1 前言

城市化的发展推动建筑行业的兴旺，随着人们对居住条件要求的不断提高，北方建筑供暖，南方地区建筑空调、以及黄河下游、长江中下游流域建筑供暖与空调都成为极迫切需要关注的问题。

人类的绝大部分生活和生产活动在人居环境里进行，随着人们对建筑环境要求的提高，建筑一方面消耗更多的自然能源和资源，另一方面产生和排放更多的温室气体和废物。温室气体排放越多，能源消耗越大，大力推广低耗健康建筑是人居环境可持续发展的重要保证之一，人类不应该为短期的目的而牺牲长期的资源和环境，应时刻记住“地球不是我们从父辈那儿继承来的，而是从自己的后代那儿借来的”。

2 低能耗健康建筑的关键技术

低能耗健康建筑的实现涉及城市建设规划，城市能源规划、节能建筑设计和建筑自动化等领域的科学技术的研究和应用，以及国家政策的倾斜。

2.1  城市建设规划

目前，在中国城市化建设加快的过程中，城市建设规划的缓慢发展加剧能源的消耗速度。

城市化速度越快，能源消耗越大。我们的规划，现在的房子越建越高、越长，实际上中间的房子根本照不到日照，冬季人们不得不消耗大量的能源供暖。其次是通风问题，实际上自然通风有最大的降温效果，在建筑降温方面起到不可取代的作用。到了夏天设计的风又不能太小，风速是靠体感感受出来的，所以房子建设不能太大，才能体现到风压引起的穿堂风。

近几年，随着城市人口的增加和用地紧张，一方面城市规模不断扩大，另一方面市中心高大建筑群日益密集，对城市气候环境产生的影响也越来越大，比较突出的是加剧了城市的“热岛效应”。“热岛效应”是由于城市特殊的地表面减少了地表反射率和蒸发量，以及地表粗糙度的加大、人工热源的排放、污染加剧等，改变了局地环流和热量收支，使城市平均温度高于郊区的现象。在气象学近地面大气等温线图上，郊外的广阔地区气温变化很小，如同一个平静的海面，而城区则是一个明显的高温区，如同突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表着高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。它与城市建筑物的密度、城市规模、人口密切相关。在大城市，像北京和上海，城市中心区白天的平均气温往往高出郊区2℃～3℃，夜晚无风时可达6℃～8℃。在低纬度地区的炎热夏季，“热岛效应”使得生活在城市中的人们，更觉炎热难熬。由于开发商利益的驱动和政府地价方面的考虑，许多城市将高层建筑聚集到一起，由于建筑密度大、容积率高、空调等人工热源排放量大，“热岛效应”也十分明显。因此城市化的发展，导致了城市中的气温高于外围郊区的这种现象。

可见，城市热岛反映的是一个温差的概念，只要城市与郊区有明显的温差，就可以说存在了城市热岛。因此，一年四季都可能出现城市热岛。但是，对于居民生活的影响来说，主要是夏季高温天气的热岛效应。医学研究表明，环境温度与人体的生理活动密切相关，环境温度高于28℃时，人们就会有不舒适感；温度再高就易导致烦躁、中暑、精神紊乱；气温高于34℃，并且频繁的热浪冲击，还可引发一系列疾病，特别是使心脏、脑血管和呼吸系统疾病的发病率上升，死亡率明显增加。此外，高温还加快光化学反应速率，从而使大气中臭氧浓度上升，加剧大气污染，进一步伤害人体健康。

城市化的发展使人类开始意识到建筑规划对城市热岛效应的影响。合理规划建筑形式与位置以改善城市热岛效应，妥善处理空调系统对外的热污染，以及全面考虑绿化、遮阳等对城市环境的影响将是城市建设规划和设计中的一个重要组成部分。

建筑群的布置应注意建筑物的空间和平面的布局，以减少和控制城市风沙和建筑物之间的强烈辐射对环境污染的作用。

城市绿地是城市中的主要自然因素，因此大力发展城市绿化，是减轻热岛影响的关键措施。绿地能吸收太阳辐射，而所吸收的辐射能量又有大部分用于植物蒸腾耗热和在光合作用中转化为化学能，用于增加环境温度的热量大大减少。绿地中的园林植物，通过蒸腾作用，不断地从环境中吸收热量，降低环境空气的温度。园林植物光台作用，吸收空气中的二氧化碳，削弱温室效应。此外，园林植物能够滞留空气中的粉尘，进一步抑制大气升温。研究表明：城市绿化覆盖率与热岛强度成反比，绿化覆盖率越高，则热岛强度越低，当覆盖率大于30％后，热岛效应得到明显的削弱；覆盖率大于50％，绿地对热岛的削减作用极其明显。规模大于3公顷且绿化覆盖率达到60％以上的集中绿地，基本上与郊区自然下垫面的温度相当，即消除了热岛现象，在城市中形成了以绿地为中心的低温区域，成为人们户外游憩活动的优良环境。城市的三维绿化对防止夏季太阳强烈照射，改善空气品质和美化环境都能起到不可估量的积极作用。例如采用垂直景观模式。垂直景观就是高层建筑的绿化，把植物或其他有生命元素引入高层建筑中，或在地面层引入景观，如此处理可以在高层建筑中改善微气候。绿色植物可以吸收二氧化碳和一氧化碳，通过光合作用产生氧气，为使用者提供舒适的环境与新鲜的空气。垂直景观主要是通过对空中庭园的绿化，伴随着风的作用，共同改善室内环境。

城市水资源的规划对热岛效应也起明显的作用。河道的合理布置和走向往往可以改善城市局部区域的热岛效应。水面不仅构成了城市美丽的景观，当温度升高时，它的蒸发作用能冷却空气，使环境温度降低。因此，使建筑低层化和合理分散化、市内道路宽敞，从而畅通城市的“通风道”，并尽可能扩大城市水面，也是改善热岛效应的有效途径。

2.2  城市能源规划

改变能源供给方式、使用高效清洁能源和合理安排能源是缓解能源浪费的主要手段。

全面解决建筑物供暖和空调问题，对适应城市化的飞速发展，缓解能源紧张特别是电力供应不足问题，以及保护城市局部环境及大气臭氧层，都有极重要的意义。解决这一问题的关键在于合理进行城市能源规划。通过研究城市能耗结构、能源利用等环节，结合城市规划对整个能源系统进行总体设计，研究为解决建筑物供热、供冷、供燃气等的需要应配置的最合理的能源转化与能源输送系统，重点为我国北方地区热电联产、供冷相适应的大型的供热、供冷方式，与集中供热、供冷相适应的大型蓄冷蓄热装置以及全面规划电力、煤气、冷热源及蓄能的能源系统。

天然气是目前最理想的分布式能源系统的清洁燃料，我国目前正在逐渐加快分布式能源系统，特别是天然气系统的发展。上海市也在着力发展分布式能源系统，制定分布式能源的政府补助，10余座冷电热联供的分布式能源系统在2007年底投入运行。而深圳市对于建设分布式能源系统具有独特的有利条件。首先，深圳具有一批联合循环的电站，积累了燃气轮机建设、运行、管理的丰富的经验。其次，国内第一座液化天然气项目——广东大鹏液化天然气项目建设在深圳市大鹏湾，正式投入运行后，将给深圳带来丰富的天然气供应。

城市的能源规划首先要估算城市的能源需求，包括生活用能(热水、照明、电器、炊事、供暖、空调)和生产用能(工业、农业、林业、其他产业)的性质用量。然后要考察城市的能源结构，对各种可用能源，如电能、煤、燃气、沼气、太阳能、风能、潮汐能、地热能，进行定性和定量的调查和研究。最后制定出城市冷、热、水、电、气等能源的统一、联合供应，以实现城市能源系统的最优的社会和经济效果。

2.3  节能建筑设计

建筑节能是指在保证建筑舒适度的情况下，综合采用节能型建筑结构、材料及设备，降低建筑能耗，不断提高建筑的能源利用率。

目前我国的建筑形式比较单一，95％以上的建筑为高能耗建筑．我国的建筑节能起步相对于欧美比较晚。如果不采取有效措施加以节制，建筑能耗将对能源安全和能源结构产生负面影响。专家指出，如果现在执行的是节能50％的标准，其造价仅比普通建筑约高10％，通过建筑的节能只需5～7年就可以收回这笔投资，而受益时间一般可以长达40多年。所以，建筑节能不仅是国家政策的要求，更是建设节约型社会的重要举措，事关人民群众根本利益。

节能建筑的设计思想是充分利用建筑所在环境的自然能源和条件，在尽量不使用常规能源的条件下，创造出人们生活和生产需要的室内外环境。节能建筑的设计关系到三方面的研究内容：当地气候特征，室内环境的设计要求，以及建筑物的结构特征。

当地气候特征指当地一年四季室外气象条件，如空气的温湿度、风速和风向、日照率、降雨量、积雪等。在冬季日照率大的地方，可以考虑太阳能的利用，如被动式太阳房、太阳能集热器。夏季日照率大的地方则要考虑建筑物的有效遮阳措施，例如在建筑设计中住宅楼基本采用大窗户，通风顺畅。每一个窗户、阳台门外面，安装一层卷帘，卷帘由木片组成，木片长度与窗户取齐。这层卷帘完全放下时，室内几乎看不见阳光，能充分发挥遮阳隔热的作用。夏天，人们一般都会在清晨或傍晚收帘开窗，而白天大部分时间都把卷帘放下。别小看这个简单的设计，它的效果非常好。夏季昼夜温差大的地方，可以利用建筑物的蓄冷特性进行自然冷却。地板采暖是目前公认的最节能，也最健康的采暖方式之一。与中国国内普遍使用的暖气片相比，地板采暖的能量浪费少，热能分布均匀。由于热气从地板向上散发，使人脚底暖和，容易达到采暖效果。加上不少西方人习惯光脚踩地，地板采暖的作用更加明显。在住宅楼里，采暖使用了分区调节的设计。每一户内，一般客厅为一个采暖区，卧室为一个采暖区，厨房和餐厅为一个采暖区。住户可以根据房间的向阳情况、温度要求，分区调节供热，以免日照好的房间太热。

室内环境的设计要求包括对室内空气温湿度的要求。传统的设计方法要求空调建筑的室内环境必须维持在一个比较狭窄的温湿度范围，如温度在25℃～28℃之间，相对湿度在50％～70％之间。空调设备的容量是根据维持整个空调要求的温湿度值来决定的。近年来大量空调建筑的使用已带来所谓空调建筑综台症的问题，那长期生活在空调建筑中的人出现的某些症状，如疲劳、易感冒、恶心等，总之身体抵抗环境变化的能力降低了。这是由于空调建筑的室内环境比较稳定，空气温湿度变化小；另一方面由于空调建筑的密封性好，室内空气品质差，人们得不到足够的新鲜空气。

室内环境的设计应建立在对人体热舒适性研究的基础上，有关研究指出在室温不超过30℃房间，完全可以通过风扇提供的动态风来维持人体的热舒适。即使需要空调的房间，也可以采用区域空调的办法来维持人体所在工作区的热舒适性，而没有必要维持非工作区的温湿度。可见采用区域性动态空调的方法会大大降低建筑物空调的能耗。

建筑物的结构特征指建筑物的造型、朝向、围护结构保温情况，外墙外窗的遮阳情况，以及建筑空间的通风换气情况。合理的建筑结构应该在夏季有效地组织通风和防止太阳照射，减少室内过热和潮湿；在冬季有效地利用太阳能对外墙外窗进行保温，提高室内温度；在过渡季有效地利用室外空气进行通风，改善室内空气品质。充分利用流体力学原理，设计合理的建筑结构是减低能耗的手段之一。阿拉伯联合酋长国的首都迪拜未来建筑“0～14”楼，外壳和结构墙面间距1m，形成“烟囱效应”，使热空气沿外壳和墙面空间自然排放，减低空调使用率。建筑外窗是建筑围护结构中的轻质、薄壁、透明构件，受建筑外窗的影响，采暖空调、照明能耗往往占到整个建筑能耗的一半左右。夏热冬冷地区由于建筑节能工作起步较晚．建筑外窗多为白玻的单玻推拉窗和单玻平开窗，在冬天，建筑外窗因结构简单密封性能和保温隔热性能差，冷空气渗透严重．窗户结露淌水，严重时，挂霜结冰。可想而知，要消耗多少空调采暖所需的能耗；至于在夏天，由于门窗热传导、门窗渗透对流、空气渗透引起的能量损耗以及门窗辐射传导引起的能量损耗，大大地加大了空调的制冷负荷。中国要走可持续发展的道路，提高在该地区的新旧建筑门窗性能，开展建筑门窗节能工作刻不容缓、势在必行。提高建筑外窗节能的途径：

a)建筑的整体设计：根据窗户所处位置的朝向，合理选择窗墙比，并根据建筑物所处地理位置，选择适当建筑遮阳设计。

b)建筑外窗玻璃的选用：在整个建筑外窗面积中，玻璃的面积占到整个窗户面积的70％～80％，因此，建筑外窗玻璃性能的好坏，对整个建筑的节能影响比较大。

c)建筑外窗窗框材料的设计选用：建筑外窗在洞口可视面积是由玻璃和窗框、窗扇框共同组成。且窗框、窗扇框型材面积，占整个建筑外窗洞口面积的15％～30％，因此，建筑外窗窗框、窗扇框材料的保温隔热性能也对整个建筑外窗的节能效果有一定的影响。

d)建筑外窗窗型的节能设计和选用：合理的窗型设计，可以改善对能源的需求，提高人们对开启门窗的使用。

e)选择优良门窗五金件并合理配置和使用，有效地提高建筑外窗的气密性能，减少采暖和空调的能耗：五金配件是门窗的心脏部件，具有固定、开启以及锁闭门窗的功能。五金件质量的好坏直接影响到门窗的使用寿命和门窗的密封性能。

2.4  建筑自动化

建筑自动化指建筑设备系统(如供热空调系统、给排水系统、照明系统、运输系统、消防系统、保安系统、办公系统、通讯系统等)的监测、管理，运行和控制的自动化。智能大厦的基础是通讯自动化系统(CA)、办公自动化系统(OA)、大楼自动化管理系统(BA)、消防自动化系统(FA)和信息自动化系统(MA)的有机统一。

建筑自动化不仅是实现能耗建筑的必要条件，而且也是建筑安全、舒适和适应性的保证。随着建筑物规模的增大(如日本计划在下个世纪建造能够容纳一个城市的建筑，也称“建筑城市”)，对整个建筑物的规划、设计和管理越来越像是对一个城市的规划、设计和管理。计算机技术的发展和应用为建筑自动化提供物质基础和技术手段。

2.5  制定强制性标准，鼓励节能技术发展

a) 制定促使能源供应部门和用户同心建筑节能的政策；

b) 政府设立建筑节能专项基金，为建筑节能提供优惠贷款。并按能源利用率的提高程度，分别给予相应的优惠利率，贷款期长达10年以上；

c) 采用多种措施鼓励用户使用节能设备。例如采用以旧换新、给予折扣率、补贴、回扣、分期付款、先用后付款等办法吸引用户购买或更新节能设备；

d) 理顺能源价格，使价格能真正反映能源生产的长期边际成本。

3 结束语

随着人们对“人类—建筑—环境”认识的深入，人居环境的可持续发展逐渐成为全球普遍关注的问题。低能耗健康建筑追求在尽量少用不可再生自然资源和能源的条件下，为人们生活和生产创造卫生、健康和合理的建筑环境，因此它是保证人居环境可持续发展的关键之一。