能采暖和降温的房子,它既可取暖发电,又可去湿降温、通风换气,是一种节能环保的新型建筑。付允等指出加速发展天然气,适当发展核电,积极发展水电,深入开发风能、太阳能、水能、地热能和生物质能等可再生能源,减少煤炭在能源消费结构中的比重,将是发展低碳经济的主要方向。

1.2.2资源循环建筑物归根结底是由各种材料组成的,其设计、施工、运营和维护的每一步均关系到有限资源的消耗和可持续利用。如果这些材料都完全从自然界中获取,就必然会给环境带来很大的负荷。因此,为了减少环境负荷,首先就应考虑减少所使用的资源。但在实际中为了确保建筑物的各种性能,减少材料的使用往往是很困难的。在这种情况下,考虑资源的循环使用就有了重大意义。低碳建筑从节约能源和资源的角度出发,希望尽可能实现重复使用和循环使用建筑材料。这既能减少从自然界中对资源的索取,又有助于减少废弃物的产生,对于降低自然生态系统的破坏、减少环境污染都具有重要意义。比如说,一些旧建筑拆卸下来的门窗甚至陶瓷卫生洁具等都还可以再次使用到新建筑中去,这样既避免了产生大量的垃圾,又减少了重新生产这些产品对资源的消耗,在一定程度上也降低了碳的排放。资源循环是低碳建筑的一个主要特点,。

1.2.3节能减排据统计,目前每年新增的20亿平方米的建筑中,有8成都是高耗能的,建筑耗能约占总耗能的28%,单位建筑面积能耗是发达国家的2-3倍,这种高能耗对社会造成了严峻的能源危机和环境污染问题。因此,打造低碳建筑,尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗,减少温室气体排放之任务非常紧急。相关研究显示,每建成1平方米的房屋,约释放出0.8吨碳,建筑用能产生的气体排放占到全国温室气体排放的25%。在这些消耗中,相当一部分是由于建筑设计、建造和使用过程中的不合理造成的,没有充分考虑节能和环保,以至于成为能源消耗和温室气体排放的大户。在这样的大环境下,以及全球资源、环境的约束,尤其是在2009年底举行的哥本哈根气候变化峰会上,中国提出的减排目标,这些都要求我们必须改变传统的建筑模式,因此,节能减排就成为了低碳建筑一个最关键的研究课题。当前我国在节能减排方面已取得初步成绩,在全国范围内实施实行千家企业节能计划,淘汰高耗能、高污染的落后产能,截至今年上半年,中国单位国内生产总值能耗比2005年降低13%,相当于少排放8亿吨二氧化碳。与发达国家相比,我国的低碳建筑发展仍存在一定差距,通常只能在建筑的某一方面进行低碳设计或改进,不能就建筑的全寿命周期过程形成完善的低碳建筑保障体系,而且社会公众的参与度有待提高,政策体制还需进一步完善,这一系列问题都影响了我国低碳建筑的发展。

1.2.4结构设计灵活建筑物的使用年限一般较长,尤其针对建筑来说,在这么长的时间里,家庭人数可能有变化、家庭的构成可能有变化、生活方式也可能有变化。伴随着这些变化,对建筑的要求也会有所变化。为了满足要求,如果我们采取重新建设的方法,显然会造成浪费,不利于可持续发展。低碳建筑的另一个特点就是要考虑把建筑物设计成一个能够灵活适应变化的结构,这样就能够很好的解决这个问题。比如说近年来研究的SI建筑,建筑的结构体和居住体完全分离,建筑的结构体具有很长的耐久性,而建筑的内部空间和设备所组成的居住体则以其灵活性和可变性为主。对应于家庭成员,生活方式和使用方式的变化,住户内部分割可灵活多变,面积可大可小,为居住者持续安心地使用提供了可能性,也提高了建筑的使用价值。

1.2.5耐久性耐久性对于实现建筑物的低碳非常重要。对建筑物来说,如果使用寿命很短,在很短的周期内就被拆除,为了满足使用需求,就必须要新建建筑,这样势必会消耗很多的资源。拆毁建筑物又会产生很多垃圾,给环境带来很大的压力。通过提高建筑的耐久性就可以延长重建的循环周期,那么用于新建建筑的材料消耗和能源消耗就能减低,也有益于节省资源和能源。从资源循环的角度来看,建筑的使用寿命对循环速度也有着很大的影响。建筑物使用的时间越长,其所用资源的循环速度就会越慢,所投入资源的利用效率也会更高。再者从节能减排的角度分析,建筑物的耐久性越好,可以避免重建带来的更多的能量的消耗和温室气体的排放。举例来说,对于能够满足同样功能的建筑,假如在100年的时间内,能够使用100年的建筑,与使用50年之后又拆除重建的建筑相比,无论是能源的消耗还是碳的排放,还是资源的利用效率,显然是能够连续使用100年的建筑更具有可持续性,更可以实现节能减排。

2基于全生命周期理论的低碳建筑分析

发展低碳建筑,在策划阶段就应该考虑与周围环境和谐;在设计时要考虑建筑的碳排放量,利用低碳技术和低碳材料;在建设时应合理选择施工方案,加强施工管理,降低其对环境的压力;在运行阶段,应使用节能设备以减少能源浪费,同时还要注重维护保养和灵活改造以延长建筑物的使用寿命;拆除建筑时,要分类拆除以提高资源回收利用的效率,减少垃圾的产生,尽可能实现低碳;在处理阶段,要做到材料分离和有效处理,尽量保证使用过的材料还可以用于其它地方或再生利用。因此,低碳的思想可以贯穿于建筑生命周期的每一个过程,在政府的引导下,节能减排的措施会得到高效的实践,(图略)

2.1策划阶段项目策划是一种具有建设性、逻辑性的思维的过程,在此过程中,总的目的就是把所有可能影响决策的决定总结起来,对未来起到指导和控制作用,最终借以达到方案目标。策划阶段要考虑项目的选址,容积率规划以及建筑物的构造等,这对于建筑的低碳规划有着全局性的影响。首先选址要得当,项目选址要考虑周围的地质、基础设施的利用、出行便捷等。对于建筑物而言,应尽可能地利用周围的环境,尽量选择有充足的阳光、水源和自然通风的地方,充分利用可再生能源,减少不必要的资源和能源浪费,以降低碳的排放量,为实现建筑物整个生命周期的低碳积极创造条件。比如应尽可能地利用已有的基础设施,避免重复建设带来过多的能源浪费和环境污染;新建项目要仔细考察工程的地质状况,避免建设在岩石层等不良地质以减少施工损耗、资源浪费等。其次,户型设计科学。人们为了追求舒适性,往往刻意将建筑物空间设计的比较大,远远超出了人们的实际需求,很显然这是一种对资源的极大浪费,不仅加剧了土地资源的紧张局面,还会造成过度的资源和能源需求,这与低碳建筑的理念是相违背的。当然,户型也不宜太小,因为随着人们生活水平的提高,会追求更舒适的生活,户型太小就难以满足使用需求,导致建筑过早的被淘汰,这显然也是不经济的。此外,在户型设计上要南北通透,这样有利于形成贯穿南北的气流,高效通风,且能带走室内过多余热,减少对空调的依赖。科学合理的户型设计,在很大程度上能够减少资源和能源消耗,对建设低碳建筑是一种极大的支持。第三,设计合理的容积率。过低的容积率会造成土地资源的极大浪费,然而过高的容积率,也会造成建筑的通风、采光不畅以及给基础设施带来压力,而导致居住环境的恶化,能量的过度消耗。我国建筑能耗(包括采暖、通风、空调、照明)一般占社会能耗的25%~30%。其中97%以上的建筑其使用能耗占建筑总能耗的50%~55%。在一定程度上使容积率高一点,能耗低一点,减少单位用户的资源占用和能耗,是实现低碳的一条有效路径。因此,在策划阶段对建筑的容积率就应该有合理的规划。

2.2设计阶段设计是否合理,不但影响建筑物使用的便利性和耐久性,对资源及能源消耗等都有相当大的影响。如果在这个阶段充分地考虑低碳思想的话,那么实现建筑物的低碳发展就有了基本的保证,在设计中主要考虑三点:一是节能,在广义上包含了“四节”—————节水、节地、节能、节材,主要是减少各种资源的浪费;二是减排,强调的是减少建筑物排放的固体、气体、液体等环境污染;三是满足人们使用上的要求,为人们提供“健康”、“舒适”、“高效”的使用空间,提高环境质量。针对低碳建筑,本文重点介绍节能减排的设计。节能减排设计是为了减少对资源的消耗,其本质就是为了降低二氧化碳的排放量。首先在材料使用上要提高再次利用或再生材料的使用比例,把建筑物整个生命周期内的资源消耗控制在最小的程度;其次,通过对建筑绝热、气密性的良好设计,提高自然能源的利用效率等,降低碳的排放量;再次,可根据自然通风的原理设置室内空调系统,有效地利用夏季的主导风向,减少对电能的依赖,降低碳。的排放量;第三,在节水设计中要充分考虑提高中水的利用率,中水系统可将污水经过处理后再次用在合适的地方,此外容积率要适当,不要造成土地资源的过度浪费;最后在建筑物周围环境设计时,要充分利用空地、建筑物四周、墙面、屋顶、阳台等空间,合理绿化,比如采用种植屋面、垂直绿化,利用植物光合作用增加碳汇,逆向降低碳的排放量。例如,在建筑物内外表面采用高效热反射材料,如热反射膜,可将大红外射线反射回去,从而对建筑物起到保温隔热作用。建筑物立面上的开窗形式,也应尽量满足自然采光和通风的要求,还要采用适应当地气候条件的平面形式及总体布局。除此之外,还要根据项目所在地的环境特点和气候状况,选择可利用的自然资源,特别是新能源和可再生能源的开发应用,在日照时间和强度较好的地区,可利用太阳能光电与光热技术,比如光伏发电、太阳能灶、太阳能热水器等,而且还可用太阳能进行冬季采暖和夏季制冷。而对风力资源丰富的地区,可有效利用风力发电或将风能直接转换成热能,代替不可再生能源的使用。

2.3建设阶段建设阶段是将建设蓝图和建筑材料转化为建筑产品的过程,亦是减少能耗(如建筑垃圾、噪音、粉尘、资源浪费等)的关键所在。在这一阶段,要实现低碳,应从建筑材料及设备选型和施工工艺以及装饰装修这三方面去实践。

2.3.1建筑材料及设备选型目前低碳建材的使用已经有了一定的发展,例如绿色材料的使用、自保温要求的墙体材料产品的推广,功能性材料和复合材料的发展。在常见的建筑材料中,低碳性能最好的是铝合金材料,其次是塑料、钢材、玻璃,低碳性能最差的要属水泥与混凝土,因此,应尽量减少水泥和混凝土的用量,避免产生过多的材料垃圾,适当推广钢结构建筑和铝合金构件,从材料循环利用角度考虑,铝合金构件、钢材构件、塑料构件更易于重新利用。针对特定施工项目要采用科学合理的材料预算方案,尽量降低竣工后建筑材料剩余率;加强工程物资和仓库管理,避免优材劣用、长材短用、大材小用等不合理现象;尽量就地取材,减少建筑材料在运输过程中造成的浪费。在设备选型上,要避免大功率施工设备低负荷或小功率施工设备超负荷运行,提高其使用率。在材料和设备的运输过程中,其能耗也不容忽视,其中,运输能耗的大小主要由运输物品的种类和数量、生产地到施工现场的距离、运输方式和运输工具等决定,对于水路运输,海洋管道运输节能减排效果最好,其次是轮船运输。对于陆路运输,距离较近时可以选择公路卡车运输,距离较远时则铁路火车运输较为节能。

2.3.2低碳化的施工方法传统的现场施工方法,不仅要消耗大量的能源,还会产生非常大的资源浪费,引起碳的多度排放。对施工阶段的能耗控制应侧重于施工工艺、技术方案及施工组织设计的安排是否合理,使得减少和避免返工造成的能源浪费,且现场材料和设备的使用于施工进度协调一致,保持较高的工作效率。施工过程中“三废”治理和环境保护方案、现场的能源消耗是否合理,能否达到预期的质量以及建筑物的低碳节能要求,或能否减少施工过程中的人员、材料、机械的浪费等一系列问题都是至关重要的。项目建设阶段电力的消耗非常之大,在用电节约方面,应依据施工组织设计,确定安全、节约的用电方案,分析施工机械使用次数、进出场时间并进行合理调配,减少施工现场电力资源的浪费。对于汽油或柴油等机械燃料的节约,要合理计算施工机械的使用次数、工作时间,避免重复作业和频繁开启,同时提高操作人员的业务水平,提高工作效率,减少工作时间。在低碳理念中的耐久性就要求在施工阶段要严格控制好施工质量,它的好坏直接制约着建筑的使用寿命。建筑行业中存在一定偷工减料、以次充好的行为,另外由于建筑监理机制不完善,建筑行业的监管存在一定的不足,这些都导致了一部分建筑质量和技术含量不高,建筑寿命减少。短命的建筑被拆掉重建就意味着新的资源、能源的再一次的投入,这是一种巨大的浪费。因此,保证施工质量对实现低碳化意义重大。

2.3.3推行一次装修当前我国市场上销售的商品房大多都是“毛坯房”,交付使用后业主需要就行二次装修才能使用。二次装修不仅浪费建材资源,还会产生粉尘、噪声等污染,增加碳排放,据专家介绍,我国每年因重复装修而浪费掉的材料大概价值在300亿元左右。一些用户甚至擅自改变房屋使用功能、损坏房屋结构,严重影响建筑的使用寿命,因此要大力推行一次装修到位。

2.4使用阶段使用阶段是建筑物的整个寿命周期中时间最长的一个阶段,在这个阶段如何降低建筑物对自然环境的影响,将碳排放降到最低,对于实现低碳化至关重要。建筑物使用阶段的减排是指在使用过程中,在保证基本需求的前提下采取各种措施使消耗的能量最低,这里的能耗主要是指电能、热能等非再生能源的消耗,通过能耗的减少来实现减碳的目的。

2.4.1减少能源消耗建筑物在其寿命周期过程中消耗的能源绝大多数发生在使用阶段,约占到整个建筑周期消耗能源的80%,因此在使用过程中节约能源就变得非常重要。节约能源首先就要减少负荷,比如要减少使用高能耗的设备,尽量使用节能设备等,这是能源节约的根本;其次是要充分利用自然资源,比如通过自然采光减少白炽灯的使用;通过自然通风减少对空调的使用;通过收集雨水用于厕所的冲洗等,这都非常有利于能源的节约。

2.4.2废弃物再利用建筑建筑的废弃物主要是生活污水、生活垃圾等,低碳化的建筑应本着节约化、资源化的原则对其处理并进行再应用。城市生活污水资源化途径一般是设置中水工程,把污染程度较低的洗涤污水、雨雪水集中收集处理后,通过中水工程重新利用。而对生活垃圾的资源化处理应采用收集、回收、处理相结合的方法,实行分类收集处理,一般厨余垃圾将用作禽畜饲料,直接实现资源化,旧电器、过期药品等废弃物品可以通过废弃物回收站进行回收处理,煤灰、炉渣、建筑垃圾等其它垃圾,可单独收集,用于建筑砌块生产的原材料等。

2.4.3生活习惯良好使用者在使用过程中采取正确的使用方法和保持良好的生活习惯。目前,由于不正确的使用方法而造成大量的能源浪费,从而增加了完全可以避免的碳排放量。在有些高档宾馆和高级写字楼,为显示与众不同,冬季室内温度过高,而夏季温度过低,经常出现“冬天开着暖气吹风扇、夏天开着空调盖棉被”的现象,这不仅是对自然资源的极大浪费,而且也不利于人体健康。

2.5拆除阶段在这个阶段,建筑材料和部件成了其他建筑的资源或要回归自然的废弃物,这一阶段如果处理不好,对于环境的影响是巨大的。因此在这个时期,最重要的是减少建筑垃圾,尽可能使拆除的建筑材料和部件能够再生或再利用。

2.5.1减少垃圾为了减少垃圾的产生,就要考虑被拆除建筑物资源的再利用,在这种情况下拆除方法的开发很必要,如果采用传统的爆破拆除的方法显然无法实现资源的回收利用。通过采用有效的拆除方法,可以把被拆除建筑有利用价值的东西拆除之后回收起来。

2.5.2分类拆除建筑材料如果不加区分的拆除的话,多种种类的材料混合在一起就会产生混合废弃物。而如果分类拆除,区分开的废弃物就容易再利用。比如说把混凝土、玻璃、木材等混合在一起的话,就很难再用于其它用途,资源无法实现有效利用,再利用的效率就会大大降低。而如果能实现分类回收,假如还是混凝土、玻璃、木材这些东西,分类回收之后,混凝土可以作为路基材料,玻璃可以溶化后再度利用,木材压缩后还可以做成新的板材,资源利用的效率就会大大提高,建筑垃圾的数量也会大大地减少。

2.6处理阶段处理阶段的任务就是把建筑物拆除下来的建筑材料经过处理,能够再用到其它用途中去。在这一阶段,如何将不同的材料分离出去和再加工成可运用的建筑产品是关键环节。

2.6.1材料分离即使将废弃物进行了分类拆除,拆除下来的部分废弃物一般还是难以直接处理利用,因为许多建筑制品是由不同的材料组成在一起的,还需要将它们分离出去才能再次利用。比如说废弃的混凝土,只有将它破碎分离出骨料、钢筋才能经过处理后再次利用。因此,在这一阶段,破碎分离技术和设备的开发至关重要。

2.6.2加工处理拆除下来的废弃物一般还需要经过处理才能实现再生利用。建筑废弃物经加工后,大多可以作为再生资源重新利用,如混凝土分离出的骨料可以作为原料再次生产混凝土、砂浆或制备诸如砌块、墙板、地砖等建材制品等;将废砖瓦粉碎成骨料后,也可以生产再生砖、砌块、墙板、地砖等建材制品;废钢材、废钢筋及其他废金属材料回炉加工后可以再制作成为金属制品;废旧玻璃经过处理可开发成为外装饰材料和绝热材料再次利用等。

3结语

随着我国经济的高速发展,建筑规模持续扩大,在建造过程中将消耗大量的钢铁、水泥、玻璃、有色金属、塑料等建筑材料,而这些建材的生产过程中也消耗着大量的能源,此外在建筑设备和建筑机械的使用、材料运输、能源生产及加工等为建筑服务的相关环节也消耗着大量能源,这些消耗能源的过程都伴随着温室气体的直接或间接的排放。因此,发展低碳建筑是解决人类目前面临的资源能源危机和环境污染问题,实现低碳经济一条重要途径,因此对这个领域的研究有着很强的现实意义。低碳建筑的开发是个系统工程,建筑物的前期规划设计、项目建设、使用以及拆除处理等各阶段都是紧密联系、相互制约。只有将低碳理论融入到建筑物的整个生命周期,才能真正实现低碳建筑的建设。本文提出了开发低碳建筑的一些思路,为实现低碳建筑的进一步发展提供了一些途径。当然,为了实现建筑低碳化,我们还面临着一系列问题,比如国内低碳技术的研发能力有限、建筑废弃物处理技术有待提高等。除此之外政府还要加强政策的制定以及引导,提高低碳生活的宣传力度,增强全民对低碳生活的认同度和责任感,倡导和支持低碳技术的创新,加快低碳技术的研发及成果产业化进程。低碳建筑、低碳经济的实现需要我们共同的智慧、努力和实践,在一系列策略的指导下,我国的低碳建筑必然走上蓬勃发展之路。


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