3 建筑被动节能措施
利用机械制冷方法改善室内微气候需要耗费大量的能量,这时室内的热量转移到了室外,机械制冷设备的使用使整个城市更热.因此,建筑被动节能措施应该成为设计的首选.
3.1 墙体与屋面
以洛杉矶为背景的一项计算机模拟研究显示,白色的屋顶配合树木荫凉可以减少18% 的空调能耗,差不多等于1 000 kW 时的电力,在建筑外部恰当的使用材料有助于降低表面温度,减少热量吸收和存储,进而减少空调能耗.某些“凉爽材料”的日照反射率可到70% ,而某些传统材料的反射率只有20% .一些建筑的表面比较容易改动,如建筑的墙面就可以简单便宜的改变其反光特性,许多建筑每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变墙面的反光率.现在许多涂料在产品说明上标明涂料的反射特性.目前改变屋顶反光性能的技术和材料还不多见,此外,屋顶地面材料常由于表面积尘材料变旧而失去反射效果.
3.2 建筑表皮绿化和屋顶种植
通过光合作用植物只能将很小一部分太阳能量转化成化学能量,然而,植物叶面水分的蒸发却能够降低叶片表面温度,进而降低周围环境的温度,增加空气湿度,在城市地表绿化空间有限的情况下,可以利用建筑立面和屋顶进行绿化,屋顶种植具有不同的功能,在视觉上,他美化了建筑的第五立面—— 屋顶,有时还可设计成屋顶花园;在技术上, 植被充当了建筑的
隔热层,增强了建筑的
保温隔热效果,有利于稳定室内气温.但绿化过程中需要注意以下事项:植物应该选择适应当地气候的种类,以便减少用于保养维护的费用,选择有利于植物生长的种植介质,植物的防水层必须得到保护,以防止被植物的根茎穿透.绿色屋顶有助于调节建筑的室内气温, 夏季,绿色屋顶的表层气温比传统的平屋顶低,此外,冬季绿色屋顶热量损失比较小,绿色屋顶的冷热负荷均比普通屋顶的要低.
3.3 建筑设计中的微气候调节技巧
合理地利用自然条件、灵活的设计手法在改善建筑气候方面可以取得很好的效果.我国丰富多彩的各地民居中就不乏这样的优秀例子.当代建筑师利用建筑的“双层表皮”来调节微气候; 如福斯特在法兰克福商业银行大厦中为部分维护结构设计了灵活的调节方法,创造了“可呼吸的建筑表皮”:内部
幕墙窗开启的状态下,室外空气首先经过外层幕墙底部的百叶、过滤设施进入到中间层,这时的空气是干净无尘的,在室内循环之后,通过外层幕墙顶部的百叶溢出,另外
双层幕墙之间安装可随阳光照射自动调节的百叶,适时地起到遮阳作用. 这些例子说明,依靠建筑设计来改善建筑室内微气候还有很大的潜力.
4 空调设备的改进
具有能源意识的城规划和建筑设计应该是解决夏季舒适问题的优先考虑.然而,城市条件下仅依靠被动式节能还远远解决不了夏季舒适问题,许多情况下,采取机械制冷手段是必须的.然而, 各种机械制冷设备却表现出不同的能耗标准,因此在下列问题上需要引起注意.
4.1 更好的制冷能效标准
不断提升建筑空调能效水平是全球性的大趋势, 日本、美国、欧盟已明确制定了能效水平提高的目标值和时间表, 如美国2006 年要实施的
新能源标签, 规定分体式空调器的季节性能效比应达到3.52 以上, 分体式
热泵型空调器的能效比应达到3.81 以上; 日本1999 年4 月1 日生效的新能源法,规定制冷量小于2 500 W 的分体式空调的能效比应达到5.27 以上; 2 500～3 200 W 的分体式空调器的能效比应达到4.90 以上; 3 200～4 000 W 的分体式空调的能效比应达到3.65 以上; 为确保能量利用的效率, 全球许多空调器进口国都制定了空调能效水平的限定值, 低于限定值的产品不准生产和限制进口. 如德国和香港已明文规定对高能耗、低能效比的空调不准进口. 现在我国的家用空调产量已达2 000 万台1.3 空调用电已成为国内的耗电大户,提升能效比才能改善国内的电力负荷特性, 降低尖峰用电负荷比例. 以上海为例, 2000 年夏季尖峰负荷为1 046.6 万kW , 其中空调用电达390 万kW , 占尖峰负荷的38.5% . 现在我国每年生产的家用空调将使电网增加负荷1 500 万kW , 如果能效水平不提升就会给国家造成更大的投资负担.
4.2 空调节能的可提升空间
提升空调能效水平是一个系统工程,空调的能效水平与压缩机、
换热器、电机、风机、风系统、制冷剂、控制系统、系统匹配等众多因素有非常密切的作用关系,为此各空调生产大国展开了深入的研究和分析.欧盟所进行的提升能效水平(E E R )的技术手段的研究,分析欧盟所得到的提升能效水平的3 种主要的技术解决方案:
(1)
热交换表面积增加.例如:增加换热器面积30% ,E E R 平均提高8% ;增加一个制冷管,E E R 平均提高10% .
(2)增加热交换系数.例如:改进管道设计,E E R平均提高8% ;使用高效风机,E E R 平均提高1% .
(3)其它情况.例如:使用电子整流电机, E E R平均提高2% ;改进压缩机效率5% ,E E R 平均提高3% .其他各国也采纳了众多的技术手段来提高能效水平.产品效率的提高所采用的多种技术措施,往往会导致成本的增加,这个成本增加是否值得应从整体效应中加以评价.如果将现在实施的强制型的能效限定值(E E R )标准提高10% ,变成节能评价值的能效比(E E R ),不仅减少了电力需求量,降低了电网峰荷,节约了电力基建投资,节电收益将超过成本增加值,其收益比可达1.43,总的结果是得大于失,利大于弊.
5 政府部门的协调和参与
5.1 地方政府参与的迫切性与必要性
近年来,随着我国经济发展,对能源的消耗越来越大,特别是夏季高峰用电时刻,能源紧缺现象就显得十分严重.如2003 年杭州市在夏季高峰用电季节,呼吁市民将空调设置温度降低1 ℃,以减少城市内的用电危机.而由于热岛现象引起的城市高温
强度远高于1℃,这就从侧面说明政府出面对城市热岛现象采取行动十分必要.根据1997 资料,我国观测到最大热岛强度北京为9 ℃,上海6.8 ℃,近年随着城市快速发展和市中心
建筑密度的增大,温差强度还在扩大.因此,城市管理部门在建设“凉爽城市”中可运用的宏观调控手段有:完善相关立法,制定法规、发布政策;在规划和土地使用方面进行协调和平衡;经济上的激励和抑制;制定和启动专门的计划;
教育和宣传.到目前为止,管理城市部门在夏季舒适或者缓解热岛效应方面仍然做得太少.一方面热岛现象带来的负面效应使城市不堪负荷,另一方面,城市决策者和市民对之束手无策.本文上述讨论分别从城市规划、建筑设计、制冷系统等方面探讨了可行的对策和方法.然而,真正的难点在于如何使这些技术和策略得以实施并有效地发挥效果.这个过程涉及到市政部门、能源部门、生产企业、设计部门和广大市民等诸环节,因此不同层次的行政部门应该做出相应的对策.
5.2 国家层次上的参与
2000 年在歌德堡召开的地方环境行动国际大会(IC L E I)制定了自己的行动纲领:协助“城市、地区和其他地方政府制定地方条例来缓解热岛效应”.这次国际大会联合号召各个国家重视城市气候恶化问题,并提出国家政府在促进城市气候改善方面应尽的义务,主要如:促进地方管理部门对热岛问题的重视;要求各种空调制冷设备采取更有效的能耗说明;制定能耗效能标准,鼓励高效节能产品,淘汰低效率产品;引导“绿色材料”的健康发展;设立专项基金,启动专门计划;向民众加强宣传力度,让更多的人参与创造“凉爽城市”的行动等.
5.3 地方层次上的参与
城市管理部门可以根据地方条件制定合适的建设法规、条例,在绿化覆盖率、
建筑材料、
建筑节能等环节加强政府引导.根据地方情况,制定比国家级标准更详细的规范,规范可以包括这些细节:指定建筑屋顶使用更高反射率的材料;指定街道、人行道、停车场铺设材料的特性;在公共建筑投资预算中考虑使用期间的能源消耗费用;加强对公共场所热环境的监督,改善车站、广场、道路、停车点等公共场所的夏季舒适条件;在城市小区规划中,制定详细的树木和植被规划,科学地提高公共地段树木种植密度;规划、园林、林业部门尽可能地协作起来,保护现有树木植被不受到破坏;号召市民加入“凉爽城市”的建设行列.
6 结 语
中国近20 年的高速发展也带来了不少的环境问题.随着城市化进程的推进,热岛现象及其负面作用也越来越明显地显现出来.而建设一个可持续的气候宜人的城市, 需要由城市管理者进行多方面的协调.建设“凉爽城市”是一个长期的工作,各地各部门应该未雨绸缪,提早将这个工作开展起来.
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