上海建筑行业的碳减排

一、上海建筑行业碳排放状况

(一)上海建筑行业碳排放总量

　　建筑使用阶段二氧化碳排放包括住宅生活及公共建筑,上海建筑能源消费以年均10.2%的速度递增,略低于经济的发展速度。二氧化碳排放总量由2000年的1 952.25万吨增至2007年的3 857.51万吨,年均增速为8.6%,且公共建筑使用二氧化碳排放普遍偏高。由此看出,建筑使用阶段能源消费增长的幅度已经超过能源消费总量的增长幅度。建筑能源消费占全市能源消费的比重也由2000年的14.5%持续攀升至2007年的16.12%。建筑能源消费总量的快速增长,加剧了上海二氧化碳排放的压力。

　　建筑碳排放已占据社会总碳排放的20%以上(使用及建造阶段),包括住宅生活及公共建筑,而建筑使用阶段的碳排放比例随着人们生活水平的提高而逐年上升。

(二)居住建筑碳排放

　　城市住宅生活碳排放的高低主要取决于城市家庭生活能源利用结构,包括采暖、空调、热水、家电及炊事中各能源所占的比例。据统计,上海城市家庭生活能耗逐年上升,已占据上海总能耗的15%左右,其中家庭生活的电力使用占上海总二氧化碳排放量的5%以上,达到131.12千瓦时,造成的二氧化碳排放已超过1 000万吨。2007年,平均单位居住面积年电能消耗带来的二氧化碳排放量达到20~25千克,超过2000年的2倍多(见图5-2)。

　　资料来源:陈飞,诸大建.低碳城市研究的理论方法与上海实证分析[J].城市发展研究,2009(10)。

图5-2　上海市2000~2007年家庭单位居住面积及

电能消耗造成的二氧化碳排放量

　　2004年统计,在家庭生活消耗造成的碳排放中,家庭炊事、天然气及热水占总生活碳排放量的1/4;单位居住面积的热耗造成碳排放量为每平方米8.95千克二氧化碳,相比较,北京为12.14千克,全国平均为6.3千克,这主要由于北京属于寒冷地区,冬季热水用量较大的缘故。

(三)公共建筑碳排放

　　公共场所碳排放计算包含酒店、办公楼及商业等公共空间的空调和采暖。据研究,使用中央空调的大型公共建筑的能耗为普通建筑能耗的2~3倍,不同公建类型平均每年每平方米的电力消耗存在巨大差异。2004年统计显示,上海公共建筑能耗为117亿千瓦时,折合二氧化碳排放量已达到1 000万吨。上海在大型酒店、商场超市及大型综合楼的能耗比重远小于北京,而在一般公共建筑的能耗比重上超出北京近1倍,造成上海在公共建筑面积超出北京1/4的状况下,而电力消耗几乎相等(见表5-4)。上海公共建筑数量的增多导致使用中二氧化碳排放量不断增加,2000年公共建筑规模为1.3

表5-42004年北京与上海公共建筑电力消耗估算数值

公共建筑

面积

(万平方米)

几类建筑所占面积比例(%)

公共建筑

能耗

(亿千瓦时)

大型酒店、

商场、超市

大型

综合楼

大型

办公楼

交通枢纽、

文化场所、

医院

中心

办公楼

学校、一般

公共建筑

北京

20 323

4.1

3.8

7.6

3.5

34

46.9

115

上海

26 891

0.9

0.8

1.7

0.8

7.4

88.4

117

　　资料来源:《中国建筑节能年度发展研究报告2008》。

亿平方米,2004年为2.4亿平方米,截至2007年,这一数字已上升到3.16亿平方米,平均年增长率为19.5%。在公共建筑类型中,大型酒店、商场及超市规模上涨速度最快,达到年增长率35%。参见图5-3。

　　资料来源:《上海统计年鉴》。

图5-3　上海市公共建筑规模及相对于上年增长率

二、低碳城市与建筑节能的战略选择

　　城市对气候变化的适应有很多内容,具体到建筑节能领域,第一要研究气候变化对建筑环境和建筑能耗的影响。尽管全球变暖是一个大趋势,但具体到一座城市,就会有热夏暖冬、热夏寒冬、凉夏暖冬、凉夏寒冬等多种气候组合,而且可能会交替出现,给建筑能耗带来很大的不可预知性。另外,气候变化和城市热岛效应的共同影响,也会给建筑设备系统的能效和负荷分布带来不确定性,需要通过“城市气候设计”来提出解决方案。第二要研究极端性气候对民生和建筑能耗的影响。例如,我国频繁出现的雪灾和低温气候,以及夏季的极端高温气候,需要对低收入人群和弱势群体(老年人和儿童)实施“环境救助”,保证他们有一个最起码的健康室内环境(12℃以上或30℃以下)。在低碳城市建设中,这些应对措施都应该进入规划、做出预案。这些是以“以人为本”作为执政理念的政府应该做也是必须做的事情。

(一)低碳城市的公共建筑能源管理

　　由于低碳城市的特点,其公共建筑能源管理并不简单地是单栋建筑物的能源系统运行管理,而应理解为城市能源结构三个层面的PUC管理。

　　1.核查和验证是低碳城市公共建筑能源管理的根本

　　《国际性能测试与验证协议》(IPMVP,International Performance Measurement and Verification)是合同能源管理节能效果后评估的权威规范。该协议规定了四种节能量评估方法:

　　方案A:将系统改造部分与系统其他部分隔离,测量系统的关键变量;

　　方案B:将系统改造部分与系统其他部分隔离,测量系统的全部变量;

　　方案C:对整栋建筑能耗进行检测验证;

　　方案D:校准化能耗模拟。

　　没有科学的、严格的、客观的、公正的后评估,所有的节能量都是虚的。现在,大家似乎更关心合同能源管理的融资,其实现在市场上并不“差钱”,差的是规则。节能改造,到底节了多少能?已经投入的资金,国家的也好,银行的也好,到底“买”到了多少节能量?恐怕只能有一些“模拟”值、相对值。因此,合同能源管理的当务之急是出台强制性的第三方测试和验证的规范,而不是急着往里砸钱。

　　诚然,计算机模拟是国际效率评估机构(EVO)所认可的评价节能效果的四种方法之一(IPMVP中的方法D),而且是在其他三种方法不可行时再采用的方法。美国的建筑节能业界比较倾向于能耗模拟,也开发出了十分权威的DOE2和ENERGYPLUS等能耗模拟软件。但将这些软件用于节能效果评价时,要求必须进行数据的校准,输入数据、标准工况、计算基准等都要依照ASHRAE标准1402004的规定。德国的建筑节能业界更愿意采用实测和计量的办法,得到的实际值再根据条件变化折算节能量。德国标准DIN V 18599涵盖了几乎所有建筑围护结构和设备系统的能耗计算方法,所有的节能量都可以按标准和实测值计算出来。也就是说,即便用模拟和计算的方法来评估节能量,也必须遵循一定的规则和技术标准,所有的评估都在同一个平台上进行比较。

　　而碳减排更需要遵循“三可”原则,即“可测量、可报告、可核查”的原则。因为减排有基准线,有实物量标准。在建筑节能领域,因为建筑材料和建筑设备寿命周期评价的复杂性,以及建筑负荷分布的多样性,迄今为止还没有建立起建筑碳排放的基准线。

　　因此,低碳城市的公共建筑能源管理,首先需要做的是四件事:第一,出台规范公共建筑能源管理市场的政策法规,建立严格的ESCO公司资质认证和市场准入制度,强制推行以IPMVP为基础的节能效果评估机制和方法论;第二,结合物联网发展,建立各种建筑材料和各种建筑设备的寿命周期碳排放数据库;第三,结合能耗定额制度的建设,建立各地区各种类型建筑的能耗基准线;第四,在上述工作的基础上,建立各类建筑的“基准”建筑,以基准建筑的碳排放值作为碳排放基准线。

　　2.基于PCDM的能源规划

　　清洁发展机制(CDM)是在《京都议定书》框架下的减排补偿机制,即承担减排义务的发达国家通过提供资金和技术的方式与发展中国家展开合作,帮助发展中国家进行减排,并将发展中国家得到的项目减排量作为发达国家履行减排义务的组成部分。在发达国家得到减排量的同时,也推动了发展中国家实现可持续发展。

　　PCDM是将规划方案下开展的减排或扩碳汇活动开发成CDM项目。规划方案下的活动(programmatic of activities,POA)是指执行某项政府政策、措施或者实现某个规定的目标,由私人或者公共机构自愿参与、协调和执行的活动。在某一规划方案下,通过不限数量的相关CDM规划活动,与没有此规划方案活动相比,所产生的额外的温室气体减排或扩大温室气体汇的效益,可以作为PCDM的成果。

　　由于PCDM可以将多个分散的减排项目整合为一个项目,非常适合于单体或单项目减排量比较少的建筑项目。它可以以一个社区或一个城市作为物理边界,一种做法是按CDM方法学做规划方案,例如将某一社区全部房间空调器的能效等级全面升级;另一种做法是按地域做规划方案,可以采用的技术有太阳能光伏、太阳能光热、热泵、降低供热系统能耗、扩大绿地碳汇等。前一种方法适合既有建筑的节能减排改造,主要依靠政策导向,简单易行,可以增加既有建筑改造的资金来源;后一种方法适合新建区和新城开发,主要依靠能源规划和能源管理,技术含量更高。

　　凡是设定发展目标是低碳城市、低碳社区的新城新区,一定要在规划阶段增加基于PCDM的能源规划。区域能源规划有以下八个步骤:设定节能减碳实物量目标;区域范围可利用的资源量分析;区域内建筑冷、热、热水、电负荷预测;负荷的影响因素分析;设定区域内所有建筑更严格的建筑能耗基准线,使节能量资源化;选择合适的能源系统,以及系统集成化规模应用的优化方案;能源系统的碳平衡、能量平衡、平衡分析和经济技术分析;能源系统环境影响分析。

　　3.区域能源系统的BOO管理

　　由于低碳城市的“高层、高密度、高容积率”的城市形态特点,使得基于可再生能源和低品位能源的低碳能源系统必须在区域层面上集成应用。原先作为建筑设备的供热供冷系统成为企业、单位和居民生产经营工作和生活的共同的物质基础。尤其是在现代服务业的集聚区内,供热供冷成为城市主体设施正常运行的保证,成为物质生产和劳动力再生产的重要条件。完全具备了基础设施的属性,可以按照基础设施的BOO(建设—拥有—经营)方式经营。

　　区域能源系统的BOO经营,是能源管理承包商根据政府赋予的特许权,建设并经营开发区域的建筑能源系统项目(比如热电联供项目、区域供热供冷项目、可再生能源规模化应用等项目)。承包商承担项目融资、项目管理、系统设计、设备采购、工程施工等全过程任务,并作为这部分资产的所有权人在项目竣工和区域开发建成之后负责运行管理。承包商通过冷、热和一部分电力的销售回收投资、赚取利润,使合同能源管理从短期分享转变成长期收益,而政府则通过特许权使用费和税收得到公共利益。也可以由政府成立的园区、开发区管理公司与承包商共同出资建立合资公司,政府将特许权授予合资公司。这样,更有利于公司的公益性。

　　这类项目的特点是:第一,由于承包商承担了主要风险,项目的规模、运行能耗的大小、客户满意度都直接关联到承包商的利益,因此不用担心这类项目是否节能。第二,由于建筑能源系统并不具备其他基础设施项目(例如桥梁、隧道、高速公路)的唯一性属性,用户如果不满意,完全可以不用承包商的服务,因此区域能源系统必须使用户使用费等于或低于用户自建系统才会有竞争力和吸引力。第三,由于规模化的可再生能源系统投资都很大,因此除了承包商精心设计、优化配置之外,也需要政府予以补贴或贴息,延长合同期使之至少大于投资回报期。当然,通过PCDM机制获得长期碳收益也是非常合适的选择。

　　4.碳服务(CSCO)和合同碳管理(CCM)

　　在能源服务的基础上,将会进一步发展成为碳服务公司(carbon services company)和合同碳管理(contracting carbon management)。在低碳经济时代,碳服务将会发展成具有很高赢利能力的服务业态。

　　CSCO公司为企业、地区和建筑物业主担保减碳量,为低碳改造融资,实施减碳工程,以及提供碳交易的中介服务等,其业务内容包括:碳减排和CDM项目管理;CDM、PCDM和节能项目技术咨询;碳审计;清洁发展机制下温室气体自发减排项目的审定(validation)和核查(verification);碳交易商务服务与风险评估;碳足迹和碳平衡计算;碳排放监测;城市对气候变化的适应性管理项目,如水源管理。当然,现在来估计合同碳管理有多大发展空间还为时过早,这主要取决于中国对二氧化碳减排政策的力度。但有一点是肯定的,我国政府承诺的到2020年单位GDP的碳排放强度将比2005年减少40%~45%,尽管是相对量,却是可以计算出绝对值的。要实现中国政府的减排承诺,全国各部门都要分担减排实物量,建筑领域当然也不可能置之度外。这样大的减排量必然要通过包括市场机制在内的各种措施来实现。

(二)建筑区域能源规划

　　建筑区域能源系统应视作城市基础设施的一部分,它是为了满足城市建筑的用能需求,电力、燃气、可再生能源等能源经过城市内的输配系统、转换设备和最终使用环节的末端设备组成的系统。因此,建筑区域能源系统是城市建筑的“血脉”和生命线,从城市层面上进行区域能源规划具有十分重要的意义。如果把建筑单体看成微观技术的“硬节能”,对建筑群体进行能源规划则是宏观意义上的“软节能”。

　　我国目前的城市规划体系中,存在着两个方面问题。一方面是城市规划体系中尚无建筑能源专项规划,而现有规划体系尚不能解决建筑群的能源系统问题。另一方面是城市规划中的供水规划、供热规划、燃气规划、电力规划这四个专项规划之间缺乏互相协调,水、电、气各自为政。基础设施重复建设情况严重,效率不高。对于相同的建筑冷、热、燃气和电力需求,可以选择不同能源方式,比如供热空调有集中式、分布式和分散式等多种方式,建筑中生活热水负荷需求可以通过燃气热水器、电热水器、太阳能热水器、热泵、CCHP或城市热网等方式供应。建筑供热空调可以通过煤、燃气、电力、油等能源及其转换设备来实现。其中燃煤/燃气热电联产、燃气锅炉、燃气直燃机、CCHP、电采暖空调和电力驱动的热泵等能源转换方式对燃气规划和电力规划产生影响。

　　因此,供热规划需要和燃气规划、电力规划进行协调以优化能源配置。再者,随着可再生能源政策推进和技术的进步,可再生能源和传统能源、清洁能源之间也存在着替代性和优化配置问题。

　　1.规划原则和方法

　　规划原则宜坚持“四化”:能源的选择要因地制宜地遵循低碳能源、可再生能源最大化;能源规划与市政设施规划相结合,基础设施功能最大化;能源梯级利用,品质对口,节能效益最大化;能源系统规划和建筑用能系统的匹配优化,经济效益最大化。建筑区域能源系统是一个多元、复杂的系统工程,亦受城市发展阶段、经济水平、人们消费习惯等因素影响,难以建立完整的系统模型来描述区域能源问题。因此,首先应从逐步建立城市建筑供热、空调、燃气和电力需求的各能源系统模型出发,然后对城市能源系统的不同方案或专家方案之间进行模拟计算,通过比较和分析,并对规划期内的城市能源规划引入情景分析方法,是一个适合我国城市能源规划的新思路。

　　能源规划需将城市规划、能源计划与资源量评估、灾害防止和居民生活四个方面有机结合,从实际出发进行规划和设计。将四个方面的系统建立起来后结合建筑功能和布局进行用能预测,用能预测时需综合考虑居民的生活习惯、生活水准和未来用能状况。

　　2.城市设备

　　城市设备是城市能源规划中重要的组成因素,包括热力厂、电厂、水厂、垃圾处理站等。在进行低碳城市建筑区域能源设备设计时,应依据建筑物的规模以及使用目的,在城市规划之初决定其大概性质。但与此相矛盾的是城市设备与建筑物的规划不同。由于城市规划是从中心向周边地区慢慢扩大,因而随着城市的扩大,城市设备规划的确立则变得极为困难。

　　城市设备的规划必须对将来其建筑物可能的城市化进行先行的研究。也就是说,在城市规划中,包含城市设备的城市能源规划必须进行优先考虑。

　　3.建筑区域能源选择

　　在建筑区域能源供给系统的规划中,必须考虑以下城市能源的基本特性:

　　(1)能源的相互替代性

　　在城市必需的能源中,用于制冷、采暖、供卫生用水等的能源可通过燃油、城市燃气、电力、太阳能、高温废热中的任意一种供给,可以说这些能源具有互相替代的特性。

　　(2)能源供应的多元性

　　供能安全是能源供给方面最重要的功能,针对这一需要,在坚持规划“四化原则”的同时,尽量在一个能源系统中选择两种以上形式的能源。

　　(3)能源供应的低碳性

　　广泛选择、对比分析城市能源来源是能源规划的必要途径。能源使用流程图对建筑区域能源规划的推动起了很大的作用。在选择

表5-5几种能源的相互比较

评价项目

太阳能发电

天然气

传统电力

风力发电

能源生产

转换效率

×

×

×

☉

制时的排放量

×

×

能源的传输

输送效率

×

×

×

环境保护

☉

☉

☉

灾害危险性

☉

×

☉

☉

能源的储存

供应可靠性

×

×

×

灾害危险性

×

△

×

×

能源的供给

环境保护

☉

☉

☉

供给可靠性

×

☉

灾害危险性

×

☉

△

能源的利用

使用成本

×

☉

△

利用效率

☉

安全性

☉

☉

☉

使用方便性

☉

☉

☉

碳排放

☉

△

☉

☉

　　注:☉表示好;空格表示较好;△表示一般;×表示差。

区域能源系统时,需详细分析区域内各种能源的流向。除了要在能源产生过程中将其低碳化,还要在能源的使用过程中多次利用,使其效益最大化。通过将其在碳排放量不变的条件下“挤出”更多能量,以降低能源的相对碳排放量。

(三)发展低碳建筑的导向目标

　　低碳建筑的完善与普及是一项系统工程,导向目标应该侧重建筑对可再生能源的利用以及关联的产业转型和市场改革。通过低碳建筑实现大规模节能减排,同时开启可再生能源宝库。

　　1.以低碳建筑产业政策强制建筑业结构调整

　　建筑是众多产业社会化分工协作的产物,低碳建筑涉及建筑理念、设计、用材、耗能方式和工艺的全方位调整并以终端产品强制建筑产业进行结构变革。把低碳建筑作为实现绿色建筑的初步形态,使建筑和建筑业发展接近世界潮流,回归自然;探索利用自然通风、自然冷热能参与建筑温度调节,与人的自我调节能力相互适应,实现居住健康、生态、环保三大主题;通过节能、节水和建筑与环境协调,实现人与自然的和谐。

　　具体实施过程需要许多研究机构参与。为此,应该加快低碳建筑标准的研究和制定,理顺建筑和能源市场,完善竞争环境。具体涉及屋面、外墙、门窗、通风隔热、外遮阳技术和系统节能;住宅集成装修、中水回用、雨水收集、污水处理技术;太阳能与建筑一体化利用、地源热泵、空气智能调节、生态建筑设计(具体包括建筑内外绿化,节水及废水再生循环等),引导建筑业进行创新和深化改组。

　　低碳建筑的产业政策主要以节能减排推动建筑业转型。运用轻质新型建材,特别是利用废弃物的保温建材,如:农业废弃秸秆为原料的复合材料等;规范建筑产业充分吸收可持续设计元素,尽可能地节约土地、保持紧凑型的开发模式;注重建筑构件和材料使用的可再生性、本土化、易得性;通过整体设计亲和当地环境,传承建筑文化,便于维护。采用新的产业组织方式,模块化、集成化、系统化运作,才能提升建筑业的现代化和可持续发展水平。建筑低碳化的产业政策应该注重市场机制协同。市场化运作有利于根据各地气候状况、可再生资源条件及经济现状,开发推广符合具体实际的低碳绿色建筑,从终端产品改变建设业的市场需求,开辟新材料、废弃资源和再生能源广泛运用的领域,扩大国内有效需求,实现建筑业的可持续发展。

　　2.通过建筑低碳化来规制与矫正房地产开发行为

　　上海房地产业过热,主要在于土地产品收益未理顺,表现为两方面:一是土地市场尚不规范。土地收益并未有效地进入中央财政,而是以地方利益、开发商暴利和业主收益等途径流失,致使耗能建筑隐含两种土地产品的地租收益(建筑土地地租和煤炭矿产地租),并由社会承担燃煤引发的资源浪费损失和外部性成本,导致房地产投机盛行,通过耗能建筑压低开发成本,扩大开发规模,加快周转,结果是增大建筑耗能规模,形成长达数十年的遗留问题。二是我国建筑能耗主要是直接或间接(通过煤电)依赖燃煤。煤炭作为土地产品,却未认真计算土地产品的地租(社会转移劳动)、综合资源损失和外部性社会成本,导致高耗能建筑开发的巨大冲动,加剧建筑用能需求。由此可见,解决建筑节能减排问题,首先应理顺能源价格,还原建筑耗能的真实成本,并使房地产收益与节能降耗挂钩,形成双重约束机制,才能形成节能减排的内生驱动力,促进关联的配套投入,同时抑制过热的房地产市场。从规范土地地租,实施建筑减排标准两个方面加大房地产开发成本,抑制房地产投机,同时,国家用新增土地收益强化低碳建筑研发,形成建筑市场节能减排竞争的外在强制力,迫使开发商提高建筑节能水准,减小建筑生命周期的能耗运行费用。国家还可以运用综合调控手段,对非节能建筑进行选择性调控,引导既有建筑进行节能改造。

　　3.弘扬人与自然和谐的文化理念

　　就节能效果而言,文化理念超越技术进步。由节能意识支配的建筑局部空调理念,仅限于实际工作和起居房间,远远超越缺少节能文化的建筑整体空调行为(即便后者采用最先进技术)。传统中医理论主张天人合一,强调四季气候和温度变化对人体机能的良性调节作用,因此,过度使用空调有损健康。一些国家提出仅对冷热峰值气温削减3度的空调使用模式,以调动人体自身调节潜能的理念。因此,文化理念不仅是减排的重要因素,还反映国民素质,必须纳入导向目标。

三、上海发展低碳建筑的措施和手段

(一)从规划设计开始注入低碳理念

　　建筑是人与自然进行能量信息交换的媒介。建筑师对建筑、市镇以及它们在空间上的分布所做的决策对能否实现“可持续发展”而言至关重要,能源、原材料的消耗、碳排放水平等都将取决城市的发展模型。遵循非扩张性开发原则,从城市规划开始就贯穿低碳的理念,遵循保护、利用自然的设计策略,提高土地的使用效率,尽量减少开发带来的环境冲击,才能为一个建设项目打下良好的基础。

　　面对生态环境资源约束条件,在生态节能的理念指导下,紧凑型的城市布局、方便快捷的绿色交通体系结合社区建设和滨水地区改造成为“资源节约型、环境友好型”宜居城市目标实现的手段。在交通节能规划设计中,构建以轨道交通为骨干、以清洁能源公交为主体的公共交通系统,覆盖全城的慢行交通网络、500米范围的服务半径、功能设施的配套设计使居民在适宜的步行范围内可以解决生活基本需求,减少对小汽车的依赖,交通出行的减少降低了交通产生的能耗。在节能的同时积极开发应用风能、太阳能、地热、生物质能等可再生能源,优化能源结构。2007年在巴黎OIN项目中胜出的“Active Nature”,充分考虑利用自然资源与生产能力,保护既有的森林,在城镇的外围增加农业基地满足区域内生活的需要,通过“绿色电池”对水体与废物进行循环利用,通过规划满足该地域在未来三十年的“绿色”生活。合理的具有前瞻性的生态区域规划,是建筑设计可持续化的基础。

(二)建筑设计中的低碳设计策略

　　对于建筑来说,低碳设计意味着整个设计、建造、使用与废弃环节都要考虑到低能耗、低污染与低排放。在考虑建筑的耐久性设计的同时兼顾建筑的易拆除设计、节约资源设计和可再生能源利用设计等。

　　1.更多地考虑建筑的环境属性

　　在全球化背景下,建筑师们创造出一批具有可识别性的标志性建筑,一种可以独立于其所建造的环境的商标性建筑,但是也有建筑师始终关注在具体环境中解答问题,让建筑成为特定环境所创造出的物体。安藤忠雄设计的很多建筑都是埋在地下的。他曾经说过:“不管出于什么样的自然环境,我都试图创造一个从不凌驾于环境之上的建筑。”对场地地形的有效利用从而减少工程量,对风向、光线的有效利用从而减少建筑在使用中的能耗,已经成为大多数建筑师的共识。

　　西班牙女设计师Belinda Tato的临时搭建物“空气树”,在应对城市高温环境的长期命题、解决都市空间环境再循环的过程中,做出了有效的尝试。“树”由轻质可再生材料制成,可以轻易地拆卸并移动到其他地方。“树”的内部通过喷水管道以及各种攀缘植物如忍冬、常青藤等进行空气调节,吸收二氧化碳,净化空气。其冷却系统可以将内部气温下降至比街道其他地方低8℃~12℃,从而有效减轻大多数城市中心出现的热岛效应,成为居民休闲避暑的好去处。通过顶部安装太阳能电池板,“树”在能耗上实现自给自足的同时,多余的电量还会输送至电力公司,由此产生的利润用于建筑维护。这一举措增加了现存广场空间的树木密度,减少和重组交通线路,实现了城市空间环境发展的重新配置,使人工的环境更好地参与到自然环境的良性发展中去。

　　2.材料的多层次开发与高效利用

　　(1)绿色建材的使用

　　建筑与装修材料、设备管材的生产和建设环节是建筑大量产生能耗和污染的环节。很多常用的建筑材料会对环境产生不利影响,如新鲜加气混凝土会散发氡气,人造板材有大量甲醛挥发。在我国城市化进程中,建筑大多采用钢筋混凝土结构,而水泥是高耗能、高污染、高二氧化碳排放的建筑材料,每建成1平方米的钢筋混凝土建筑,将产生300~400千克的二氧化碳,而且混凝土拆除物还会造成难以处理的废弃物。材料使用的不恰当在后期的使用和维护上带来很多的问题。因此,选用工业化成品或者可再生、循环利用的建筑材料,选取内含能源低的材料,是减少二氧化碳排放,控制建设中、使用中和废弃后环境污染的一个有效途径。在开发新材料的同时,强调建筑材料的地域性和原生态性。西班牙建筑师的FOA事务所设计的“竹屋”,选用当地临时建筑上常用的竹子作为外围护材料,尝试将这种临时性的材料和构造用在建筑的永久结构上,寻求寻常材料的不寻常使用方式,“在建筑中引入自然界的消亡和再循环”(扎拉波罗),试图使人造的城市逐渐向自然生态型转化。黄土高原地区的生土建筑维护结构主要是黄土直接加工成的生土材料,另外混入的麦草、芦苇等防止开裂。生土建筑具有施工简易、低能耗、便于就地取材等优势。生土制成的土坯砖造价仅为混凝土的1/5,用它做成外围护结构可以使建筑室内获得稳定舒适的环境。另外其加工制作过程也无需煅烧,污染很小,并且材料可以重复利用建设,甚至可以作为肥料在农业中使用。在内部装修材料的选用上,选择简单有效、能源消耗少、施工便捷并且可以调节室内微气候的材料。比如日本零排放住宅中采用消石灰壁纸作为墙面装饰,对室内湿度的调节起到了很好的作用。

　　(2)材料的高效利用

　　低碳建筑设计节材策略的直接经济效益来自建筑垃圾减排。首先,建筑与室内设计一体化,可以减少构成建筑这个系统的要素,减少不必要的材料损失与能耗。其次,充分利用材料的特性,将材料性能与建造紧密地结合起来。采用高性能、低材耗、耐久性好的新型建筑体系,比如自重轻、可再生的钢结构构件,便于现场拼装搭建,可以减少施工环节与施工周期,节约施工成本,减少施工现场的材料浪费,降低废弃材料形成的污染。采用纸管结构与集装箱构成的Papertainer Museum,考虑建筑拆除后的材料回收再利用,减少整体的生态影响。控制体形系数,可以有效地节省维护用材,降低物能投入。美国可再生能源最早的使用倡议者富勒专注于对有限的物质资源进行最充分合理的设计。

　　(3)建筑空间的高效利用

　　空间的高效利用可以降低总体的面积需求。对大量的居住建筑而言,注重空间的充分利用,控制住房面积标准,必然降低建造的能耗。日本是一个土地资源贫乏的国度,在其住宅设计中,往往将活动较频繁的空间作为枢纽来组织部分空间,以减少交通长度,达到节省空间的目的。减少建造也是节约能源的有效手段。建筑空间再利用(reuse)是建筑进入良性循环的有效手段,是城市发展的契机。户型设计中考虑空间的灵活可变性,以及建筑随着时间的功能变更的可能性,既延长了建筑的使用寿命,又减少了建造量及建筑垃圾的产生,是降低建设费用、节省能源的有效途径。

　　(4)建筑形式与能源消耗

　　建筑的形式对建筑使用中的能耗有很大的影响。在规模、体量、建造年代等基本接近、采用相同的空调设备系统的情况下,由于内部空间、建筑形式、窗墙比等的不同,两栋建筑的能耗相差会将近1倍。因此,从建筑的形式设计出发控制建筑使用中的能耗,是一种简单有效的手段。

　　第一,形式与气候相适应。中国文化总体上非常关注自然之道,从气候因素出发确定建筑的形式。传统的民居往往通过天井、庭院等形式改善室内的采光与通风。印度建筑师柯里亚的建筑形式往往随气候演变,在干旱的地区采用水体院落,在湿热临海的地区采用“管式”住宅把烟囱拔风原理应用于剖面设计中,实现对室内微气候的调节,并产生了直接反映气候性的建筑形象。适宜的建筑形式,可以节约电能,减少对机械通风与空调系统的依赖,为人们提供更高的舒适感。窗是外围护结构中保温隔热的薄弱环节。公共建筑中玻璃幕墙被大量采用,可开启窗扇减少,在取得独特的造型及空间效果的同时带来了光污染,加大了能耗。因此,在满足采光的前提下,采用较小的窗墙比,采用中空隔热玻璃、铝制窗框及多种遮阳技术,对降低建筑运营中的能耗起到了重要作用。在以人工照明为主的公共建筑中,将采光形式与功能空间有机结合,还可以取得独特的空间效果。

　　造型多样的遮阳设施设计在改善建筑热工性能的同时对立面的可塑性帮助也不小。选择合理的遮阳方式,可以改善建筑表皮对外部气候资源的利用,为建筑内部空间提供良好的气候环境。遮阳的手法有很多种,利用阳台、外廊等形体的凹凸变化形成的自遮阳,利用植物、建筑物之间相互遮挡遮阳,利用透光材料自遮阳,结合立面设计安装人工遮阳构件等,都是设计中可以考虑的方式。

　　第二,墙体的构造形式与太阳能的利用。建筑物的墙体保温性能的好坏是影响建筑物节能指标的关键,是很多国家目前建筑节能开发的重点。墙体的颜色、材料、构造方式都会对建筑的能耗产生影响。自伦佐·皮亚诺开创了建筑“双层表皮”以来,全世界大量办公建筑都运用这一技术进行节能化设计。随着新技术新材料的开发使用,建筑的外维护结构逐步从能量损失的系统变为吸收能量的系统。瑞士的Domat/Ems生态节能住宅墙体采用的TWD复合型材料,既可以在夏季阻挡热辐射,又可以在冬季吸收太阳能,具有很高的环境适应性。英国目前最大的光伏建筑项目CIS大厦在南向幕墙处采用多晶硅光伏材料,充分利用了太阳能提供建筑运营的能耗。

　　第三,屋面的节能设计与构建立体绿化网络体系。蓄水、架空、覆土种植屋面是目前比较常见的屋面的保温隔热设计的方式。屋面绿化与墙体垂直绿化相结合,在美化建筑、充分利用雨水、遮挡东西向日晒的同时,水分的蒸发还可以净化空气,调节屋面及室内温度,缓解城市“热岛效应”。大阪的Namba Park是一个购物中心与办公楼的综合体。设计师借用“峡谷”的理念,巧妙地将楼层和花园结合在一起,建筑宛如一个斜坡公园,从街道地平面上升至8层楼的高度,精心设计的多层次屋面绿化打破了室内外的空间界限,使冰冷的商业空间生龙活虎了起来。植物每天生长,每天都在改变建筑的样子,给人以全新的体验。