绿色建材概况及前景?
绿色建筑是指为人类工作、生活和活动提供健康舒适的空间,同时实现能源最高效利用和对环境影响最小的建筑。它是实现“以人为本”和“人-建筑-自然”和谐统一的重要途径,也是21世纪中国可持续发展战略的重要组成部分。
绿色建筑遵循可持续发展的原则,体现绿色平衡的理念。通过科学的整体设计,集成了绿色配置、自然通风、自然采光、低能耗围护结构、太阳能利用、地热利用、中水利用、绿色建材、智能控制等高新技术,充分展现了人文与建筑、环境、科技的和谐统一。
绿色建筑具有六大特征:绿色合理的场地规划、资源高效循环利用、综合措施有效节能、健康舒适的建筑环境、无害的废弃物减排、灵活适用的建筑功能。既能满足人的生理和心理需求,又能消耗最经济合理的能源和资源,对绿色环境的影响最小。
20世纪60年代,意大利裔美国建筑师保罗。PaolaSoleri将生态学(Eco1ogy)和建筑学这两个词结合成“Arology”,提出了著名的“生态建筑”(绿色建筑)新概念。上世纪70年代,石油危机的爆发让人们清醒地认识到,以牺牲生态环境为代价的高速文明发展史是不可持续的。消耗自然资源最多的建筑业必须转变发展方式,走可持续发展之路。太阳能、地热能、风能、节能围护结构等各种建筑节能技术应运而生,节能建筑成为建筑发展的先导。
20世纪80年代,节能建筑体系在英国、法国、德国、加拿大等发达国家逐步完善并广泛应用。与此同时,由于建筑密闭性的提高,室内环境问题也逐渐显现,很多写字楼出现了严重的建筑病综合症(SBS),影响了楼内工作人员的身心健康和工作效率。以健康为中心的建筑环境研究已经成为发达国家建筑研究的重点。
1992年在巴西里约热内卢召开的“联合国环境与发展大会”,使“可持续发展”这一重要思想在世界范围内达成共识。绿色建筑逐渐成为一个体系,并在许多国家得到实践和推广,成为世界建筑的发展方向。
30多年来,绿色建筑的理念在发达国家逐渐完善,形成了较为系统的设计方法和评价方法,各种新技术、新材料层出不穷。一些发达国家也组织起来探索实现建筑可持续发展的途径,如加拿大的“绿色建筑挑战”(GREENBUILDINGCHALLENGE),采用新技术、新材料、新工艺,实施综合优化设计,在满足建筑需求的基础上,最大限度地减少资源和能源的消耗。日本颁布了《住宅建设规划法》,提出了“重组大城市居住空间(环境)”的要求,以满足21世纪人们对居住环境的需求,适应住房需求的变化。20世纪90年代,德国开始实施适应生态环境的住宅政策,从而有效实施可持续发展战略。20世纪80年代,法国对住宅区进行了大规模的改造,包括改善住宅区的环境。瑞典实施了“百万房屋计划”,在住宅建设与生态环境的协调方面取得了显著成就。
课题研究的背景
绿色建筑与奥运会结合的时间并不长,但可持续发展的理念和奥林匹克精神已经迅速实现了和谐统一。美国亚特兰大1996奥运会期间,已经尝试了一些可再生能源和高效交通措施。2000年澳大利亚悉尼奥运会,绿色建筑的理念开始体现在奥运场馆及其配套设施的建设中。悉尼奥运会被认为是目前科技含量最高的夏季奥运会,而受到全世界广泛关注和好评的绿色奥运村最能展示悉尼奥运会的高科技含量。这一项目的成功设计、建设和施工也是由现有的绿色建筑技术评估体系(如澳大利亚的NABERS)所贡献的,这是确保建筑过程的各个环节充分体现可持续生态理念的重要举措。该项目的成功不仅促进了绿色建筑设计思想和理念的成熟和发展,也为澳大利亚在世界上赢得了荣誉和尊重。
北京2008年奥运会提出了绿色奥运、科技奥运和人文奥运的口号。如何使奥运建筑和公园真正实现“绿化”的内涵,建设可持续发展的建筑和公园,是实现2008年北京“绿色奥运”的关键。在此背景下,2002年6月,科技部“科技奥运十大专项”之一的“绿色奥运评价体系构建研究”项目启动。该项目汇集了清华大学、中国建筑科学研究院、北京建筑设计研究院、中国建筑材料科学研究院、北京环境保护研究院、北京工业大学、全国工商联住宅行业商会、北京可持续发展科技促进中心、北京城建科技发展。
“绿色奥运建筑评价体系”的研究,就是试图通过在整个建设过程中建立严格的、可操作的监督管理机制,并落实到招投标、设计、施工、调试、运营管理的各个环节,努力实现奥运建筑的绿色化。具体研究内容如下:根据绿色建筑的理念和奥运建筑的具体要求,制定奥运建筑和公园建设的“绿色”标准,研究制定科学的、可操作的该标准的评价方法;研究能够支撑这一评估体系正常运行,并在奥运建筑从申办到运营管理的全过程中发挥有效作用的机制和政策,确保奥运建筑和公园建设的“绿化”能够高水平实现,在“绿化”和可持续发展方面达到国际先进水平。
评价体系内容简介
1.全程监控和阶段评估
针对公园规划、业主招标、建筑设计、施工、验收和运营管理的全过程,在各个建设阶段采用科学的评估体系、评估手段、相应的管理机制和质量保证体系,确保奥林匹克公园建设达到绿色、可持续发展的预期目标。根据全程监控、分阶段评估的指导思想,评估过程由四部分组成:
第一部分:规划阶段
第二部分:设计阶段
第三部分:施工阶段
第四部分:验收和运营管理阶段
根据以上不同建设阶段的特点和要求,分别对环境、能源、水资源、材料和资源、室内环境质量等方面进行评价。只有满足了前一阶段绿色建筑的基本要求,才能继续下一阶段的设计和施工工作。根据该系统,如果在施工过程的所有阶段都符合绿色要求,则该项目可被视为符合绿色建筑标准。
2.QL评分法
绿色建筑追求最小的能源、资源和环境成本,获得健康、舒适、高效的建筑环境。这两者有时是相互矛盾的。为了对他们的实际情况给出一个清晰而科学的描述,这个评价体系采用了两个指标:质量和负荷。与发达国家(如美国LEED)的现行标准相比,这种双指数法解决了上述矛盾,更准确地描述了评价对象的绿色度。评价规定分为Q和L两类:Q(质量)是指建筑环境的质量和为用户提供服务的水平;l(负荷)是指能源、资源和环境负荷的贡献。两者结合起来可以综合评价建筑的“绿色”程度。
在考察建筑物的L(负荷)质量时,不直接用L而是换算成LR(负荷减少量)来评价,也就是说“建筑物的环境负荷减少越多,得分越高”,操作简单。然后,我们可以使用统一的五级评分系统(此时L=5-LR)及其匹配的权重表,分别对不同类型建筑的Q和LR进行评价。
根据评价项目在不同阶段的重要性,分别制定相应的权重系数。参评建筑的实际Q/LR得分=∑(5分量表得分×权重系数)。对于有多种类型建筑的公园,整个公园的综合评价结果需要乘以各种类型建筑的面积比及其对应的Q和LR得分。
参评建筑的Q/L评价结果可以用如图2所示的二维图表进行科学描述。
其中包括:
A区:资源、能源、环境少,建筑服务质量优,是最好的绿色建筑。
B区和C区:还是绿色建筑,但是消耗资源和环境太多,或者建筑质量略低。
D区:资源和能源消耗高,但建筑质量低。
E区:付出了大量的资源、能源、环境却获得了低劣的建筑质量,必须避免。
测评软件除了提供二维Q图外,还可以根据用户提供的建筑信息生成一系列直观的图表,形象地展示参评建筑在不同等级项目测评过程中的性能优劣。
重大创新
本课题的主要创新点如下:
1.本文从“绿色建筑”的概念出发,针对中国的具体情况,系统地提出了中国绿色建筑的主要内容和重点,既符合国际先进理念,又突出创新。比如强调项目论证的必要性和总量、规模、容积率的控制;强调建筑的生命周期分析,关注建筑材料的可再生性和可再利用性:提出各种能源结构和使用模式下的评价方法,关注能源等级,提出能源的优化利用和梯级利用,关注降低能源转换系统的能耗,倡导热量回收;综合考虑和评价建筑物的直接污染和二次污染;注重水资源的综合高效利用和保护,强调分质供水和梯级利用,明确节水率和重复利用率的合理范围,强化用水安全;对施工过程进行专项评估,倡导绿色施工和绿色管理;注重验收和运营管理,强调考核管理制度和激励机制、实际运营效果和实测统计数据。在此基础上,提出了全面实施“绿色建筑”的体系和框架。
2.得到了多个绿色建筑的量化评价指标体系,包括:通过对近20个实际项目的调研和计算,提出了建筑材料生命周期评价的4个量化指标,即资源消耗、能源消耗、环境影响和本地化;建立科学、客观、全面的建筑能耗量化评价指标体系,通过建筑耗热量和耗冷量指标评价居住建筑节能状况。提出了用与参考建筑对比的方法来评价办公建筑的节能效果。提出了基于能量质量系数的ECC指标来评价不同的供暖空调系统和方法:提出了TDC指标来评价风机、水泵等输配系统的能耗;提出了评价新风热回收的热回收能效比CEP指标;提出照明能耗系数,结合灯具、照度、控制综合评价人工照明。单位建筑面积污染物排放总量指标体系(CO2、可吸入颗粒物、N0x、S0x等。)和建筑排热评价指标体系来评价空气污染(直接或间接)和温室效应。
3.提出全过程控制的观点和相应的评价方法及实施指南。根据我国建设项目实施过程的特点,评价体系分为四个阶段:规划阶段、设计阶段、施工阶段、验收和运营管理阶段。根据每个阶段的特点,制定相应的评价体系。通过各阶段的控制,保证最终绿色建筑的实施。这与国外(如美国的LEED系统)仅限于最终项目的绿色评价完全不同。
4.建议采用Q(质量)-L(负荷)双指标体系和权重体系对中国绿色建筑进行评价。揭示了建筑建造过程中获得健康舒适的居住空间、占用能源资源和影响环境之间的矛盾,指出绿色建筑的核心是追求这一矛盾的协调。
5.开发了一批可用于定量模拟计算和优化设计的软件。
评估案例——某综合体育馆(设计阶段)
1.基本信息描述
北京某体训局东校区东南角,坐落着一座综合体训馆。训练局大院北、南、西三面为城市道路,东面为城市规划道路。工地南面是人工湖,东面是居民区,北面是网球馆和体操训练室,西面是小学。
建筑风格追求现代化、地域化、本土化的结合,整体造型突出体育建筑的气势,与大面积金属百叶窗、纯实体墙面形成鲜明对比,同时充分利用阳光,降低后期运营成本。建筑面积10968m2,两层,建筑高度23.9m,主体结构类型为钢筋混凝土框架结构。建筑一层为举重训练馆,二层为篮球训练馆,一层和二层为办公室等功能用房。建筑设计充分考虑无障碍要求。
建筑北侧面对训练局体育馆一侧有硬质铺装的广场,与建设用地东侧的城市道路相连;西侧设置一条4米宽的车道,与建设用地南侧的城市道路相连,并在建设用地西北角与原训练局院内南北主干道相连。所有的人和车辆都将从这里进入综合训练馆。综合训练馆北侧有一个正门。东侧和西侧各有一个二级入口。南边有三个辅助疏散出口。
建筑采用外墙保温,满足墙体节能要求。钢筋混凝土屋面保温采用30mm厚挤塑板保温材料。外窗框为铝合金断桥系统,玻璃为6mm9mm6mm中空低辐射玻璃。
在该建筑中,举重和篮球训练馆均配置双风机和定风量全空气空调系统,可在过渡季节送新风,其他功能房间配置风机盘管和新风系统。空调系统采用直接数字(DDC)监控方式,纳入楼宇自动化监控系统,有利于节能。
建筑外墙玻璃采用双层中空玻璃,隔绝外界噪音干扰。通风管道风机进出口安装消声器,以满足室内外环境对噪声的要求。
本建筑正常照明光源主要采用三基色节能荧光灯和金属卤化物灯,所有高效节能气体放电光源必须配备低谐波、高功率因数的电子镇流器。
建筑的生活给水由建筑西侧的给水管道引至室内,接至各配水点。生活热水采用地热水,由院内集中地热水供应管网供应,直接接入博物馆用于淋浴热水。本项目雨污分流,污水不含污染物,粪便污水通过化粪池排入市政管道。屋面雨水由雨水斗收集后排入院内雨水管道,室外雨水由雨水出口收集后接入室外雨水管道。所有卫生设备都是节水的。运动员浴室采用红外感应冲水小便器、红外感应水龙头脸盆和淋浴。主供水管上设置水表,方便计量用水量。
总结
这个综合体育训练馆主要用于运动员的训练,也采取了一些节能节水的措施,但没有什么特别突出的。所有评价点的分数都在3分左右,表现一般。综合评价结果在QL二维示意图C区。
前景
后续推广工作包括:
1.继续扩大建设项目试评价。通过与北京市相关部门的合作,我们将在未来根据绿色奥运建筑评估体系对北京市的一批在建项目进行评估,从中总结经验,不断完善评估体系。
2.推广与绿色建筑设计相关的辅助软件工具。
3.拓宽研究,结合全国各地实际情况,将绿色建筑评价体系从区域研究推广到全国,规范绿色建筑发展。
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