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太阳能建筑节能省地型住宅建设的重要途径

信息来源:nooeoo.com  时间:2009-03-17  浏览次数:292

  随着我国国民经济和人民生活水平的持续快速发展,能源问题与环境问题一样,已经成为影响中国经济和谐发展的关键因素。我国加入《京都议定书》条约,中央政府对于节能省地住宅的高度重视,以及中国第一部《可再生能源法》的提前出台,等等信息表明我国住宅建设及其相关的能源问题已经成为全局问题。太阳能建筑将在调整住宅能耗结构、保障建筑能源安全,降低温室气体排放、保护大气环境,解决农村和偏远地区用能、提高国民生活质量,以及推进和实施我国住宅产业化政策等诸多方面产生积极的影响。
  1、太阳能建筑的定义

  传统意义上的太阳能建筑指经设计能直接利用太阳能进行采暖或空调的建筑。比较成熟的是通过太阳能的光热利用,在冬季对室内空气进行加热的太阳能采暖建筑,一般分为主动式和被动式两大类。

  随着太阳能利用科技水平的不断提高,太阳能建筑已经从太阳能采暖建筑发展到可以集成太阳能光电、太阳能热水、太阳能吸收式制冷、太阳能通风降温、可控自然采光等新技术的建筑,其技术含量更高,内涵更丰富,适用范围更广。

  生态建筑、绿色建筑、节能建筑、低能耗建筑、健康建筑以及我国的康居示范工程等等,都重视太阳能的利用。准确定义太阳能建筑很困难,但从国际和国内的研究和实践经验来看,太阳能建筑(Solar Buildings)至少应该包含以下几个层面的内涵:

  太阳能建筑的目标是尽可能的充分利用太阳能来满足建筑能耗和健康环境的需求,降低常规能源在建筑能耗中的比例;

  太阳能建筑的实施是今寿命周期的,应体现在建筑物策划、设计、建造、使用、维护以及改造等活动中;

  太阳能建筑的推广应因地制宜,针对区域气候特征、经济发达程度以及建筑使用特征等因素,采用适宜的建筑技术和太阳能技术;

  太阳能建筑的发展应基于综合的、多角度的比较,包括生态设计、建筑节能、投资平衡、复合其它可再生能源、选择配套的常规能源等;

  太阳能建筑的研究是不断发展的,不仅包括应用理论和计算方法,还应向能效评价、工程实测等多方面深入。

  显然,以太阳能提供的能源在建筑使用能耗中所占比例来定义太阳能建筑是符合社会和技术发展现状的。但目前的研究还不深入,正在开展的太阳能建筑量化指标与评价体系的研究工作显然非常必要。

  我国在太阳能建筑领域进行了长期的、积极的研究与实践。各级政府、太阳能企业、科研院所、设计单位以及开发商等不同利益团体在不同层面、不同行业、不同范围内做了大量细致的工作。其中技术最成熟、应用范围最广泛、产业化发展最兴旺的是家用太阳热水器(系统)、被动式采暖(太阳房)和被动通风技术,并已在提供能源和替代化石燃料中发挥了积极的作用,太阳能产品(系统)的生产企业、工程与系统集成企业、研究开发单位为此做出了卓越的贡献,同时也表明跨行业、跨领域的应用研究尤为迫切。

  2、太阳能建筑的理念

  高效利用太阳能提供住宅建筑的复合能量系统,以满足住宅的使用功能需求以及安全、便利、舒适、健康的环境需求,是发展太阳能建筑的目标。因此,太阳能建筑不仅关注光热、光伏等现代科技与住宅建筑的和谐应用,而且更加关注生态设计理念的传播和传统被动太阳能建筑理念的提升。

  全方位的被动设计理念指不采用特殊的机械设备,而是利用辐射、对流和传导使热能自然流经建筑物,并通过建筑物本身的性能控制热能流向,从而得到采暖或制冷的效果。其显著的特征是,建筑物本身作为系统的组成部件,不但反映了当地的气候特点,而且在适应自然环境的同时充分利用了自然环境的潜能,目的是全面解决建筑设计固有的问题。包括:

  最大限度地利用自然采光,降低人工照明的能耗,改善住宅室内光环境,满足生理和心理上的健康需求。

  充分利用并控制住宅的日照环境,保证居室卫生、改善居室小气候、提高舒适度。例如,采用建筑遮阳设计,以减少炎热夏季的阳光直射(对深圳地区的建筑节能模拟测试显示,建筑遮阳可减少夏季空调能耗23—32%);按照被动采暖设计,能够充分利用寒冷冬季的太阳直射和辐射能量;创造宜人的建筑光影环境,以暗合和尊重人体的生物节奏;等等。应用最多的活动外遮阳设施不但可以达到上述目标,而且还能够创造丰富的建筑肌理形象。

  提高绿化率,减少硬质地面。夏季住区环境温度升高一度,建筑制冷能耗增加10%因此,合理的规划不仅要保证住宅的合理朝向和间距,还要保证住区的绿化率和绿化均匀度,从而达到建筑遮阳、降低环境温度的目的。另外,落叶乔木的冬夏变化,住区水环境的合理设计,同样改变着建筑的外部热环境。因此,回归自然的山水园林景观容易受市场追捧。

  加强建筑的保温隔热,这是现代住宅建筑充分利用太阳能的前提条件,同时也有利于创造舒适健康的室内热环境。

  优化建筑布局,提高住区的风环境质量,达到夏季通风良好。而在冬季,住区局部最大风速不超过5m/s,建筑物前后压差不大于5Pa,减少冷风渗透。

  充分利用自然通风排除室内污浊空气,改善室内环境,保证人与自然交往的心理需求。由于住宅建筑进深较浅,一般多利用风压获得自然通风。

  全方位的被动设计方法还包括,住宅屋顶形状和材料选择、屋顶和地下室的换气构造、墙体材料和性能的控制、屋顶冷却等等。

  利用太阳能光热、光伏技术除了提供稳定的生活热水供应、制冷与采暖以及电力供应外,还应为住宅提供“值班环境”用能。如采用全自动运行的太阳能通风采暖技术,可以保证无人居住时的室内基本环境质量。当然包括风力发电、地源热泵等可再生能源的应用从更大范畴而言,也可以归纳到太阳能的应用。例如,地表浅层收集了47%的太阳能量,从而成为巨大的太阳能集热器。

  3、太阳能建筑在节能省地型住宅建设中的重要作用

  3.1是调整住宅建筑能耗结构、保障能源安全的现实需求

  2000年的统计结果表明,尽管我国民用建筑的整体舒适度低于世界各发达国家,但我国的建筑能耗已经占到当年全社会终端能源消耗的27.8%,接近发达国家(1/3左右)的水平,采暖和空调为主的建筑能耗已占10%以上。因此,在我国《可再生能源法》的编制报告中指出,到2010年可再生能源利用量不低于全国能源消费总量5%,2020年可再生能源利用量不低于全国能源消费总量10%。

  我国具有丰富的太阳能资源,年日照时数在2200小时以上地区约占国土面积的2/3以上。对太阳能应用的预测结果为,在正常发展和生态驱动发展两种模式下,2050年我国太阳能利用在总能源供给中分别达到4.7%和10%

  显然,太阳能建筑将在调整建筑能耗结构、保障能源安全的现实需求和心理需求等方面发挥积极作用。

  3.2将大大降低温室气体排放和大气环境保护方面的压力

  有关资料显示,世界各国建筑能耗中排放的C02约占全球排放总量的l/3。

其中,住宅约占2/3。

  事实上,我国目前约90%的二氧化硫和氮氧化物排放来自化石能源的生产和消费。大气污染物造成的酸雨、呼吸道疾病等已经严重威胁经济发展和人体健康。对我国未来C02减排的潜力估计是,到2010年以后,太阳能利用对减排开始有较明显作用,2020年以后开始有较显著作用。

  3.3是农村和偏远地区全面建设小康社会的有效手段之一

  目前,我国仍有4亿左右农村居民,依靠直接燃烧秸秆、薪柴等生物质提供生活用能。全国还有约2万个村,约800多万农户、3000万人口没有电力供应。同时,经济发展水平较高的地区,农村生产、生活用能中商品能源的比例不断上升,对化石能源需求加大。因此,将现代太阳能理念和技术与传统的建造技术相结合,解决偏远地区农房基本能源供应,对全面建设小康社会,保护生态环境具有重要的现实意义。

  实际上,截至2002年底的统计数据,今国农村房屋建筑面积已达256.2亿平方米。其可以利用的屋顶面积是可观的。

  因此,在《可再生能源法》第十八条“国家鼓励和支持农村地区的可再生能源开发利用”中指出:“县级以上地方人民政府管理能源工作的部门会同有关部门,根据当地经济社会发展、生态保护和卫生综合治理需要等实际情况,制定农村地区可再生能源发展规划,因地制宜地推广应用沼气等生物质资源转化、户用太阳能、小型风能、小型水能等技术,县级以上人民政府应当对农村地区的可再生能源利用项目提供财政支持”。

  最近在北京市平谷区新农村新民居建设中,充分利用了太阳能提供采暖及生活热水用能。实测表明,1 5m2的太阳热水集热器与12m2太阳热风集热器,平均一个冬季可以提供约18900MJ的热量,对建筑耗能的贡献率为49700的情况下,平均可保证70m2主要采暖空间的供暖,可节约1054kg标煤,每户平均一个采暖季实际采暖耗煤量为1093kg标煤。在整个采暖季中的最不利工况下,太阳能采暖系统贡献奉为19%。太阳能的利用,显著地提高了农民的生活质量。采用目前的太阳能采暖系统,与居民原有住房相比,扩大了3~4倍的采暖面积现状为1间,提高了采暖温度(现在的室内温度为1 5—1 6℃,原来为1 0—13℃),改善了室内的热舒适度,并为自助游经济的发展提供了物质基础。如果将民居进一步按被动太阳能建筑设计(如改变阳台形式,形成可控制通风的阳光室;减小北立面窗户面积;合理划分室内采暖空间;提高节能节点设计,减小冷桥;等等),太阳能的保证率将会更高。

  3.4将对我国能源政策和住宅产业化的推进和实施产生积极的影响。

  尽管国家和行业主管部门已经出台了一系列法规、标准,如节能中长期发展规划、民用建筑节能管理规定、不同地区的节能设计标准等,除成本、技术、市场等制约因素外,管理体制过于分散、激励政策体系不健全、全民教育与理念传播不够等都是制约太阳能建筑发展的相关因素。

  当前,太阳能建筑的理念推广比具体某项技术或产品的推广更加迫切。据不完全统计,到2002年,在全国既有131.8亿平方米的房屋建筑中,只有3.2亿平方米的节能建筑。可以看出,太阳能建筑在生态和节能的教育、生活方式的改变和理念的传播等方面的重要性。

  发达国家和部分发展中国家已把发展可再生能源作为占领未来能源领域制高点的重要战略措施。我国太阳能热水器年增长速度到达了20%以上,光伏产业也在快速增长。太阳能建筑已经成为开拓经济增长点、创造更多就业机会的有效途径。但在建筑教育课程、建筑施工环节、建筑验收规程以及住宅产业化政策中并没有体现出其作为一个“专业或领域”应有的地位。

  可喜的是在《可再生能源法》第十二条中,“国务院教育行政部门应当将可再生能源知识和技术纳入普通教育、职业教育课程”。第十七条“国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统。国务院建设行政主管部门会同国务院有关部门制定太阳能利用系统与建筑结合的技术经济政策和技术规范。房地产开发企业应当根据前款规定的技术规范,在建筑物的设计和施工中,为太阳能利用提供必备条件。对已建成的建筑物,住户可以在不影响其质量与安全的前提下安装符合技术规范和产品标准的太阳能利用系统。”

  可以相信,不久,随着住宅产业化进程的推进,太阳能产品将像电视、电话那样成为设计师、开发商、业主的自然选择,国家责任和全民义务相结合将成为必然趋势。

  4、发展太阳能建筑、推进节能省地型住宅建设节能省地的核心依然是节能、节地、节水、节材和环境保护,充分体现资源的节约和可持续发展。

  现实是,我国人均土地占有量是世界平均水平的1/3,而960万平方公里的国土中适宜居住的只有23%。其中耕地只占13%,人均耕地面积只有1.41亩。因此,我国不仅粮食要依赖进口,更需要大量进口能源。截至2002年底,全国既有房屋建筑面积为388亿平方米。随着经济的发展,估计到2020年,我国还将新增建筑面积约300万平方米(目前,我国城市平均每年新增建筑面积10亿平方米,住宅建筑面积占60—70%)。“充分利用屋顶资源,向屋顶要能源”,将不再是一句口号。

  在太阳能建筑的研究推广中,转变观念特别重要,包括:

  (1)提升常规建筑设计理念,并向生态驱动设计理念转化;

  (2)研究传统的建筑构造理念,开发先进的围护结构技术,适应现代太阳能技术的发展;

  (3)关注住宅全生命周期内的投资平衡和权益分配;

  (4)复合利用其它可再生能源,优化住宅建筑能耗结构,满足住宅的能源供应和健康环境的需求。

  在太阳能建筑的研究推广中,应综合考虑下列因素:

  (1)充分考虑区域气候特征和经济发达程度的差异:西部经济欠发达而太阳能资源又丰富的地区,应以被动利用太阳能建筑为主,加强集热、蓄热、导热等材料和技术的研发与推广;而对于经济发达的沿海地区,夏季炎热、冬季阴冷,又具有冬季采暖、夏季空调的生活需求和经济能力,应积极扩大综合利用太阳能建筑新技术的投资环境、理念基础和政策优势,并作为实施太阳能采暖制冷、防潮隔热技术示范推广的首选地区。

  (2)关注居民的生活习惯和可支付能力:目前稳定的热水供应已逐步成为居民的基本生活需求之一,人们也因此建立了基本的生态与节能意识。这是太阳能热水设备(系统)与建筑结合发展最快的主要原因之一。

  (3)针对不同的建筑功能,实施不同的激励政策:尤其对于量大面广的居住建筑则实行税收及贷款优惠政策、能源投资机制及业主有偿使用相结合的政策。当然这些政策应同样适用于既有住宅建筑的改造。

  (4)建立和完善太阳能建筑技术和体系:编制设计规范、标准及其相关图集,建立产品(系统)检测中心和认证机构,完善施工验收及维护技术规程等,是太阳能利用(如热水供应)列入建筑工程设计环节,并作为一个“专业”纳入建筑体系的前提。

  (5)强化理念推广和意识培养:引导人们了解建筑能耗、建筑环境、生态保护等一般知识,扩大和延伸已经成熟的太阳能热水和太阳能采暖应用理念。倡导“理念先行、示范突破、政策跟进”的原则,推行“标准设计、检测认证、建筑准入”的机制,逐步推进太阳能建筑在我国的发展,最终达到太阳能建筑的普及和推广。

  开源节流是我国推进节能建筑的发展之路,太阳能建筑将成为节能省地住宅建设的重要途径。

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