实现可持续建筑的技术？
可持续建筑广泛涉及建筑设计、暖通、建材、自动化等多项专业技术的不断完善和良好配合。我们必须将可持续建筑视为一项极其复杂的系统工程，着眼于综合效益的可持续性。本文从提高围护结构热工性能、建筑设备技术、新能源技术、新材料技术等方面介绍了可持续建筑技术。
1前言
我们向大自然索取资源以满足城市化的需要，然后向大自然排放废物，最后面临资源枯竭、环境污染威胁生存的尴尬局面。在这种情况下，可持续发展的理念逐渐被越来越多的人所认可。可持续发展要求人们放弃高能耗、高增长、高污染的粗放型生产方式和高消耗、高浪费的生活方式，以保持资源的可持续利用。建筑业是一个典型的以大量消耗资源和能源为基础的行业，人们已经开始研究如何实现可持续建筑。1994 165438+10月，首届可持续建筑国际会议在美国召开。会议对可持续建筑进行了全面的讨论，指出可持续建筑的主要问题是资源、环境、设计和环境影响及其相互协调。各国都有建造可持续建筑的尝试，如美国的“资源保护屋”、英国米尔顿凯恩斯的能源公园、丹麦的可再生住宅等。纵观这些建筑，可持续建筑技术应该具有以下4R属性:
资源——保护和合理利用资源，适度开发自然资源；
减少——降低能源消耗，减少能源消耗对环境的有害影响，减少污染物排放；
复合——充分利用当地材料和现代高科技加工新型生态节能建材；
回收-资源和建筑材料的回收，变废为宝。
我们寻找可持续建筑最关键的部分，并提出相应的解决方案。首先，可持续性要求能耗低。这意味着，除了做好外围护结构的保温，降低冷热负荷外，暖通空调系统中各种新技术的应用也是实现建筑节能的重要途径。其次，可持续性要求能源的可持续性，新能源技术在建筑领域的应用也是一个非常重要的思路。最后，为了对环境影响小，需要回收自然资源和建筑材料等人造材料。
2实现可持续建筑的技术途径
2.1围护结构保温技术
以民用建筑为例，冬季热负荷包括建筑围护结构的耗热量和加热通过门窗缝隙流入室内的冷空气的耗热量。因此，提高围护结构的热工性能是降低采暖能耗的最重要途径。在我国建筑节能规划目标中，建筑围护结构承担了47.2%的节能任务。
2.1.1外墙
通过分析基本耗热量计算公式Qj=AK(tR-to，w)a(a为温差修正)和冷负荷计算公式Qc(τ)=AK(tc(τ)td)kαkρ(kα为外表面放热系数修正，kρ为吸收系数修正)可以看出，节能主要依靠控制围护结构的表面积A和传热系数K，同时改善外表面的物理性能。有相应的降低负荷的措施如下:
1)优化建筑造型，用最小的建筑外部面积包含最大的建筑空间，即减少墙体外部面积的影响。表面积与体积的推荐比值为0.4。建筑体形系数每增加一分，建筑能耗就会增加5%左右。还应考虑合理布局，如将电梯、楼梯、管井、机房等布置在建筑的南侧或西侧，可有效遮挡太阳辐射，降低室内得热量。
2)应采用隔热、传热系数小的墙体材料。这类外墙材料包括各种砌块、复合轻质墙板和外墙复合墙体保温技术。
3)外装修尽量采用浅色处理，采用光滑的饰面材料，降低kρ，减少表面对辐射的吸收；
4)太阳热量在硬地板表面的积累会导致建筑周围温度的升高。如果改用绿地，室外近地面的空气温度会降低。降低室内外温差，从而降低冷负荷。
5)研究生态性能好的外墙，比如“透气外墙”。
2.1.2窗口
窗户的传热系数远大于墙体，而且经常开着，是冬季耗热量的关键部分。窗户的冷负荷分为瞬态得热量和太阳得热量，太阳得热量是室内通过窗户玻璃获得的太阳辐射热量，其计算公式为QC(τ)= acsidjmaxclq(a-窗户的有效面积，Cs窗户玻璃的遮阳系数，Ci-窗户内遮阳设施的遮阳系数)。从公式中可以看出，窗户的节能技术主要包括:
1)结合建筑的朝向和纬度，合理控制窗墙比，如高纬度以南的窗户面积要大一些，以便更好地利用太阳辐射，减少采暖能耗。适当确定建筑物的挑檐和遮阳板的尺寸，安装可调节的百叶窗和窗帘，并调节室内日照。或者采用遮阳系统，一般安装在向阳的立面或采光顶上，可以控制和调节，在不同的时间，根据不同的需要遮挡、反射和引导光线进入室内。
2)采用多层窗户或中空玻璃，利用空气夹层的低热阻原理，降低玻璃的传热系数。普通单层玻璃的k值约为6.4，而中空玻璃窗的k值约为3.0，大大提高了隔热性能。选择气密性好、导热系数低的塑料窗框代替普通金属窗框，可以有效减少冷空气浸入。
3)采用吸热玻璃、镀膜反射玻璃、夹层换玻璃等技术，降低玻璃的Cs，通过玻璃有效防止太阳辐射和室内热辐射。但这些高科技产品价格昂贵，希望在发展玻璃深加工的同时能降低成本，使其广泛应用于住宅。
2.1.3屋顶
1)采用高保温材料。目前我国平屋顶保温材料普遍采用加气混凝土和膨胀珍珠棉，保温性能一般。近年来，广东等地推广使用了一种预制保温砖，可以直接铺设在结构层上。有的地方用舒乐板做屋顶保温，取得了很好的效果。新开发的防水珍珠保温板具有透气、质轻、憎水性高、强度高、保温性能好的特点。
2)屋顶应提供有效的隔热层。可以防止大量辐射热侵入室内，减少空调等能源消耗。保温层设计时，既要保证一定的保温空间，又要保证保温层能够通风，及时带走热量，这样才能有效保证保温效果。我国传统的坡屋顶设计能较好地满足这一要求；
3)储水隔热屋面。利用水生植物遮阳、反射和吸收太阳辐射，利用蓄水蒸发提高隔热效果；条件允许的情况下，用土覆盖屋顶，做成植被屋顶。上面种植密叶植物，用植物遮阳，覆土作为隔热层，提高隔热性能。
2.2新的暖通空调技术
建筑能耗的降低主要体现在暖通设备装机容量的降低和运行的经济性。因此，暖通空调技术措施的完善和实施是实现建筑节能的根本途径。
2.2.1供热新技术
我国北方住宅冬季供暖必不可少，以集中供暖为主。热源供应的主体是供热公司或居民锅炉房。目前我国市政集中供热比例为46%，分户供热比例仅次于市政集中供热，为44%。分户供暖模式的特点是用户可以根据自己的喜好选择，热量也可以单独计量。随着清洁能源的使用和新技术、新产品的出现，多种供暖方式的选择成为可能，集中供暖方式的垄断地位受到挑战，集供暖和热水于一体的独立分户供暖方式层出不穷。各地应根据当地的气候、能源条件和建筑条件，发展和采用适宜的节能采暖方式，如辐射采暖，主要依靠采暖部件与结构内表面的辐射换热，为各房间提供采暖(制冷)，以增加热舒适性，减少房间上部温度升高造成的无效热损失，从而节约采暖能耗。
2.2.2通风空调新技术
目前广泛采用的是风机盘管加新风系统和定风量全空气系统，但以下几种系统形式节能效果较好，建议因地制宜选择使用。
1)尽量采用自然通风。自然通风可以降低制冷负荷，带走室内有毒异味物质，其驱动力是室内外温差产生的热压和风压差。这种被动式通风空调技术不需要开启风机和制冷，所以要充分考虑，在春夏秋冬过渡季节等温和天气下设计为直接对流通风，达到基本零能耗；在炎热无风的日子里，尽量设计利用烟囱效应和风塔效应把风吸进来。
2)可变制冷剂流量VRV系统。直接用制冷剂做传热介质，每公斤传递的热量为205KJ/kg，差不多是水的10倍，空气的20倍。同时可以根据室内负荷的变化即时调节容量，使VRV系统在高效工况下运行，节能效益明显，经济效益显著。
3)水环热泵空调系统。小型水/空气热泵机组通过水环并联，构成以热泵供热供冷为主要特征的回收建筑余热的空调系统。节能环保效益显著。
4)蓄能空调。利用夜间低电价蓄冰，白天提供冷量，可以起到削峰填谷的作用。
5)变风量空调的变风量系统。送风状态不变，改变送风量以适应室外气象变化，从而降低冷水机组的制冷量和风机的能耗。
6)热泵空调技术。将自然环境(太阳能、空气、水、土壤)中的低能转化为高能。以地源热泵为例，土壤温度在一定深度地层内达到一个相对稳定的值，冷热介质在这些区域换热后可以直接用于空调系统。在未来，利用地下土壤中的冷或热能将成为最重要的可再生能源之一，因为这种能源无处不在，而且没有污染物排放或产生。另一方面，运营成本极低，只需评估初期投资回收即可。
7)区域供冷技术。这样可以使用高效率的大容量机组，考虑负荷错开系数可以减少装机容量。与分散冷却相比，大大减少了机房面积和管理人员，能源利用更加合理有效。
与上述空调技术相比，仍有不尽如人意的地方:采用自然通风时，如果建筑周围环境质量较差，容易引入外界空气污染等不利因素，并可能导致热/冷损失，降低隔热效果；考虑到制冷剂价格带来的环境污染，VRV系统的容量不可能很大；采用水环热泵的建筑必须有内外隔断；储能空调只有在昼夜电价相差较大时才有意义；变风量系统的自动控制很难实现，国内成功的例子很少。地源热泵的地温分布测量不完善，以及铺管工艺和管材的选择，如何保持一年从地下获得和排出热量的平衡。水源热泵回灌成本太高，要求有环保水源才能实现。因此，总的来说，因地制宜、合理设计是利用这些空调技术达到节能降耗目的的前提。
无论采用何种形式的通风空调，都应注意自动化技术与暖通空调技术的配合，从而更好地实现建筑设备系统运行控制过程中的合理设计、有效利用和节能。建筑自动化是实现建筑设备系统(如采暖空调系统、给排水系统、照明系统、交通系统、消防系统、安防系统、办公系统、通信系统等)的监测、管理、运行和控制的自动化。)，根据室外气候条件和室内参数设置，自动调整空调制冷系统的运行参数，真正使设备响应当地气候，在提供所需建筑环境的同时，保证建筑设备能够满足初期投资、运行费用和维护。
再者，暖通设备的选择要考虑各种节能优化措施对设计负荷的影响，负荷计算不能再参考旧围护结构的热工性能，否则计算的冷热负荷与实际冷热负荷会有较大差异。还应根据具体情况选择合理的安全系数，从而为暖通设备合理选择装机容量，以节省初期投资，精确控制运行工况，节约运行成本。此外，照明负荷、办公设备能耗指标、建筑内人员密度等，应采用反映实际情况的合理参数值进行估算，而不是仅仅依靠设计手册中的预算指标或经验数据。
此外，整个能源系统的总体设计应与城市规划相结合，暖通空调系统应研究合理的能量转换和能量传输系统，重点是中国北方的热电联产、长江中下游的供热和制冷模式、适合集中供热和制冷的大型制冷和供热装置，以及电、气、冷热源和储能综合规划的能源系统。能源系统设计的微小变化也意味着能源消耗的大幅度减少。
2.3新能源技术
21世纪应大力开发利用太阳能、风能、水能、生物质能等绿色能源，实现一定程度的能源自给，保护未来的生态和环境，为未来的发展提供优良的基础。太阳能是自然界可利用的最丰富、最方便的绿色能源，应首选被动式太阳能技术，主动式太阳能技术作为补充。被动式太阳能利用可以设计在地面和屋顶安装一些装置直接利用太阳能，如太阳能恒温室；外围护结构的空气层也可以填充高效热反射材料，达到保温隔热的目的，而在阳光寒冷地区，外围护结构可以设计为蓄热材料；太阳能收集器或其他设备也可以用来收集、储存和转换太阳能。设计时要考虑当地的气候特点，充分利用当地的气候资源，避免因大量使用人工能源而造成居民与自然的人为隔离，同时也节约能源。通过窗户集热板系统、空气集热板系统、透明热阻材料复合墙体等可以实现太阳能的主动利用。
2.4可再生技术
可再生技术意义重大:变废为宝，同时解决污染问题。用可再生资源逐步取代不可再生资源领域，以满足未来建筑必须面对的挑战，如环境生态保护、最小能耗等。一方面要实现自然资源的再生，另一方面要努力实现垃圾、建筑材料等人造材料的可再生利用。
雨水等自然资源可以收集起来，引入水库，经过适度净化后用于浇灌花园、清洁和冲洗厕所。蒸发效应还可以用来冷却外部结构或建筑构件，配合自然通风，以清洁环保的方式保证室内空间的热舒适性。
垃圾处理和减量化是解决问题的关键。分类回收和无害化分解可用于建筑和生活垃圾。比如废纸、废纸板可以做成保温材料和背衬；管道和地毯可以用废塑料制成；废旧电池回收可以回收很多金属等等。施工过程中会产生垃圾，所以在建筑设计中要注意尺度和符合模数的推敲，选择高效精密的产品，考虑材料的维护和更换周期，采用更环保的施工管理模式。此外，要充分利用剩余能源，重视建材和生产中三废和余热的综合利用和开发。
传统建材的生产-使用-废弃过程，可以说是一个抽取大量资源，然后将大量废弃物排放回环境的恶性循环过程，忽视了环境的协调性和舒适性。其中，最关键的是利用混凝土和水泥固体废弃物生产生态环保建材。
我国每年浇筑混凝土约1.5-2亿m3，开挖砂约1.1.1.4亿m3。废弃混凝土的量约为60亿m3，其中一小部分用于填筑海岸，作为道路和建筑物的基础垫层，大部分用于填埋，不仅占用大量土地(甚至耕地)，而且污染环境。由于废弃混凝土砌块中含有大量的砂石骨料，如果能够就地回收，经过破碎、清洗、分级后作为骨料重新利用，不仅可以降低成本，节约自然资源，还可以减少城市环境污染。目前，中国每年生产5亿多吨水泥，消耗大量石灰石、粘土和标准煤，产生大量粉煤灰、一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫，严重破坏生态平衡。水泥行业要大力提高资源利用率和废物回收率，充分利用其他工业废渣。
3结论
可持续建筑强调建成环境与自然环境的和谐存在和有机结合，从土地开发、建筑布局、建筑材料选择、建筑使用维护、建筑拆除等全生命周期体现对自然资源需求少、能源消耗少、环境影响小、循环利用率高的新特点。
一般来说，应首先选择最优设计，结合具体建筑尽量采用简单适宜的技术，尽量适应环境的特点，依靠自然力满足舒适性要求。虽然这种方法被认为是一种被动技术，但它在节能和环保方面的作用不容忽视。另一方面，我们应该用辩证的观点和审慎的态度对待新技术。从整体性和协调性来看，一些所谓的可持续技术只是某些环节某些属性的提升，并不一定代表整体水平的提升。相反，有时大量的高能耗建筑设施及其建设会大大抵消其积极的一面。为了实现可持续建筑，应以建筑和暖通空调行业为起点，以材料和自动化行业为支撑，提高建筑的综合效益，使建筑环境与自然环境和谐发展。
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