可持续建筑的低碳设计战略
关键词：可持续建筑,能源管理系统,意识提升,碳抵偿措施
0引言
2011年，十一届全国人大四次会议审议通过“十二五”规划纲要，把资源节约和环境保护工作放在更加突出的位置，将“绿色发展，建设资源节约型、环境友好型社会”单独列作一篇，明确了“十二五”时期要实现能耗强度下降16%、二氧化碳排放强度下降17%等约束性目标。推之于建筑领域，目前我国建筑能耗约占社会总能耗的30%左右，在经济增长、人口增长的大背景下，商业建筑、民用住宅的能源需求持续增长，与之相关的能源消耗、碳排放都将显著增加，除非能有一个大改变以遏制此趋势，否则将无法实现节能、减排的约束性目标。
1建筑节能的法律法规和设计标准
近年来，我国的建筑节能立法与标准逐渐在完善，现行的主要法律法规、国家标准主要有：
(1)《中华人民共和国节约能源法》，1997年11月1日通过，2007年10月28日修订;(2)《中华人民共和国建筑法》，1997年11月1日通过，自1998年3月1日起施行;
(3)GB T50378—2006《绿色建筑评价标准》;
(4)GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》;
(5)GB 50411—2007《建筑节能工程施工质量验收规范》;
(6)GB 50034—2004《建筑照明设计标准》;
(7)《民用建筑节能条例》。
2005年7月，GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》开始实施，要求所有的新建、改建类公共和商业建筑，与20世纪80年代的同类建筑的能耗基准相比，必须达到50%的能耗减少量。2008年3月，中华人民共和国建设部正式更名为中华人民共和国住房和城乡建设部(简称住建部)。同年10月1日，与建筑能源使用相关的《民用建筑节能条例》开始实施，但条目为概括形式。
2可持续建筑的定义发展
可持续建筑没有统一的定义，环保、生态、节能、绿色、生物和气候适应性建筑，都被认为是可持续建筑的实现途径。所有可持续建筑的实现途径都关注两大方面：一即“建筑设计需从根本上考虑与自然环境的关系，及对自然环境的影响”，二即“需减少建筑运行过程对石油燃料的依赖性”。
3可持续建筑的低碳设计战略
为了实现节能和减排的双重目标，一种综合性的可持续建筑发展战略呼之欲出。此种战略并不仅仅聚焦于技术层面，同时强调了高效能源管理和行为转变在建筑节能领域中的作用，而这两点通常在中国的建筑行业被忽略。在国家法律、条例和标准之外，可采用5个独立的策略，以实现建筑的低碳可持续发展。
3.1高效能源管理系统
高效能源管理系统是整个低碳设计战略的核心，应该包括技术层面和非技术层面。技术层面涉及能源管理网络、能源运行数据的收集和分析等;非技术层面需要解决能源管理与建筑用户之间的关系。使用能源管理系统，通过对能耗数据的分析，有效监管建筑运行过程，对节能设备安装的推动，建筑用户意识的提升，以及可再生能源的利用都有积极的影响。
3.1.1能源管理网络
建筑能源管理系统由一系列的技术组成。从相对简单呆板的闭环控制，到专门为建筑单体或建筑群体设计的复杂数据检测、储存和交换系统等。比如CISCO研发的新兴智能互联建筑解决方案CiscoNetwork Building Mediator系列，可以对所有耗能设备分配IP地址，通过一个中央系统远程遥控供热、通风和制冷系统(HVAC)、照明系统、供电系统、安保系统等，将整幢建筑连接成一个智能网络[3]。通过将能源测量装置、温度和照明传感器与建筑能源管理系统相连，即时监测能耗信息，并利用自动纠错软件修正误操作。
3.1.2能源运行数据的收集和分析
单纯依赖于国家统一安装的电表读数是不够的，因为普通电表并不记录测量日期和测量时间点，仅为估计读数。所以我们需要一个完备的能源计量系统，进行实际能耗的定期记录。记录时，所有能耗数据需固定在同一个标准的读数时间，即为同一周、同一天的相同时刻。根据收集的能源数据，进一步进行数据分析。如果建筑内部有良好的控制系统，建筑的供热、制冷系统能耗应与外部环境温度成比例。比如在供热日内，随着外部温度升高，能耗应下降。如果供暖、制冷控制到位，则数据应分布在能耗趋势线附近;若数据离散，则说明控制差;若能耗偏离趋势基线很多，说明供热设备存在故障。
如果将能源数据的使用情况和分析结果通过网络在电脑显示器或者电视的终端方式显示出来，告知使用者他们的使用方式与使用情况，能够对人们的行为产生影响。
3.1.3能源管理组织机构
一个完备的能源管理机构，应该明确机构中从高级经理，到能源管理人员，到核心能源团队，再到低层职员的各级别人员，并在整个建筑运行过程中，为如何实现更好的能源运行目标，提供明确、综合的指导与培训。
3.2低碳节能技术手段
建筑供暖、通风、制冷、空调系统(即HVAC系统)和照明系统，占了建筑总能耗的绝大比例。低碳节能技术手段也聚焦于此，在维持建筑的热平衡、保证照明舒适度的同时，采用现代先进科技和创新型产品，降低建筑能耗。
3.2.1维持建筑热平衡
在建筑设计过程早期，应将当地气候条件、太阳高度角、采光条件等考虑入设计概要中。建筑从屋顶、外墙到窗户可应用智能玻璃立面、建筑遮阳设备、创新型隔热产品等先进技术与材料，降低整个建筑的屋顶、外墙、窗洞等传热系数，从而减少住户用于取暖和消暑的电费支出。
3.2.2照明设备与控制系统
照明设计应符合建筑照明标准的相关规定，使用高效节能的光源与灯具，并根据使用者的实际需求，设置适当的环境照明和任务照明。采用时控、光控或者智能控制器进行调光，在一个空间内依据用户的需求与喜好，创造不同的场景，适应多功能的用途。智能调光系统在保证光环境舒适宜人的同时，也能提高用户的工作效率，同时，最大限度地节省使用灯光，节省电力消耗，充分展示在照明运行环节最大限度挖掘节能减排的潜力。
3.3可再生能源技术与建筑一体化设计
可再生能源技术与建筑一体化设计，即将建筑的使用功能与可再生能源的利用有机地结合在一起，形成多功能的建筑构件，使得建筑各部分的功能协调统一，达到令人满意的节能和使用效果。如今，光热建筑一体化、光伏建筑一体化、风能建筑一体化等技术，在建筑中的应用也越来越广泛。但从目前来看，这些技术大多更适于整合于新建建筑中，而用于已建建筑的改造，还亟须技术改进。
3.3.1光热建筑一体化
太阳能热水器是目前我国太阳能热利用的主要形式。除此之外，还可以将太阳能转化后的热能利用于制冷与空调，包括太阳能吸收式制冷、太阳能除湿式制冷、太阳能吸附式制冷等。但由于太阳能集热器占地较多，在推广中难免受到一些限制。
太阳能集热器是太阳能转化为热能系统的重要组成部分，也是一体化设计中的重点内容。建筑设计需将太阳能集热器作为建筑的组成元素，与建筑有机结合，保持建筑统一和谐的外观，并与周围环境相协调。在保证集热效果的前提下，太阳能集热器的设计安装有着多种方式，包括在建筑屋面(平、坡屋面)、阳台拦板、建筑立面等。其中，太阳能集热器设置在平面屋顶上是最为简单易行的设计方法，其优点是安装简单，可放置的集热器面积相对较大，且可以调整集热器的朝向，对于东西朝向的建筑极为便利。而太阳能集热器设置在建筑外立面上会使建筑有一个新颖的外观，能弥补屋面(尤其是坡屋面)上集热器面积及安装角度受限的缺陷。
3.3.2光伏建筑一体化
新建建筑采用光伏建筑一体化，可以达到更好的节能和碳减排效果。通过太阳能电池板将太阳能转化为直流电能，再通过逆变器将直流电能转换成交流电能，就能成为绝大多数家用电器的电能来源。但在实际应用上，将太阳能转化为电能的太阳能电池片转换效率目前仅为15%左右，即使采用聚光技术的电池片，最高转换效率也只能达到35%左右。而许多办公设备(比如笔记本电脑、打印机等)，又要将交流电源转换成直流电源，能量损失最高可达50%[6]。事实上，大多数电气设备，包括照明设备，都能依靠直流电有效工作而不需要交流电源。鉴于此，更多地使用直流分配网络(DC distribution networks)，可减小不必要的能量转换，提高可再生技术的经济效益。
3.3.3风能建筑一体化
风能建筑一体化发电效率高、成本较低。小程机器，其应用价值还有争议，而中程机器(5～50 kW)，若装置适当(如成为新型建筑或高层建筑的一部分)，则贡献巨大。比较典型的例子如2007年6月竣工的巴林世贸中心(WTC)，3个巨大的风力涡轮螺旋桨按照独特的空气动力学安装到建筑中，每个直径长达29m，每次工作，这3个巨大的螺旋桨大约能给大楼提供11%～15%的电力，足够给300个家庭用户提供1年的照明用电。
3.4意识提升与行为转变
在很多情况下，意识提升对于实现节能和碳减排的目标，有着极大的促进作用，既节约成本，又行之有效。日本政府曾发起知名的“Cool Biz”运动，倡导上班族在夏季改掉正装装束，穿短袖衬衫上班，来节省空调费用，帮助改善环境，带来了一定的节能效益。
可持续建筑的扩展，需要利用政府立法和企业政策的影响力，提升建筑用户的意识，促使行为转变以实现节能。比如鼓励建筑用户，当离开房间的时候，关闭不必要的照明和电器设备，可以有效地减少电能消耗。又比如，在中国很多的商业建筑中，有近50%的能量用于供热和制冷需求。如果在任何一座建筑中调整1℃的室内温度变化，可在建筑年度能耗中，带来非常可观的节能效果。
3.5碳抵偿措施
碳抵偿，即人们计算自己日常活动直接或间接制造的二氧化碳排放量，并计算抵消这些二氧化碳所需的经济成本，然后付款给专门企业或机构，由他们通过植树或其他环保专案、可再生能源工程等方式，抵消大气中相应的二氧化碳量。
建筑节能领域可以考虑推动碳抵偿措施的实现。建筑在采取了高效能源管理、节能技术应用以及可再生能源利用等措施后，可以针对建筑全寿命期间的碳排放量进行合理的评估，采取一定的碳抵偿措施，以实现更为显著的碳减排效果。但值得注意的是，碳抵偿仍旧富有争议，自愿减排项目不仅缺乏统一认证标准，客观上造成认证、监测的难度，还无法保证其真正实现项目所在地社区的可持续发展。因而，应该在前述措施都已有效开展后再考虑碳抵偿措施。
4结语
为了实现节能和减排的双重目标，可持续建筑的低碳设计战略不仅仅聚焦于高效能源管理系统，暖通空调系统与照明系统的节能技术手段，以及可再生能源技术与建筑一体化设计，同时强调了意识提升与行为转变在建筑节能中的作用，鼓励政府或企业框架下的政策激励手段。鉴于碳抵偿本身尚缺乏认证、监测透明度，应在前述4种措施完成后再求助于小量的碳抵偿措施。
参考文献：
[1]詹庆旋.低碳照明展望[J].低碳照明,2010,(14):8-11.
[2]李元普,王晔华.浅析可再生能源在建筑节能一体化中的应用探索.
[3]地暖月刊,2010,(1057):50-51.
