建筑零能耗技术的运用

来源:用户上传      作者: 比尔.邓斯特 陈 硕

　　中国正处在气候变化的前沿地区，城市扩张面积几乎每年等同于新增一个伦敦，在能源基础建设上平均每周新增一座燃煤发电站。然而真正的竞争不仅仅存在于对外可再生能源技术的应用，还在抢先他国利用巨大的国内市场实现产品规模经济效益，并形成稳健的低碳排放工业供应链。所以低碳建筑的设计如何在建筑结构中运用简单的被动设计，从而将能源需求降低，可再生能源变得切实可行之。设计时不仅应谨记低碳排放总体规划的重要战略地位，还要意识到不同居住密度要求的环境策略。最重要的一点是：要设计一种崭新的建筑语言，以应对这个美丽国度上所发生的重大气候变化的威胁。这种语言中的每个设计决策，每座建筑的每个立面和构件，都将有助于营造一个鲜活、生动的有机体，这一“整体性”系统的思想因为敢于梦想实现零碳，零能耗的社会而超越了当下的实用主义建设进程。在气候变化加剧并达到石油峰值之前。各国都只有大约15年的时间。此后，各国将不得不以今日我们所目击之速度将自然资源投入到大规模的基础设施建设之中。今日之世界需要中国以睿智的方式进行投资和发展，从而摒弃CO2数十年来以石油为主导的思维方式，率先进入一个和平，不会因能源供应萎缩而产生冲突的世纪。
　　
　　贝丁顿案例
　　
　　由贝丁顿零能耗发展项目(BeddingtonZero Energy Development)开发的贝丁顿“零能耗发展”社区位于伦敦附近的萨顿(Sutton)市，由美国著名的生态建筑师比尔，邓斯特(Bill Dunster)设计。该项目被誉为英国最具创新性的住宅项目，其理念是在不牺牲现代生活舒适性的前提下，建造节能和环保的和谐社区。于2002年建成的社区占地1.7ha，包括82个单元(271套公寓)和2369m2的办公、商用面积。
　　贝丁顿零能耗是第一个典型案例。其理念是展示如何既能将住宅区与工作区相结合，又能与周边郊外住宅区的居住密度相匹配，从而切实提高小区整体的宜人性――尤其是花园和公共开放空间的宜人性。这得益于将朝南的单面住宅排屋与朝北的生活／工作单元或工作区相搭配。通过在工作区屋顶上设置花园，就有可能让几乎每一个家庭拥有花园或阳台，同时又使办公区能获得充足的北面光照。经过5年的充分使用，从未有住户对小区内的工作者表示过抱怨，这表明不同功用的结合在整体上是互补的。设计团队努力在正确的地点做正确的事情。
　　
　　案例分析
　　
　　
　　一项来自伦敦历史最悠久的房屋协会――皮博迪信托机构――的有关混合收入综合居住区的大纲要求1／3的住宅作为社会租赁房：1／3的住宅为共有产权房；1／3的住宅作为私有产权出售。大纲要求同时考虑大家庭和小家庭的居住需求，也要有1室或2室的公寓，这就产生了不同平面单元形式的多样性，而每个单元形式又可改变以适合其在总体规划和剖面图中的位置。朝北的工作区可以分为诸多小单元，每个单元都有一个单独的前门通往街道，或者也可将单元之间打通形成一个长度与整个排屋长度相当的大型工作空间，足以容纳30～40人同时办公。
　　这就使无论是大规模还是小型的公司都可以融入这个社区中。为连接一层的居所与相邻的工作区，设有门和抬高的入口，顺应了居民或者想扩大自己的居所，或者想将自己的住宅和工作区连为体的意愿。这种灵活性使自由职业的父母们更能兼顾家庭与工作，做到两者间更好的平衡，这一设计直接受到我们在希望之家项目中运行零能耗TU办公室时的经验启发。从当地拆除现场中回收结构性钢构件和软木墙筋，然后重新制成有用的新结构构件这方面而言，生态区的重建十分成功。绝大多数散装材科和劳动力都来自距现场80km的区域范围内，因此尽管拥有更厚的墙体和更高的热容性，其建筑中的隐含碳与批量建造的工业标准产品的体积相比却更少。
　　贝丁顿零能耗社区的规模恰当，完全与区域内的污水处理厂和采用木质燃料的热电联产中心相适应。尽管我们可以根据需求准确地设计发电厂的规模，但是高昂的人工维修费用对于一个这样规模的封闭社区而言令人不得不望而却步，不过，此问题有望随着这两项社区应用的技术在伦敦南部的逐渐普及而获得解决。
　　生物质热电联产系统非常适用于混合收入居住区的零供暖规格的社区，因为这种社区的热需求仅限于加热水，且全年需求量变化不大，一般都安装有特大的热水箱，能在满足高峰期需求的同时仍然允许全天缓慢加水。这样，发电厂就能恰好满足平均电力需求，当社区电量有剩余时可将余量输出到电网――而在高峰用电期又可输入电网电量以满足需求。两相比较之下，一年以后，如果电厂运行稳定，只在维护期间有计划地停机，则其产生的能量会比实际需求略多。如果剩余电量为年需求量的5％～15％，则应有可能抵消其最初建造时的隐含碳和计划维修／更新时将产生的碳排放量。同传统供暖锅炉相比，生物质热电联产系统的优势在于，在两者消耗同样数量的生物质燃科的情况下，生物质热电联产系统可以利用废气产出电能，而传统供暖锅炉的燃烧方式则不太可能对生物质燃料有如此高效的运用。这使得生物质热电联产系统更容易被控制在国家的生物质能源限额以内，同时仍适用于居住密度更高的社区。
　　
　　整体规划实现居住零能耗
　　
　　贝丁顿“零能耗发展”社区的“零能耗”得益于两大特色其一是按照节能原则设计的建筑物，其二，社区能耗来源于内部的可再生能源。具体操作时主要通过下述三个环节来予以实现。
　　
　　1　建筑节能
　　建筑师通过各种措施减少建筑的热损失，并尽可能使用太阳能获得热量。各建筑物紧凑相邻，以减少建筑的总散热面积。为减少建筑物的表面热损失，建筑物的楼顶，外墙和楼板都采用300mm厚的超级绝热外层：窗户选用内充氩气的3层玻璃窗；窗框采用木材以减少热传导。每一居民户朝南的玻璃阳光房是其重要的温度调节器冬天，阳光房吸收了大量的太阳热量来提高室内温度，而夏天将阳光房打开变成敞开式阳台，利于散热。采用自然通风系统将通风能耗最小化。风力驱动的换热器可随风向的改变而转动，一边排出室内的污浊空气，一边利用废气中的热量来预热室外寒冷的新鲜空气。在此热交换过程中，最多有70％的通风热损失得以挽回。
　　2　热电联产系统(combined heat and power system，简称CHP)满足必需的能源需求
　　有些能耗是生活中必需的，如居民用水用电。贝丁顿社区采用热电联产系统为社区居民提供生活用电和热水。同时，该系统以可再生资源――木材为燃料。根据供应量，系统每年的木材需求量是1100t，其来源包括周边地区的木材废料和邻近的生态公园中管理良好的速生林。整个社区需要一片3年生的70ha速生林，每年砍伐其中的1／3，并补种上新的树苗，以此循环。树木成长过程中吸收的CO2，在燃烧过程中等量释放出来，符合零温室气体排放原则。
　　3　“绿色交通计划”减少居民汽车出行的需要
　　贝丁顿社区的“绿色交通计划”包含三个层面：

　　(1)减少居民出行需要
　　社区内的办公区为部分居民提供在社区内工作的机会。公寓和商住、办公空间的联合开发，使这些居民可以从家中徒步前往工作场所，减少社区内的交通量。同时，为减少居民驾车外出，物业管理公司也作了多方面的努力，包括为社区内的商店组织当地货源，提供新鲜的环保蔬菜、水果等食品；退台式屋顶每上一层都往里设个退缩位，为下一层公寓营造露台或花园，鼓励居民在自家花园中种植蔬菜和农作物；社区内还设置多种公共场所――商店、咖啡馆和带有儿童看护设施的保健中心，满足居民多样化的生活需要。
　　(2)推行公共交通
　　社区建有良好的公共交通网络，包括两个通往伦敦的火车站台和社区内部的两条公交线路。开发商还建造了宽敞的自行车库和自行车道。遵循“步行者优先”的政策，人行道上有良好的照明设备，四处都设有婴儿车，轮椅通行的特殊通道。社区为电动车辆设置免费的充电站。其电力来源于所有家庭装配的太阳能光电板(将太阳能转换为电力)，总面积为777m2的太阳能光电板，峰值电量高达109kWh，可供40辆电动车使用。
　　(3)提倡合用或租赁汽车
　　为满足远途出行需要，社区鼓励居民合乘一辆私家车上班，改变一人一车的浪费现象。当地政府也在公路上划出专门的特快车道(Car P001)，专供载有两人以上的小汽车行驶。同时，社区内设有汽车租赁俱乐部，目的是降低社区内的私家车拥有量，让居民习惯于在短途出行时使用电动车。
　　
　　批量建造
　　
　　在完成贝丁顿零能耗项目后，零能耗工厂团队意识到，必须降低建筑构造的复杂度和构件成本，才能令房产开发者们心悦诚服地推广这种社区。
　　打包的零能耗概念是对排屋概念的阐释，以确保在欧洲最大限度地复制混凝土叠合成形技术，或者，如果在较小的项目中选用了更传统的低成本构造技术，则复制简单的预制混凝土构件。在这里，桥梁已经消失，前庭花园更宽广。以更高的空间标准打造更适宜的私人空间，生活／工作单元也拥有自己的花园，而复式住宅的屋顶花园改进得更具私密性，不会被俯瞰困扰。街区之间的间距略有扩大，以增加日照，并实现了路边停车和邮递到户。每栋住宅和工作单元既有一个直接面向街区的前门，又有自己的私人花园。每户的太阳能电池板面积有所增加，各种标准的户型：从一室，二室和三室公寓到复式，排屋和生活／工作单元――均可在简单的横墙结构体系中找到。这类型的变体有医疗零能耗(MedZED)和教育零能耗(EdZED)：北侧的生活／工作单元部分可以作为医院病房或教室使用，并且由一条南北向的线形轴向街道相联系，从而创造出个更大型的公共机构又为在这里工作的职工提供住房。平价运作具市场推广的潜力
　　相比传统生态社区的高造价带来的低收益，贝丁顿社区在经济上的成功是令人鼓舞的。以一栋典型的小区建筑单元：由六套三居室的复式公寓、六套一居室的公寓及六套办公单元组成一栋建筑而言，同传统的相同面积的房产项目相比，虽然总投入增加52.12万英镑，但由于市场反响强烈和政府的鼓励：在这个项目的设计和运作中，世界自然基金会为其提供了资助，萨顿市政府也以低于正常价格的地价作为鼓励，使开发商在地价和售价方面双重得益。最后的总收益比传统的相同面积的房产项目多66.8万英镑。
　　对住户而言，每年的水电账单就可以减少3847英镑。根据入住第一年的监测数据，小区居民节约了热水能耗的57％，电力需求的25％，用水的50％和普通汽车行驶里程的65％。而环境方面的收益更多，每年仅CO2排放量就减少147.1t，节约水1025t。
　　人们往往把生态社区或节约型的生活方式想象成“苦行僧”式的小区，或握有建设节能建筑的技术，却在市场面前步履维艰。贝丁顿社区的成功表明，建设环保的和谐社区，并不能仅仅停留在美好的愿望上，必须要考虑到市场关系，要使参与各方都能够得到利益。在利益机制的诱导下，使经济活动当事人主动去参与社区的建设。

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