节能减排,图书馆建筑的未来之路

关键词:图书馆;中小型图书馆;图书馆建筑;低碳建筑;节能环保    

2009年末,《2012》唤醒了我们对于地球变暖的忧患意识。同样在2009年末,联合国气候变化峰会在丹麦哥本哈根召开,这次会议被称为“拯救人类的最后一次机会”。在这次会议上,低碳概念重又升温。人们深刻地意识到,在国家、政府层面外,每个地球公民能做的即是减少碳排放,低碳建筑已逐渐成为国际建筑界的主流趋势。

中小型图书馆与大型图书馆相比,有诸多方面的相同之处,即同样是一个地方的标志性建筑,同样是一个地方的文明程度的象征,同样是公共性建筑。所以,在建筑的节能方面同样要遵循国家的要求、顺应时代的发展,在建设过程中同样要重视环境的影响,不能因为地小而忽视节能,不能因为钱少而放弃节能。积少成多,一群不低碳的中小型图书馆对环境的危害常常要大于一个不低碳的大型图书馆,所以我们不能忽视中小型图书馆在建设中的节能误区。

一、中小型图书馆低碳建设的重要意义

(一)中小型图书馆低碳建设是图书馆生存和可持续发展的必然要求

统计数据显示,中国每建成1平方米的房屋,约释放出0.8吨碳。我国建筑采暖、空调、通风、照明的能耗占全国总能耗的30%左右,研究者的保守预计是到2010年,我国的碳排放量将比2000年增加6亿吨。我国是一个发展中国家,经济的快速增长和能源相对短缺的现象会长期存在。现代图书馆建筑能耗是传统图书馆的数倍,图书馆建筑节能不仅是一种社会责任,同时也关系到图书馆自身的生存和发展。中小型图书馆因为经费的原因,更需要重视后续营运成本。如果我们在图书馆建筑中盲目攀比,不注意节能,不仅“人头费”吃“书费”会产生,而“电费吃书费”的现象就更会产生。在我国现在有相当部分现代图书馆在建设伊始就是能耗大户,如深圳图书馆每月电费60多万元、东莞图书馆每年电费数百万元、上海大学图书馆夏季每天空调费1万元等,给国家和各级图书馆带来了沉重的负担。

(二)中小型图书馆低碳建设是现代社会对图书馆的必然要求

近年来,我国政府提出了加快建设资源节约型、环境友好型社会的重大战略构想,不断强化应对气候变化的措施,先后制定了一系列促进节能减排的政策和目标。早在2005年4月,建设部就发布了《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005),对公共建筑的节能设计提出了具体的要求。2009年9月,胡锦涛同志在联合国气候变化峰会上发表讲话,第一次就气候变化问题阐述中国立场,讲话中承诺,中国将继续采取有力措施,争取到2020年单位GDP的二氧化碳排放比2005年有显著下降。2009年11月,国务院常务会议提出2020年单位GDP的二氧化碳排放比2005年下降40%~45%,并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。按照这个目标,中国将从各方面推出节能减排措施,加强节能减排监管。在这种大背景下,不管从顺应形势,还是从对人类的身心健康出发,还是从节约经济出发,作为传播人类知识文明的公共建筑之一的图书馆,在建筑节能方面都要注重节能减排,理应走在社会前列。

(三)中小型图书馆低碳建设是图书馆建筑发展的必然要求

城市建设中“节能降耗”首先就要从建筑节能做起,建筑领域存在的奢华之风必须被停止。温家宝总理在第十一届全国人大一次会议上所作的政府工作报告中对于节能减排工作提出了一系列新要求,要“完善和严格执行建筑标准,大力推进墙体材料革新和建筑节能”,要“实施节能减排重大技术和示范工程”,要“大力发展节能服务产业和环保业,开发风能、太阳能等清洁、可再生能源”,要“完善能源资源节约和环境保护奖惩机制”,要“执行节能减排统计监测制度,健全审计、监察体系、加强执法力度,强化节能减排工作责任制”。从古代图书馆“以藏为主”的建馆理念,到“以人为本、以用为主”的设计理念,严格划分的借、阅、藏三大空间被打破,取而代之的是不带天井、形状方整、柱网统一的块状布局的模数式图书馆。模数式图书馆在一段时间成了现代图书馆建筑的代名词,然而这种建筑形式的缺陷在于其封闭性,过分地依赖空调系统和人工照明,造成能耗高、经济性差。

(四)中小型图书馆低碳建设是国家对图书馆等公共建筑的强制要求

2008年10月1日,我国以《公共机构节能条例》和《民用建筑节能条例》为标志,迈出了建筑节能的步伐。前者要求“公共机构新建建筑和既有建筑维修改造应当严格执行国家有关建筑节能设计、施工、调试、竣工验收等方面的规定和标准”,鼓励和扶持在新建建筑和既有建筑节能改造中采用太阳能、地热能等可再生能源。随后,湖北、山西、陕西、重庆、深圳、沈阳、大同等省市结合本地区实际,纷纷出台了建筑节能条例。2010年1月12日,住房和城乡建设部副部长仇保兴接受《经济日报》记者采访时说:“我国正在建筑行业推行建筑节能强制性标准和绿色建筑能效标准,对公共建筑的节能要求将实行节能65%的更高级别的强制性标准。我国将实现节能目标和节能模式的双跨越,到2020年我国城市的大部分既有建筑都将完成节能改造,绿色建筑的比率将大幅上升。”2008年住房和城乡建设部与发改委发布的《公共图书馆建设标准》(建标108-2008)中就明确指出,公共图书馆在建设中必须“以人为本,科学规划,规模适当,功能优先,经济适用,环保节约”。

二、中小型图书馆低碳建设的制约因素

(一)建筑师设计理念的影响和地方政府、图书馆自身的影响

建筑既是科学也是艺术。建筑师不能一味地追求建筑的艺术性,就图书馆建筑而言,它首先是功能建筑,外形要服从功能,经济、适用、节能应成为图书馆建筑师设计时的主要理念。但建筑师设计理念与图书馆专家的设计要求往往难以统一。近几年,我国建筑师受西方建筑学的影响较大,西方一些建筑大师也把中国作为各种建筑新理念的实验场,而且建筑设计师通常把每个建筑都会当作自己的美术作品,更何况图书馆是一个城市的标志性文化建筑,所以他们会更多地考虑建筑物外观给人们的视觉冲击力,希望有震撼人心的外观效果,在建筑设计中追求抽象的理念较多,而对建筑物是否实用、节能考虑的较少。根据统计,我国的大型公共建筑每平方米的年耗电量是普通居民住宅的10倍~20倍,是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5倍~2倍。地方政府部门常常把图书馆建筑作为一个城市品位提升的象征,所以他们给建筑师的第一要求是好看、漂亮,而对功能、环境的影响、能耗等诸多方面要求并不高,反而可能因为经济的原因紧缩这方面的预算。而中小型图书馆的管理人员,或因为人微言轻,或因为自身对此了解不够的原因,而在图书馆设计建设过程不能有效谏言。

(二)资金的制约

低碳建筑虽然要增加建筑的成本,大约比普通建筑提高造价近10%,但只需5年到7年,通过节能就可收回投资。10%的造价在多数人眼里并不高,但许多建筑均未能按节能标准进行建设,这主要存在以下原因:一是在建图书馆时,大多数单位资金比较紧张,中小型图书馆因为地方财力的限制,资金压力较大;二是10%是对整体造价而言的,而业主讨论研究问题时是对局部的结构和材料选择而言的。以玻璃幕墙为例,采用Low-E玻璃和采用一般玻璃价格相差近1倍。所以,节能建筑往往理念倡导的多,真正落实的少。广州大学城在建设时指挥部专门请华南理工大学的建筑节能研究中心的孟庆林教授拟定了节能规范,如图书馆的玻璃墙建议选用Low-E玻璃,墙体选用空心砖等,但多数业主限于资金问题并未严格执行这一标准。

(三)缺乏有效的监管

建筑节能工作开展这么多年来之所以收效甚微,有经济方面的原因,也有监督执行不力的情况,一些地区有法不依,有标准不执行的情况相当普遍。业主、建筑设计单位和施工单位本身应该重视建筑节能问题,自觉执行节能标准,但监管是否到位也是节能标准能否顺利推行的关键。国家、省级和高校图书馆建筑因为工程庞大而为人们瞩目关注,一些建筑的误区而为人们所诟病的较多,所以一些制度得以遵守,而中小型图书馆因为工程小或位置偏僻不为人所知,工程进展没有公开性,国家的强制性标准常得不到遵守,监督也不能有效执行。

(四)舒适的阅读环境和能耗之间的平衡

在舒适与能耗之间保持平衡,是一个很难把握的尺度,往往顾此失彼。由于追求舒适的阅读环境,致使能耗增加。现代图书馆强调“以人为本”,追求读者到馆率,并且为使其感到舒适、满意而不断改善服务环境。例如,为了方便读者使用而采用大开间格局,为了保证安静舒适环境而采用封闭式建筑,大量依靠空调、机械通风、人工照明、隔音系统,从而使图书馆的能耗持续增加。

三、中小型图书馆低碳建设必须 重视的几个问题

(一)建筑设计要体现节能环保意识,崇尚自然通风采光理念

中小型图书馆建筑设计应崇尚自然通风采光理念,将节能环保结合到设计中,在吸收传统藏书楼干燥、通风、向光、隔音等良好建筑传统的基础上,运用先进建筑设计技术及理念,采用先进节能环保材料,使图书馆建筑达到经济节约和实用的最大统一,适应现代图书馆管理模式,从过去以功能、空间为单一目标转变为以功能、空间、环境、资源并重的双重目标,体现节能环保。

1.体形设计上重视节能环保意识。合理的体形设计能够减少馆舍与外界的热量交换,在其他条件相同时,体形系数越大,单位建筑面积所分担的热散失越大、能耗越多。研究资料表明,体形系数每增加0.01,耗热量指标约增加2.5%,体形系数一般宜控制在0.30以下,馆舍外形设计宜简洁、完整,避免复杂轮廓线,外表面积越小,热交换量就越少,设计时还应选择适当的长宽比,对面朝南的建筑来说,一般长宽比越大,得热越多;但随着朝向的变化,其得热量会逐渐减少。南京工程学院逸夫图书信息中心层高为4.5米,外形平滑且规则。

2.空调系统的节能设计。据统计,人们80%以上的时间在建筑物室内度过,这些建筑物的空调系统能耗惊人,采用中央空调系统的图书馆空调能耗占图书馆总能耗的50%~ 60%。因此,选择采用合理节能的空调系统是图书馆能否节能的关键。实现空调系统节能,从以下几个方面入手:

●合理利用自然风能。风能是一种取之不尽、用之不竭的自然能源,具有零成本,绿色环保等特点。图书馆设计时,应因地制宜,充分利用自然通风,降低空调排风换气的能耗,依靠自然通风营造舒适的室内环境,为读者提供良好的阅读条件。

●采用地源/水源热泵新型节能空调系统。如江苏尚德生态大楼和南京工程学院逸夫图书信息中心就采用了该技术。南京工程学院逸夫图书信息中心充分利用校园内的湖泊资源,将天印湖的水作为可再生资源应用于本工程空调系统中,使用节能、环保、可再生的地表水热泵系统作为空调系统的冷热源,使该工程在保证建筑物使用者舒适的前提下进一步降低供应能耗。这种利用天然湖水作为可再生资源的中央冷热源系统,被列入建设部节能示范工程,技术上处于国内领先水平。

●采用太阳能空调热水系统。太阳能空调热水系统利用太阳能集热器产生热水,可全年提供生活用热(采暖及热水),夏天还可以用热水作为能源,推动一种两级吸收式制冷机制冷,供空调使用。采用太阳能空调热水系统,可避免采用常规不可再生能源,达到节能、环保的目的。

●采用中央空调变频节能技术。在现有中央空调系统的基础上,应用变频调速技术和DDC控制技术,将空调主机、风机、水泵的定流量运行,改为变流量运行,如VRV(变冷媒量)、VAV(变风量)和VWV(变水量),可节省大量的电能支出。当空调负荷发生变化时,通过采集一组参数值,经模糊运算,及时调节制冷压缩机、循环水泵和风机的运行工作参数,从而改变空调主机工作状态、冷冻水和冷却水流量,改变盘管风机和冷却塔的风量,确保空调主机始终工作在效率最佳状态,使供回水和进出水温度趋于设定值。

3.照明系统的节能设计。照明用电在图书馆用电中虽不能与中央空调系统相比,但在图书馆用电中仍占了20%~30%。要节省照明用电需在几个方面下功夫:

一是加大自然采光通风,减少图书馆白天用电。在馆舍设计时,应融入天井设计,充分利用顶光,利用多重反射将顶光反射到室内进深的部位。窗户应采用推开式或“埋入墙内”式,特别是采用双层玻璃的窗户,这样可以扩大阳光射入房内的光。如巴黎阿拉伯文化中心的设计即采用了光电感应技术,根据太阳光的强弱自动调整玻璃窗开启部分的大小、以达到最佳照度,最大限度地利用自然光、自然通风。上海世博中心那6朵“喇叭花”就贯穿世博中心各层建筑平面,可将倾泻而下的自然光、流动的空气引入建筑内部和地下空间,这是世博节能的一个起点。

二是大量采用LED灯等节能灯代替传统的白炽灯。LED灯具有高效节能(一千个小时仅耗数度电)、超长寿命(5万小时)、健康(不辐射紫红外线)、绿色环保(不含汞和氙等有害元素)、保护视力(直流驱动,无频闪)等优点,是新一代固体冷光源,已经成为继白炽灯、荧光灯之后人类的第三次光源革命。上海世博中心就采用了大量新型节能的LED灯照明。三是采用智能照明技术,避免全开、全关的电路设计。如江苏尚德生态大楼采用LuxmateProfessionl Series先进智能照明系统,实现楼宇的完全智能化照明控制。如河北建筑工程学院图书馆阅览室,采用分层、分段电路设计,将图书按照使用频率分区摆放,依据读者的需求合理布局灯光,在保障充足的光线的前提下,最大限度地节约了电能。

四是采用新型电力系统,如光伏一体化技术。江苏尚德生态大楼采用了单体光伏幕墙,装机容量达710千瓦,光照充足条件下光伏系统日发电量最高可达2 380度。发达国家的图书馆大都采用了太阳能电池照明系统,如西班牙的庞普•法伯拉公共图书馆,其照明系统由BP公司的太阳能电池提供电力支持。上海世博中心屋顶太阳能总装机容量达1.0兆瓦。中小型图书馆能耗中电力占首位,所以采用新型电力系统可解决后续的电力消耗,达到完全自给。

4.设计时要保持合理的窗墙比。合理的窗墙比是自然采光、通风和降低热辐射的保证。按照节能设计标准,公共建筑的窗墙比不应大于0.7、小于0.4。可见,光的透射比不应小于0.4。近年来,图书馆建筑中广泛使用玻璃幕墙,作为现代建筑的元素,幕墙的使用令图书馆的建筑形象更具表现力,内部也更加通透、明亮。但部分图书馆建筑设计中存在着幕墙比例偏高的现象,特别是隐框幕墙,通风效果差,大量的热辐射使南方的一些图书馆在冬季仍然要开空调。如广州大学城内的广东工业大学图书馆,四面墙几乎均采用幕墙结构,窗墙比例明显偏高,加上大堂面积大、挑空高,空调浪费的现象比较严重。

(二)建筑新型节能环保材料的大量使用

图书馆建筑材料应使用低能耗、不影响或少影响生态环境、无辐射、无放射、无污染的节能环保材料。如在窗户和幕墙中采用隔热节能的LOW-E玻璃、通风式节能玻璃幕墙、断热节能铝合金门窗,都可大大降低建筑物的能耗,同时也可降低室内与室外之间的冷热交换。如澳大利亚悉尼大学研制的真空玻璃,在严冬能保持室内热量避免散失,盛夏又能阻止室外热浪进入,全息玻璃窗通过衍射,使背光之处犹如阳光照耀,图书馆的特点对该材料应用前景广阔。再如,还可以采用加气混凝土、通风式干挂石材等传热能力低的新型墙体材料;也可以采用通风外墙,利用空气流动带走外界热量;以及采用内贴保温板与页岩模数砖,形成低热阻的复合保温墙体,提高外墙隔热能力。

(三)建筑节能新技术的充分使用

图书馆建筑设计要充分利用生态技术、风光互补发电、江河水源、冰蓄冷、水蓄冷和雨水收集中水回用、地源热泵、太阳能建筑一体化、空调节电、自隔热混凝土砌块、页岩烧结多孔砖、空心无梁楼板、新型建筑防水、新三级钢、高性能混凝土、照明节电手段、太阳能综合利用等新技术、新工艺、新方法,使用无害、安全、耐用、多功能的新材料为读者提供方便、舒适的环境。

哥本哈根气候大会在艰难之中落下了帷幕,同时开启了一个新的时代。2010年不但是我国实施“十一五”规划的最后一年,也是实现节能减排约束性目标的决战之年。进入后哥本哈根时代,相信随着一系列法规和标准的出台和落实,随着节能新工艺、新材料、新科技的不断推广和应用,随着在实践中不断探索和努力,建筑节能“双跨越”发展模式离我们并不遥远,当低碳的理念成为每个人的共识的时候,低碳图书馆将不是遥远的梦,我们的地球将是永远的蓝天白云、绿水青山。

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