3 建筑被動節能措施
利用機械制冷方法改善室內微氣候需要耗費大量的能量,這時室內的熱量轉移到了室外,機械制冷設備的使用使整個城市更熱.因此,建筑被動節能措施應該成為設計的首選.
3.1 墻體與屋面
以洛杉磯為背景的一項計算機模擬研究顯示,白色的屋頂配合樹木蔭涼可以減少18% 的空調能耗,差不多等于1 000 kW 時的電力,在建筑外部恰當的使用材料有助于降低表面溫度,減少熱量吸收和存儲,進而減少空調能耗.某些“涼爽材料”的日照反射率可到70% ,而某些傳統材料的反射率只有20% .一些建筑的表面比較容易改動,如建筑的墻面就可以簡單便宜的改變其反光特性,許多建筑每10 a 左右就要固定的粉刷一次,用具有高反射特性的
涂料代替深色的涂料就可以改變墻面的反光率.現在許多涂料在產品說明上標明涂料的反射特性.目前改變屋頂反光性能的技術和材料還不多見,此外,屋頂地面材料常由于表面積塵材料變舊而失去反射效果.
3.2 建筑表皮綠化和屋頂種植
通過光合作用植物只能將很小一部分太陽能量轉化成化學能量,然而,植物葉面水分的蒸發卻能夠降低葉片表面溫度,進而降低周圍環境的溫度,增加空氣濕度,在城市地表綠化空間有限的情況下,可以利用建筑立面和屋頂進行綠化,屋頂種植具有不同的功能,在視覺上,他美化了建筑的第五立面—— 屋頂,有時還可設計成屋頂花園;在技術上, 植被充當了建筑的
隔熱層,增強了建筑的
保溫隔熱效果,有利于穩定室內氣溫.但綠化過程中需要注意以下事項:植物應該選擇適應當地氣候的種類,以便減少用于保養維護的費用,選擇有利于植物生長的種植介質,植物的防水層必須得到保護,以防止被植物的根莖穿透.綠色屋頂有助于調節建筑的室內氣溫, 夏季,綠色屋頂的表層氣溫比傳統的平屋頂低,此外,冬季綠色屋頂熱量損失比較小,綠色屋頂的冷熱負荷均比普通屋頂的要低.
3.3 建筑設計中的微氣候調節技巧
合理地利用自然條件、靈活的設計手法在改善建筑氣候方面可以取得很好的效果.我國豐富多彩的各地民居中就不乏這樣的優秀例子.當代建筑師利用建筑的“雙層表皮”來調節微氣候; 如福斯特在法蘭克福商業銀行大廈中為部分維護結構設計了靈活的調節方法,創造了“可呼吸的建筑表皮”:內部
幕墻窗開啟的狀態下,室外空氣首先經過外層幕墻底部的百葉、過濾設施進入到中間層,這時的空氣是干凈無塵的,在室內循環之后,通過外層幕墻頂部的百葉溢出,另外
雙層幕墻之間安裝可隨陽光照射自動調節的百葉,適時地起到遮陽作用. 這些例子說明,依靠建筑設計來改善建筑室內微氣候還有很大的潛力.
4 空調設備的改進
具有能源意識的城規劃和建筑設計應該是解決夏季舒適問題的優先考慮.然而,城市條件下僅依靠被動式節能還遠遠解決不了夏季舒適問題,許多情況下,采取機械制冷手段是必須的.然而, 各種機械制冷設備卻表現出不同的能耗標準,因此在下列問題上需要引起注意.
4.1 更好的制冷能效標準
不斷提升建筑空調能效水平是全球性的大趨勢, 日本、美國、歐盟已明確制定了能效水平提高的目標值和時間表, 如美國2006 年要實施的
新能源標簽, 規定分體式空調器的季節性能效比應達到3.52 以上, 分體式
熱泵型空調器的能效比應達到3.81 以上; 日本1999 年4 月1 日生效的新能源法,規定制冷量小于2 500 W 的分體式空調的能效比應達到5.27 以上; 2 500~3 200 W 的分體式空調器的能效比應達到4.90 以上; 3 200~4 000 W 的分體式空調的能效比應達到3.65 以上; 為確保能量利用的效率, 全球許多空調器進口國都制定了空調能效水平的限定值, 低于限定值的產品不準生產和限制進口. 如德國和香港已明文規定對高能耗、低能效比的空調不準進口. 現在我國的家用空調產量已達2 000 萬臺1.3 空調用電已成為國內的耗電大戶,提升能效比才能改善國內的電力負荷特性, 降低尖峰用電負荷比例. 以上海為例, 2000 年夏季尖峰負荷為1 046.6 萬kW , 其中空調用電達390 萬kW , 占尖峰負荷的38.5% . 現在我國每年生產的家用空調將使電網增加負荷1 500 萬kW , 如果能效水平不提升就會給國家造成更大的投資負擔.
4.2 空調節能的可提升空間
提升空調能效水平是一個系統工程,空調的能效水平與壓縮機、
換熱器、電機、風機、風系統、制冷劑、控制系統、系統匹配等眾多因素有非常密切的作用關系,為此各空調生產大國展開了深入的研究和分析.歐盟所進行的提升能效水平(E E R )的技術手段的研究,分析歐盟所得到的提升能效水平的3 種主要的技術解決方案:
(1)
熱交換表面積增加.例如:增加換熱器面積30% ,E E R 平均提高8% ;增加一個制冷管,E E R 平均提高10% .
(2)增加熱交換系數.例如:改進管道設計,E E R平均提高8% ;使用高效風機,E E R 平均提高1% .
(3)其它情況.例如:使用電子整流電機, E E R平均提高2% ;改進壓縮機效率5% ,E E R 平均提高3% .其他各國也采納了眾多的技術手段來提高能效水平.產品效率的提高所采用的多種技術措施,往往會導致成本的增加,這個成本增加是否值得應從整體效應中加以評價.如果將現在實施的強制型的能效限定值(E E R )標準提高10% ,變成節能評價值的能效比(E E R ),不僅減少了電力需求量,降低了電網峰荷,節約了電力基建投資,節電收益將超過成本增加值,其收益比可達1.43,總的結果是得大于失,利大于弊.
5 政府部門的協調和參與
5.1 地方政府參與的迫切性與必要性
近年來,隨著我國經濟發展,對能源的消耗越來越大,特別是夏季高峰用電時刻,能源緊缺現象就顯得十分嚴重.如2003 年杭州市在夏季高峰用電季節,呼吁市民將空調設置溫度降低1 ℃,以減少城市內的用電危機.而由于熱島現象引起的城市高溫
強度遠高于1℃,這就從側面說明政府出面對城市熱島現象采取行動十分必要.根據1997 資料,我國觀測到最大熱島強度北京為9 ℃,上海6.8 ℃,近年隨著城市快速發展和市中心
建筑密度的增大,溫差強度還在擴大.因此,城市管理部門在建設“涼爽城市”中可運用的宏觀調控手段有:完善相關立法,制定法規、發布政策;在規劃和土地使用方面進行協調和平衡;經濟上的激勵和抑制;制定和啟動專門的計劃;
教育和宣傳.到目前為止,管理城市部門在夏季舒適或者緩解熱島效應方面仍然做得太少.一方面熱島現象帶來的負面效應使城市不堪負荷,另一方面,城市決策者和市民對之束手無策.本文上述討論分別從城市規劃、建筑設計、制冷系統等方面探討了可行的對策和方法.然而,真正的難點在于如何使這些技術和策略得以實施并有效地發揮效果.這個過程涉及到市政部門、能源部門、生產企業、設計部門和廣大市民等諸環節,因此不同層次的行政部門應該做出相應的對策.
5.2 國家層次上的參與
2000 年在歌德堡召開的地方環境行動國際大會(IC L E I)制定了自己的行動綱領:協助“城市、地區和其他地方政府制定地方條例來緩解熱島效應”.這次國際大會聯合號召各個國家重視城市氣候惡化問題,并提出國家政府在促進城市氣候改善方面應盡的義務,主要如:促進地方管理部門對熱島問題的重視;要求各種空調制冷設備采取更有效的能耗說明;制定能耗效能標準,鼓勵高效節能產品,淘汰低效率產品;引導“綠色材料”的健康發展;設立專項基金,啟動專門計劃;向民眾加強宣傳力度,讓更多的人參與創造“涼爽城市”的行動等.
5.3 地方層次上的參與
城市管理部門可以根據地方條件制定合適的建設法規、條例,在綠化覆蓋率、
建筑材料、
建筑節能等環節加強政府引導.根據地方情況,制定比國家級標準更詳細的規范,規范可以包括這些細節:指定建筑屋頂使用更高反射率的材料;指定街道、人行道、停車場鋪設材料的特性;在公共建筑投資預算中考慮使用期間的能源消耗費用;加強對公共場所熱環境的監督,改善車站、廣場、道路、停車點等公共場所的夏季舒適條件;在城市小區規劃中,制定詳細的樹木和植被規劃,科學地提高公共地段樹木種植密度;規劃、園林、林業部門盡可能地協作起來,保護現有樹木植被不受到破壞;號召市民加入“涼爽城市”的建設行列.
6 結 語
中國近20 年的高速發展也帶來了不少的環境問題.隨著城市化進程的推進,熱島現象及其負面作用也越來越明顯地顯現出來.而建設一個可持續的氣候宜人的城市, 需要由城市管理者進行多方面的協調.建設“涼爽城市”是一個長期的工作,各地各部門應該未雨綢繆,提早將這個工作開展起來.
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