建筑节能:一场静悄悄的革命

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在最近25年以上的时间里,建筑业的生产率在降低,创新率低,而今天,这一趋势正在被深刻地扭转。从1960年代末到21世纪初,建筑业生产率的这一相对下降趋势,在美国等一些国家很明显。最近15年来,许多发达国家的政府已努力解决这一问题。它们采取一些战略来促进建筑业的创新,提升其生产率。

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有活力的创新

在这些战略中,信息科技的推广发挥了关键作用。例如,建筑信息模型(简称BIM)可以实现设计、建筑和维修的最优化,日益成为所有公共建筑合同的法定要求。近年来,在建筑行业,对创新的理解和创新推广机制,都取得了明显的大进步,并为制定更有效的公共政策提供了支持。同时,在这些进步的基础上,建筑企业已走向更大程度的整合,并以不同的力度增加了研发投资。

尽管该趋势出现地较晚,但已开始为大众所知悉,反过来又提升了对创新的需求,提升了建筑和维修行业的业绩,尤其是在能源领域。法国最近进行了一次调查:哪种职业最具创新性。建筑业工程师排名第五,建筑师排名第七。这说明人们日益认识到建筑业的创新潜力。这也反映为,建筑业、维修业终端用户的需求提高了。拜信息科技之赐,用户的决策权也在提升。

就用户的选择标准而言,该趋势使用户对舒适的需求不断提升,如在视觉、保暖、听觉、空气质量等方面。除了传统的质量要求、施工期限、全行业竞争性标准之外,这些新需求也开始影响企业。一些能快速提升舒适度的创新是可理解、可衡量、有保障的,由于终端用户在决策链上的发言权不断提升,这些创新的普及进一步加速。举一个正在快速发展的应用技术为例:能吸收强音的天花板行业正在飞速增长,因为许多科学研究已表明,这种天花板能明显提升学生的认知能力和学术表现,更不用说可以提高商务效率、改善医院监护质量了。

节能表现

当然,在节能表现方面,对创新的需求也在飞速上升,节能成效显著。近年来已有很多创新,带来了能效的明显提升,尤其是在隔热领域。

在短短十年时间里,玻璃棉的隔热效果就增强了20%,同时还能最大程度地确保健康与环保。新一代玻璃棉里包含各种比例的生物质原料。因一些环境的条件限制,矿棉很难使用,生产商就使用高度隔热性原料,尤其是真空隔热板(包括芯材、真空保护层并经压缩制成),或者几年后应能投入使用的硅气凝胶。硅气凝胶由很轻的无定形硅结构组成,其中95%以上的空气储于纳米孔中。

但实现能效的方式并不仅仅是使用最好的隔热技术。建筑材料的物理特性,系统与自动控制的结构,以及活性系统,都也起了一定的作用。在这些领域,研究都很活跃。例如,在法国现行的热工制度(RT2012)中,空气密封和热桥断路器是强制性要求。该制度推动使用日益复杂的涂层系统或隔膜。良好的密封有助于减少热能损失,使住宅微循环空气置换系统(VMC)的效果最大化,控制室内空气质量,并通过消除冷凝风险来保护建筑内部。解决方案包括墙面和屋顶的防水隔膜(具有湿度调节特性),以及针对砖石墙面的内部石膏技术涂层。

越来越大的玻璃墙面的使用,也降低了照明需求,同时提升了视觉舒适度,减少了热能损失。最新一代的三层玻璃的热透射率,要比普通的双层玻璃低四倍,而后者只不过是15年前才进入市场的。美国赛智公司(Sage)研发的电致变色玻璃,允许用户通过一个简单的电动控制设施来调节色彩,将吸收的太阳能最大化,并显著降低对空调的需求。

另一个充满活力的解决方案,是双向流动通风系统和使用开放式传感器的加热器的普及。制造商正在研究如何应用一些相变材料,它们有助于调节建筑的室内气温,减少对空调和制暖的需求。最后,为了测试所有已有系统的有效性,企业正在增多对演示装置的使用。在斯坦福大学、利兹城市大学和圣戈班集团的支持下,英国推出的“节能房屋”,展示了在受控环境中进行翻修的效果。这是迄今为止室内节能翻修最成功的演示。一些这样的演示装置是对公众开放的。

这些科技的推广和发展将为小型能效建筑带来显著的节能效果,这些建筑存在于多数欧洲国家。法国建筑业也不例外,一些数据有助于我们理解这一点。在法国,建筑业占各行业最终能耗的44%,而建筑业70%的能耗是用于制暖方面,目前为止居住性建筑在这方面的比例更大。居住建筑的平均能耗较高,约为每年每平方米274度。相比而言,RT2012要求中低海拔地区新住宅的能耗不能超过每年每平方米50度。这个上限表示的是初级能耗而非最终能耗。最终能耗是指用户可以使用的能量。初级能耗是指产生最终能耗所需要的能量。按照惯用的能耗计算方式,由于生产、处理、运输与储存过程中会产生的损失,对电能来说,1度的最终能耗等于2.58度的初级能耗,对天然气、制暖系统、木材等其他能源方式而言,1度的最终能耗等于1度的初级能耗。

对建筑业在节能方面的不佳表现而言,独栋房屋的数量不是唯一的因素——独栋房屋的节能效果系统性地低于集中式房屋群。巴黎住房的能耗强度相当于全国平均水平,45%的住房(530万套中的210万套)属于能效最低的级别(E、F和G级)。但独栋房屋的比例只占27%,而全国城市区的平均水平是56%。同时,巴黎房屋的平均面积也显著低于全国平均水平。巴黎住房节能表现不佳的主要原因是,新建筑的更新速度显著低于全国平均水平,建筑翻修率也低。除这两个因素外,1950-1980年法国修建的公共建筑,有近40%是在大巴黎地区。那段时期最常用的建筑方式(钢筋混凝土框架结构、巨大的玻璃表面和单层玻璃)的能耗强度极高。

显著节能的潜力

鉴于欧洲建筑的现状和今天已有的科技的力量,根据法国RT2012标准建造的能耗强度不高的标准住宅建筑的隔热系统,可以将制暖成本降到目前的1/10。如果是用2005年实施的RT2012的前一版,也可以降到1/3。如果RT2005的要求在全欧洲范围内实行,可实现的节能将为41.868千兆焦耳,相当于5亿吨石油,等于法国和德国初级能耗的总和!

实现这样的节能很难吗?要评估此事,我们最好是以1960年代南锡修建的一栋F级能效的房屋为例。这种房屋目前占法国房屋的30%。用一种最新的燃油驱动的制暖器,这栋房屋的年平均取暖费为3300欧元。在居住区,最划算、效果最好的短期干预措施是改善建筑外壳的节能表现,这栋房屋也不例外。作为第一步,可以实施一套简单工程,进行顶楼隔热和外部隔热,装双层玻璃,设置单向流动的VMC系统,需花费约1万欧元,而这可以将房屋的能效提升到C级,将取暖费减半。即使不考虑给房屋带来的增值,这笔投资也能在七年内回本。如果同时实施其他工程,如整修或有计划的扩展,回报率将会更高。利用可变利率贷款,这样的改进将立竿见影地为房主节省现金。

正是由于这显著的节约潜力和高度的社会经济效益,近年来大多数发达国家都已经提高了建筑工程的能效标准要求。这也解释了为什么大多数欧洲国家都在能源系统升级立法中强调建筑隔热。这些立法通常规定三项优先点:对已有建筑进行改善,同时改进新建筑标准;在资产生命周期的关键时刻,如进行定期屋顶修复或外表维修的时候,鼓励或要求实施隔热工程;为提高能效的工程提供特殊贷款。根据“世界绿色建筑委员会”(一个为推广可持续性建筑而成立的建筑业者联盟)订立的目标,为了将全球变暖效应控制在2摄氏度的范围内,建筑业应在2050年前将二氧化碳排放减少到840亿吨。从全球视角来看,上述举措代表着为实现这一目标而做出的有效努力。

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