建筑生命七篇

建筑生命 篇1

1997年毕业于郑州轻工业学院工业艺术设计系

2000年开始从事摄影工作

2002年进修于北京电影学院摄影系

2005年创建高寒建筑摄影工作室

获得荣誉

2007年作品《繁华CBD》获伟昌铝材杯“人·建筑·自然”

摄影展优秀奖

2008年作品《北京南站》获首届中国建筑摄影大赛三等奖。

2008年作品《魅力CBD》获“我爱CBD”摄影大赛特等奖。

2008年作品《奥运公园》获08年奥运建筑摄影大赛三等奖。

2009年作品《穿行》获“爱北京、拍北京”优秀奖

2009年作品《北京建筑》18张入选天安门广场大屏幕

庆60周年国庆展播

使用器材

机身佳能5D MarkII

镜头佳能TS-E17mm L

佳能TS-E24mm L

佳能TS-E45mm

佳能TS-E90mm

建筑承载着功能、美学、文化、环境、历史等多种特性, 每一幢建筑物所涵盖的社会效果以及它对周围人群所产生的影响是不同的, 这就使得建筑摄影区别于一般的摄影艺术, 它的首要功能是传达建筑信息。作为建筑摄影师, 面对建筑时首先要能感知这些信息, 然后通过娴熟的摄影技巧, 结合恰当的光影及构图, 将建筑信息艺术化的表现出来, 这样才能使得所拍摄的建筑图片在建筑文化传播中发挥应有的作用。

建筑设计:美国SOM建筑设计事务所建成时间:2010年

建筑设计:特里·法雷尔建成时间:2008年

建筑设计:特里·法雷尔建成时间:2008年

建筑设计:诺曼·福斯特建成时间:2008年

建筑设计:不详建成时间:1306年

建筑设计:西班牙ACXT建筑事务所建成时间:2010年

建筑设计:何镜堂 (总设计师) 建成时间:2010年

建筑设计:祁斌建成时间:2008年

建筑设计:法国AREP设计公司、中国建筑设计研究院建成时间:2005年

《中装》:您从什么时候开始从事建筑摄影?基于何种渊源?

高寒:是从2002年开始的, 自己本身是学设计的, 对于构图, 对于空间的理解有一定的基础, 加之对建筑和摄影的喜爱, 选择建筑摄影是自然而然的结果。《中装》:建筑摄影最吸引您的地方是什么?

高寒:或者说我很幸运, 爱好和职业是一致的, 我能从建筑摄影的过程中得到很多快乐。

《中装》:您认为建筑之美与影像之美有哪些共通之处?您如何将两者的语言结合起来, 向人们讲述一个完整的关于建筑的影像故事?

高寒:我觉得建筑之美在于建筑的体态、空间尺度、功能以及它所释放出的对人的关怀。影像之美在于对内容的专注、也在于光影、在于构图。建筑摄影是以建筑的目光感知建筑, 用摄影的手法将你感知到的东西表达出来。也就是说建筑摄影作品的优劣取决于两个方面, 一是感知的高度, 二是表现手法的高度。二者都具备了, 在合适的时间、合适的地点, 用合适的镜头, 自然会得到一个好的建筑影像故事。

《中装》:建筑摄影将建筑最美的一面展现了出来, 但建筑始终不是一个纯视觉的东西, 它的魅力和内涵可能得在亲身体验或使用过程中才能显现, 您如何处理这种形式与内涵的关系?

高寒:是的, 建筑绝不是纯视觉的东西, 建筑摄影也绝不只是建筑形式摄影。其实拍摄建筑的过程也就是感知建筑的过程, 你感知到的东西可能很具象——比如光影、形状, 也可能很抽象——比如舒适感、庄严感等等。具象的东西或者说形式感的东西很容易抓到和表达, 抽象的感觉则较难把握, 这就需要我们来分析这种感觉来源于哪些因素, 是空间尺度?是材料的质感?还是独到的照明设计?找到了这些因素, 也就找到了拍摄目标, 通过构图和镜头的运用, 夸大或缩减这些因素, 抽象的感觉也就可以通过平面影像表达出来了。也就是说, 内涵也是通过形式表达的, 二者是统一的, 不是矛盾的。

《中装》:您对玻璃幕墙的强反光问题怎么看?这对您的摄影和对城市环境各产生什么影响?

高寒:对于摄影而言, 强反光在建筑立面拍摄时是有较大影响的, 我们可以通过拍摄时间和地点的变换来避开反光, 对于建筑景观的拍摄, 有时候反光也许有出乎意料的效果。幕墙体建筑还有一种反光, 反的是天光, 这种反光就是一种非常美妙的感觉了。玻璃幕墙体建筑对城市环境的影响, 我想一分为二地看待比较好, 负面影响有反光问题、有热能耗问题, 正面的呢, 它有良好的采光、通透宽阔的视野、多姿多彩的视觉感受、还有为城市环境增添的现代感。

设想一下如果北京没有幕墙体建筑, 整个城市会是一个什么样的景象呢?所以我个人认为幕墙体建筑对城市环境正面的影响更多一些。

对于现在负面的影响, 我们通过更科学的规划, 更新理念的设计以及新材料新技术的运用, 完全可以使这些负面影响降到很低的程度。比如国贸三期、金融街B7项目、东直门中石油总部等的玻璃幕墙都设计有玻璃翼, 可以有效地阻挡光反射及直射, B7项目的双层呼吸式幕墙, 能更好地降低室内外的热交换, 还有太阳能玻璃, 自身可以发电等等。

《中装》:您在选景过程中一定会考虑单体建筑与周围环境的关系, 有哪些和谐的例子和不和谐的例子?

高寒:泛泛地来讲, 我觉得国贸三期、新央视对于CBD是和谐的, 它们合力提高了整个CBD建筑群景观的高度。贝聿铭先生设计的苏州博物馆更当说是和谐的典范。许多人说国家大剧院和周围环境不和谐, 有一次我在电视中看到长安街的航拍影像, 从画面上看, 国家大剧院确实感觉比较突兀, 可我们平时没有那样的观看角度呀, 我每每站在国家大剧院前, 它巨大的体量, 宽阔的水面以及环抱的植物自成一体, 已经占满了我的视野, 这是观察角度的问题。还有设计出发点的问题, 比如马岩松的胡同泡泡, 砖瓦结构的胡同里冒出来一个不锈钢水滴, 听上去是不是很不和谐, 但泡泡将卫生间、楼梯包裹进去, 改善了胡同居民的生活质量, 泡泡的不锈钢材质又将周围的灰墙绿树不规则的镜象出来, 成为另一种风景。这种设计是充满人文关怀的大胆设计, 虽然材质上有冲突, 但也不能说不和谐。至于不和谐, 比如你在江南的一个城市中游走, 周围是平实的黑白灰和绿色, 忽然有一个蓝绿玻璃幕墙加外包不锈钢柱子的建筑进入视野, 你的心里肯定会咯噔一下, 难以接受, 这样的建筑在现实中不止一个, 有这样建筑的城市也不止一个, 所幸那些建筑大多是二十年以前的, 现在从规划到设计基本上都会考虑与周围环境的影响, 不和谐的建筑越来越少了, 和谐的建筑越来越多了, 这就是进步。

《中装》:从您拍摄的作品来看, 有的建筑具有明显的地域特征, 有的则“放之四海而皆准”, 看不出来是哪个城市的建筑, 您对全球化带来的这种城市的趋同性怎么看?

高寒:全球化是时代发展的潮流, 表现在信息、人、物的快速流转。城市、建筑都是为人服务的, 人的需求大体上又是相同的, 所以一种新的理念、新的材料, 新的生活方式很快会传递到世界各地, 这些理念、材料、生活方式会影响到每一个人, 这个过程就是趋同性的过程, 但是这不是一元的, 是多元的。比方说都是上火, 有人选择刮痧、拔火罐;有人选择吃药、喝凉茶。对于城市规划者和建筑设计师们, 满足人们的这些需求的途径也是多种的, 有的追随潮流大胆前卫, 有的坚守独立保持传统, 使得城市的发展既趋同又不同, 这是时代发展、社会进步的必然结果, 只要别过多地制约某一方面, 城市发展就可以在矛盾与统一中达到一种平衡。

《中装》:您除了拍摄新建成的建筑以外, 是否也拍传统的老建筑?两者带给您哪些不同的拍摄体验?历史与现代在现在的城市中怎样才能互补?

建筑生命 篇2

作为动词的“生”的含义如表1所示

作为名词的“生”的含义如表2所示

2.建筑的生命精神内涵

古人善于从不同角度观察事物的时间现象,从而产生了具有不同情感的生命感悟。例如:《周易》“生生之谓易”。这是从时间循环变异现象而产生的恢宏阔大的生命情怀。

又如:《周易·系辞下》说:“天地之大德曰生。”天地具有生生之德,正是四时运行而化生百物,并具有春生夏长秋收冬藏之生命顺序,“突现了生之理”(朱良志,1995)。尤其是自然景物随四季的盛衰荣枯更容易化时间现象为悠悠心境。这是从四时运行的时间现象而产生的对生命过程的感悟。

中国传统哲学中很重要的一个内容是古人的时空观念或者说是宇宙观。宇是空间观念,宙是时间观念,宇宙连用是时空观念的综合体现。《庄子》:“上下四方曰宇,往古来今曰宙。“宇宙”二字连用,始见于《庄子·齐物论》曰:“旁日月,挟宇宙,为其吻合。

可见,对中国古人而言,时间的体验虽然是具体的、经验的,但更是一种无法定质定量的心理时空。他们善于将物理时间转换成富有感性色彩的生命感悟,其关键就在于客观场景的具体时间现象能否在人的心理上引发情感。

2.1建筑时间观

建筑的时间观,体现在居住其中的人的心理感知从而对时间现象进行抽象的抒怀。而这种时间观往往是同“宇宙”的观念相连,指向“天人合一”的哲学思想。古人崇天“巍巍乎,为天为大”,古代的建筑甚至城市规划,也往往“象天法地”。《三辅黄图》上记载的营建咸阳时的“……信宫作极庙,像天极”,汉代宫室,如班固所谓“其宫室也,体象乎天地”[1]P24-25,都是古人建筑时间观的体现。

另一方面古人对时间秩序的感知上升为规范人们行为的“礼”的秩序,因四时四季不同,而举行的祭祀活动所建设的建筑,形成的不同的空间与氛围。今日北京仍然保留有祭祀自然的坛庙如天坛、地坛、日坛、月坛。

2.2建筑空间观

当人们在院落中,触摸斑驳的墙体,看着白墙上枝桠稀疏的影像岁日光西暮,而逐渐挪移,时光在建筑上完成了传递,而人们也从光影的变换中体会岁月时间的流逝。完成了从时间到成空间的转变。

传统建筑院落所构成的空间,在园林住宅中的表现尤为突出。把构成院落的元素仅仅当成建筑元素的话,那一道门、一扇窗便只是具体的物质存在;那一面墙、一座游廊,只是空间的分割,但就是这些实实在在存在的建筑元素,在时间的作用下,形成了中国传统的建筑空间观。即时空的交错与融合。作为建筑的使用者,居于其中的人,在游廊中穿梭,透过一扇漏窗,望见如意门洞所框出的半枝芭蕉,于是多个空间在以人为主体的活动中,完成了空间的转化。“步移景异”就是这个意思。

多进院落形成的纵向纵深的空间序列与横向跨院形成的水平序列,往往通过不同的墙体或门的变化完成空间的转变或推进。建筑元素就变成了空间转换的节点而存在。

3.中国建筑艺术的生命论

3.1生——生命结构论

张皓[2]认为立足在中国文化、中国哲学的广阔背景上,中国哲学在一定程度上说,是一种生命哲学。他认为这一哲学存在着一种内在的结构,以“生命即本体即真实”为其基本纲领,并通过时空两位的纵向横向展开,形成一个无所不在的有机生命之网。

因此有了“生之为性”的哲学命题。善即生即仁,人间之美乃生之美。故天地之大德曰生,这“生”是真善美的统一。

3.2时——生命时间论

中国文化形成了一种不同于西方的独特时间观,这种时间观十分重视生命,以生命的目光看待时间。“莫若以时”,以时就是应时,适时。具有两个侧面即莫错用时和莫错过时。而由此“奉天时”通过审时,窥时的到达“契时”最终达到“契生”和“与时俱化”。

3.3气——生命基础论

中国哲学以气为本原范畴,中国美学也以气为艺术生命之本,气是美的发生与作品的活力所在。中国文化思想以“气”为万物之本,生命之元,阴阳之化,精神之流;中国文化以“气”将精神与物质、运动与时空统一的思想具有相当的优越性,对于美学,以“气”阐发之,更有无可比拟的精辟、深刻、超然于贯通等长处。所谓“三来”盖之文艺创作由审美感应而的三种动因:神来,情来,气来。

自魏文帝曹丕主倡以气论文之后,人们更多的从艺术创作本身来寻求气的奥秘,气范畴也更多的纳入审美主体的内涵。

曹丕《典论论文》曰:文以气为主。“文以气为主”是一个划时代的命题,标志着文学由经学的附庸走向自觉、自立。中国美学素以生命之气来看艺术和审美活动。在中国美学中,神气既指创作个性才气的油然体现,又指艺术作品奇妙传神的审美特征。

4.结语

建筑的生命精神内涵,特别是传统建筑自营造之时,就同“生”息息相关。传统建筑观念中很重要的一点是“便生利人”。人们从自然界中的万物认识到了生命的意义,也认识到了阳光、水分、植物等条件对生命的重要性,“生”,是华夏先民对自然事物的一种极远古的认识。

生命是有限的。一座建筑的生命可以很久远,远到建它的人随风逝去,而它依然挺立;一座建筑的生命也可以很短暂,短到它还未建成,可能就一夜间轰然倒塌。

建筑是有生命的。建筑亦是有感情的。

建筑中承载着使用者的喜怒哀乐,保留着居于其中的人的痕迹。于是人们可以在古建筑中发忧思之情,才可以在建筑中缅怀曾经的人和事。

参考文献

[1]王其亨,当代建筑史家十书·王其亨中国建筑史论选集,辽宁美术出版社,2014年9月

[2]张皓中国美学范畴与传统文化湖北教育出版社1996年11月第1版

[3]萧默,建筑的意境,北京:中华书局,2014年1月第一版

[4]侯幼彬,中国建筑美学,哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,

[5]刘敦桢,中国古代建筑史,北京:建筑工业出版社,

[6]方拥,中国传统建筑十五讲,北京:北京大学出版社,2010年

[7]冯柯,说宅,上海:同济大学出版社,2012年

有生命的未来建筑 篇3

如果说这是一座建筑物，你肯定觉得这是“天方夜谭”，因为它看起来更像艺术品，或许，这就是未来跨界建筑的雏形。一不小心，你还会觉得自己闯入了阿凡达的世界。这座名叫《移动森林》的复杂建筑物，占地整整170平方米，创造出具有浸润感的空间环境，邀请每位参观者去探究一些有关建筑的重要话题：未来的建筑将变成什么样子？

“建筑物”一般是指人造物，提供了社会运作的空间或机能需求——如果从这个角度去理解“建筑物”，那这个词汇本身就包含了一种不断被颠覆、被创造的形象。众多的技术人员、艺术家、未来主义者以及作家集聚一堂，发挥想象力，探索着那些将会让未来感到惊讶的奇思幻想。这些创想者的其中一员，便是来自加拿大的实验建筑师菲利普·比斯利（Philip Beesley）。这位来自加拿大多伦多滑铁卢大学的建筑学教授兼艺术家，借鉴古希腊的哲学信仰“万物有灵论”，相信任何物质皆有生命，提出未来城市将作为一个有机生命而存在。

这座“移动的森林”是一个跨多门学科的幻想之作，融合了建筑学、信息技术、视觉艺术、声学、机械智能、生物学、环境科学和社会学等多元学科的交叉。建筑物内部包含了众多的传感器、微处理器、机械连接装置和过滤器，并可以根据环境移动。仔细观察它的局部设计，细致又复杂，但整体上不仅保持了壮观的气势，也充满了优雅和美感，尤其是控制系统采用分散又集中的方式，做到简洁而不凌乱。

刚看到这座建筑物时，总会让人吃惊于它的生命力，所有的一切都让人觉得更像是一场魔术表演。当感应到观众的动作时，比如当你的手开始靠近它，或者当你准备给它挠痒痒，它羽毛一般轻盈的叶片便会开始起伏、振动和卷曲，比含羞草有着更加丰富的动作表现。飘渺柔弱的丙烯酸塑料叶片的每一次颤动，都如同生命释放的每一下呼吸。这些叶片还会发出微弱的荧光，并且透过如云层般错综叠加的空间发出低吟的声响，仿佛正在邀请你走入一座奇异的波光粼粼的童话森林。因为作品使用了38块分布式传感器，不仅局部区域的叶脉会产生颤动，而且由一个总线控制器控制了整片森林的互动。

除了可以感知到观众的行为与之进行互动，这座充满生命力的建筑物也有自身的循环系统进行基本的新陈代谢，处理环境中的物质与之进行交互——尤其是，它可以吸收过滤空气中的水分和有机分子，利用这些“养料”帮助自己“器官”中的细胞成长。完成这个循环的命令中枢是一个网状物，细致而透明，形成圆顶般的蓬罩，串联起一些装有液体的玻璃球，它们是生命的器官，每个器官的周围还连接着成千上万的细微管道，仿佛人体的“毛细血管”。实际上，玻璃球内的液体是培养液，空气中的水分和二氧化碳被捕捉到之后，就会让培养液中的细胞“加速成长”，另外参观者与装置感应而发出的光线，也会刺激玻璃球中的细胞生长。最后当细胞茂盛地长成时，整个装置中的“腺体”组织会散发出香气，让空间变得异常芳香。

比斯利的这件实验性建筑物吸引了全球注意并得到广泛展示，包括马德里、林兹、恩斯赫德、布鲁塞尔、纽约、洛杉矶和新奥尔良等地，还在哥本哈根的联合国气候变化公约第15次缔约方大会中展出。他的作品获奖无数，其中包括了加拿大建筑罗马大奖第一名、西班牙Vida 11.0第一名、远东国际数字建筑设计奖和两次加拿大Dora Mavor Moore大奖。

这种建筑与生命、机械与植物之间的融合进化，或许已经成为未来城市的一个重要方向。尤其当城市文明以一种侵占自然的形态在扩展时，反省如何恢复自然生态在城市中的位置，让“无机物”也可以充满生命力，就成为了更加值得探究的话题。

记者：很多人会觉得“移动的森林”是建筑仿生学，您怎么看？

比斯利：移动的森林是一种融合机械和植物的跨界建筑，它不仅利用机械或者人工智能对动植物进行仿生，也是一种结合两者的融合演化。人工所创造的东西与自然创造的东西一起进化，将人类、自然、机械、信息4个维度的东西，放在时间的潮流中进行重塑。有人把我的作品称为“活着的建筑”，我更喜欢的叫法是“有生命的建筑”，因为它更好地代表了一种以模拟自然的手法进行创作，而不是自然与人工的对立，生态与城市的对立，有机体与无机物的对立。在城市演化的进程中，应当是相互依赖共鸣，并且可以呈现出一种新的跨界建筑的形态。

记者：怎么会想到创造这么一种有生命的建筑？

比斯利：我们脚下的每一寸土地是坚实的，但也是在移动的，这种移动，主要是乡村到城市的变迁。预计到2050年，地球将有60亿人居住在城市，换言之，地球上2/3的人将居住在城市。建筑就成为了人和人之间相遇的场所，也构成了一种复杂的生态。我们需要思考建筑物在两种环境中的角色，能否从没有生命力的水泥块，变为可以做出应答的生命体：一种是自然环境，建筑物是不是可以成为自然环境的一部分，能对环境因素的变化做出反应，比如当二氧化碳浓度过高时，会吸收二氧化碳、释放新鲜空气；还有一种是社会环境，建筑物对人的行为能否回应，当你感到孤独时，你可以感受到建筑物给你带来的关怀，比如给你唱一首歌曲、给你一个“拥抱”。对两种环境的即时响应，或许是未来的有生命力的建筑区别于当今建筑的一个重要特征。

记者：这种虚拟的跨界建筑是否会被批评为太过脱离真实？

比斯利：21世纪，从对身体进行医学美容，到征服自然生态建造起一座座城市的过程，无一不体现了人类的意志力。藉由技术、科技满足对自身理想的企求和对生活的想象，促成了人类社会形态和居住环境的转变。但这种转变也带来“自然与人工”、“环境与生态”之间界限的思考，我们会处于怎么样的后人类社会环境？科学家也好，建筑师也好，都在扮演上帝的角色，在超真实的基础之上，把想象中世界的图景变为可能。这种虚拟的自然，更加需要去超脱自然与非自然的二元对立，探索一种共生共存、相互依赖的关系。

记者：创造这座壮观的、令人叹为观止的建筑物，你的灵感来源来自哪里？

比斯利：古希腊的万物有生论说道，不论是石头、云雾、液体还是生物，其实都不存在着严格的界限，所有的物质都是有生命的，因为生命就蕴含在这些物质之中。所以我开始思考，建筑作为一种人工的存在，究竟是否可以打破传统印象中人们认为的“非生命”的形式，而挖掘出建筑物内在生长的生命力。其中，马尾藻作为一种原始的生命，给了我非常大的启发。我将它作为原形，虚构了你看到的羽毛状的叶片，而幽暗的空间，则营造出这个虚拟空间的神圣感。创造这件作品的过程中，我们需要依赖很多非传统的建筑手段，比如人工智能、化学、电子工程和分布式计算，也需要运用建筑学的手法，比如空间布局、仿真程序等等，协调这些学科的交叉，去打造一件崭新的集合。

记者：这座建筑物非常庞大而复杂，如何才完成它从局部到整体的设计？

比斯利：这个作品的完成由4个部分组成，我们在电脑上画出图纸，设计控制系统，寻找合适的材料，再把像珊瑚海一样复杂的部件拼装完成。整个团队一共有20个人参与编织这座建筑物，有一个阶段，所有人都因为它的复杂而逐渐失去耐心，变得烦躁，不知道究竟会得到怎么样的一个怪物，甚至想过放弃。因为在这件作品中，有数以万计的电子零件，这些轻巧的零件需要被逐一装设在微处理器和传感器上，对参观者的进入做出反应。最终，当这个无比精密、充满生命力的建筑物展现在我们面前时，所有人都感到内心的无比震撼与喜悦。

记者：响应式的环境是你非常强调的，这种响应如何做到如同生命般自然？

比斯利：我特别留意过，那些带着孩子的父母或者有老人的家庭，在探索这座建筑物的时候是怎么样的反应。有些人会说，这非常神秘，就像大自然；也有人说，像走在森林里，日落时候的森林。这种模拟的自然响应，叶片的颤动、光线的强弱变化，虽然都是通过机械式的行动，但你要能够了解人类的行为和反应，以及他们的情绪变化。比如当你触摸到的叶片卷曲时，他们会惊讶地发出尖叫声，这就会改变灯光调节的明亮变化，同时刺激这座建筑物通过“腺体组织”发出香味，给观众带来更大的刺激，从视觉、听觉、嗅觉多个空间，享受到这种互动的乐趣。

记者：可持续的建筑通常非常注重创新材料的运用，我们注意到你使用了丙烯酸塑料，好处有哪些？

从全生命周期考虑建筑节能 篇4

近日，中国工程院院士、清华大学教授倪维斗在媒体中指出，建筑节能不仅仅是某个建筑建成后的运行能耗，建筑物的建设本身也要耗费大量的钢铁、水泥、铝、玻璃……这些建材的生产能耗也应该计算在建筑能耗之内，即应该从全生命周期的角度把建房子的能耗摊到建筑能耗内。如果建筑的寿命很短，建成以后常年空置，没有发挥居住功能，全生命周期的能耗是非常高的。

倪维斗教授这一观点，为我们审视和开展建筑节能工作提供了更新的角度和更宽阔的视野。近年来，我们将更多的注意力放在建筑物建成后运行的能耗上面，包括节水、节电、节材、外墙外保温、热计量改革……而忽视了建筑物全生命周期的能耗问题。建筑物在建设施工过程中要消耗多少水、电、建材？能够为建筑降耗的各种新产品、新材料本身的生产过程，是否存在能源浪费、污染环境的问题？屡禁不止的短命建筑，又带来了多少资源的浪费？……这些环节中的能耗问题，虽不是建筑物运行过程中直接产生的能耗，但却与建筑物有着密切的关系。因此，建筑节能不能仅仅局限于建筑物运行中产生的能耗，而应将建筑物的全生命周期都纳入到节能减排的范畴，统筹考虑。

建筑生命 篇5

在建筑设计中, 能源使用是一个非常重要的问题, 它关系到资源的利用以及环境的质量。为了降低建筑的能源使用对环境产生的影响, 制定相应的策略来降低能耗显得尤为重要, 如改善建筑围护结构, 采用高效照明和对采光、采暖、通风和空调 (HVAC) 系统进行节能设计和选择, 其中一些基本策略涉及到确定哪些是能满足建筑物能源需求的最经济最有效的能源。在建筑物内, 影响能源系统选择的几个重要因素包括能源的类型、系统的电效率和热效率, 热电联供系统中电热转换比、特定建筑物的负载需求。其中一种处理该问题的方法是利用线性规划对可用选项进行建模。

线性规划是从一大组可能的数值中确定一组决策变量值的有效工具, 它能根据线性约束条件, 优化线性目标。从前的大部分工作都集中在降低成本和收入最大化的优化操作上。其中有几项研究解决了热电联产系统中对提高工作效率或降低发电成本的过程参数的影响。

建筑物的能源系统对环境的潜在影响可能是全球性的, 如温室气体, 酸雨或烟雾的形成等。

本文将生命周期环境影响评估和运筹学相结合, 提出了另一种评估建筑节能系统的方法。通过建立LCA MILP优化模型来确定可选的能源系统中最有效的组合, 包括热电联产系统。这个模型还可以对基于环境或经济标准的能源系统流程进行优化。当影响环境的因素最小时, 从LCA模型中得到的排放因子做为优化模型中目标函数决策变量的系数。根据选择不同的标准, 可以确定目标函数, 使生命周期排放量、一次能源消费或满足建筑物的能源需求的成本最小化。因此, 在评估目标函数值时, 最佳的操作策略为通过MILP的解决方案得到决策变量的最优值。本文提出了能源系统发展的LCA模型。

1 目标与范围

这项研究的目标是对商业建筑中的制冷、制热系统, 照明和设备用电, 生活热水所选用的能源系统进行建模, 从而评估在能源的生产和使用过程中可能会对环境的生命周期造成的潜在的影响。

本文对传统系统和备用系统分别进行了研究。传统系统包括电网发电系统, 通常由燃煤发电机组, 核电和大型天然气发电机组, 以及可再生能源组成;用于房间制热的为天然气锅炉;用于制冷的电动制冷机或吸收式制冷机。

在本项研究中所包括的备用能源系统, 包括不同类型的天然气热电联产系统, 以及更高效的NGCC公用事业规模电厂。具体来说, 研究的范围包括美国的平均公用电力发电组合, NGCC电厂, 固体氧化物燃料电池热电联产系统;MT热电联产系统;ICE热电联产系统以及锅炉等。由于建筑物随着时间的不断变化, 能源系统有时可能只需供应部分负荷, 因此模拟了在部分负荷下运行的热电联产系统。

2方法

2.1系统界限

此项研究遵循ISO守则。LCA模型中的各个阶段包括原材料和能源提取, 交通, 生产, 燃烧/转换以及使用。建立一次原料和二次原料, 能源资源, 空气排放等这些系统的LCA模型所需要的数据都能从这些系统的生命周期的不同阶段得到。

这整个过程可以通过能源的流向连接起来:首先从周围吸取原材料和能源, 在过程结束后将材料和能量释放到环境中。在这个系统范围内, 整个过程是通过中间产品流动联系在一起的, 例如施工所需的辅助材料, 运营过程中所需的辅助能源和提供辅助材料/能源所需的传输过程。

2.2 功能块

在这项研究中用来测量能源系统功能输出性能的功能块是指生产1k Wh的能量输出。1k Wh的电能输出可作为热电联产系统, 平均发电组合以及NGCC的功能单元。1k Wh的热能输出可以作为燃气发电机的功能单元。

2.3 数据和LCI分析

从文献资料和商用系统 (如锅炉和热电联产系统) 中得到的数据, 可用来定义每个过程模型的参数, 如能源效率, 尺寸, 重量, 组合物, 排放和其他相关特性。LCA软件, 集成系统的全球性排放模型 (GEMIS) , 通过定义每个过程的特点和构建产品系统来模拟能源系统。对天然气和其他燃料生产的生命周期清单 (LCIS) 以及能源系统的建模都进行详细的描述记录。

1) 热电联产技术

(a) 固体氧化物燃料电池 (SOFC) 系统

首先建立大气压力的简单循环热电联产SOFC系统模型, 这是热电联产 (CHP) 应用中的一个新兴的技术。他的优点在于低排放, 低噪音, 采用模块化设计, 在负载范围内效率高。缺点是成本高, 燃料需要处理, 除非采用纯氢气。天然气燃料管式SOFC系统能输出功率125k W, 过程中的热量可以被回收用于热水及负荷采暖。燃料电池的整个LCI模型包括天然气改造过程, SOFC主要燃料的制造, 工厂制造流程的平衡, 以及SOFC的使用和操作阶段。

在外部蒸汽转换过程中, 天然气转化成含有氢和一氧化碳的气体, 且伴随着少量的水和二氧化碳。在模型转换过程中燃料输入的转换效率为80%, 过程的输入是天然气, 直接输出包括转换过程中排放的4.415E-01kg/k Wh的CO2。

固体氧化物燃料电池的制造过程是非常复杂的, 因为它是一种新技术, 参考文献较少。这些材料, 能源需求以及SOFC制造过程的排放量都是从基于SOFC制造阶段研究的LCA中得到的。SOFC的制造过程包括两个部分, 即主要燃料的制造以及辅助设施 (BOP) 的制造。主要燃料部分包括SOFC所需的两个电极, 电解质以及之间的连接。辅助设施部分包括处理器、堆叠转换板、空气输送系统、废气和热管理系统、电源管理和控制系统。在制造过程中所使用的电能均来自美国公共电网, 生产过程中所需的热量来自于工业燃气锅炉。在使用阶段, 操作系统是基于西门子西屋公司的SOFC模块进行建模的, 如果按照8 760h/年进行操作, 固体氧化物燃料电池单元具有约70 100h的寿命 (8年) 。表1显示了用于创建7个SOFC的LCA模型的全部和部分负荷电力输出水平的工作特性。

(b) 微型燃气轮机系统

微型燃气发电机的功率为30k W~350k W之间。优点是移动部件数量较少, 体积小, 重量轻, 低排放, 不需要冷却, 而缺点是成本高, 机械效率相对较低, 以及只能在温度较低的热电联产中应用。

在本项研究中搭建的发电机系统是由环境技术验证项目 (ETV) 下温室气体技术中心 (GHG中心) 检测的热电联产 (CHP) 系统的微型燃气发电机。微型燃气发电机产生的电能在标准压力和温度下的标称输出功率为60k W。该系统基于天然气, 包括一台空气压缩机, 换热器, 燃烧器, 涡轮机, 和永磁发电机。

LCI由MT进程的输入 (包括每个单位过程建设中采用的天然气管道中的天然气以及辅助材料) , MT热电联产系统的运营阶段以及单位过程的输出 (空气排放) 组成。这个制造过程能简化成制造MT所需的材料 (如冷却系统, 水损失等, MT的其他制造工艺都不包括在内) 。

制造阶段简化成制造MT所需的12 600 kg/MW钢材, 其中不包括制造MT相关联的其他进程。如果按照8 760h/年进行操作, MT单元的寿命约40 300h (4.6年) 。

表2表示在最大化的热回收的前提下MT系统操作特性, 该表用来建立四个LCA MT的特定部位负荷运行特性。

(C) 内燃机 (ICE) 系统

内燃机 (ICE) 的热电联产系统通常小于5MW。它的优点是负荷灵活且功率高, 启动速度快, 投资成本相对较低, 具有良好的负载能力, 低压气体操作。缺点是维护成本高, 回收热量的温度较低, 限制了热电联产的应用, 空气排放相对较高, 噪音的频率高, 以及即使不使用回收热量也需要冷却系统。

在这项研究中, 建立的ICE热电联供系统为150k W, 选用的发动机是常用的商用发动机。若按照8 760h/年操作, 150k W的ICE模型的寿命为45000h (5.1年) 。

制造过程被简化为制造ICE所需的材料。在这个过程中所使用的材料是27 000 kg/MW钢。表3中给出了150 k W ICE过程的运行特性。这三种催化转换器能减少ICE的排放量, 能减少90%氮化合物 (NOx) , 50%一氧化碳 (CO) , 50%非甲烷挥发性有机碳 (非甲烷挥发性有机化合物) 的排放量。

2) 基于电网的能源系统

(a) 美国平均电网

美国的发电组合由53%的煤, 17%的天然气, 17%的核, 9%的水, 2%的油, 2%的废物, 0.4%的地热和0.15%的风组成。假定在这个过程中平均有6.5%的网损。GEMIS数据库用来为这些电厂创建模型以及创建平均混合发电过程。基于燃料输入的低热值, 平均混合发电的电能转换效率大约为32%。

(b) NGCC电网

一个500 MW的天然气燃气联合循环电厂 (NGCC) 中燃料的电热转换效率能达到49%, 这是在建模时可以采用的最为有效的发电技术。从天然气联合循环发电系统的生命周期评估研究中发现, 建立NGCC过程模型需要一些假设和规范。这个电网结构包括两个燃气发电机, 一个三压热回收蒸汽发生器, 和一个冷凝再热汽轮机。

天然气被送入的气体涡轮机来驱动发电机。汽轮机的余热通过热回收蒸汽机回收, 热回收蒸汽机用来提供蒸汽机所需要的蒸汽, 反过来也驱动发电机。在这样的系统中, 通常三分之二的电能是由燃汽发电机提供, 三分之一由蒸汽发电机提供。

500MW的NGCC过程建模的生命周期为262 800h (30年) , 操作时间为8 760h/年。用于建立NGCC过程的LCI的排放原因可以参考EPA AP-42。

3) 燃气锅炉

燃气锅炉模型的输出为1MW, 生命周期为20年, 工作时间为4 000h/年。

基于燃料输入 (LHV) 的热转换效率为88.7%, 锅炉的燃烧废气排放可以参考EPA的AP-42。

2.4 假设和限制性

在建立LCA模型时的假设包括:

热电联产系统的热能和电能的转换是可以实现的, 且所产生的能量质量可用;

该技术是按照文献的指示执行的;

关于地域和时间的范围, 这项研究对美国热电联系统目前以及未来的发展进行了评估, 以及在美国目前平均电力生产的基础上建立平均发电组合模型, 通过转换效率可以看出除了被捕捉到的部分, 在热电联供过程中认为没有热量或电能损失。

这项LCA研究其中一个局限性是采用的环境影响指标, 并不能代表全面的环境影响分析, 但能代表这一类潜在的环境影响, 代表一个全球性影响的类别, 包括全球变暖潜能值GWP, 当地影响TOPP, 地区影响如AP, 以及从地方到区域和全球的影响如PE。这些影响分类代表了被广泛应用的环境参数, 可以用于分析比较过去和未来的研究。如果这项研究在实际的环境中完成, 那么全面的环境影响分析可能更有价值。

2.5 影响类别

LCA的影响评估步骤是评估采用生命周期清单分析结果的产品系统的潜在环境影响的大小和意义。LCA研究认为用来量化对于产品库存量的潜在贡献的影响类别包括PE, GWP, AP和TOPP。

3 结束语

生命周期评价用来评估能够满足建筑能源需求的能源系统生命周期的排放因子。

当满足一定的电量需求时, 热电联系统产生可用的热能使他们能很好地替代传统的系统。

对结果分析表明, 电热生产比对生命周期一次能源消耗因素有直接的影响。电热生产比高的能源系统 (如固体氧化物燃料电池) , 它的一次能源消耗因素少。

在全球增温的趋势下, 生命周期全球增温潜在值可以从能源系统中得到。能源系统不仅取决于系统的能效, 而且和影响全球变暖的原始气体的排放有关。例如, 尽管固体氧化物型燃料电池热电联供系统与其他系统相比具有较高的电效率, 由于在天然气重整过程中会产生大量二氧化碳, 所以具有相对较高的全球变暖潜能值因素。另一方面, 其他能源系统的全球变暖潜能值影响使用阶段的气体排放量。

在评估生命周期酸化和对流层臭氧电位时, 能源的类型以及能源系统的燃烧特性是影响酸化电位值的主要因素。例如, 电网的高酸化和对流层臭氧的影响, 主要是因为氮氧化物和二氧化硫的排放, 这些排放量大部分来自煤电厂的电力生产。另一方面, 由于天然气联合循环和热电联产系统都是由天然气驱动的, 这些系统中的燃烧特性能影响酸化电位和对流层臭氧的潜在值。例如, 内燃发动机的热电联供系统相对较高的酸化电位是由于所述内燃机使用阶段产生的高氮氧化物, 而微型燃气轮机和固体氧化物型燃料电池热电联供系统具有相对低的酸化潜在因素, 因为他们排放的氮氧化物低, 其中大部分排放气体是前期过程中产生的。

参考文献

[1]Arivalagan A, Raghavendra B-G, Rao A-K (1995) :Integrated energy optimization model for a cogeneration based energy supply system in the process industry.Electrical Power&Energy Systems 17, 227?233

[2]Benelmir R, Feidt M (1998) :Energy Cogeneration Systems and Energy Management Strategy.Energy Conversion and Management 39, 1791?1802

[3]Marechal F, Kalitventzeff B (1998) :Process integration:Selection of the optimal utility system.Computers Chem Eng 22, S149?S156

[4]Kamimura K, Mukai T, Nishi Y, Yokoyama R-K-I (1999) :Development of an Optimal Operational Planning System Using an Object-Oriented Framework for Energy Supply.Plants.Sixth International IBPSA Conference, Building Simulation, Kyoto, Japan

[5]Riensche E, Stimming U, Unverzagt G (1998) :Optimization of a 200 kW SOFC cogeneration power plant.Part I:Variation of process parameters.Journal of Power Sources 73, 251?256

建筑生命 篇6

伴随环境保护问题和能源危机的日益突出,“低碳”一词已为人们所熟知。2009年哥本哈根会议的召开将全世界的节能减排工作提上议程,温家宝在讲话中进一步承诺到2020年中国单位GDP的碳排放强度(即碳强度)将较2005年减少40%-45%。当前,我国的城市化步伐正在加快,温室气体排放总量已跃居世界第一位,一方面建筑物的规模持续增大,另一方面我国建筑物的碳排放普遍较高。住房和城乡建设部总经济师李秉仁在近日召开的发布会上透露:目前我国建筑运行能耗约占我国全社会总能耗的30%,由此看出,抓好建筑节能是控制温室气体排放的重要举措。本文将全寿命周期理论应用于低碳建筑的建设和发展中,从项目开发的各个阶段分析低碳建筑的实施路径,使得我国低碳建筑的发展走上可持续之路,以推动低碳经济的快速实现。

1 低碳建筑概述

1.1 低碳建筑的概念及研究意义

低碳建筑是哥本哈根气候大会召开之后才流行起来的一个具有“时尚”感的概念,其内涵和绿色建筑、节能建筑是相辅相成的。目前,国内外学术界对于低碳建筑还尚未进行统一的定义,本文结合低碳经济、绿色建筑、节能建筑等相关概念,应用建筑物的全寿命周期理论,由国内外相关文献总结得出:低碳建筑是指在能为当前的建筑需求者提供健康、舒适、安全的居住空间基础上,从建筑物的设计、建设以及使用和拆除、报废的全生命过程中,采用低碳技术,使用低碳材料,最大限度的减少能源消耗和碳排放并利用太阳能、风能、地热等可再生清洁能源,满足建筑物内部资源的封闭循环使用,减少化石能源的使用,最大限度地降低二氧化碳的排放量,提高能效、保护环境、减少污染,与自然和谐共生的建筑[1,2,3]。

建筑项目的开发大致经历了“规划———设计———建造———使用———拆除——处理”的整个生命周期。据有关方面统计,在建设过程中,一平米的房子,将向大气中排放574 kg CO2,成为温室效应的第一帮手[4]。此外,在建筑的运营维护过程中,照明、空调、采暖、通风等能源的使用导致大量CO2气体的排放。当前中国城市既有建筑约430亿m2,并且以每年40亿m2的速度增加[4],这样的严峻形势迫使我们不得不关注并致力于低碳建筑的研究。低碳建筑的研发,会大大缓解温室气体的排放,从而促进低碳经济的发展;低碳建筑属于绿色建筑,能给我们提供一个舒适、安全的生活空间;再者,发展低碳建筑是节约资源、减少全社会能耗的首要因素,对社会的可持续发展有着举足轻重的影响。

1.2 低碳建筑的理念构建

低碳建筑强调的是节能减排,最大限度地节省资源和能源,最大程度地减少碳源,同时增加碳汇,减少总的碳排放量,从而营造健康舒适的人居环境。要发展低碳建筑宅,就必须要在建筑的整个生命周期内构建起满足以上目标的低碳理念。具体到建筑物的建设,可以将这种低碳理念概括为以下几点:利用再生能源,节能减排,资源循环,耐久和结构设计灵活。

1.2.1 利用再生能源

增加再生能源的使用是减轻能源生产和消费负面影响的主要手段[5]。所谓再生能源是指可以再生的能源总称,包括生物质能源、太阳能、光能、沼气等,它们都直接或间接来自太阳或地球内部产生的热能。低碳理念的核心就是要减少碳的排放,节约资源,提高能源的利用效率。为了将低碳理念在建筑中得到实现,充分利用可再生能源是节能减排的一条有效路径。例如各类型的地下或者半地下的覆土建筑都充分利用了地热能,使建筑在不消耗能源的前提下同样具有冬暖夏凉、坚固耐用的优点[6];现今兴起的太阳房就是利用太阳能采暖和降温的房子,它既可取暖发电,又可去湿降温、通风换气,是一种节能环保的新型建筑。付允等指出加速发展天然气,适当发展核电,积极发展水电,深入开发风能、太阳能、水能、地热能和生物质能等可再生能源,减少煤炭在能源消费结构中的比重,将是发展低碳经济的主要方向[5]。

1.2.2 资源循环

建筑物归根结底是由各种材料组成的,其设计、施工、运营和维护的每一步均关系到有限资源的消耗和可持续利用[7]。如果这些材料都完全从自然界中获取,就必然会给环境带来很大的负荷。因此,为了减少环境负荷,首先就应考虑减少所使用的资源。但在实际中为了确保建筑物的各种性能,减少材料的使用往往是很困难的。在这种情况下,考虑资源的循环使用就有了重大意义。

低碳建筑从节约能源和资源的角度出发,希望尽可能实现重复使用和循环使用建筑材料。这既能减少从自然界中对资源的索取,又有助于减少废弃物的产生,对于降低自然生态系统的破坏、减少环境污染都具有重要意义。比如说,一些旧建筑拆卸下来的门窗甚至陶瓷卫生洁具等都还可以再次使用到新建筑中去,这样既避免了产生大量的垃圾,又减少了重新生产这些产品对资源的消耗,在一定程度上也降低了碳的排放。资源循环是低碳建筑的一个主要特点,如图1所示。

1.2.3 节能减排

据统计,目前每年新增的20亿平方米的建筑中,有8成都是高耗能的,建筑耗能约占总耗能的28%,单位建筑面积能耗是发达国家的2-3倍,这种高能耗对社会造成了严峻的能源危机和环境污染问题[8]。因此,打造低碳建筑,尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗,减少温室气体排放之任务非常紧急。相关研究显示,每建成1平方米的房屋,约释放出0.8吨碳,建筑用能产生的气体排放占到全国温室气体排放的25%[9]。在这些消耗中,相当一部分是由于建筑设计、建造和使用过程中的不合理造成的,没有充分考虑节能和环保,以至于成为能源消耗和温室气体排放的大户。在这样的大环境下,以及全球资源、环境的约束,尤其是在2009年底举行的哥本哈根气候变化峰会上,中国提出的减排目标,这些都要求我们必须改变传统的建筑模式,因此,节能减排就成为了低碳建筑一个最关键的研究课题。

当前我国在节能减排方面已取得初步成绩,在全国范围内实施实行千家企业节能计划,淘汰高耗能、高污染的落后产能,截至今年上半年,中国单位国内生产总值能耗比2005年降低13%,相当于少排放8亿吨二氧化碳。与发达国家相比,我国的低碳建筑发展仍存在一定差距,通常只能在建筑的某一方面进行低碳设计或改进,不能就建筑的全寿命周期过程形成完善的低碳建筑保障体系[10],而且社会公众的参与度有待提高,政策体制还需进一步完善,这一系列问题都影响了我国低碳建筑的发展。

1.2.4 结构设计灵活

建筑物的使用年限一般较长,尤其针对建筑来说,在这么长的时间里,家庭人数可能有变化、家庭的构成可能有变化、生活方式也可能有变化。伴随着这些变化,对建筑的要求也会有所变化。为了满足要求,如果我们采取重新建设的方法,显然会造成浪费,不利于可持续发展。

低碳建筑的另一个特点就是要考虑把建筑物设计成一个能够灵活适应变化的结构,这样就能够很好的解决这个问题。比如说近年来研究的SI建筑,建筑的结构体和居住体完全分离,建筑的结构体具有很长的耐久性,而建筑的内部空间和设备所组成的居住体则以其灵活性和可变性为主[11]。对应于家庭成员,生活方式和使用方式的变化,住户内部分割可灵活多变,面积可大可小,为居住者持续安心地使用提供了可能性,也提高了建筑的使用价值。

1.2.5 耐久性

耐久性对于实现建筑物的低碳非常重要。对建筑物来说,如果使用寿命很短,在很短的周期内就被拆除,为了满足使用需求,就必须要新建建筑,这样势必会消耗很多的资源。拆毁建筑物又会产生很多垃圾,给环境带来很大的压力。通过提高建筑的耐久性就可以延长重建的循环周期,那么用于新建建筑的材料消耗和能源消耗就能减低,也有益于节省资源和能源。从资源循环的角度来看,建筑的使用寿命对循环速度也有着很大的影响。建筑物使用的时间越长,其所用资源的循环速度就会越慢,所投入资源的利用效率也会更高。再者从节能减排的角度分析,建筑物的耐久性越好,可以避免重建带来的更多的能量的消耗和温室气体的排放。

举例来说,对于能够满足同样功能的建筑,假如在100年的时间内,能够使用100年的建筑,与使用50年之后又拆除重建的建筑相比,无论是能源的消耗还是碳的排放,还是资源的利用效率,显然是能够连续使用100年的建筑更具有可持续性,更可以实现节能减排。

2 基于全生命周期理论的低碳建筑分析

发展低碳建筑,在策划阶段就应该考虑与周围环境和谐;在设计时要考虑建筑的碳排放量,利用低碳技术和低碳材料;在建设时应合理选择施工方案,加强施工管理,降低其对环境的压力;在运行阶段,应使用节能设备以减少能源浪费,同时还要注重维护保养和灵活改造以延长建筑物的使用寿命;拆除建筑时,要分类拆除以提高资源回收利用的效率,减少垃圾的产生,尽可能实现低碳;在处理阶段,要做到材料分离和有效处理,尽量保证使用过的材料还可以用于其它地方或再生利用。因此,低碳的思想可以贯穿于建筑生命周期的每一个过程,在政府的引导下,节能减排的措施会得到高效的实践,如图2所示。

2.1 策划阶段

项目策划是一种具有建设性、逻辑性的思维的过程,在此过程中,总的目的就是把所有可能影响决策的决定总结起来,对未来起到指导和控制作用,最终借以达到方案目标。策划阶段要考虑项目的选址,容积率规划以及建筑物的构造等,这对于建筑的低碳规划有着全局性的影响。

首先选址要得当,项目选址要考虑周围的地质、基础设施的利用、出行便捷等。对于建筑物而言,应尽可能地利用周围的环境,尽量选择有充足的阳光、水源和自然通风的地方,充分利用可再生能源,减少不必要的资源和能源浪费,以降低碳的排放量,为实现建筑物整个生命周期的低碳积极创造条件。比如应尽可能地利用已有的基础设施,避免重复建设带来过多的能源浪费和环境污染;新建项目要仔细考察工程的地质状况,避免建设在岩石层等不良地质以减少施工损耗、资源浪费等。

其次,户型设计科学。人们为了追求舒适性,往往刻意将建筑物空间设计的比较大,远远超出了人们的实际需求,很显然这是一种对资源的极大浪费,不仅加剧了土地资源的紧张局面,还会造成过度的资源和能源需求,这与低碳建筑的理念是相违背的。当然,户型也不宜太小,因为随着人们生活水平的提高,会追求更舒适的生活,户型太小就难以满足使用需求,导致建筑过早的被淘汰,这显然也是不经济的。此外,在户型设计上要南北通透,这样有利于形成贯穿南北的气流,高效通风,且能带走室内过多余热,减少对空调的依赖[12]。科学合理的户型设计,在很大程度上能够减少资源和能源消耗,对建设低碳建筑是一种极大的支持。

第三,设计合理的容积率。过低的容积率会造成土地资源的极大浪费,然而过高的容积率,也会造成建筑的通风、采光不畅以及给基础设施带来压力,而导致居住环境的恶化,能量的过度消耗。我国建筑能耗(包括采暖、通风、空调、照明)一般占社会能耗的25%~30%。其中97%以上的建筑其使用能耗占建筑总能耗的50%~55%[13]。在一定程度上使容积率高一点,能耗低一点,减少单位用户的资源占用和能耗,是实现低碳的一条有效路径。因此,在策划阶段对建筑的容积率就应该有合理的规划。

2.2 设计阶段

设计是否合理,不但影响建筑物使用的便利性和耐久性,对资源及能源消耗等都有相当大的影响。如果在这个阶段充分地考虑低碳思想的话,那么实现建筑物的低碳发展就有了基本的保证,在设计中主要考虑三点:一是节能,在广义上包含了“四节”—————节水、节地、节能、节材,主要是减少各种资源的浪费;二是减排,强调的是减少建筑物排放的固体、气体、液体等环境污染;三是满足人们使用上的要求,为人们提供“健康”、“舒适”、“高效”的使用空间,提高环境质量[14]。针对低碳建筑,本文重点介绍节能减排的设计。

节能减排设计是为了减少对资源的消耗,其本质就是为了降低二氧化碳的排放量。首先在材料使用上要提高再次利用或再生材料的使用比例,把建筑物整个生命周期内的资源消耗控制在最小的程度;其次,通过对建筑绝热、气密性的良好设计,提高自然能源的利用效率等,降低碳的排放量;再次,可根据自然通风的原理设置室内空调系统,有效地利用夏季的主导风向,减少对电能的依赖,降低碳的排放量[14];第三,在节水设计中要充分考虑提高中水的利用率,中水系统可将污水经过处理后再次用在合适的地方,此外容积率要适当,不要造成土地资源的过度浪费;最后在建筑物周围环境设计时,要充分利用空地、建筑物四周、墙面、屋顶、阳台等空间,合理绿化,比如采用种植屋面、垂直绿化,利用植物光合作用增加碳汇,逆向降低碳的排放量[15]。

例如,在建筑物内外表面采用高效热反射材料,如热反射膜,可将大红外射线反射回去,从而对建筑物起到保温隔热作用。建筑物立面上的开窗形式,也应尽量满足自然采光和通风的要求,还要采用适应当地气候条件的平面形式及总体布局[14]。除此之外,还要根据项目所在地的环境特点和气候状况,选择可利用的自然资源,特别是新能源和可再生能源的开发应用,在日照时间和强度较好的地区,可利用太阳能光电与光热技术,比如光伏发电、太阳能灶、太阳能热水器等,而且还可用太阳能进行冬季采暖和夏季制冷。而对风力资源丰富的地区,可有效利用风力发电或将风能直接转换成热能,代替不可再生能源的使用[15]。

2.3 建设阶段

建设阶段是将建设蓝图和建筑材料转化为建筑产品的过程,亦是减少能耗(如建筑垃圾、噪音、粉尘、资源浪费等)的关键所在。在这一阶段,要实现低碳,应从建筑材料及设备选型和施工工艺以及装饰装修这三方面去实践。

2.3.1 建筑材料及设备选型

目前低碳建材的使用已经有了一定的发展,例如绿色材料的使用、自保温要求的墙体材料产品的推广,功能性材料和复合材料的发展。在常见的建筑材料中,低碳性能最好的是铝合金材料,其次是塑料、钢材、玻璃,低碳性能最差的要属水泥与混凝土[15],因此,应尽量减少水泥和混凝土的用量,避免产生过多的材料垃圾,适当推广钢结构建筑和铝合金构件,从材料循环利用角度考虑,铝合金构件、钢材构件、塑料构件更易于重新利用。针对特定施工项目要采用科学合理的材料预算方案,尽量降低竣工后建筑材料剩余率;加强工程物资和仓库管理,避免优材劣用、长材短用、大材小用等不合理现象;尽量就地取材,减少建筑材料在运输过程中造成的浪费。在设备选型上,要避免大功率施工设备低负荷或小功率施工设备超负荷运行,提高其使用率。

在材料和设备的运输过程中,其能耗也不容忽视,其中,运输能耗的大小主要由运输物品的种类和数量、生产地到施工现场的距离、运输方式和运输工具等决定,对于水路运输,海洋管道运输节能减排效果最好,其次是轮船运输。对于陆路运输,距离较近时可以选择公路卡车运输,距离较远时则铁路火车运输较为节能[15]。

2.3.2 低碳化的施工方法

传统的现场施工方法,不仅要消耗大量的能源,还会产生非常大的资源浪费,引起碳的多度排放。对施工阶段的能耗控制应侧重于施工工艺、技术方案及施工组织设计的安排是否合理,使得减少和避免返工造成的能源浪费,且现场材料和设备的使用于施工进度协调一致,保持较高的工作效率。施工过程中“三废”治理和环境保护方案、现场的能源消耗是否合理,能否达到预期的质量以及建筑物的低碳节能要求,或能否减少施工过程中的人员、材料、机械的浪费等一系列问题都是至关重要的[16]。

项目建设阶段电力的消耗非常之大,在用电节约方面,应依据施工组织设计,确定安全、节约的用电方案,分析施工机械使用次数、进出场时间并进行合理调配,减少施工现场电力资源的浪费。对于汽油或柴油等机械燃料的节约,要合理计算施工机械的使用次数、工作时间,避免重复作业和频繁开启,同时提高操作人员的业务水平,提高工作效率,减少工作时间[15]。

在低碳理念中的耐久性就要求在施工阶段要严格控制好施工质量,它的好坏直接制约着建筑的使用寿命。建筑行业中存在一定偷工减料、以次充好的行为,另外由于建筑监理机制不完善,建筑行业的监管存在一定的不足,这些都导致了一部分建筑质量和技术含量不高,建筑寿命减少[17]。短命的建筑被拆掉重建就意味着新的资源、能源的再一次的投入,这是一种巨大的浪费。因此,保证施工质量对实现低碳化意义重大。

2.3.3 推行一次装修

当前我国市场上销售的商品房大多都是“毛坯房”,交付使用后业主需要就行二次装修才能使用。二次装修不仅浪费建材资源,还会产生粉尘、噪声等污染,增加碳排放,据专家介绍,我国每年因重复装修而浪费掉的材料大概价值在300亿元左右。一些用户甚至擅自改变房屋使用功能、损坏房屋结构,严重影响建筑的使用寿命,因此要大力推行一次装修到位。

2.4 使用阶段

使用阶段是建筑物的整个寿命周期中时间最长的一个阶段,在这个阶段如何降低建筑物对自然环境的影响,将碳排放降到最低,对于实现低碳化至关重要。建筑物使用阶段的减排是指在使用过程中,在保证基本需求的前提下采取各种措施使消耗的能量最低,这里的能耗主要是指电能、热能等非再生能源的消耗,通过能耗的减少来实现减碳的目的。

2.4.1 减少能源消耗

建筑物在其寿命周期过程中消耗的能源绝大多数发生在使用阶段,约占到整个建筑周期消耗能源的80%[18],因此在使用过程中节约能源就变得非常重要。节约能源首先就要减少负荷,比如要减少使用高能耗的设备,尽量使用节能设备等,这是能源节约的根本;其次是要充分利用自然资源,比如通过自然采光减少白炽灯的使用;通过自然通风减少对空调的使用;通过收集雨水用于厕所的冲洗等,这都非常有利于能源的节约。

2.4.2 废弃物再利用

建筑建筑的废弃物主要是生活污水、生活垃圾等,低碳化的建筑应本着节约化、资源化的原则对其处理并进行再应用。城市生活污水资源化途径一般是设置中水工程,把污染程度较低的洗涤污水、雨雪水集中收集处理后,通过中水工程重新利用。而对生活垃圾的资源化处理应采用收集、回收、处理相结合的方法,实行分类收集处理,一般厨余垃圾将用作禽畜饲料,直接实现资源化,旧电器、过期药品等废弃物品可以通过废弃物回收站进行回收处理,煤灰、炉渣、建筑垃圾等其它垃圾,可单独收集,用于建筑砌块生产的原材料等。

2.4.3 生活习惯良好

使用者在使用过程中采取正确的使用方法和保持良好的生活习惯。目前,由于不正确的使用方法而造成大量的能源浪费,从而增加了完全可以避免的碳排放量。在有些高档宾馆和高级写字楼,为显示与众不同,冬季室内温度过高,而夏季温度过低,经常出现“冬天开着暖气吹风扇、夏天开着空调盖棉被”的现象,这不仅是对自然资源的极大浪费,而且也不利于人体健康。

2.5 拆除阶段

在这个阶段,建筑材料和部件成了其他建筑的资源或要回归自然的废弃物,这一阶段如果处理不好,对于环境的影响是巨大的。因此在这个时期,最重要的是减少建筑垃圾,尽可能使拆除的建筑材料和部件能够再生或再利用[19]。

2.5.1 减少垃圾

为了减少垃圾的产生,就要考虑被拆除建筑物资源的再利用,在这种情况下拆除方法的开发很必要,如果采用传统的爆破拆除的方法显然无法实现资源的回收利用。通过采用有效的拆除方法,可以把被拆除建筑有利用价值的东西拆除之后回收起来。

2.5.2 分类拆除

建筑材料如果不加区分的拆除的话,多种种类的材料混合在一起就会产生混合废弃物。而如果分类拆除,区分开的废弃物就容易再利用[18]。比如说把混凝土、玻璃、木材等混合在一起的话,就很难再用于其它用途,资源无法实现有效利用,再利用的效率就会大大降低。而如果能实现分类回收,假如还是混凝土、玻璃、木材这些东西,分类回收之后,混凝土可以作为路基材料,玻璃可以溶化后再度利用,木材压缩后还可以做成新的板材,资源利用的效率就会大大提高,建筑垃圾的数量也会大大地减少。

2.6 处理阶段

处理阶段的任务就是把建筑物拆除下来的建筑材料经过处理,能够再用到其它用途中去。在这一阶段,如何将不同的材料分离出去和再加工成可运用的建筑产品是关键环节。

2.6.1 材料分离

即使将废弃物进行了分类拆除,拆除下来的部分废弃物一般还是难以直接处理利用,因为许多建筑制品是由不同的材料组成在一起的,还需要将它们分离出去才能再次利用。比如说废弃的混凝土,只有将它破碎分离出骨料、钢筋才能经过处理后再次利用。因此,在这一阶段,破碎分离技术和设备的开发至关重要。

2.6.2 加工处理

拆除下来的废弃物一般还需要经过处理才能实现再生利用。建筑废弃物经加工后,大多可以作为再生资源重新利用,如混凝土分离出的骨料可以作为原料再次生产混凝土、砂浆或制备诸如砌块、墙板、地砖等建材制品等;将废砖瓦粉碎成骨料后,也可以生产再生砖、砌块、墙板、地砖等建材制品;废钢材、废钢筋及其他废金属材料回炉加工后可以再制作成为金属制品;废旧玻璃经过处理可开发成为外装饰材料和绝热材料再次利用等。

3 结语

随着我国经济的高速发展,建筑规模持续扩大,在建造过程中将消耗大量的钢铁、水泥、玻璃、有色金属、塑料等建筑材料,而这些建材的生产过程中也消耗着大量的能源,此外在建筑设备和建筑机械的使用、材料运输、能源生产及加工等为建筑服务的相关环节也消耗着大量能源,这些消耗能源的过程都伴随着温室气体的直接或间接的排放。因此,发展低碳建筑是解决人类目前面临的资源能源危机和环境污染问题,实现低碳经济一条重要途径,因此对这个领域的研究有着很强的现实意义。

低碳建筑的开发是个系统工程,建筑物的前期规划设计、项目建设、使用以及拆除处理等各阶段都是紧密联系、相互制约。只有将低碳理论融入到建筑物的整个生命周期,才能真正实现低碳建筑的建设。本文提出了开发低碳建筑的一些思路,为实现低碳建筑的进一步发展提供了一些途径。当然,为了实现建筑低碳化,我们还面临着一系列问题,比如国内低碳技术的研发能力有限、建筑废弃物处理技术有待提高等。除此之外政府还要加强政策的制定以及引导提高低碳生活的宣传力度,增强全民对低碳生活的认同度和责任感,倡导和支持低碳技术的创新,加快低碳技术的研发及成果产业化进程[20]。低碳建筑、低碳经济的实现需要我们共同的智慧、努力和实践,在一系列策略的指导下,我国的低碳建筑必然走上蓬勃发展之路。

摘要：面对环境的压力和能源危机,低碳建筑的发展已成为关注的焦点。本文在总结国内外对低碳建筑的研究现状基础上,将低碳建筑的理念总结为利用再生能源,节能减排,资源循环,耐久和结构设计灵活五个特点,并将低碳建筑的理念融入建筑项目的全生命周期,阐述了每一阶段需采取的节能减排措施,为实现低碳建筑的更好、更快发展提供可行的途径。

建筑生命 篇7

1全生命周期成本的绿色建筑设计

绿色建筑设计理念包括以下几个方面:

节能能源———充分利用太阳能, 采用节能的建筑转护结构, 减少采暖和空调的使用。根据自然通风的原理设置风冷系统, 使建筑能够有效地利用主导风向。建筑采用适应当地气候条件的平面形式及总体布局。

节约资源———在建筑设计、建造和建筑材料的选择中, 考虑资源的合理使用和处置, 尽量采用天然材料, 力求使资源可再生利用。如节水。

回旭自然———外部强调与周边环境相融合, 和谐一致、动静互补, 做到保护自然生态环境。内部不使用对人体有害的建筑材料和装修材料。

绿色建筑的建造特点———对建筑的地理条件有明确的要求, 土壤中不存在有毒、有害物质, 地温适宜, 地下水纯净, 地磁适中。

据资料显示, 我国陆地每年接受的太阳辐射总量几乎等于1. 7万吨标准煤燃烧产生的热量, 可见将太阳能合理地应用于建筑中, 可以在实现我国建筑行业发展的同时达到对能源消耗的大幅度缩减, 真正实现节能减排的可持续发展目标, 但在此过程中需要注意, 建筑对太阳能的应用, 需要借助燃油、 燃气、热泵、电等辅助资源, 而在绿色建筑节能设计中采用何种辅助能源, 需要结合全生命周期成本优化理论及绿色建筑项目的实际情况进行确定[1]。

绿色通风空调系统强调在建筑通风空调系统全生命周期内尽可能应用可再生能源, 最大限度缩减能源、降低能耗, 既满足建筑使用者对建筑物舒适度的需求, 又能够使能源得到最充分的应用。而绿色建筑围护结构主要包括遮阳系统、外墙节能系统、门窗节能系统和屋面节能系统几个方面, 各方面充分有效的节能设计不仅对绿色建筑的耗能产生直接影响, 且对绿色建筑的建设成本也会产生至关重要的作用, 有利于实现建筑物的能耗降低以及居住舒适度。

2全生命周期绿色建筑节能设计优化

在对围护结构全生命周期成本进行分析的过程中, 需要结合建筑结构所在区域的自然特征、项目自身特征以及外围保温节能方式进行, 进而结合各种保温材料性能进行合理的材料选择, 确定保温体系方案, 构建建筑节能全生命周期成本模型, 并利用计算机模拟技术对方案成本进行计算[2]。

在外围结构经济性分析和方案选择过程中要结合建筑物所在区域的节能设计标准进行设计, 例如江苏省结合国家标准确定建筑面积在20 000 m2以上, 且存在集中空调系统的公共建筑节能设计标准要在65% 以上, 并利用正交试验设计法, 在满足设计标准的方案中进行选择, 利用节能软件对选择方案进行模拟, 确定其全年累计总负荷和围护结构的造型形式[3]。确定绿色建筑围护结构节能方案的初始化建设成本, 要求先对绿色建筑各部件每种构造形式的单位造价进行计算, 并换算出单位绿色建筑面积造价, 例如某项江苏省绿色建筑节能设计中存在两种最优方案, 其外窗类型均选用黏土多孔砖、 空心砖墙240; 窗户结构均采用断热铝合金单框普通中空玻璃窗; 屋顶类型均选择平屋面; 楼板类型前者选择底部自然通风的架空楼板, 后者选择水泥砂浆楼面, 经过初始化建设成本计算其每平方米的造价分别为324. 21元和318. 71元。通过计算第一种方案的全年累计总负荷和年能源成本, 其分别为每平方米134. 26元和116. 40元; 而第二种方案的全年累计总负荷和年能源成本分别为每平方米133. 78元和115. 99元。

首先, 确定全生命周期成本计算中需要的参数, 其通常包括研究和折现率两种。现阶段绿色建筑的折现期通常由安全报酬率和风险报酬率之和计算获取。其次, 确定全生命周期成本模型。

通常情况下, 在考虑资金时间价值的情况下, 动态的全生命周期成本的计算模型公式为:

其中A代表年能源成本、P代表初始建设成本, 50为寿命期, 可结合项目具体情况变动; 12% 为现代绿色建筑行业基准折现率, 也会发生变动; 当忽视资金时间价值的情况下, 静态的全生命周期成本则可以直接表示为P + A × 50, 通过将上文中阐述的两种方案的相应数值, 带入动态和静态全生命周期成本模型中, 可以发现第二种最优方案的每年单位建设成本仅为152. 83元, 在节能方面可节省近4万元, 因此其为相应绿色建筑节能设计的最优方案, 使该绿色建筑在节能的同时实现全生命周期成本的缩减。

3结语

综上所述, 绿色建筑节能设计是人们在追求建筑功能性、舒适性的同时更加注重其环保性的具体体现。基于此, 为推动绿色建筑节能设计的持续稳定发展, 缩减绿色建筑节能设计的实际成本, 人们开始逐步重视绿色建筑节能设计的重要意义, 并有意识的将全生命周期成本优化应用于绿色建筑节能设计中, 以此达到绿色建筑建设企业实现社会效益和经济效益双赢的目标, 最终实现建筑工程的可持续发展。

参考文献

[1]刘忠森.基于全生命周期理论建筑构件节能研究[D].西安:西安建筑科技大学, 2010.

[2]冯瑞翔, 马帅, 李灏檑.刍议基于全生命周期成本的绿色建筑节能设计[J].城市地理, 2015, (10) :100.