发信人: realplayer (演绎真实人生), 信区: Energy
标  题: 建筑物中新能源与可再生能源系统的综合
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年03月22日21:49:32 星期五), 站内信件

               
David Strong
职 位：执行董事
单 位：英国建筑物研究中心能源部
出生日期： 1953年5月7日
学 位：理科博士
教育
    David Strong毕业于巴斯大学建筑工程学专业，
    1980年取得牛津大学博士学位。
重要工作经历
    David Strong自1998年以来担任建筑物研究中心能源部的执行董事。
    在这之前他担任过EA技术部（即原来的Capenhurst电子研究中心）、 Emstar
（原来壳牌的能源管理公司）、 Epson W S Atkins合伙企业等机构的执行主管。

    David Strong是英国能源效率协会前任会员，同时他还是议会能源研究小组、
英国Emissions Trading集团、 CIBSE政策咨询委员会等机构的成员。
英国建筑物研究中心（BRE）
    英国建筑物研究中心是英国建筑领域的学术带头机构和咨询中心。该机构涉及
的领域包括：建筑构造、建筑施工、建筑的环境影响及可持续性、能源使用效率、
可再生能源、消防控制、风险科学和知识系统。
    除直接从事研究和咨询服务外，英国建筑物研究中心管理和实施最佳行动计划
，出版了大量著作刊物，组织研讨会和专题会议，执行培训项目，组织产品测试，
并主持系列网站活动。
    英国建筑物研究中心从属于建筑环境基金（FBE），该基金为非营利机构，建
筑物研究中心的运营收入被环境基金用于大气变化、能源使用效率和消除碳氧化物
技术等领域的研究。
主题发言 

建筑物中新能源与可再生能源系统的综合 

简介：长期以来，世界各个地区都形成了自己传统的建筑形式，这些建筑特点是当
地气候条件的反应，同时也能够最好地利用本地材料。从北极地区的圆顶建筑，到
墨西哥的土坏房和沙漠地区的贝多因帐篷，其独特的建筑形式和作用都给居住者带
来了舒适，同时又不破坏环境。 
   利用钢铁、水泥、厚玻璃板、廉价能源，机械通风、空调和人工照明，加之现
代的设计工具，我们已经能够修建复杂、设施齐全和高度发达的建筑物，这些建筑
物不管是在北京还是在波士顿，其形式和结构都是类似的，并且都会对环境造成不
良影响。
    当我们考虑在建筑物中采用新能源和可再生能源系统时，我们应首先回顾历史
，从本国的建筑中汲取经验和教训，并了解如何通过充分利用自然条件来为建筑物
通风、冷却、加热和采光，从而减少对环境的影响。
    在设计和管理建筑物时，我们也从仿生学中收益匪浅，例如，白蚁所形成的组
织体系和居住结构能够使它们抵御世界上最严酷的气候。这种小昆虫有许多值得我
们学习的地方，特别是它们居住结构的通风和冷却机制。
总之，设计的目的就是要通过下列方式来保证最大限度地减小对环境的不良影响：

◇建筑物形式和结构应使对能源的需求最小化（包括内含能源和应用能源）
◇充分开发和利用被动自然系统（例如风、太阳等）来为建筑物提供免费的供热、
冷却、通风和照明条件。
◇在设计的整个过程中应重新考虑是否需要包括传统的建筑物设施（例如锅炉、空
调设备等）。
◇一旦开发和利用了所有其它的降低能源需求的手段，那么就只有利用新能源和主
动可再生能源系统（例如光电板、风力发动机等）。
    实现上述目标并非易事。要修建设计巧妙的“绿色建筑物”，就需要在设计过
程中的各个有关方面积极工作、努力奉献和密切合作（包括客户），这样才能建设
出一个舒适、有成效和有灵感的建筑，并具有较低的生产成本和卓越的环保特性。

什么是可维持建筑物？
    可维持建筑物是指能够提供特定的内部条件、并对环境造成最小的影响。这就
是说在对任何建筑物进行设计和整修时，都应采取整体和综合的方法。
    在建筑物的购买、设计、建筑、委托和后续管理中的所有各方，都必须考虑大
大减少能源的使用和碳的排放。
    建筑物的购置常常成为相互谴责的恶性循环——由于建筑性能不佳，建筑师谴
责委托人，建筑机械设备工程师谴责建筑师。由于专业费用的体制，又进一步使情
况恶化，因为建筑师和工程师的报酬都是直接或间接来自于建筑物成本或者特定设
备的百分比。这种不良的激励机制将会导致超性能，而那些试图减少昂贵设备的设
计师的报酬就会减少！此外，工程师并不需要对指定设备的实际运行和维护成本负
责。因此一定要消除这些负面激励因素，这样才能促使设计小组设计出不依赖于机
械设备的绿色建筑，从而最大限度地降低占有成本和运行成本。
    设计可维持建筑的主要原则非常简单。所有的建筑物都应力争满足下列要求：

◇美观并具有吸引力
◇能够提供舒适、高效和健康的内部环境。
◇采用的建筑材料应取自低能耗的可维持资源。建筑材料还应具有建筑寿命结束后
回收利用的潜力，或者在处理时对环境造成很小的影响。
◇基于巧妙的建筑和工程设计，最大限度减少对一次能源系统的需求，最大限度地
利用太阳和风力来提供自然的通风、冷却，供热和采光。此外，还必须通过设计来
最大程度地减少需要冷却、供热和人工照明的空间。
   拱形建筑必须依靠高级的建筑设施，同时拱形建筑的目的是依靠自然界为建筑
物提供“免费”的供给。
制订设计策略
   建筑设计是一个反复的过程，设计小组常常需要多次重新考虑设计的一些基本
方面。 建筑物外体 建筑物配备的设施 人为因素 
是否隔绝气候？
是否使用蓄热的建筑结构？
是热重型还是热轻型？
是深方案还是浅方案？
大量上釉还是少量上釉？
可开式还是固定式窗户
 设施齐套、混合模式还是被动式解决方案？
是否使用自然采光/通风？
复杂还是简单的系统/控制？
是否使用灵活的舒适标准？
是否使用热回收和自然冷却？
是否采用热电联供？

 中心自动控制和居住者本地控制之间的均衡？
对居住/活动或固定系统的反应？
居住者对舒适的范围具有宽松的要求还是严格的要求？
是易于管理还是难于管理？
是易于维护还是难于维护？
是否需要考虑对未来的适应性？
 


表 1：影响高效能源设计思想的几个方面 





图1说明了如何通过一个综合方法来完成高效能源的设计。
   应制订总体的设计思想，以便为整个设计过程奠定基础。表1中列出了一些对高
效能源设计思想产生重要影响的关键的几个方面。
结构和设施的综合
   综合设计的第一步就是将建筑物外体确定为首要的气候调节器，同时依靠其它
设施来调整环境。好的结构设计可以最大限度的减少对设施的需求。适当的时候，
设计还应该避免简单的隔绝环境，而应该对天气和居住等条件有所反应，充分利用
有利的自然光、通风，太阳能和荫蔽。例如，采光设计将直接影响到窗户的设计、
上釉的数量和玻璃的类型。他们还将影响到建筑物对太阳能的感受性，并影响到：

◇对太阳能控制或空调的需求
◇配备中央动力厂所必须的规模、容量和空间
◇配风系统和配水系统为了得到一个有效的设计，可能需要进行多次重复，并根据
下列各项性能标进行检验：
◇成本
◇内部环境的质量
◇空间需求
◇能源的使用
◇坚固性
◇操作的难易程度
   避免依赖建筑物设施例如空调设备，可以降低资金成本和日常费用。当空调无
法避免时，综合设计的原则还有助于降低系统的规模、复杂度和运行成本。
   第二步是确保设备能够和谐的运转，不相互影响和冲突。例如，照明的强度、
控制和效率将对是否需要冷却产生重大影响。这时可能就需要重新考虑建筑形式，
以便更多的利用自然光线，从而最大限度地减少对照明和冷却的能源需求。
   许多能源问题的根源，都在于建筑物设施之间的互相影响。高效能源设计策略
应该避免这种冲突和影响。图2中列出了一些主要的相互影响。





　 

图 2：建筑物设施间的互相影响
什么是自然通风？
   自然风的定义是由风和温度的自然力引起的通风。建筑物中的自然通风是专门
设计的，在理想情况下是可以控制的，不应将它与渗透风混淆。渗透风是指室外的
空气通过建筑物外部结构中的裂缝和间隙进入，它不是专门设计的，也不可控制。

   自然通风是由风和温度差引起建筑物内外的压力差而引起的。这就产生了两种
机制（参见图3和4）的自然通风，即风引起的自然通风和温度引起的自然通风，如
烟囱通风或热浮动性通风。
 

   自然通风不仅仅与可操作和可开关的窗户有关，它是一个整体建筑设计概念，
设计的中心是采用被动通风，基本点是烟囱效应和风力压力，这样即便是在关闭窗
户的情况下，也可以向建筑物内部提供新鲜空气。作为这一过程的一部分，设计还
包括门廊和内部楼梯井。有些情况下，还可以使用低耗能电扇来协助自然通风。
   优良的设计应基于这样的原则，即充足的自然通风对于居住者健康、安全和舒
适是十分必要的，但过度的通风却会引起能源浪费，有时也会带来不适。因此好的
设计的目的就是严密而通风。也就是说，建筑物外体应密封，最大限度地减少不可
控制的、往往也是不希望的渗透风，同时以可控制的方式提供必需的通风和新鲜空
气。尽管建筑物不可能完全密不透风，但它可能通风不足。在制订一个整体优越的
自然通风策略时，应综合考虑以下三个方面：
*建筑物的密封性
*居住者享有的良好通风
*自然通风设计
夏季和冬季的通风
   在设计建筑物的自然通风时，一定要制订2个截然不同的策略，一个用于冬季，
一个用于夏季。
   冬季通风的关键问题是控制室内的空气质量（IAQ）。如果能够避免与建筑物有
关的污染源，那么通风的要求一般是每人大约5-8升／秒。
   夏季通风往往需要控制室内的温度。气流速度的控制本身并不十分重要，除非
气流能够将桌面上的纸张吹落，需要考虑的主要技术难点就是避免夏季过热。
   为了避免夏季过热，气流速度可能就需要超过满足居住者空气质量所必需的气
流速度。因此，通风口的尺寸将大大超过用于冬季通风的出口。
   不需要的热量是另一个需要考虑的“污染”源。首先，设计的目的是预防而不
是解决，因此应主要考虑预防措施。应首先考虑额外热源的避免和控制方法，而不
应依靠通风来解决这个问题。
减少窗户的太阳进光量
   太阳的直接照射是造成过热的主要外部热源，因此，采用良好的太阳光控制是
十分必要的。但是，这不能包括建筑物内良好的日光照明。合理地选择上釉方向、
上釉比例和遮蔽可以实现太阳光的控制。
   外部的太阳遮蔽可以大大减轻夏季的过热，因此在制订消除过热的策略时，应
考虑这一方法。设计良好的遮蔽系统还可以改善自然通风和自然采光。目前有各种
固定式和移动式装置可供选择。
减轻太阳照射引起的墙体发热
   在夏季，保持建筑物外部墙体的冷却是一个好的策略。要作到这一点，有许多
方法，其中一些是建筑学上的方法，另一些则是基于周围的环境，其中包括：
*浅色的建筑物外体可以提高对日光的反射
*利用树木和灌木丛美化环境，同时可以起到蒸发冷却和防止太阳辐射的作用
*草地和其它植物可以使地表保持较低的温度，并减轻反射或漫反射的效果
*利用池塘和喷泉来提高蒸发冷却效果
*利用周围地形和特点来增强建筑物四周的空气流动
最大限度减少建筑物产生的热量
   人体、电气照明和办公室设备都能产生大量的热量。因此，正确的策略是通过
下列方法来控制内部的热量：
◇尽可能地利用日光
◇采用高效照明，不需要时可以关闭
◇采用小电力负载的实际估计值来估计冷却需求（IT设备的产热平均值不应超过15Wm
-2）
◇采用高效和控制良好的办公室设备，例如监视器和打印机在不使用时可以机状态

◇确保将待机模式设置为自动运行
◇人员培训时应高效能地使用设备
利用自然通风冷却
   除了最大限度地增加散热，通风也是一个显而易见的冷却方法，通过这一方法
可以在夏季进行降温。制订设计策略时，必须考虑客户避免过热的需求。
   如果优先选择自然通风方式，那么根据建筑物内适宜的室温范围是否低于室外
温度，有两种方法可供选择。严格他说，这是干燥合成温度。在低风速的条件下，
这是空气的算术均值和空间的平均辐射温度。此外，舒适程度与许多因素有关，既
有物理性的，也有行为性的。适宜的室温范围是指示性的，而非规定性的。对于采
用自然通风的建筑物，27°C是普遍采用的最高内部温度。
温暖的气候
   如果室外空气温度较低，就能够大量引入外面的冷空气（例如通过窗户或天井
），将建筑物的热空气带走。这也可以改善居住者的蒸发和对流冷却效果。低速吊
扇也能够非常有效的帮助居住者降温。
炎热的气候
   英国和其它一些欧洲国家气候温和，通过适当的被动设计，室外的空气温度往
往不会超过适宜室温的上限，不过当超过这个上限时，特别是在炎热期间，外部的
大量通风就会导致热量增加。在这种情况下，自然或被动的解决方案，是提供热质
量，使其通过裸露的介质到达重物的表面，或者是通过夜间的通风降温。
热质量
   建筑物的热质量能够存储热量和“冷量”。建筑物的材料能够从室内吸收热量
，也可以向室内释放热量。通过适当的布局，热质量能够：
*调节和减缓温度的起伏
*迟滞最高温度
*降低平均辐射温度
   在被动设计中引入热质量有一些准则。不过主要内容就是：轻型外部涂层不应
隔绝热质量，否则该物质就不会对建筑物的热态状况产生作用。
夜间通风冷却
   夜间外部的空气吹拂着建筑物（外部空气温度低于室内），能够带走墙体吸收
的热量，并使暴露的墙体变凉。在炎热的季节，日间温度高于适宜室温的上限，因
此夜间冷却是最理想的。
夜间通风能够：
◇对于重型建筑物，使日间的最高温度降低大约3°C
◇将下午或黄昏的高温期推后易于使用的计算机设计软件能够分析楼的冷却作用。

蓄水池效应
   夜间通风还有一个额外的优点，即在夜间为建筑物供给新鲜的空气，特别对于
那些在白天交通量大污染严重的地区。通过通风清除了堆积的污染物质，为第二天
的开始准备了大量的新鲜空气。
在建筑物中引入可再生能源系统
   可再生能源分为以下两类：
   ◇被动系统，例如自然通风、日光等
   ◇主动系统，例如光电板、风力发电机、太阳能水加热系统等
   如果设计正确，被动能源系统的引入几乎总是具有较高的成本效率，除非环境
条件特殊。主动式可再生系统虽然降低了成本，但仍然无法与其它高能效的投资相
比（例如，绝缘，控制，高效率建筑设施等）。不过，随着低成本建筑综合光电系
统的出现，这一状况可能会在今后的10年中发生变化。
结束语
   设计师通过目前的设计工具就可以充分利用自然来优化建筑设施和性能，提供
高质量的内部条件，同时最大限度地减少对环境的影响。
   开发被动系统具有尤其重要的意义，它能够提供：
   ◇自然通风
   ◇免费的冷却
   ◇太阳能供热
   ◇日光
   可再生技术（例如光电扳、风力发电机，太阳能水加热系统等）可能也将发挥
一定的作用但这要等到设计小组认为对一次能源的需求已经减少到最低程度。
   应制订适当的法规和建筑业的规章制度和规范，来积极推动低能耗建筑物的设
计和修建。不同类型建筑物的标记和基准标识也是十分重要的，这样，人们才能了
解建筑物的性能，同时也可以为设计师、所有者和经营者制订要实现的目标。
   任何建筑物的设计和施工都是一个十分复杂的过程，当依靠自然来获取必要的
室内条件时，就更具挑战性。当设计小组的报酬与建筑物的资金成本挂钩时，尤其
如此（也就是存在不正当的激励因素，导致建筑物的设计过度和工程过度）。巧妙
的建筑计及充分利用被动自然系统，就能够设计出极具吸引力、高效、健康的建筑
物，同时具有较低的运行成本和最小的环境影响，并且总成本并不比传统建筑高。

   总而言之，绿色设计的主要优点是：
   ◇能够潜在地减低建筑成本
   ◇降低占有成本和运行成本（一般比传统建筑低50％-70％）
   ◇通过视觉、热状况和声音等方面的舒适设计，能够产生低压、高性能的环境
，从而使居住者具有更高的效率和更加良好的精神状态，减少了晕楼综合症的危险

   ◇对于拥有建筑物的团体而言，改善了环境概貌和公司形象
   ◇大大减轻了对环境的影响，有助于延长建筑物的使用寿命 
 

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生活需要realplayer!

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