理论教育 绿色可持续的室内环境设计:运用可再生能源

绿色可持续的室内环境设计:运用可再生能源

时间:2023-08-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:在上述可再生能源中,有些可以在建筑与室内环境的设计与运行维护中直接运用,也有些表面看来与建筑和室内环境的节能没有直接的关系。但是,可持续发展观是一种系统的观点,这种观点将室内环境置于整个生态环境之中。由于蓄热体这种逐渐接收和释放热量的特性可以用来缓和室内的温度波动,所以,即使在普通建筑中,蓄热体对室内温度的调节作用也是十分有益的。

绿色可持续的室内环境设计:运用可再生能源

在上述可再生能源中,有些可以在建筑室内环境的设计与运行维护中直接运用,也有些表面看来与建筑和室内环境的节能没有直接的关系。但是,可持续发展观是一种系统的观点,这种观点将室内环境置于整个生态环境之中。因此,如果能够在建筑与室内环境中尽可能地直接或间接使用上述可再生能源,那就同样达到了节能减排的目的。

(一)太阳能利用

太阳是地球最重要的能量来源,它持续向地球的大气辐射1 353 W/m2的能量,实际到达地球表面的太阳能大约是全世界能量需求的10 000 倍。所有可再生的能源,不管来自风力还是水力,或者是有机物的分解,最初都是来自太阳,甚至矿物燃料实际上也是由生命过程从太阳能转化而来,并埋藏在地表之下的。

目前,太阳能在建筑领域的应用主要有被动式太阳能供暖和主动式太阳能利用两大类。

1.被动式太阳能供暖

被动式太阳能供暖是指不使用机械动力,仅通过对建筑物朝向和周围环境的合理布置、内部空间与外部形态的巧妙组合以及建筑构件的合理构造来完成对太阳热能的收集、储藏和有目的散发的一种供暖技术。

德国等国家的被动式太阳房的节能效果统计,相对于传统建筑,被动式太阳房建筑可以比传统建筑节约冬季供暖能耗达90%。

被动式太阳能供暖可分为直接获得式和非直接获得式两大类,其中非直接获得式又包括集热蓄热墙式、附设阳光房式等多种方式。

(1)直接获得式太阳能供暖。建筑物通过房间的窗户直接接纳太阳辐射而获取太阳能的方式称为直接获得式太阳能供暖。

理想的直接获得式太阳能供暖要求建筑基本上沿东西向延伸,形成坐北朝南的布局,并在南向大面积地开设玻璃窗,以便在需要供暖的季节里使太阳光和来自太阳辐射的热量能够最大限度地穿入室内,提高室内环境的温度。通常,南向开窗、北向无窗的建筑所耗费的能量比没有向阳窗户的建筑要少30%。

如果想要使建筑物最大限度地直接获得太阳能,那么在建筑的规划阶段就应该将这一因素考虑在内,可以通过适当修改规划方案,使建筑物尽可能面向正南方向。如果建筑偏离正南方20°,那么可获得的太阳能就会减少5%,所以一般情况下,建筑的偏向不应该超过这个范围。另外,保证建筑周围没有相邻建筑、其他构筑物、绿篱树木等物体阻碍太阳光线的直接照射,这一点也非常重要。

直接获得式太阳能供暖建筑南向立面窗墙比的合理选择至关重要,窗墙比过大,可以增加房间的太阳辐射得热,但也增加了室内外的热量交换,南向的开窗面积应该介于整个墙面面积的20%~60%之间。低于20%时,直接获得的太阳辐射太少,达不到应有的效果。当玻璃窗的面积超过60%时,除非安装高效玻璃,否则在冬季通过玻璃损失的能量将超过获得的能量,而且在夏季就必须通过遮阳装置或通过机械通风系统来阻止室内温度过高,从而增加运行能耗。在此需要说明的是,《民用建筑节能设计标准》(供暖居住建筑部分)中关于南向窗户面积不宜超过35%的规定,是针对通过其他供暖方式获得较高室内温度的情况所做出的。当主要依靠直接获得式太阳能供暖,室温相对较低(约14℃)时,加大南向窗户至整个墙面的50%左右,可获得较为理想的室内热环境效果。

太阳能建筑中以被动方式获得的太阳能,如果在建筑中没有一定的材料很好地保存和分配,那么这些热量就不可能得到充分发挥。这些材料被称为“蓄热体”,砖石内墙以及天然石材地面、钢筋混凝土楼板等都是很好的蓄热体。蓄热体在受到太阳照射时被缓慢地加热,可将暂时过剩的热量长时间地储存起来,在白天温度下降时、晚间或其他需要的时候再慢慢地释放出来,从而避免因所获得的热量过剩而导致房间过热,起到平衡室内温度的作用,使房间更卫生、更舒适,还可以减少用于房间供暖的非再生能源的消耗。有时隔热性能良好的太阳能建筑可能因为天气的原因而接收较多的太阳能,如果不使用蓄热性能较高的材料,房间就会因为加热过度而使室内温度升高,使人感到很不舒服。蓄热体应该根据南向玻璃面积的大小按比例进行设置。

由于蓄热体这种逐渐接收和释放热量的特性可以用来缓和室内的温度波动,所以,即使在普通建筑中,蓄热体对室内温度的调节作用也是十分有益的。在夏季,它有助于房间保持凉爽、舒适。白天,它可以吸收室内过多的热量而避免室内温度的升高;夜间则可通过开敞的窗户吹入的空气将表面冷却,带走积存的热量,恢复白天吸收热量的能力。这就是南欧的建筑普遍用厚重的石材建造的原因之一。

直接获得式太阳能供暖方式升温快、构造简单,不需要增设特殊的集热设备,投资少,管理方便,而且用于供暖的能量消耗较少,其照明所需的能量耗费也较低,从这一角度上来讲,这种方式是比较经济的。较少的人工照明不仅意味着较低的电力耗费,对于用户来讲,也会因为能获得较充足的自然、全光谱的日光而获得更好的感觉。

在建筑的室内外形式上,直接获得式太阳能供暖建筑与普通建筑没有太大的差别,因此,在艺术处理上也比较灵活,不会给日后的室内外设计带来太多的麻烦。

(2)非直接获得式被动太阳能供暖。通过一些辅助的空间设施,如主体室内空间前的太阳房甚至入口门厅等获得太阳热能,而后储存起来并转换到主体建筑中,这种方式称为非直接获得式被动太阳能供暖。非直接获得式又可分为集热蓄热墙式、附设阳光房式和组合式等多种方式。

①集热蓄热墙式。集热蓄热墙又称为特隆布墙,是由法国科学家特隆布首先发明的。特隆布墙主要是由一垛面向太阳的重质墙体以及位于墙体外侧一定距离的玻璃所组成的,为了增强特隆布墙的使用效果,在玻璃与墙体之间靠近墙体处还设有一道活动保温隔热窗帘。重质墙体起着蓄热体的功能,通常由石块、混凝土、砖、土坯等重质材料所砌成,这类材料热容量大、热惰性大,通常具有较好的蓄热性能。墙体的外表面涂以深色的选择性涂层,以加强蓄热墙体的吸热作用,并减少辐射散热。外侧玻璃离墙体约100 mm,玻璃和墙体上下均开有通风孔。

在冬季的白天,太阳透过玻璃加热玻璃与墙体之间的空气间层,墙体上下的通风孔使得加热的空气可与室内较冷的空气之间形成对流传热,将热量传入室内。与此同时,墙体直接吸收太阳的辐射热量,储存于重质材料之内,当进入夜间没有太阳照射时,墙体的上下通风孔关闭,保温窗帘同时关闭,由于重质墙体具有蓄热多、放热慢、温度波动延迟时间长的特性,墙体会向室内释放白天吸收、储存的热量,从而减缓室内温度的下降。

在夏季的白天,将具有浅色反射表面的隔热窗帘关闭,用于反射太阳辐射,这时玻璃上下的通风孔全部开启,而墙体上方的通气孔关闭,空气间层中被加热的空气上升,从玻璃上方的通气孔及时排向室外,玻璃下方的通气孔则可以保证室外较冷的空气能够及时补充进空气间层,保证空气间层中空气上下对流的畅通,冷却墙体。墙体下方通风孔的开闭则要视室内外温度的高低而定,如果室外温度低于室内温度,则可以打开墙体下方的通风孔,并同时打开室内通向室外的其他窗户,这时室外较冷的空气可以穿过室内空间流向墙体下方的通风孔,再通过空气间层升温后上升,从玻璃上方的通风孔排向室外,从而在室内形成一定的空气流动,有利于提升室内环境的舒适感。如果室外温度已经高于室内强度,则墙体下方的通风孔以关闭为好,防止室外热空气流入室内。当进入夜间,将活动隔热窗帘移开,墙体向温度较低的室外辐射热量而得到冷却,再吸收室内热量辐射到室外。由于夜间室外空气相对凉爽,因此宜将墙体下方通风孔打开,同时开启房间的其他窗户,使室内空气形成对流,降低室内温度。

重质墙体的厚度因用途而异,特隆布等人认为混凝土墙厚度以400~500 mm 为宜。美国的巴尔康等认为,如果室温在18~24℃ 之间波动,则混凝土墙的厚度以300 mm 最为理想。

集热蓄热墙式太阳能供暖可以有很多变体,其中透明隔热系统就是一个很好的实例。透明隔热系统将保温隔热技术与被动式太阳能方式紧密地结合在一起,这一系统的运行原理是在建筑外墙上安装一个被动式太阳能收集装置,使直接位于保温隔热体后面的墙体得到加热。这种系统中最重要的构造元素是由聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃或聚碳酸酯制成的微毛细管,近来也有人正在对纤维素进行试验。但是,不管用什么材料,其做法都是将太阳辐射穿过透明的绝热材料有效地传送到后面的实体墙面或黑色的表面上,使这个巨大的实体墙面被加热并逐渐向建筑室内释放热量。

作为热能传输媒介的透明纤维状材料,其保温隔热性能能保证建筑中的热量尽可能少地向外泄漏,系统的外面有一层聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃或玻璃板保护层。夏季可以通过遮阳装置(白色的卷帘式遮阳装置)调节进入室内的太阳辐射热量的多少。现在,科学家们正在研制一种在室外温度升高时可以自动改变颜色的百叶窗帘,从而可以代替现在的机械控制窗帘。

这种透明隔热系统给用户带来的益处是十分明显的。在德国弗雷堡的一个多户型住宅区中,与采用常规隔热措施的同类建筑相比,采用这种系统的建筑在供暖期间可以节省22%的能耗。经过不断地研究改进,专家们用丙烯酸玻璃泡代替通常使用的毛细管,许多公司制造出了比以前更为便宜的透明隔热系统。但是尽管其价格已经全面下降,这种系统仍然不能说是真正经济的。

这种透明隔热系统还存在着一些另外的问题,如在不需要供暖的时候隔热系统必须用适当的方式遮挡起来,因此必须另外开发一种有效的控制系统。对于需要更新但又无在南墙面加开窗户来增加太阳辐射接收面积的旧建筑来说,这种透明的隔热系统是较为经济的,因为它可以直接安装在窗间墙上。

对于使用这种系统的建筑来讲,建筑外观的美学问题以及与建筑风格的匹配问题必须认真考虑。尤其对于住宅来说更是如此,因为系统光洁的、有点冷冰冰的外表面可能无法与周围建筑相协调,甚至与住宅的风格相抵触,设计时必须加以考虑。

②附设阳光房。附设阳光房是在房间主体南侧附加一个玻璃温室,玻璃温室除了可以作为一种集热设施以外,还有养花、养鱼、休息、娱乐等多种用途,既是冬季让人们置身于自然的一种室内空间,也是与其毗连的室内环境获得太阳能供暖的一种有效设施。

玻璃温室与房间主体之间的墙体实际上就相当于集热蓄热墙体,因此也需要采用重质材料。墙体上一般按需要开设门窗或通风口,在冬季的白天,太阳光透过玻璃温室照射墙体储藏热量,并在晚间室温较低时向室内释放热量。在白天,附设阳光房内的温度由于温室效应而总是高于室外,因而附设阳光房不仅可以为毗连的室内空间提供供暖,还可以成为室内环境与室外环境之间的缓冲空间,减少室内环境的热损失。打开隔墙上的门窗或通风洞口就可以通过空气的对流将玻璃温室中的热空气输入毗连的室内,而在夏季或其他不需要供暖的时间则可关闭门窗或通风洞口。

附设阳光房最好在南向全部设置玻璃,如果条件允许,其顶部最好也设置倾斜玻璃,以在冬季最大限度地获得太阳辐射。但大面积的玻璃也会带来夏季得热过多的问题,可以在阳光房设置遮阳设施。另外,所有玻璃最好在保证较好的密封性能的情况下都做成可开启式的,这样就可以在夏季的白天开启窗扇散热。由于玻璃的保温性能较差,如没有附加的保温措施,那么在冬季日落后,阳光房内的温度就会大幅度降低,从而影响温室的正常使用,可在阳光房内设置活动的保温窗帘,或采用保温同热的中空玻璃。

研究表明,通过在房间南部增加太阳房,由中等隔热性能的墙体所损失的能量可以减少达20%。虽然这种隔热方式成本要高一些,但是其优点却是不言而喻的——在较温暖的季节里,太阳房可以作为室内空间而直接使用,从而扩大了生活空间。但这种空间也会影响与其相连的房间的通风效果,应在设计时另加考虑,如在房间的阳光房范围之外另设通风口,用于通风换气之用。

附设阳光房的做法在室内环境设计中大有用武之地,除了在原有建筑南侧附加独立的阳光房,还可以利用原有建筑的阳台空间等改造成为阳光房。最简单实用的例子就是居住建筑装修中的封闭阳台,只要在原来的阳台外侧安装可开启的玻璃窗户,并将阳台与房间之间的隔墙用蓄热性好的重质材料加以替换,一个简易的阳光房就建成了。不过在改造设计时一定要核实原有隔墙的受力特性,不能因替换墙体而影响建筑的结构稳固性。这种方式在冬冷夏热而且原外墙没有特殊保温隔热措施的地区较为实用,如果原阳台外墙为砖墙,则甚至只需要将阳台外墙用重质材料适当加厚就可以了。当然,在加厚外墙时,也必须对阳台的结构进行验算,以免增加的外墙重量影响阳台的安全。

在被动式太阳能供暖技术的实际运用中,我们常常将几种不同的方式组合起来,形成优势互补,以获得更好的供暖效果。(www.daowen.com)

在节能住宅的设计中,我们常常将直接获得式与非直接获得式供暖结合起来。下面这一例子是在上海气候条件下的一座六层节能住宅楼,建筑坐北朝南,南向窗墙比为54.7%,大面积的南向窗户与室内楼板、墙及家具等组成了直接得热式被动太阳能供暖系统,南向的封闭阳台设计成附设阳光房的形式。北墙的窗墙比为23%,除满足采光要求外,夏季还能形成良好的穿堂风。窗户采用气密窗框单层或双层玻璃,外墙和屋面进行了合理的保温。通过计算,在保证室内换气次数为每小时0.8次的条件下,在冬季最寒冷的1月份,当室外月平均气温为4.76℃时,室内温度可达到12.13℃;在2月份,当室外月平均气温为5.13℃时,室内温度可达到13.79℃,完全可以在冬季达到12℃ 的人体生理的基本要求。

2.主动式太阳能利用

主动式太阳能利用是指通过各种机械设备和技术手段利用太阳能,目前比较成熟的技术包括太阳能热水器、太阳能光电利用、太阳能热泵与空调等几种形式。

如果当初设计时没有考虑采用被动式太阳能利用的方式,那么也可以通过主动式或其他高技术的方法接收太阳能。不过以主动方式获得太阳能一般来说不如使用各种被动方式经济。

屋面的倾斜度也应该正确设计以保证太阳能收集器和太阳能电池达到最大的效率。用主动方式利用太阳能主要有两种途径:一种是利用太阳能产生热量的太阳能系统,即太阳能集热器;另一种则是利用太阳能发电的光电太阳能系统,称为模块或阵列。

(1)太阳能热水器。通过太阳能集热器将水加热的相关技术在西方发达国家已经相当成熟,在我国也已经得到了普遍的应用,已经实现了大规模商业化应用,家用太阳能热水器在沪宁地区的普及就是一个很好的例子。我国是太阳能热水器生产和安装面积最大的国家,截至2006年,中国太阳能热利用产业年产值达200多亿元,太阳能热水器运行保有量达900万m2,年生产能力超过2 000万m2,使用量和年产量均占世界总量的一半以上。

太阳能热水器具有较好的经济性,因安装太阳能热水器而增加的初期投资,很快便会通过获得的太阳能所带来的效益而得到补偿。一个集热器面积在5~7 m2的太阳能系统能够为一个四口之家提供约65%的热水供应,由此而带来的经济节约将是十分可观的。

除了节能,太阳能热水器还有一些其他的优点:可通过增大水箱容积而增大容量;无污染;由于几乎不可能出现太阳能系统和备用系统同时损坏的情况,所以可靠性增加。

太阳能热水器的核心是太阳能集热器,目前我国市场上使用的太阳能热水器大致可分为平板型集热器和真空管集热器两大类。一般来说,平板型集热器成本较低、故障较少,但在零度以下的气温中使用效果不太理想。真空管集热器解决了气温在零度以下时的产水问题,因此适用地区较广。

虽然我国太阳能热水器的使用已经非常普及,但是由于人们思想观念的惰性原因,还较少有将太阳能热水器的安装使用与建筑设计进行一体化考虑的。大多数太阳能热水器都是在建筑完成后由用户自己购买安装,从而出现了许多问题,如因用户争抢屋顶位置而引起的邻里纠纷;因不同的用户选用不同品牌、不同类型的太阳能热水器而造成的视觉形式的混乱,建筑立面的统一效果也遭到破坏;因屋顶太阳能热水器只能通过水管从外墙通至不同楼层的用户,而各种管道的外保湿材料又常常年久老化,使外观受到严重的影响;因太阳能热水器临时安装,势必需要在屋顶临时架设支架或者在建筑外墙临时穿孔,很容易造成建筑防水和外保强层的局部破坏,形成渗水、热桥和空气泄漏,增加建筑的空调和供暖负荷,同时缩短建筑的使用寿命;因水管在室内空间中临时随意乱穿,严重破坏室内空间形象的完整性,甚至影响室内空间的正常使用;因建筑设计时并没有考虑安装太阳能热水器,一旦日后在屋顶等位置集中安装大量的太阳能热水器,很容易造成荷载猛增而严重影响建筑的结构安全。正是由于目前存在的上述种种问题已经严重威胁到了建筑的安全与艺术形象,因此,必须在进行建筑与室内环境设计时,同时考虑节能策略,根据日后室内空间的使用情况,预先确定太阳能热水器的安装位置和方式,将太阳能热水器作为建筑形象的构成元素,统筹考虑热水器的安置与建筑外观的美观问题,从而达到建筑室内外形象的和谐统一。

由于建筑的屋顶面积是有限的,尤其是高层建筑更是如此,为此,设计师们应该努力开发建筑的垂直界面,这样既可以保证有足够的面积用于安装太阳能热水器,还可以缩短输水管路的长度,降低成本,减少管路的热损失。

太阳能热水器的朝向以正南为最佳,向东、西两个方向的偏转角度不应超过30°,最好在20°以内。如果常年使用,那么集热器的倾角(与水平面的夹角)应该与当地的纬度相等,这样可以保证一年内最大限度地获得热量。如果倾角为当地纬度减去10°,那么,其在夏季就可以获得最多的热量;如果倾角为当地纬度加10°,就可以使冬天赢得最多的热量,而且使全年中所获得的太阳能更为均匀。一般来说,最好是将集热器安装在最接近理想方位的倾斜屋面上,以降低安装成本,并兼顾美观的要求。另外,还需要注意的是,太阳能热水器的集热器不应受任何物体如建筑构件或树木等的遮挡。太阳能热水器必须与安装面牢固结合,以防被大风刮倒。如果太阳能热水器所在的屋顶高于周围屋顶,那么可能还应该为热水器设置必要的避雷措施。作为备用,传统的热水方式仍然有必要保留,以便天气不好或修理时临时使用。

太阳能热水器通常由太阳能集热器、储水箱、水泵(或风机)、支架、连接管道、控制系统和配合使用的辅助能源等部分组成,其分类除上述平板型和真空管型以外,也可从不同的角度进行不同的划分。在设计和使用过程中具体应该选用何种类型,这需要设计师们发扬团队精神,与工程师紧密合作,根据具体的使用情况确定太阳能热水器的具体类型和规模。我国《民用建筑太阳能热水系统应用技术》(GB 50364—2018)给出了相应的规定,供设计时选用。

(2)太阳能光电利用。太阳能光电利用包括太阳能光伏发电(也称为“太阳能光电池”)和太阳能热发电。

①太阳能光伏发电。太阳能光伏发电是运用光电组件将太阳能转换成电能,并以直流电的形式储存在电池中的太阳能利用技术。在这种系统中,储存在电池中的能量可以随时使用。

目前在建筑上常采用的太阳能光伏建筑集成技术(BIPV),是在建筑围护界面外表面铺设光伏组件,或直接结合光伏组件形成围护界面,接受太阳辐射并转换成电能,供建筑运行与居民日常生活所用。根据围护界面位置和形式的不同,光伏建筑集成系统可以做成光伏屋顶、光伏幕墙、光伏遮阳板、光伏天窗等形式,其中由于屋顶的有利位置和形态,光伏屋顶的应用最为广泛。

与独立的太阳能光伏系统相比,光伏建筑集成系统从建筑、节能、技术、环保及经济等多个角度都具有较大的优越性,这种系统可以充分利用或直接做成建筑的外表面而无须另行增设独立的设施,既可以节省建筑成本,又有利于土地资源的节约;这种系统电能随发随用,可以避免传统电力远距离输送所带来的电力损失;这种系统在太阳辐射最强烈也是用电最高峰的时段具有最大的发电能力,从而有效缓解城市电网的电力供应矛盾;处于建筑围护结构表面的光伏组件直接成为建筑的外围护界面或外围护界面的组成部分,其对太阳辐射的吸收转化,可以有效地减少夏季室内环境的得热,降低空调成本;光伏发电无污染,是一种真正的清洁能源。除此之外,光伏建筑集成系统还为建筑师、室内设计师艺术构思的拓展提供了又一种新的元素,光伏组件与建筑材料、建筑形态的巧妙结合,为建筑师、室内设计师的艺术创作提供了又一个良好的舞台。清华大学环境系大楼(SIEEB)就是一个很好的实例,该楼南向立面上层层出挑的太阳能光电板成为该建筑立面形态的一个最重要的标志性特征,使该建筑充满现代感(图4-1)。

图4-1 清华大学环境系大楼

但是,目前利用太阳能光伏技术将太阳能转换成电能的方式总体来讲仍然存在着成本高、发电效率低的问题,还有待于进一步改进。即使在美国,装置在屋顶上面积约20 m2的光伏电池板,虽然其所产生的电量足以达到一个四口之家电力需求的1/2(约2kW),但这一系统的成本大约需15 000美元,合7.5美元/W,这一成本大约需要25 年才能收回。为此,许多国家和地方政府或电力部门都采取了财政补贴的办法鼓励居民和开发商使用太阳能光伏发电,大规模的电力生产通过减少输电成本以及以较高的发电效率而降低系统成本的方式自然地解决了个体用户的高额费用的问题。

②太阳能热发电。太阳能热发电是指利用太阳能集热器将太阳的辐射能转换成高温热能,再通过蒸汽热力循环过程进行发电的技术。这种太阳能发电技术虽然有着许多优点,但同样存在着成本高、发电效率相对较低的问题,而且较难在建筑与室内环境设计中直接运用,所以此处不再赘述。

(3)太阳能热泵与空调。目前,这两种太阳能利用技术都还存在着造价高、系统和运行复杂的问题,与太阳能热水器相比,这些系统的全年运行时数很低。因此,其初期投资的回收年限也很长,按照目前的能源价格和设备材料价格测算,甚至有可能在装置的整个使用年限内都很难收回初期投资,因此这种太阳能利用方式还有待进一步研究探讨。

(4)其他太阳能利用方式。除了应用广泛的太阳能热水系统,还有太阳能空气加热系统,相对地讲,空气的导热性较差,但是当其受热时却很容易传输。这种方式的太阳能集热器可以放在建筑的侧面,也可以放在屋顶上。被加热的空气通过管道传入室内地板,将地板加热,其方式很像我国传统的火炕供热系统。但是,这种方式的热量储存问题更难解决。

(二)其他不可耗尽能源的利用

与太阳能相比,室内环境与这些能量资源之间的关系相对要间接一些,这些资源的获得与利用往往体现在更大系统层面上的能量策略之中,但这并不意味着它们和可持续建筑与室内环境之间没有任何关系。我国云南、贵州等地的少数民族同胞们自古以来就利用当地充足的水利资源,用水力带动水车作为磨坊的主要动力;我国蒙古草原的广大牧民们也早就在技术人员的帮助下利用草原丰富的风力资源发电,为蒙古包的室内照明和家用电器提供电力;而荷兰的风车更是举世闻名,成为该地区的独特景观。应该说,人类早就认识到了这些资源的巨大价值,并自觉地利用它们为人类服务。

在现代可持续建筑与室内环境的实践中,自觉、充分地利用这些可再生资源的作品也不乏其例。英国伦敦Sutton区的BedZED环保社区(图4-2),从建筑材料到供电供暖都以最严格的环保标准建造。小区鼓励居民骑车或使用公共交通,私家车车位极其有限。居民用电完全来源于小区的太阳能电池板,降水被集中起来进行循环使用。

图4-2 BedZED环保社区

(三)生物质能源的利用

利用生物质能的传统方式是直接燃烧,直接燃烧不仅热效率低下,而且劳动强度大,大气和室内污染严重。通过热化学转换技术,将固体生物质转化为可燃气体、焦油等;通过生物化学转换技术,将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等;利用压块成型技术,将生物质压缩成高密度固体燃料等,这些清洁燃料既可以直接使用,也可以生产电力,从而减少对矿物能源的依赖,保护国家能源资源,减轻能源消费给环境造成的污染。

在室内环境的设计、运行与维护中,我们应该尽可能地利用上述生物质能,以尽量减少对化石能源的消耗。如在室内炉灶中使用由生物质压缩而成的高密度固体燃料、在广大农村大规模地推广沼气等,都是利用生物质能的有效途径。

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