设计可持续发展的社区 Avi Friedman外文翻译资料

 2021-12-11 07:12

英语原文共 12 页

设计可持续发展的社区

Avi Friedman

第八章 零能耗社区

随着全球能源消耗的增加，天然气和石油等不可再生资源变得越来越稀缺和昂贵。随着人口增长，住宅规模的增加以及发达国家家用电器的使用，能源需求急剧上升。此外，新兴经济体正在稳步扩大能源消耗，进一步促进全球需求的激增。

许多可选择的清洁能源已经被提出作为试图去满足全球能源需要的关键工具。到目前为止，那些促进个体供热系统与冷却系统的革新效率低且不可持续。相对而言，能源效率的新标准是区域供热的实践：与隔离的供暖系统相比，该系统为个人家庭提供能源的效率提高了三倍（Austin,2010）。由中央供应源供能的零能耗社区使每个连接在这个网络上的家庭明显减少了财政开支和碳足迹的排放。本章从理论和实践上讨论了这些创新。

零能耗系统

零能耗这个术语通常用于描述节能住宅，这些住宅在使用时产生并返回尽可能多的能量，如图8.1所示。同样的原则也适用于零能耗社区，但其规模更大。社区中的所有住宅都依赖于来自一个共享的集中式来源的热电联产系统;这种方法也称为区域供暖。 集中式能源基础设施使用当地或可再生能源加热和冷却整个社区，然后将电力分配给各个家庭。剩余的能量被返回并存储在工厂的热存储区域中，并在以后根据需要重新分配。

零能耗这一目标在社区层面上比单个住宅规模更加可行。零能耗住宅是一项昂贵的投资，其目标在一排联排别墅或公寓楼中更容易实现。虽然太阳能供暖更容易在农村或郊区住宅中建立，但在这种环境中的自动使用和对应的基础设施抵消了该项目的可持续影响（Malin,2010）。考虑到所有因素，城市社区能够最有效的支持选择联合能源，其中一个原因是支持众多家庭使用可持续能源所需的维护仅需一个工厂。

然而，在零能耗住宅设计中使用的许多策略可立即移植到零能耗社区的规划中，如图8.2所示。零能耗住宅通过限制尺寸和定向结构的方式来充分利用被动太阳能、自然日光和室内气流以减少能源消耗。当地的风力模式，太阳方向，地形，冬季霜冻的地面深度，以及来自其他建筑物和树木的阴影是零能耗住宅和社区设计中常见的其他重要考虑因素。事实上，在社区层次上，上述因素中的许多因素都更加容易进行管理。例如，在地区范围上，人们可以更容易地预测和改变街道布局的地形和方向，以充分利用冬季的阳光和限制夏季的热量(Malin 2010)。

当房屋沿着西北轴线定向时，它们享受最大量的阳光。因此，沿着西北轴线定向的单位受益于较短的正午阴影，相反如果房屋朝向东西方则可能浪费阳光。此外，如果居住设计遵循上述布局，则可以在相邻房屋阴影的尖端上竖立额外的单元。考虑到阳光和阴影方向的原则，需要避开妨碍房屋享受阳光最大化的障碍物。

现有的自然植被和新的植被也可以是遮阳设备。为了尽量减少夏季太阳能热量的增加，在房子的南边种植落叶树是有益的。这些树木的树叶遮挡了房屋的热量，但允许一些光线穿透室内。在冬季，更多的太阳能热量和光线可以通过其光秃秃的树枝过滤。东西立面暴露在阳光下，强度较小，但应有约10％至15％的空隙，以允许自然采光。最大化太阳能增益将降低能耗，从而降低成本，并减少为产生这种能量所需的对环境造成的污染量。

零能耗不仅仅是创造有效的能源供应，而且还确保不浪费能源；为了限制热量损失，良好的绝缘结构是必不可少的。使热损失最小化的更加传统的方法是组合不同的绝缘体。例如，人们可以在房屋的墙壁，地板和屋顶上混合开孔喷涂泡沫和纤维素绝缘材料，在外部采用刚性绝缘材料(Macht 2010)。更具创新性的技术涉及厚壁，包裹带，双层墙和桁架墙。无论采用哪种策略，重要的是每个零能耗住宅都要用隔膜密封，以防止气流通过墙壁。这是可持续的做法，而且事实上，这是当前住房标准的普遍要求。

门窗的选择是减少住宅能耗的另一个重要部分：这些开口的智能管理对减少热量损失至关重要。氪气充气低辐射玻璃通常用于双层或三层窗户和门，其效率是传统双层窗户的四倍(Macht 2010)。另一种更具创新性的则是电致变色玻璃或热致变色玻璃——含有从不透明到透明的玻璃。这有助于控制阳光的穿透和眩光(Gonchar 2010)。窗户的战略布局，即理想情况下一些靠近房间的地面，其他靠近顶部的窗户，对于利用热空气气流循环产生的自然通风至关重要(Tanha 2010)。此外，高天花板的结构促进通过住宅的气流，减少夏季空调的使用和随后的能源消耗(Haran 2009)。

从根本上说，区域供热系统和零能耗建筑的工作方式大致相同。他们在集中的位置（通常是工厂）收获可再生能源，然后加热或冷却水，然后将水分配到邻近网络内的建筑物。它通过地下管道运输到个人住宅。这个精心设计的网络可以传播热水，冷水，甚至是蒸汽，如图8.3所示。管道安装在附近的沟渠中，或者放置在地面上(Harvey 2006)。各种措施使得该过程有保障，例如，水可以返回到主要工厂以进行再加热，并且分配水的管道通常被预先绝缘以保持热量。

有许多类型的能源可以为区域供热系统提供燃料。一些区域供热系统具有集中式锅炉。可再生能源为区域供热系统提供自我维持的资源。地热，太阳能，风力涡轮机和生物质的燃烧都是潜在的热源。此外，工业热泵可以从海水，河水或湖水中提取热量，并且热量可以从工业过程中产生污水或废物。其中的可能性很多且令人兴奋，我们将在这里更详细地探讨一些。

地热能利用地球表面储存的热量来产生热量。地球由各种层组成：核心，外核，地幔和地壳。按照顺序，这个地壳由不同厚度的独立构造板组成。地球的核心是地热，由地球上放射性化学元素的缓慢衰变产生，如铀和钾(Mannvit Engineering 2013)。当构造板块相互滑动，碰撞或拉开时，岩浆被带到地面。因此，在这些地方，地面温度很低，深度很浅。地热发电系统利用不同类型发电厂的热量：干蒸汽发电厂，闪蒸蒸汽发电厂和二元发电厂(Gevorkian 2008)。地热能是几乎可以在任何地方找到的自然资源，特别是在火山和花岗岩丰富的地区，这使其在地球上成为区域供热系统的有巨大吸引力的能量来源。

太阳能热量原则上可以在任何地方获得，尽管世界不同地区的一些社区比其他地区能更可靠地获得阳光。太阳能集热器安装在屋顶或地面上，并连接到将能量传输到家庭的电路(CIT Energy Management AB 2010)。由于太阳能在冬季比夏季少，因此区域供热系统必须能够储存夏季收集的太阳能。因此，收集器阵列和存储器彼此应该非常接近地构建。太阳能区域供热厂几乎不需要维护，也不排放温室气体，这为社区提供了一个非常可持续的选择。

风力涡轮机将自然风转换为可用能量。一些社区的风速比其他社区高，因此必须小心地放置涡轮机。风能可以存储很多天，因为即使在易受大风影响的地区也会有风力停滞(Nordic Folkecenter for Renewable Energy 2010）。首先，涡轮机收集风能，并且如前所述，通过收集能量在中央区域供热厂加热水。涡轮机直接连接到热泵，然后通过连接到中央供暖系统的管道将热水分配给家庭(Environmental Protection Agency 2011)。风能，和地热能和太阳能一样，是一种自然的本地能源，为社区提供化石燃料燃烧的替代来源。

区域供热系统还可以通过工业热泵利用附近的大型水体来提取热量。这种令人难以置信的技术可以从海水，河水或湖水中提取热量。在冬季，湖面冷却到4°C（39°F），夏季凉爽的地表水沉入湖底，因为冷水比温水更密集（Enwave Energy Corporation 2011）。相反，夏季的地表水仍然留在湖面，因为温暖的水比冷水密度小。因此，即使在夏季，湖底也像任何深水一样都会保持寒冷。湖泊是一个自然的冷水库，本身就是一种可再生资源。区域供热系统可以利用水的寒冷而不是水本身来利用能源（Enwave Energy Corporation 2011）。热泵，也用于利用地热能和污水或废热，使用少量电力，迫使热量从较低的热量流向较高的热量（与自然流动相反）。泵也可以通过向相反方向传热来冷却（Heat Pump Center 2014）。

由低碳废物和植物材料生产的生物质能源是一种可再生资源，尽管它本身并不具备用于净零能源社区的资格。然而，与化石燃料的燃烧相比，燃烧的生物质释放的温室气体显着减少。 然而，如果生物质不可持续地收获，那么其产生的污染和过程中消耗的水就会超过其可再生性。可以改造煤电厂以完全依靠生物质运行，天然气生产可以用生物气取代，沼气是生物质的精心转化产生的气体。已经依赖化石燃料燃烧的区域供热系统可以转化为生物质能，减少排放并提高可持续性（Union of Concerned Scientists 2010）。

这一切都说明了各种区域供热系统的优势，而不仅仅是降低温室气体排放。 区域供热系统维护成本低，使用寿命长，当然也不需要对供暖系统进行单独的家庭维护。通过消除对锅炉的需求，在房屋中释放空间，降低噪音，随后也能增加房屋价值（Enwave Energy Corporation 2011）。即使在初始阶段有大量投资，使用自然资源也可以节省成本，虽然价格显然取决于能源的位置和可用性。由于采用当地资源（Euroheat and Power 2011），区域供热可以提高能源安全性。其本地性质也减少了能源的进口和运输。

这些都具有令人难以置信的环境效益。使用可再生资源而不是化石燃料减少了对一次能源的需求和依赖。此外，与隔离式供暖系统相比，区域供暖为个人家庭提供能源的效率提高了三倍（Austin 2010）。

尽管区域供暖有许多优点，但与任何能源系统一样，它并非没有缺点。它需要在邻近地区进行大量初始投资才能安装工厂。如果该社区以前依赖其他形式的能源或个别锅炉，家庭必须愿意将他们的供暖系统改为区域供热。居民也必须愿意提高隔热效果。因此，除了更大规模的社区投资之外，还有个人成本。此外，虽然中断很少，但区域供暖系统的任何中断都会导致整个社区的服务中断。另一个代价是，一个社区必须有一个正式的设施来运行区域供热系统。其政策必须致力于长期收益，必须妥善规划基础设施，以最大限度地提高这些收益（Burke 2012）。

冰岛是成功实施地热区域供热的一个很好的例子。冰岛90％以上的家庭通过地热技术从三个提供热能和电力的工厂获得能源（Mannvit Engineering 2013）。尽管国家拥有丰富的地热能源，但化石燃料的转换仅发生在20世纪70年代的第一次石油危机之后（Mims 2008）。

零能耗社区和支持他们的区域供热系统无疑将成为未来可持续建筑实践的重要组成部分。也就是说，创建一个零能耗社区需要长期规划和预测，因为其区域供热需要代表邻居和个人进行大量初始投资。市政规划者必须实施有关家庭定位的指导方针，以鼓励被动太阳能获家庭需要通过更新他们的隔热，窗户和门来做出贡献。尽管初始投资的价格很高，但是区域供热系统是值得的。它为居民提供了一种相对具有成本效益的方法，可以减少碳足迹，因为该系统依赖于地热能，太阳能，风能，水体和生物质等可再生资源。同样值得考虑的是，净零生活不需要个人改变他们的消费习惯，而是简单地更新他们的习惯供应系统，使其成为每个人实现可持续生活的现实途径。

8A

项目：Hammarby Sjosta

地点：Stockholm, 瑞典

设计公司：White

Hammarby Sjosta被公认为世界上最具可持续性的社区之一。该项目最初是作为斯德哥尔摩奥运申办活动的一部分，旨在举办最具环保意识的运动会。即使在该城市被奥林匹克委员会拒绝之后，官员也认识到可持续社区设计的重要性，因此推进了这个20,000个单元的项目。这显然是一个合理的决定：Hammarby现在是一个受到全球环保主义者和规划者尊敬的社区，因为其在实验可持续发展方面取得了真正的成功。

Hammarby是一种令人耳目一新的可持续设计方法。事实上，它是本书中概述的许多原则的一个体现：过境开发，混合使用设计，骑车人/行人优先，碳中和，当然还有零能耗。他计划作为城市的延伸，而不是郊区; 尽管距离市中心很近，但这个社区有着明显的都市感。

这里为社区创造了几种汽车旅行的替代方案，希望达到每个住宅单元0.5辆汽车的目标。两条新的公交线路服务于开发和使用生物燃料运营。电车穿过社区中心，提供前

资料编号：[5841]

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