英国贝丁顿零能耗开发研究

作者:类延辉 王琦
单位:英国诺丁汉大学建筑与环境学院
摘要:贝丁顿零能耗开发小区(BedZED)是英国首个大型生态村,也是英国最著名的生态社区之一。通过一系列零能耗开发策略,使建筑使用过程节约大量能源,成为全球零碳住房的灵感来源。现今,贝丁顿零能耗开发小区已成为当地旅游热点之一,小区中邻里友好,儿童在街道自由玩耍,能耗明显低于其他社区,住房交易价格高于市场销售价格。
关键词:绿色社区 零能耗开发 生态 节能 可持续发展
作者简介: 类延辉,英国诺丁汉大学建筑与环境学院讲师,硕士课程导师; 王琦,英国诺丁汉大学建筑与环境学院副教授;

 

1 背景

贝丁顿零能耗开发小区(Beddington Zero Energy Development,简称Bed ZED)就像一个发光体,吸引来自全球的参观者,它是大型新住房开发项目在可持续发展领域最具野心的尝试之一。

贝丁顿零能耗开发小区位于伦敦南部萨顿镇郊区的贝丁顿农场附近,即萨顿镇东北3km处(见图1)。萨顿镇致力于把此处区域发展成英国首个可持续发展区域,因此更新计划包括一系列多个场地开发规划,其中BedZED与前菲尼斯工业区再开发都在其内。具体规划包括环保住房、商店、娱乐及社区服务设施、可持续交通、步行及自行车规划、提升交通网络及公共空间品质、创造更多就业机会等。该区域的可持续发展计划因BedZED的成功而进一步展开。

图1 BedZED区位

图1 BedZED区位

 

图片来源:Google

BedZED是环保住房开发项目,距海克布里吉(Hackbridge)火车站约500m,位于伦敦4区。小区设计目标是实现零碳排放,最大限度地减少温室气体排放及自来水使用(见图2,3)。小区内共有82套住房(面积大小不一,其中34套为独立产权,23套为共享产权,10套用于主要人员居住,15套为经济适用房,混合布局),另有一系列配套服务设施,如商业、办公、展览中心、幼儿园和1套样版体验公寓。该小区由百瑞诺环境咨询公司(BioRegional)发起,与建筑师比尔·邓斯特(Bill Dunster)、皮博迪信托(Peabody Trust)、奥雅纳(Arup)等组成团队共同设计,于2002年建造完成。小区建成时间较早,属于绿色住区先行者,零能耗开发战略及其在实际运行中的经验值得借鉴。

2 零能耗开发战略

BedZED采用节能与可持续发展的创新方法,成为英国最著名的生态社区之一,其模型陈列于维多利亚和阿尔伯特博物馆(见图4)。主要开发战略包括自然通风系统、建筑节能设计、建筑材料循环利用及就近取材、热水和电力供应、节水策略、可持续性交通策略、社区归属感塑造等。

2.1 自然通风系统

如图5所示,BedZED建筑屋顶上有一排排“五颜六色”的装置,这是由风力驱动的屋顶风罩,即自然通风系统。即使微风,风罩也可旋转,其始终面对风的方向。如图6所示,风罩前有个小的开口引入新鲜空气(蓝色箭头),通过热交换器(橙黄色部分)升温后进入室内,后方是稍大的孔洞,把房屋天花板上方通风管内的陈旧空气排出(红色箭头)。通过自然通风系统,室内可一直保持空气流通,无需电力换气扇即可实现风力驱动的自然通风。天气炎热时,打开不同方向的窗户,形成穿堂风,与屋顶自然通风系统共同作用,可保持室内凉爽。

2.2 建筑节能设计

BedZED住房内部通过被动式太阳房、高标准保温隔热材料及窗户高气密性设计,室内常年保持舒适温度。住房南向设置被动式太阳房,均为双层玻璃。每当阳光明媚或少云时,太阳房温度迅速上升,屋内设有蓄热体(Thermal Mass)吸收多余热量,夜间温度降低,蓄热体散发热量以保持室内宜人温度(见图7)。建筑外墙分3层,外层为砖,中间层为300mm厚的保温隔热岩棉,里层为混凝土砌块。地板和屋顶也有300mm厚岩棉材料。这种高于建筑规范的保温隔热等级增强了建筑节能性。为进一步增强保温隔热性,建筑东、西、北向的所有窗户均为3层玻璃。

图2 BedZED鸟瞰

图2 BedZED鸟瞰

 

图片来源:www.bioregional.com

图3 鸟瞰剖面

图3 鸟瞰剖面

 

图片来源:www.zedfactory.com

图4 BedZED模型

图4 BedZED模型

 

图片来源:www.bioregional.com

图5 屋顶风罩

图5 屋顶风罩

图片来源:www.zedfactory.com

图6 风罩作用

图6 风罩作用

 

图片来源:Macquoy

2.3 建筑材料的循环利用及就近取材

BedZED在建筑材料的循环利用方面非常成功,从当地拆迁房屋中回收钢结构材料和软木墙材料后,进行再加工,为BedZED生产新的结构部件。如从布莱顿火车站回收98t钢材,CO2排放量减少81850kg,其成本不超过新钢材(见图8);室外步道使用的1000t“沙”是由回收玻璃粉碎而成(见图9)。其他大部分建筑材料都从方圆80km范围内就近取材,砖来自于距此35km的萨里镇,木板来自附近的克罗伊登和肯特,大大降低了建筑材料运输及人员交通能耗。

2.4 热水和电力供应

BedZED建成初期设置小型生物质热电厂(生物质燃料是一种再生能源,如芒草、木材废料、麦秸秆、玉米秆、玉米棒子等),利用生物质发电的热能产生热水,通过地下超保温管道输送至每家每户。每户有大型热水箱,可24h不间断补充热水。小区内共安装777m2太阳能电池板,每年约产生电量30000kW·h,其电路和热电厂电路均与国家电网相连。在电能多余时输出至电网,在小区电能不足时,电网再输入电能以满足峰值需求(见图10)。然而,热电厂实际运行中常因设备内部结露及焦油积聚等技术问题停休,根据政策要求夜间必须关闭以免噪声扰民,其最终于2005年关闭,改为传统的天然气锅炉。2017年又安装新的生物质锅炉,使用木屑燃料为BedZED提供热水,并选择技术成熟的能源服务公司维护设备,以保证设备顺利运行。

图7 建筑物理环境

图7 建筑物理环境

 

图片来源:www.arup.com

图8 可回收钢材

图8 可回收钢材

 

图片来源:www.bioregional.com

图9 可回收玻璃“沙”

图9 可回收玻璃“沙”

 

图片来源:www.bioregional.com

2.5 节水策略

BedZED有许多地下雨水储存箱,通过雨水处理系统形成中水后用于冲洗马桶(见图11)。同时,节水电器(如节水洗衣机、节水洗碗机及自加压式淋浴等)也颇有成效。据统计,BedZED每位居民平均耗水87L/d,为萨顿每人每天平均耗水量的61%。当前,雨水收集系统已停止运行,原因是屋顶花园维护过程中使用了薄薄一层营养肥料(如鸡粪),途经此处而收集的雨水可能出现污染。此问题解决后,雨水收集系统可继续使用。

2.6 可持续性交通策略

BedZED强调绿色出行,步行与自行车优先,鼓励使用公共交通。BedZED距海克布里奇火车站步行不超10min,乘火车到达伦敦市中心只需25min。轻轨与公交便捷,为周边交通提供了良好服务。为减少私家车使用,BedZED只设置81个停车位,使用人员包括居民、工作和来访人员(见图12),远低于每户至少1个停车位的需求,也远低于其他郊区住房的开发标准。考虑因环保给住户带来车位减少的困扰,BedZED引入伦敦首家汽车俱乐部,俱乐部为会员提供低碳排放、高能效混合动力汽车,居民可网上或电话预约并按需付费,智能卡作为钥匙,密码解锁,随取随用,47%的会员放弃或推迟购买汽车,节约大额购车及维修费用。

2.7 社区归属感

建筑物之间的道路不允许汽车进入,儿童可安全玩耍,大人可放心聊天。共享空间也为居民提供了良好的交流场所,如小区内绿地和广场等。有些屋顶小花园通过小桥连接,为邻居交流创造更多机会(见图13)。英国每位居民平均认识约8位邻居,伦敦更低,但BedZED平均认识约20位邻居,这恰是由于良好的社区氛围。后期调查问卷显示,居民满意度较高,许多住户自从搬进住区就长期居住,归属感较强(见图14)。

图1 0 水电工作原理

图1 0 水电工作原理

 

图片来源:www.arup.com

图1 1 雨水处理

图1 1 雨水处理

 

图片来源:www.arup.com

图1 2 停车位

图1 2 停车位

 

图片来源:www.zedfactory.com

2007年,BedZED与萨顿镇进行对比,人均每天耗电量减少2.1kW·h(见图15)。2012—2015年统计显示,与同等规模的传统住区相比,BedZED年均天然气消耗降低36%,电耗降低27%。因交通产生的人均温室气体排放与全英人均相比减少53%。尽管未实现名称中提到的真正零能耗,但从统计数字可看出,BedZED能源消耗的确大大减少。

3 结语

通过常用的可持续设计(自然通风系统、被动式太阳房、高标准保温隔热外墙、3层玻璃、材料循环利用、热水集中供应、太阳能电池板、雨水收集、鼓励公共交通、鼓励使用低碳排放汽车等)与新智能技术(节能电器、能耗智能监控等)相结合,BedZED成为较成功的绿色小区案例。

实践证明,大多数可持续发展策略经受住时间考验,但也有少部分策略在应用过程中遭遇挑战。如循环利用的建筑材料比直接购买耗费更长时间,需预留更多时间提前准备;居民需理解可持续设计原理及智能控制能耗表的使用等,因此需进行培训以帮助居民更好地享受可持续生活方式;智能生物质热电厂因技术问题关闭,相隔12年后才得以再开放,因此需聘请技术成熟的团队管理运营;雨水收集因担心受肥料污染而停止使用,需使用不造成污染的植物营养原料。

图1 3 小桥连接屋顶花园

图1 3 小桥连接屋顶花园

 

图片来源:www.zedfactory.com

图1 4 社区归属感

图1 4 社区归属感

 

图片来源:www.bioregional.com

图1 5 电量消耗

图1 5 电量消耗

 

图片来源:www.bioregional.com

 

Research on the Zero Energy Development in Beddington, UK
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