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朱颖心:低能耗建筑应在保持人体舒适情况下消耗尽可能少的能源

来源:房产 编辑: 时间:2018/09/28

2018年9月19日,由中铁集团主办的超低能耗建筑标准、技术体系及实践论坛在雄安市民服务中心电影院举行。

以下为____建筑学院副院长朱颖心教授演讲实录:

谢谢介绍,我不是建筑师,我是暖通工程师,我的题目和前面讲的不是很一样,我们现在都在谈低能耗建筑,到底什么样建筑是低能耗建筑,如何实现低能耗建筑。那么是不是我们就是严格保温呢,气密性热回收,光伏一体化就能实现了。

我们先来看看世界各国建筑能耗的比较,这些圈大小代表了总能耗的大小,我们可以看到,灰色这个大圈是中国,美国是红色的大圈,很明显美国无论是总能耗,还是单位面积,还是人均建筑面积,它的能耗都远远高于中国,左边还有印度和巴西。我们可以看到,就是中间绿色的圈是欧洲,英德法意建筑的能耗,比中国人均建筑能耗实际上要大的多的。那么这个区别就跟刚才刘书记讲到的,实际上有很多是生活模式的区别导致的,我们可以看看被动房在中国的认证网站,被动房技术要求,这里有几块,一个是关于一次能源的需求是120千瓦时,这个是一次能源,因为一次能源中国和欧洲不一样,中国一次能源是标准媒,欧洲一次能源是燃油或者燃气,120千瓦时,我们等效电的话,60千瓦时每千米,我们中国城镇住宅的调查值是每平方米每年15公斤标煤,折合等效电42千瓦时。另外这里还有一个跟中国的习惯不一样的地方热舒适性,一年中指的夏天,25度是上限。

关于绿色建筑的认证左边是中国的绿标认证,这是我们的学生进行大量的调研,右边的这个是美国绿德认证的建筑,建筑的能耗我们可以看到,美国绿色建筑的能耗不管是认证金级银级,比中国的认证能耗要高的。这里涉及到一个问题,室内舒适的参数到底应该是多少,当前世界各国空调,建筑的室内热环境标准,都基于稳态均匀的实验室数据得出来的,我们现在还在用,图中几个标准,美国标准和欧标,都是用的是这个标准,定义把它分为级,就表示,变动温度范围越小,是级别越高的,这个图中,纵坐标表示这个范围就是PME的范围越窄级别越高。可是我们来看一看这些建筑,这些是非常典型的,中国海南省和东南亚高档旅游酒店的设计,公共区四面敞开,根本就没有空调,这个地方它的环境温度一定都会高于25度,甚至高于28度,宾客在这里感到不舒适吗?实际上很多人在这种环境下都有过体验,这是深圳建科院设计的楼,自己办公楼,非常有意思,拿的绿色建筑三星标识,测量能耗下来只是当地的60%,一平米60度电一年,空调时间比当地的建筑缩短了,四个月左右,办公室和各个空间热满意率大于80%,左边的办公室是敞开的,下边右下角也是敞开的,中间的中庭通往室外的,很难说那走廊是室内还是室外,跟室外充分连接没有问题的。我们到现场测试过的,2013年11月11日实测,室外温度是26度左右,室内温度也接近这个温度,比室外温度高一点点,满意度在81%,相对湿度相当高。还有他们这个楼中间办公楼中间都有很多平台,这平台上人们很喜欢在这平台上开会,这有两个组的人在开会,为什么雄安这些人为什么屋里有小会议室有空调不去,为什么到外面,说外面舒服,外面温度相当高29度以上,问卷调查结果为什么在外面舒服,投票的结果都是自然风自然光视野和绿化,是喜欢在外面待的原因,温度湿度不是最重要的,亲近自然我们发现是人类的本性。

那么80%的满意率会不会太低,这个是美国ASHRAE赞助的一项不同ISO设计等级办公室的实际满意率调查,有英国的学者一起联合进行得,这里给出一些结果,就发现ISO设计的等级不管ABC级,预测的满意率不一样,A级满意率最高,C级满意率最低,实际调查中办公楼工作的满意率没有显著性差异,虽然A级成本能耗高很多,但是得到的满意率基本是一样的。那么这个温度的控制越严格,明显能耗越高,左边这张图是学者给出的,空调的温度范围,纵坐标是节能率,温度范围给的越宽,节能率越高,无论是供热还是供冷都是一样的,如果室内夏季认为室内温度上限,24度控制上限,用的常规能源就要多,如果我能把室内温度在28度的时候,让人感到不热,就可以在更多的时间采用自然通风,更少用机械空调。就是说我们维持这种非常窄的温度范围,恒温恒湿的环境对人是不是特别好,对这个问题长期以来有过研究,2000年到2001年夏季,清华疾控中心有一个自然基金重点课题,对使用空调对健康影响的流行病学调查,家里办公室有空调,仅办公室空调仅家里空调,和家里都没有空调的,调查结果发现他的身体不适症状发生部位在右上角给出了,跟使用空调有关。那么不适症状的发生率,中间两个没有显著性差异,没有空调组和有空调组有差异性的。另外对一夏天一直在空调环境和一夏天很少在空调待的白领人员进行了软件系统,神经系统反映的一个软件测试,就发现这种缺乏热适应经历的人群在注意力视觉表现方面比较差的。

我们2010年通过这样一个实验,发现了做了一些实验室的证实,把两组人员,恒温组24小时逗留在空调环境,一组是对照组在空调小于两小时。都是受过高等教育白领人员,人工气候室26度一小时,挪到36度一小时,做了生理测试,出汗率体温,取血样等等,结果可以给大家看出来,这是实验现场,我现在给出取血样的结论,测的热应激蛋白,长期在空调环境,家里单位车上有空调的这批人,一进入到36度里边这样难受那样难受,都比另一组人难受的多。最后发现血液中热应激蛋白,他们的血液中热应激蛋白减少了三分之一以上。下面这些都是我们在发表在国际期刊上的论文。

那么不同气侯区人群对冬季室内温度也有显著差别,就体现在热适应,我这个报告主题叫热适应,低能耗中的策略和研究,国际研究组织EBS69的课题,我是这个课题的负责人,十几个国家参与,热适应就是刚才我们提到的一些现象,都跟热适应有关,南方人北方人的热适应差别,北方地区用集中采暖,经常达到22度以上,南方自采暖,家里温度经常在15度以下,导致了人群有一些热适应经历的不同,南方人不怕冷,北方人怕冷,这是我们分别在上海建科院和____,都是青年男子,主要是学生,衣服完全是统一的,买的统一衣服进行实验,在从12度14、16、18、20度进行实验,上海组任何一个温度下,投票都比北京组暖和,热适应度上海都比北京组热适应组好,北京跑偏冷环境下就受不了,相同的热感觉环境下,两个组差了2.5度,就是说服装什么都一样的情况下,北京组在18度的时候热感觉和上海组15.5度热感觉一样的,上海人屋里多穿一点,室内温度不需要那么高了。上海人老在冬天这么冷的环境,到底是健康还是不健康,我介绍一个荷兰的一个热生理医学的教授ichtenbeit,他有过研究,棕色的脂肪如果人老不锻炼人会退化的,热中性区就不冷不热的环境,使人体节省能量,白色脂肪就会集聚,偏离热中性的环境,会导致人性的代谢率,产热量会升高,消耗掉白色脂肪,降低患肥胖症的风险,舒适区就会偏低。把人进行了一个暴露实验,把环境温度弄在10到15度,有两组人,这样进行热暴露,两组人所有舒适者对冷环境舒适感都提高了,暴露前说很不舒适,十天过后,说这个温度刚好能接受是舒适的。正常的一群年轻人体型偏瘦的年轻人,冷暴露之后,体内的褐色脂肪量都增加了,身体的产热量也增加了,8位二型糖尿病患者增加了一项,体内胰岛素显著增加,这篇文章发表在糖尿病期刊上,这位教授就提出这样一个结论,经常在不冷不热环境是有好处的。所以我们都知道体育,我们躺着舒服,很多东西减轻了体力劳动,还是要锻炼,花钱还是要锻炼,不想老躺着不干活。

那么人类是靠什么适应环境呢?热带雨林人第一带防护是应激防护能,向高纬度时区迁移就是个体调节,第三层就是建筑,服装的存在是的建筑环境的营造第三层环境给最大的自由度,提高第一层第二层防护能力就能够实现第三层获得最大限度。

我们看看自主调节的能力,没有像穿戴空调的能力,有自主调节能力,国际上有效提高满意度,降低建筑能效,北京市居民集中供暖用户和壁挂炉用户调研,有很明显自主调节,供暖用户和室外气温走的,壁挂炉是自主调节的,壁挂炉用户总是投票比集中供暖用户要高,集中供暖觉得不冷不热是22,壁挂炉是18.6度。壁挂炉用户满意度又能够节钱,壁挂炉用户穿衣比集中供暖用户多,稍微高温那一边,穿的衣服更少,却表示更暖和,最后对住宅集中空调和分散空调调查结果有类似的情况。这是对北京住宅空调能耗调查结果,用分体机,不管保温情况差还是好,平均街号两三度电,这边并不是穷人就省电,3.3度电一看就是保温非常好,一看就是豪宅,耗电量也并不多,多联机也是保温非常好的,也是豪宅了5.28度电,中央空调建筑20到20度一平米,主动调节有主动调节的功能,实际上它是能够更加节电的。我们怎么提高室内环境满意度,这种情况非常普遍存在,同样一个温度下,有人说冷有人说热,这都是代表一个人,中间是不冷不热,上下可接受的温度范围,一道线拉过去,实际上还有很多人有人嫌冷有人嫌热,是统计平均值,让更多人感到舒适,实际上一是增强人体热适应能力,还有一部分死活不行怎么办,应该提供这些人提供个性化的控制系统。个性化调节设备,当然这个是我们未来研究的一个方向。

关于舒适有这样的看法,舒适伴随不舒适产生的,一直在舒适环境待着,感觉不到舒适,无刺激环境下确实感觉不到舒适,热的环境下浇凉水,觉得真爽,冬天泡温泉也舒适。所以呢这是只有湿度的刺激存在,才能维持舒适感的存在,这就是一种动态的热环境,非常著名的学者(英)热舒适的方面的研究学者,提出了(英)概念就是感觉变化,这个就是舒适之源。为什么人们更喜欢自然风,我做了将近二十年研究,这个自然风,热要对流和机械风,用分形分析,这是二维空间重构图,有着非常大的区别,这是一种自然风,体现非线性和混沌的特点,热压的对流介于两个之间的,所以人更喜欢自然风的感觉,实际上是一种净化过程中,人对自然的适应。

最后我们说什么样的室内环境才是好的环境,我们应该维持一定的冷热变化,必要的热环境刺激有利于锻炼人体热环境特点,舒适的存在以变化为前提的,第二个应该提供个性化的自主调节的措施,这样这样才能真正满足人的个性化需求,提高室内环境质量和满意度,这个涉及到一个健康第二个舒适。营造舒适健康低能耗建筑的原则应该遵循住宅个性化需求特点,营造和室内环境有机联系的建筑环境,而非与大自然封闭隔绝,从而利用自然能源降低能耗,人对自然风和天然采光都有更高的接收度,人体具有免疫和应激能力,可以应对环境一定的程度的变化,只有超越此范围才需要机械系统控制。营造动态而非恒定不变的室内环境,维持人体对热环境的应激能力,保障舒适与健康。提供可独立调控的室内热环境营造设施,满足居住者个性化需求,实现部分空间部分时间空调供暖照明。

最后的结论是低能耗建筑并不意味着不舒适不健康的低品质环境,了解人的根本性需求才能导向正确的策略,在实现舒适健康的同时,消耗尽可能少的能源,有一定的变化热环境更接近自然,更加健康。