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綠色建材概況及前景?

21世紀,人類共同的主題是可持續發展。對於城市建築來說,也需要從傳統的高消耗發展模式向高效綠色發展模式轉變。綠色建築是實現這壹轉變的必由之路,是當今世界建築發展的必然趨勢。

綠色建築是指為人類工作、生活和活動提供健康舒適的空間,同時實現能源最高效利用和對環境影響最小的建築。它是實現“以人為本”和“人-建築-自然”和諧統壹的重要途徑,也是21世紀中國可持續發展戰略的重要組成部分。

綠色建築遵循可持續發展的原則,體現綠色平衡的理念。通過科學的整體設計,集成了綠色配置、自然通風、自然采光、低能耗圍護結構、太陽能利用、地熱利用、中水利用、綠色建材、智能控制等高新技術,充分展現了人文與建築、環境、科技的和諧統壹。

綠色建築具有六大特征:綠色合理的場地規劃、資源高效循環利用、綜合措施有效節能、健康舒適的建築環境、無害的廢棄物減排、靈活適用的建築功能。既能滿足人的生理和心理需求,又能消耗最經濟合理的能源和資源,對綠色環境的影響最小。

20世紀60年代,意大利裔美國建築師保羅。PaolaSoleri將生態學(Eco1ogy)和建築學這兩個詞結合成“Arology”,提出了著名的“生態建築”(綠色建築)新概念。上世紀70年代,石油危機的爆發讓人們清醒地認識到,以犧牲生態環境為代價的高速文明發展史是不可持續的。消耗自然資源最多的建築業必須轉變發展方式,走可持續發展之路。太陽能、地熱能、風能、節能圍護結構等各種建築節能技術應運而生,節能建築成為建築發展的先導。

20世紀80年代,節能建築體系在英國、法國、德國、加拿大等發達國家逐步完善並廣泛應用。與此同時,由於建築密閉性的提高,室內環境問題也逐漸顯現,很多寫字樓出現了嚴重的建築病綜合癥(SBS),影響了樓內工作人員的身心健康和工作效率。以健康為中心的建築環境研究已經成為發達國家建築研究的重點。

1992年在巴西裏約熱內盧召開的“聯合國環境與發展大會”,使“可持續發展”這壹重要思想在世界範圍內達成共識。綠色建築逐漸成為壹個體系,並在許多國家得到實踐和推廣,成為世界建築的發展方向。

30多年來,綠色建築的理念在發達國家逐漸完善,形成了較為系統的設計方法和評價方法,各種新技術、新材料層出不窮。壹些發達國家也組織起來探索實現建築可持續發展的途徑,如加拿大的“綠色建築挑戰”(GREENBUILDINGCHALLENGE),采用新技術、新材料、新工藝,實施綜合優化設計,在滿足建築需求的基礎上,最大限度地減少資源和能源的消耗。日本頒布了《住宅建設規劃法》,提出了“重組大城市居住空間(環境)”的要求,以滿足21世紀人們對居住環境的需求,適應住房需求的變化。20世紀90年代,德國開始實施適應生態環境的住宅政策,從而有效實施可持續發展戰略。20世紀80年代,法國對住宅區進行了大規模的改造,包括改善住宅區的環境。瑞典實施了“百萬房屋計劃”,在住宅建設與生態環境的協調方面取得了顯著成就。

課題研究的背景

綠色建築與奧運會結合的時間並不長,但可持續發展的理念和奧林匹克精神已經迅速實現了和諧統壹。美國亞特蘭大1996奧運會期間,已經嘗試了壹些可再生能源和高效交通措施。2000年澳大利亞悉尼奧運會,綠色建築的理念開始體現在奧運場館及其配套設施的建設中。悉尼奧運會被認為是目前科技含量最高的夏季奧運會,而受到全世界廣泛關註和好評的綠色奧運村最能展示悉尼奧運會的高科技含量。這壹項目的成功設計、建設和施工也是由現有的綠色建築技術評估體系(如澳大利亞的NABERS)所貢獻的,這是確保建築過程的各個環節充分體現可持續生態理念的重要舉措。該項目的成功不僅促進了綠色建築設計思想和理念的成熟和發展,也為澳大利亞在世界上贏得了榮譽和尊重。

北京2008年奧運會提出了綠色奧運、科技奧運和人文奧運的口號。如何使奧運建築和公園真正實現“綠化”的內涵,建設可持續發展的建築和公園,是實現2008年北京“綠色奧運”的關鍵。在此背景下,2002年6月,科技部“科技奧運十大專項”之壹的“綠色奧運評價體系構建研究”項目啟動。該項目匯集了清華大學、中國建築科學研究院、北京建築設計研究院、中國建築材料科學研究院、北京環境保護研究院、北京工業大學、全國工商聯住宅行業商會、北京可持續發展科技促進中心、北京城建科技發展。

“綠色奧運建築評價體系”的研究,就是試圖通過在整個建設過程中建立嚴格的、可操作的監督管理機制,並落實到招投標、設計、施工、調試、運營管理的各個環節,努力實現奧運建築的綠色化。具體研究內容如下:根據綠色建築的理念和奧運建築的具體要求,制定奧運建築和公園建設的“綠色”標準,研究制定科學的、可操作的該標準的評價方法;研究能夠支撐這壹評估體系正常運行,並在奧運建築從申辦到運營管理的全過程中發揮有效作用的機制和政策,確保奧運建築和公園建設的“綠化”能夠高水平實現,在“綠化”和可持續發展方面達到國際先進水平。

評價體系內容簡介

1.全程監控和階段評估

針對公園規劃、業主招標、建築設計、施工、驗收和運營管理的全過程,在各個建設階段采用科學的評估體系、評估手段、相應的管理機制和質量保證體系,確保奧林匹克公園建設達到綠色、可持續發展的預期目標。根據全程監控、分階段評估的指導思想,評估過程由四部分組成:

第壹部分:規劃階段

第二部分:設計階段

第三部分:施工階段

第四部分:驗收和運營管理階段

根據以上不同建設階段的特點和要求,分別對環境、能源、水資源、材料和資源、室內環境質量等方面進行評價。只有滿足了前壹階段綠色建築的基本要求,才能繼續下壹階段的設計和施工工作。根據該系統,如果在施工過程的所有階段都符合綠色要求,則該項目可被視為符合綠色建築標準。

2.QL評分法

綠色建築追求最小的能源、資源和環境成本,獲得健康、舒適、高效的建築環境。這兩者有時是相互矛盾的。為了對他們的實際情況給出壹個清晰而科學的描述,這個評價體系采用了兩個指標:質量和負荷。與發達國家(如美國LEED)的現行標準相比,這種雙指數法解決了上述矛盾,更準確地描述了評價對象的綠色度。評價規定分為Q和L兩類:Q(質量)是指建築環境的質量和為用戶提供服務的水平;l(負荷)是指能源、資源和環境負荷的貢獻。兩者結合起來可以綜合評價建築的“綠色”程度。

在考察建築物的L(負荷)質量時,不直接用L而是換算成LR(負荷減少量)來評價,也就是說“建築物的環境負荷減少越多,得分越高”,操作簡單。然後,我們可以使用統壹的五級評分系統(此時L=5-LR)及其匹配的權重表,分別對不同類型建築的Q和LR進行評價。

根據評價項目在不同階段的重要性,分別制定相應的權重系數。參評建築的實際Q/LR得分=∑(5分量表得分×權重系數)。對於有多種類型建築的公園,整個公園的綜合評價結果需要乘以各種類型建築的面積比及其對應的Q和LR得分。

參評建築的Q/L評價結果可以用如圖2所示的二維圖表進行科學描述。

其中包括:

A區:資源、能源、環境少,建築服務質量優,是最好的綠色建築。

B區和C區:還是綠色建築,但是消耗資源和環境太多,或者建築質量略低。

D區:資源和能源消耗高,但建築質量低。

E區:付出了大量的資源、能源、環境卻獲得了低劣的建築質量,必須避免。

測評軟件除了提供二維Q圖外,還可以根據用戶提供的建築信息生成壹系列直觀的圖表,形象地展示參評建築在不同等級項目測評過程中的性能優劣。

主要創新

本課題的主要創新點如下:

1.本文從“綠色建築”的概念出發,針對中國的具體情況,系統地提出了中國綠色建築的主要內容和重點,既符合國際先進理念,又突出創新。比如強調項目論證的必要性和總量、規模、容積率的控制;強調建築的生命周期分析,關註建築材料的可再生性和可再利用性:提出各種能源結構和使用模式下的評價方法,關註能源等級,提出能源的優化利用和梯級利用,關註降低能源轉換系統的能耗,倡導熱量回收;綜合考慮和評價建築物的直接汙染和二次汙染;註重水資源的綜合高效利用和保護,強調分質供水和梯級利用,明確節水率和重復利用率的合理範圍,強化用水安全;對施工過程進行專項評估,倡導綠色施工和綠色管理;註重驗收和運營管理,強調考核管理制度和激勵機制、實際運營效果和實測統計數據。在此基礎上,提出了全面實施“綠色建築”的體系和框架。

2.得到了多個綠色建築的量化評價指標體系,包括:通過對近20個實際項目的調研和計算,提出了建築材料生命周期評價的4個量化指標,即資源消耗、能源消耗、環境影響和本地化;建立科學、客觀、全面的建築能耗量化評價指標體系,通過建築耗熱量和耗冷量指標評價居住建築節能狀況。提出了用與參考建築對比的方法來評價辦公建築的節能效果。提出了基於能量質量系數的ECC指標來評價不同的供暖空調系統和方法:提出了TDC指標來評價風機、水泵等輸配系統的能耗;提出了評價新風熱回收的熱回收能效比CEP指標;提出照明能耗系數,結合燈具、照度、控制綜合評價人工照明。單位建築面積汙染物排放總量指標體系(CO2、可吸入顆粒物、N0x、S0x等。)和建築排熱評價指標體系來評價空氣汙染(直接或間接)和溫室效應。

3.提出全過程控制的觀點和相應的評價方法及實施指南。根據我國建設項目實施過程的特點,評價體系分為四個階段:規劃階段、設計階段、施工階段、驗收和運營管理階段。根據每個階段的特點,制定相應的評價體系。通過各階段的控制,保證最終綠色建築的實施。這與國外(如美國的LEED系統)僅限於最終項目的綠色評價完全不同。

4.建議采用Q(質量)-L(負荷)雙指標體系和權重體系對中國綠色建築進行評價。揭示了建築建造過程中獲得健康舒適的居住空間、占用能源資源和影響環境之間的矛盾,指出綠色建築的核心是追求這壹矛盾的協調。

5.開發了壹批可用於定量模擬計算和優化設計的軟件。

評估案例——某綜合體育館(設計階段)

1.基本信息描述

北京某體訓局東校區東南角,坐落著壹座綜合體訓館。訓練局大院北、南、西三面為城市道路,東面為城市規劃道路。工地南面是人工湖,東面是居民區,北面是網球館和體操訓練室,西面是小學。

建築風格追求現代化、地域化、本土化的結合,整體造型突出體育建築的氣勢,與大面積金屬百葉窗、純實體墻面形成鮮明對比,同時充分利用陽光,降低後期運營成本。建築面積10968m2,兩層,建築高度23.9m,主體結構類型為鋼筋混凝土框架結構。建築壹層為舉重訓練館,二層為籃球訓練館,壹層和二層為辦公室等功能用房。建築設計充分考慮無障礙要求。

建築北側面對訓練局體育館壹側有硬質鋪裝的廣場,與建設用地東側的城市道路相連;西側設置壹條4米寬的車道,與建設用地南側的城市道路相連,並在建設用地西北角與原訓練局院內南北主幹道相連。所有的人和車輛都將從這裏進入綜合訓練館。綜合訓練館北側有壹個正門。東側和西側各有壹個二級入口。南邊有三個輔助疏散出口。

建築采用外墻保溫,滿足墻體節能要求。鋼筋混凝土屋面保溫采用30mm厚擠塑板保溫材料。外窗框為鋁合金斷橋系統,玻璃為6mm9mm6mm中空低輻射玻璃。

在該建築中,舉重和籃球訓練館均配置雙風機和定風量全空氣空調系統,可在過渡季節送新風,其他功能房間配置風機盤管和新風系統。空調系統采用直接數字(DDC)監控方式,納入樓宇自動化監控系統,有利於節能。

建築外墻玻璃采用雙層中空玻璃,隔絕外界噪音幹擾。通風管道風機進出口安裝消聲器,以滿足室內外環境對噪聲的要求。

本建築正常照明光源主要采用三基色節能熒光燈和金屬鹵化物燈,所有高效節能氣體放電光源必須配備低諧波、高功率因數的電子鎮流器。

建築的生活給水由建築西側的給水管道引至室內,接至各配水點。生活熱水采用地熱水,由院內集中地熱水供應管網供應,直接接入博物館用於淋浴熱水。本項目雨汙分流,汙水不含汙染物,糞便汙水通過化糞池排入市政管道。屋面雨水由雨水鬥收集後排入院內雨水管道,室外雨水由雨水出口收集後接入室外雨水管道。所有衛生設備都是節水的。運動員浴室采用紅外感應沖水小便器、紅外感應水龍頭臉盆和淋浴。主供水管上設置水表,方便計量用水量。

總結

這個綜合體育訓練館主要用於運動員的訓練,也采取了壹些節能節水的措施,但沒有什麽特別突出的。所有評價點的分數都在3分左右,表現壹般。綜合評價結果在QL二維示意圖C區。

前景

後續推廣工作包括:

1.繼續擴大建設項目試評價。通過與北京市相關部門的合作,我們將在未來根據綠色奧運建築評估體系對北京市的壹批在建項目進行評估,從中總結經驗,不斷完善評估體系。

2.推廣與綠色建築設計相關的輔助軟件工具。

3.拓寬研究,結合全國各地實際情況,將綠色建築評價體系從區域研究推廣到全國,規範綠色建築發展。

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