正文 第三章 綠色節能住宅設計(九)(1 / 3)

5.水力發電

水力是最古老的可再生能源,並已得到很好的開發。和其他手段所生產的電力相比,水力發電在經濟上具有競爭力。一些水電係統極大,位於南美洲委內瑞拉的格瑞和巴西與巴拉圭邊境的伊泰普世界兩大水電係統。據估算,世界上還有相當於目前已開發容量的3-4倍的水電開采潛力,其中大部分處在原蘇聯和發展中國家。但是,大的水電係統會產生重大的社會影響(如庫區移民)、環境後果(如河流下遊地區土地、物種和沉積物的損失)以及自身問題(如淤塞因此,在著手建設大的水電係統之前,必須進行詳細的論證。

水電係統並非都很大,許多現有的水電係統往往隻生產數千瓦的電力,供應一個農場或一個小村莊。小水電係統的吸引力在於它們以適度的成本提供當地的能量供應。

某些水電係統提供的一個重要便利是抽水蓄電。即在非用電高峰時間,利用多餘的電力將水從水庫低處抽到高處,在其他時間通過相反的過程來發電,以滿足高峰期的要求。其轉化率可達80%,並且響應時間隻有數秒鍾,因而減少了在水庫中保持其他電力產生能力的要求。1990年全球的抽水電量達到75例,並且還有25%正在建設中。

6.其他可再生能源

來自地殼深處的地熱能,隻有在火山爆發時或者在間隙泉和溫泉中才顯示出自身的存在。在有利的地點,可以直接利用地熱能來加熱或者發電,如我國西藏的羊八井地熱電站。雖然在某些有此特點的地方(如冰島)地熱的利用非常重要,據樂觀的估計,在未來數十年裏,地熱能的貢獻可以增加到1%左右。

原則上,從海洋的洋流運動和海水溫度梯度中可以獲得大量的能量,但實際上很難利用它們。潮汐能是目前對商品能源產生較大貢獻的海洋能量。最大的潮汐能裝置在法國的拉蘭斯,人們已經詳細研究了世界上的幾個港灣,並把它們作為利用潮汐能的潛在地點。如英國的塞文港灣具有產生電力的潛能,這相當於英國電力總需求量的6%。潮汐能係統發電的主要限製因素是其基本成本以及與其相關的重大環境問題。

7.核能

嚴格來講,核能不是一種可再生能源,但從可持續發展的觀點來看,它具有相當大的吸引力,因為它不產生溫室氣體排放,並且與可利用的資源總量相比,它對放射性物質資料的消耗很小。由於核能在發電時才具有最高效率,所以適合於國家電網或為大城市提供電力,而不是用於局部少量的用電。和礦物燃料能源相比,核能的成本的下降程度取決於基本成本的償還,基本成本相當於總成本的很大一部分。核能設施的另一個優點是其技術已知,核能在短時間內有助於減少二氧化硫排放,可以認為是一種綠色能源。

核能的更大潛力取決於聚變而不是裂變。在極高溫度下,當氫核融合形成氦時,可以釋放出大量的能量。正是這種能源提供了太陽的能量。如果可以找出適當的方法在地球上利用和實現這一過程,那麼就能得到巨大的能量供應。人們正在對聚變技術進行大量的研究,但是目前的商品用電仍然是核裂變。

從發展的觀點來看,核能及可再生能源作為綠色能源,不僅緩解了全球能源危機,改善了大氣環境,同時也提高了人們的生活質量,其應用前景會愈來愈廣泛。

(三)區域生態效益與建築群布置

綠色建築要具有室內空間舒適健康和低能耗的特點,其總圖規劃應具有以下功能:有益於周圍生態環境的良性循環,便於低能耗地實現室內環境的健康舒適要求,改善小區微氣候和為使用者提供適宜的戶外活動空間等。

1.住宅區建築總圖規劃對室內外氣候的影響建築物對氣流的改變不可壓縮流體在運動過程中,滿足質量守恒定律。因此,截麵積較小處的流速勢必大於截麵積較大處的流速,這一效應稱狹窄效應。城市中高大建築物間距過小時易造成狹窄效應,形成強風。

此外,由於建築物對氣流的阻擋作用,在其背風麵形成局部無風區域或風速變小(該區稱風影區)並形成回旋渦流。城市中的建築物形式多樣,位置排列無規則。如果在上風側有排較低綠的、形式相似的建築物,而在下風方向又有一高聳的建築物矗立其後,當盛行風向和街道走向垂直時,兩排房屋之間的街道上會出現氣流。街道上的風速受建築物阻礙會減小,形成風影區,若盛行風與街道走向一致時,街道上風速遠比開曠地區強。若盛行風向與街道兩旁建築成一定交角,則氣流呈螺旋渦動,有一定水平分量沿著街道行進。

建築物觀測當天盛行風向是東北風,由於建築物的障礙作用和建築間的道路的寬窄及走向不同,使風向、風速發生明顯的地區性差異。在科學會堂的南麵出現東風;在電化樓的西側和電化樓的東側與科學會堂之間狹窄走道上,都出現與建築物平行的北風,風速的局地差別也很大。

此外,在市區街道上還會由於熱力作用產生微小的環流。以東西向街道為例,白天屋頂受熱最強,熱空氣從屋頂上升,與屋頂同一高度的街道上空的空氣遂流向屋頂補充其位置,街道上空又被下沉的氣流來代替。這樣在屋頂上空就組成了一個小規模的空氣環流。在街道上從背陰的一麵到向陽的一麵也產生環流,向陽的一麵空氣上升,背陰的一麵空氣下沉,其間有水平的氣流未貫通。夜間由於屋頂急劇降溫,冷空氣從屋頂降至街道,排擠地麵上的熱空氣使之上升,形成與白天方向不同的街道空氣環流。在寬廣的庭院中亦會產生上述類似的現象,但這種純粹的熱力環流隻有在盛行風較小或靜風時才表現出來。所以城市中的盛行風、熱島環流、街道小環流以及交通工具產生的湍流使得市區的風向分布不規則。

2.建造朝向、間距和布局與節能

①朝向。流經建築物的風速越大,對室內自然通風越有利,便於夏季的房間及圍護結構散熱和改善室內空氣品質,但對於冬季供暖地區,卻增加了圍護結構的散熱量。因此,在選擇建築物朝向時,應盡量使建築大立麵朝向夏季主導風向,而小立麵對著冬季主導風向,並考慮到冬季、夏季對日照的不同要求。

南向是冬季太陽輻射量最多而夏季日照較少的方向,加之我國大部分地區夏季主導風向為東南向,故無論從改善夏季自然通風房間熱環境,還是從減少冬季夏季的房間采暖空調負荷的角度講,南向都是建築物朝向最好的選擇。

②房屋的間距。建築物背風麵形成的風影區和渦流長度與建築物外形尺寸有關。當房屋的長度和深度不變時,風影區長度隨房屋的高度增加而逐漸加大,約為房屋高度的4-5倍;當房屋的高度和深度不變時,風影區隨房屋寬度的增加而加大。將風向投射線與房屋牆麵法線的交角稱風向投射角,如果是直吹室內,則投射角“為零度。僅從單體建築來講,風向投射角愈小,對房間通風愈有利。但實際中在居住小區中住宅不是單排的,一般都是多排的。如果正吹,屋後的風影區較大。為了保證後一排房屋的通風,兩排房屋的間距理論上要達到前幢建築物高度的4-5倍,這樣的間距,用地太多,在實際建築設計中是難以采用的。

③建築群的布置。建築群的布置和自然通風的關係,可以從平麵和空間兩個方麵考慮。一般建築群的平麵布局可分為行列式、錯列式、斜列式和周邊式等。當用行列式布置時,建築群內部流場因風向不同而有很大變化,錯列式和斜列式可使氣流從斜向導入建築群內部。有時亦可結合地形采用自由排列的方式,適用於夏季炎熱地區。周邊式很難使風導入,故適用於冬季寒冷地區,可防止或減少建築圍護結構的對流熱損失,利於節能。

建築高度對自然通風也有很大的影響,如高層建築對其自身的室內自然通風有利。不同高度的房屋組合對氣溫改變的影響。可以看出,高低建築錯列布置有利於低層建築的通風,處於高層建築風影區內的低矮建築受到高層背風區回旋渦流的作用,室內通風良好。

④建築物的布置與樓房風害。伴隨著超高層建築的出現,城市區域內的管效應愈來愈明顯,產生了局部強風。高大建築物會把城市上空的高速風能引向地麵,對人員形成極大的危害。吹向高層建築的風能大約在建築迎風麵高度2/3處的以下部分形成風的渦流區,對周圍低層建築的影響很大,在建築兩側與頂部,因氣流通道變窄而使流速大大增加,形成強風,亦稱“樓房風害”。

因此,為防止摟房風害,建築物之間的相互位置要合適,兩棟建築之間的距離不宜太窄,在當地盛行風向上避免夾角相對的情況。另外,種植樹木在高層建築周圍,可起到減弱強風的作用。或者在高層建築的低部周圍設置低層部分(或挑棚沁當風速很高時,這種低層部分可以將來自高層部分的強風導向低層的屋頂,逐漸流向地麵,使強風不至於流到街麵或院內地麵,危害行人。

街道峽穀內的物理環境及改善途徑隨著城市規模的不斷擴大,建築高層化便成為街區布置的典型特點。但高層建築的增加將造成街道兩側建築物高度與街道寬度的比值(簡稱街道高寬比)很大,形成所謂街道峽穀。街道峽穀不僅造成臨街建築日照困難,而且導致熱環境、聲環境和大氣環境惡化。這樣的狀態不僅不符合綠色建築的要求,也妨礙了城市生態環境的可持續發展。