低碳住宅建筑技术研究范文

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1、北京住宅建筑中的低碳建筑技术

1.1建筑能源供给低碳技术

在对常规能源的节约利用基础上，新能源在低碳建筑中的作用备受关注。新能源指非常规的可再生能源，包括了太阳能、地热能、风能、生物质能等。北京地区受到区域面积、风资源量相对较小，风能资源分布于山区等因素影响，风能资源在住宅建筑的大规模利用较为困难；生物质能的应用则主要针对农村地区，且已经有了较大的发展。因而北京住宅建筑新能源重点在太阳能及地热能的利用上。

1.1.1太阳能的利用太阳能的利用方式较多，有光伏发电技术、供暖技术、光利用技术及热水技术。其中较常用的为热水技术及光伏发电技术。太阳能热水器是目前太阳能利用中应用最广泛的供热装置，太阳能热水系统又分为自然循环太阳能热水系统、强制循环太阳能热水系统及直流循环太阳能热水系统。由于统一安装有利于与建筑结合和节能、有利于城市观瞻、造价较低、维修管理可由物业统一安排等原因，许多多层板楼住宅都安装了住宅设计安装大型全天候太阳能热水工程。但北京地区高层住宅所占比重越来越大，高层住宅的太阳能利用成为重要的研究课题。太阳能光伏发电技术近年来得到了一定的发展。许多建筑利用太阳能电池组件与建筑屋顶的一体化形式，为建筑提供电能。但对于北京地区的高层住宅而言，屋面面积局限，可利用的太阳能较少，因此，高层住宅立面在太阳能利用中十分关键。屋顶不受外部遮挡，能充分利用太阳能，可采用效率较高的晶硅电池；立面在一天内的不同时段受到太阳照射程度变化较大，可采用高效薄膜电池，其特征是在微弱太阳照射下也可持续工作。太阳能电池组件在建筑立面的应用模式多样，既可作为遮阳部件，也可与阳台相结合；此外，还可利用高层建筑屋面的飘板。

1.1.2地热能的利用地热能的利用方式包括地热发电、地热水的直接利用（如地热采暖、洗浴）和地源热泵供热制冷。目前常用于我国住宅建筑的是中低温地热水的直接利用及浅层地热能利用。中低温地热水直接利用的方式中，供热采暖占约18%，地热供暖集中在北京、天津等大中城市。地热供暖运行的成本比锅炉供暖节约30%以上。但由于初期投资较大，地热供暖的发展存在一定的阻碍，另外管道使用时间长，沉积严重会导致地热供暖效果逐年衰减的情况。浅层地热能的开发利用则较晚，20世纪90年代开始应用地源热泵技术，京津地区发展较快。据北京市统计，本市采用地源热泵技术的工程项目中一半以上的单位面积费用低于燃煤集中供热的采暖价格，全部低于燃油、燃气和电锅炉的供暖价格。这表明地源热泵技术在节约成本、节约能源方面有极大的应用前景，基于地源热泵技术的研究急需加强。围护结构主要包括了外墙、门窗、屋面及遮阳四个方面，建筑的围护结构保温隔热性能越好，在室内外温差较大的情况下流入或流出室内的热量就越少，采暖、空调等设备的能耗也就越小，因而建筑围护结构在建筑的低碳减排中起到重要作用。

1.2建筑围护结构低碳技术

1.1.1外墙外墙保温技术主要有外墙外保温、外墙夹芯保温以及外墙内保温。其中外墙外保温形式较多，包括了粘结固定式技术、机械固定式技术、干挂技术以及涂刷保温浆料等手段，具有较明显的优势。在建筑造价提高5%的情况下可降低三至四成建筑能耗。外墙内保温技术则在高层建筑中存在一定的优势，针对北京人口密度高、房屋容积率高的特征，应大力发展外墙内保温技术。目前，夹芯保温复合外墙主要包括内保温和外保温两种形式。

1.1.2门窗针对北京冬季寒冷、夏季炎热的特征，窗户的隔热保温性能十分重要。首先在窗户选型上，平开窗的密闭性能相对于推拉窗更适合北京气候，防止热量的流失。其次窗框则宜选择铝断桥隔热合金型材，因其改善了铝合金保温性能差的缺点，综合性能较好。在选择节能玻璃上，应根据玻璃的位置确定产品，如日照时间长、阳面的玻璃应选择热反射和吸热性能较强的玻璃，以减少空调负荷；背阳面的玻璃则应以控制热传导为主。通过正确选择玻璃，使节能玻璃更充分地发挥其特性。热反射玻璃是使用率较高的节能玻璃，它在隔绝太阳辐射的同时对可见光有较高的透射比，较适合北京地区对于阳光照射控制的需求。

1.1.3屋面屋面形式多种多样，根据不同区域特征，可选择不同的屋面。屋面形式主要有外保温屋面、倒置式屋面、通风屋面、阁楼屋面、绿化屋面、蓄水屋面等。如外保温屋面就适用于北京夏热冬冷的气候特征，因其将保温材料设在屋顶楼板外侧，可有效避免屋顶结构的冷凝与冻结，对北京寒冬季节屋顶的保温起到良好作用，也适用于大部分住宅。

1.1.4遮阳常见的遮阳方式有：固定式、可调节式、可收缩式和植物遮阳。遮阳设施在遮挡太阳辐射的同时，应考虑采光和通风的因素，宜采风入室。北京夏季阳光照射强烈，需要遮阳，而冬天又较为严寒，需要将阳光引入室内，因而可调节式的遮阳方式（如百叶窗等）较适合北京住宅需求，同时，可以通过调节可调节式遮阳改变室内通风条件。

1.3建筑设备低碳技术

1.3.1空调冷热源节能技术空调能耗中空调冷热源的能耗约占总能耗的一半，因而空调冷热源的节能技术至关重要。这些技术包括了：使用新能源、冷热电联产、热泵技术和冰蓄冷空调技术。其中空气源热泵技术是住宅供热制冷的最佳方式，它利用空气作为冷热源，直接从室外空气中提取热量从而为建筑供热。

1.3.2新型新风系统技术北京空气长期以来饱受季节变化影响，沙尘暴、杨絮等问题使完全利用窗户通风变得困难，而高密度的塔式住宅通风性能差，因而必须采用新风系统，目前户式空气置换系统较为常用。基于住户的不同要求，宜采用不同的新风系统技术：如户式新风系统最佳选择是采用全热交换新风机组或自带冷热源的新风机组。此外，许多节能住宅采用了中央新风系统，进行智能化控制从而达到节能减排效果。

1.4建筑给排水系统低碳技术

1.4.1中水回收利用技术北京土地面积局限，建筑密度高，小区规模一般也较小，可采用独立性中水回用系统（图1），它具有投资少，见效快的特征；而规模较大的可采用区域性中水回用系统（图2），它虽然水质和管道相对复杂，但集中处理费用低，中水供应充足，是适宜推广使用的类型。在北京中水原水相对充足的情况下，如何提高利用效率，是今后研究的重要课题。

1.4.2卫生间洁具节水技术卫生间洁具的用水量在住宅用水中占很大比例，北京作为严重缺水的一个地区，推广节水洁具可大量减少水资源的浪费。其中便器和冲洗设备的节水更有实际操作性。近年来，我国引进和开发了分档冲水便器和光电感应控制的节水便器。对于住宅，分档冲水便器更为实用。分档单龙头调节淋浴器则解决了双管系统操作复杂导致的水资源浪费问题。

1.5建筑运营管理低碳技术

绿色物业管理为生活节奏较快的北京人节约了时间和成本，同时也促使人们过上更加低碳绿色的生活，它提供机电设备的智能楼宇控制系统和运营能耗管理。当前楼宇控制系统主要有中央空调管理系统、照明节能管理系统、变配电、给排水、电梯、设备管理系统等。不同住宅及小区应结合自身需求选择，使其充分发挥作用。制定并实施节能、节水、节材与绿化管理制度，对小区内废物进行分类处理等都是对运营能耗的管理和控制。但如何使这些管理发挥其应有的作用还需要人们提高对低碳绿色生活的认识。

2、北京地区低碳住宅建筑技术应用案例

2.1北京锋尚国际公寓2002年，锋尚国际公寓率先采用多项高舒适度低能耗技术：先进的外围护结构和置换式新风系统、顶棚低辐射采暖制冷技术等，使其一度成为建筑业的焦点。但这些技术的效果是否符合预期设定，是否满足了北京住宅的需求？首先，锋尚国际公寓采用了复合式外保温隔热系统，在结构外侧依次粘贴了100mm厚聚苯板、100mm厚可流动空气间层、瓷板干挂幕墙。该墙体做法既保温，又解决了保温层内的湿气问题，同时利于清洁，是北京乃至华东、华南都可以使用的墙体做法。锋尚国际公寓是国内高层住宅中首次使用断桥铝合金节能窗结合高透型低辐射率中空玻璃以及铝合金外遮阳卷帘的项目，从而有效减少太阳辐射对室内温度的影响。通过在房间顶棚的混凝土楼板中均匀埋设PB管，管中的循环水吸热、散热，系统自动控制调节室内温度，再加上置换式新风系统的辅助，弥补室内外温度差异，控制室内空气湿度，锋尚国际公寓试图解决北京夏热冬冷室内外温度差异的问题，并保证空气质量。锋尚国际公寓采用生物膜反应水处理技术，将中水应用于洗车、绿化等，节水量大，同时也能降低物业管理成本。在运营管理上，锋尚国际公寓垃圾进行分类处理，其中食物类垃圾经粉碎后经密闭管道排入化粪池，避免污染环境；粉尘类垃圾则由中央吸尘系统低噪音、无二次污染地吸走；固体垃圾则需由业主自行送到分类垃圾回收箱中。天棚辐射制冷采暖系统使锋尚国际公寓的温度夏天为26度左右，冬天为20度左右，无法满足所有用户的个人需求。此外，该系统制冷制热速度较慢，且对围护结构的保温气密性要求很高，因而并不适宜推广使用；锋尚国际公寓的窗户保温隔热性能优良，但价格昂贵；而其中央新风吸尘系统一旦有一户工作，就会带动主机工作，反而造成了能耗过大以及居住成本增加的问题。在运营管理上，食物类垃圾的处理实际上增加了化粪池的负担，而较高的物业管理费用也加剧了住户的负担。虽然锋尚国际公寓在住宅中运用了较多低碳技术，但在实践中，仍应发掘推广更适应区域特征、住户需求的技术，只有把握了技术与成本、效率的尺度，低碳建筑才能得到真正的发展。

2.2北京当代MOMA当代MOMA获得美国绿色建筑协会（USGBC）LEED-ND认证，表明低碳建筑在我国的发展又有了新的突破。与锋尚国际公寓相比，当代MOMA更注重整体技术集成。当代MOMA位于北京东直门香河园路，社区以居住为主导，兼并商业、教育以及娱乐等功能。当代MOMA由建筑大师史蒂芬•霍尔设计，在感叹其建筑艺术之美的同时，它所运用的节能低碳技术更让人印象深刻。首先，当代MOMA采用了世界上最大的地源热泵系统，从而使建筑内部温度控制在20~26摄氏度之间，它大大减少了常规能源的消耗。同时，当代MOMA还利用太阳能，从而营造了可持续的社区。在围护结构上，MOMA采用低传热系数、节能的材料与技术，有效减少外界环境对室内的影响。MOMA还采用了全置换新风系统，新、回风完全杜绝交叉污染，既节能又保证室内空气品质。在中水处理方面，58%以上的生活废水经过膜生物处理技术，重新投入当代MOMA内的商业等用途。当代MOMA采用地源热泵与传统锅炉相结合的混合能源系统，北京地区盛夏或冬季时，可通过冷却塔里装的循环水调节峰值。这种系统在初期价格较高，但长期运行费用较低，可为住户节省电费。同时，住户可依据自身需求在的一定范围内调节室内温度和新风量，但同样存在主机持续工作而导致的能耗量较大的问题。整体而言，当代MOMA应用了较成熟的低碳建筑技术，并结合北京地区的特点做了相应的调整，但其仍存在投入较大、能耗利用不充分等问题，因而住宅建筑在把握技术、成本与效率完美结合的道路上仍有很长的路要走。

3、结语

本文通过对北京地区适用的住宅建筑能源供给、围护结构、建筑设备、给排水系统及运营管理五个方面低碳建筑技术的梳理，并结合案例，说明住宅建筑技术在适应区域气候特征的前提下，应结合成本、利用效率等因素，从而进行推广应用，带动低碳建筑技术在住宅建筑产业的发展。此外，虽然低碳建筑技术对于节能减排有良好的效果，但我们更应推广低碳的生活方式，在生活中实践低碳，让低碳建筑技术切实地成为我们生活中节能减排的工具。

作者：许小燕夏海山单位：北京交通大学