1 　概述

 

建筑能耗即建筑使用能耗,，包括采暖、空調(diào),、熱水供應(yīng),、炊事、家用電器等方面的能耗,。其中,，以建筑采暖和空調(diào)能耗為主，占建筑總能耗的50%~70%,。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,，我國(guó)建筑能耗日益增長(zhǎng),。1999年我國(guó)建筑能耗占社會(huì)總能耗的比例已達(dá)到20%～25%。而在西方國(guó)家,，建筑能耗一般占全國(guó)總能耗的30%～40%,。所以，隨著人民生活水平的不斷提高,、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快以及住房體制改革的深化,，我國(guó)的建筑能耗必將進(jìn)一步增加。建筑能耗在我國(guó)增長(zhǎng)空間很大,，是我國(guó)今后能源消耗的一個(gè)主要增長(zhǎng)點(diǎn),。1999年，美國(guó)的能源消費(fèi)總量約占全世界能源消費(fèi)總量的26%,，其中的建筑能耗已經(jīng)接近于我國(guó)的能源消費(fèi)總量,。因?yàn)槲覈?guó)的人口是美國(guó)人口的4.5倍左右，設(shè)想如果我國(guó)的人均建筑能耗水平達(dá)到目前美國(guó)的人均水平,，那么我國(guó)的建筑能耗將占當(dāng)前全世界總能耗的40%,。這種情況是難以想象的。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng),，人們對(duì)建筑室內(nèi)環(huán)境舒適程度要求的不斷提高,，我國(guó)建筑節(jié)能究竟如何辦呢?但建筑節(jié)能不能以犧牲人的舒適和健康為代價(jià)，否則節(jié)能便失去了意義,。所謂的建筑節(jié)能是指在建筑中提高能源利用效率,，用有限的資源和最小的能源消費(fèi)代價(jià)取得最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)。因此,，建筑節(jié)能是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,、實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能規(guī)劃目標(biāo)、減排溫室氣體的重要措施,，符合全球發(fā)展趨勢(shì),。其解決途徑只有兩種：一方面通過(guò)開(kāi)發(fā)利用可再生能源及節(jié)能建材等途徑降低建筑能耗的需求;另一方面要提高能耗系統(tǒng)的效率，從而降低終端能源使用量,。

 

 

2 　實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的技術(shù)途徑及動(dòng)態(tài)

 

經(jīng)粗略估算,，采取周密、有效的建筑技術(shù)措施可以降低2/3～3/4的建筑能耗,。因此,，在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、建造和使用過(guò)程中,，在滿足室內(nèi)環(huán)境舒適,、衛(wèi)生、健康的條件下,，采取合理有效的建筑節(jié)能技術(shù),，有利于實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能和環(huán)保共進(jìn)的目標(biāo),。日本最近提出“建筑的節(jié)能與環(huán)境共存設(shè)計(jì)”的概念便是這一思想的體現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō),，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的技術(shù)途徑為：盡量減少建筑內(nèi)能源總需求量的同時(shí),，大力開(kāi)發(fā)利用可再生的新能源，從而減少使用在建筑領(lǐng)域內(nèi)易引起環(huán)境污染的能源,。

 

2.1減少建筑內(nèi)的能源總需求量

 

據(jù)統(tǒng)計(jì),，在發(fā)達(dá)國(guó)家，空調(diào)采暖能耗占建筑能耗的65%,。目前,，我國(guó)的采暖空調(diào)和照明用能量近期增長(zhǎng)速度己明顯高于能量生產(chǎn)的增長(zhǎng)速度，因此,，減少建筑的冷,、熱及照明能耗是降低建筑能耗總量的重要內(nèi)容，一般可從以下幾方面實(shí)現(xiàn),。

 

2.1.1建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)

 

面對(duì)全球能源環(huán)境問(wèn)題,，不少全新的設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生，如低能耗建筑,、零能建筑和綠色建筑等,，它們本質(zhì)上都要求建筑師從整體綜合設(shè)計(jì)概念出發(fā)，堅(jiān)持與能源分析專家,、環(huán)境專家,、設(shè)備師和結(jié)構(gòu)師緊密配合。在建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí),，根據(jù)大范圍的氣候條件影響,，針對(duì)建筑自身所處的具體環(huán)境氣候特征，重視利用自然環(huán)境(如外界氣流,、雨水,、湖泊和綠化、地形等)創(chuàng)造良好的建筑室內(nèi)微氣候,，以盡量減少對(duì)建筑設(shè)備的依賴。具體措施可歸納為以下三個(gè)方面：合理選擇建筑的地址,、采取合理的外部環(huán)境設(shè)計(jì)(主要方法為：在建筑周圍布置樹(shù)木,、植被、水面,、假山,、圍墻)；合理設(shè)計(jì)建筑形體(包括建筑整體體量和建筑朝向的確定),，以改善既有的微氣候;合理的建筑形體設(shè)計(jì)是充分利用建筑室外微環(huán)境來(lái)改善建筑室內(nèi)微環(huán)境的關(guān)鍵部分,，主要通過(guò)建筑各部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)和建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn),。同時(shí)，可借助相關(guān)軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),，如運(yùn)用天正建筑(Ⅱ)中建筑陰影模擬,，輔助設(shè)計(jì)建筑朝向和居住小區(qū)的道路、綠化,、室外消閑空間及利用CFD軟件,，如：PHOENICS，F(xiàn)luent等,，分析室內(nèi)外空氣流動(dòng)是否通暢,。

 

2.1.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)

 

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成部件(屋頂、墻,、地基,、隔熱材料、密封材料,、門和窗,、遮陽(yáng)設(shè)施)的設(shè)計(jì)對(duì)建筑能耗、環(huán)境性能,、室內(nèi)空氣質(zhì)量與用戶所處的視覺(jué)和熱舒適環(huán)境有根本的影響,。一般增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用僅為總投資的3%～6%，而節(jié)能卻可達(dá)20%～40%,。通過(guò)改善建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,，在夏季可減少室外熱量傳入室內(nèi)，在冬季可減少室內(nèi)熱量的流失,，使建筑熱環(huán)境得以改善,，從而減少建筑冷、熱消耗,。首先,，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)各組成部件的熱工性能，一般通過(guò)改變其組成材料的熱工性能實(shí)行,，如歐盟新研制的熱二極管墻體(低費(fèi)用的薄片熱二極管只允許單方向的傳熱,，可以產(chǎn)生隔熱效果)和熱工性能隨季節(jié)動(dòng)態(tài)變化的玻璃。然后,，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、建筑的地理位置和朝向，以建筑能耗軟件DOE-2.0的計(jì)算結(jié)果為指導(dǎo),，選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,。最后，評(píng)估圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部件與組合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性,，以確定技術(shù)可行,、經(jīng)濟(jì)合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu),。

 

2.1.3提高終端用戶用能效率

 

高能效的采暖、空調(diào)系統(tǒng)與上述削減室內(nèi)冷熱負(fù)荷的措施并行,，才能真正地減少采暖,、空調(diào)能耗。首先,，根據(jù)建筑的特點(diǎn)和功能,，設(shè)計(jì)高能效的暖通空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)，例如：熱泵系統(tǒng),、蓄能系統(tǒng)和區(qū)域供熱,、供冷系統(tǒng)等。然后,，在使用中采用能源管理和監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)督和調(diào)控室內(nèi)的舒適度,、室內(nèi)空氣品質(zhì)和能耗情況。如歐洲國(guó)家通過(guò)傳感器測(cè)量周邊環(huán)境的溫,、濕度和日照強(qiáng)度,，然后基于建筑動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)采暖和空調(diào)負(fù)荷，控制暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行,。在其他的家電產(chǎn)品和辦公設(shè)備方面,，應(yīng)盡量使用節(jié)能認(rèn)證的產(chǎn)品。如美國(guó)一般鼓勵(lì)采用“能源之星”的產(chǎn)品,，而澳大利亞對(duì)耗能大的家電產(chǎn)品實(shí)施最低能效標(biāo)準(zhǔn)(MEPS),。

 

2.1.4提高總的能源利用效率

 

從一次能源轉(zhuǎn)換到建筑設(shè)備系統(tǒng)使用的終端能源的過(guò)程中，能源損失很大,。因此,，應(yīng)從全過(guò)程(包括開(kāi)采、處理,、輸送,、儲(chǔ)存、分配和終端利用)進(jìn)行評(píng)價(jià),，才能全面反映能源利用效率和能源對(duì)環(huán)境的影響,。建筑中的能耗設(shè)備，如空調(diào),、熱水器,、洗衣機(jī)等應(yīng)選用能源效率高的能源供應(yīng)。例如,，作為燃料，天然氣比電能的總能源效率更高,。采用第二代能源系統(tǒng),，可充分利用不同品位熱能,，最大限度地提高能源利用效率，如熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP),、冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CCHP),。

 

2.2利用新能源

 

在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境方面,，新能源的利用起至關(guān)重要的作用,。新能源通常指非常規(guī)的可再生能源，包括有太陽(yáng)能,、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì)能等,。人們對(duì)各種太陽(yáng)能利用方式進(jìn)行了廣泛的探索,，逐步明確了發(fā)展方向，使太陽(yáng)能初步得到一些利用,，如：①作為太陽(yáng)能利用中的重要項(xiàng)目,，太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)較為成熟，美國(guó),、以色列,、澳大利亞等國(guó)投資興建了一批試驗(yàn)性太陽(yáng)能熱發(fā)電站，以后可望實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱發(fā)電商業(yè)化;②隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展,，國(guó)外己建成不少光伏電站和“太陽(yáng)屋頂”示范工程,，將促進(jìn)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)快速發(fā)展;③目前，全世界已有數(shù)萬(wàn)臺(tái)光伏水泵在各地運(yùn)行;④太陽(yáng)熱水器技術(shù)比較成熟,，已具備相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,，但仍需進(jìn)一步地完善太陽(yáng)熱水器的功能，并加強(qiáng)太陽(yáng)能建筑一體化建設(shè);⑤被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑因構(gòu)造簡(jiǎn)單,、造價(jià)低,，已經(jīng)得到較廣泛應(yīng)用，其設(shè)計(jì)技術(shù)已相對(duì)較為成熟,，已有可供參考的設(shè)計(jì)手冊(cè);⑥太陽(yáng)能吸收式制冷技術(shù)出現(xiàn)較早,，目前已應(yīng)用在大型空調(diào)領(lǐng)域;太陽(yáng)能吸附式制冷目前處于樣機(jī)研制和實(shí)驗(yàn)研究階段;⑦太陽(yáng)能干燥和太陽(yáng)灶已得到一定的推廣應(yīng)用。但從總體而言,，目前太陽(yáng)能利用的規(guī)模還不大,，技術(shù)尚不完善，商品化程度也較低,，仍需要繼續(xù)深入廣泛地研究,。在利用地?zé)崮軙r(shí)，一方面可利用高溫地?zé)崮馨l(fā)電或直接用于采暖供熱和熱水供應(yīng);另一方面可借助地源熱泵和地道風(fēng)系統(tǒng)利用低溫地?zé)崮堋ｏL(fēng)能發(fā)電較適用于多風(fēng)海岸線山區(qū)和易引起強(qiáng)風(fēng)的高層建筑,，在英國(guó)和香港已有成功的工程實(shí)例,，但在建筑領(lǐng)域，較為常見(jiàn)的風(fēng)能利用形式是自然通風(fēng)方式,。

 

 

3 　建筑節(jié)能新技術(shù)

 

理想的節(jié)能建筑應(yīng)在最少的能量消耗下滿足以下三點(diǎn),，一是能夠在不同季節(jié)、不同區(qū)域控制接收或阻止太陽(yáng)輻射;二是能夠在不同季節(jié)保持室內(nèi)的舒適性;三是能夠使室內(nèi)實(shí)現(xiàn)必要的通風(fēng)換氣,。目前,，建筑節(jié)能的途徑主要包括：盡量減少不可再生能源的消耗，提高能源的使用效率;減少建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能量損失;降低建筑設(shè)施運(yùn)行的能耗,。在這三個(gè)方面,，高新技術(shù)起著決定性的作用。當(dāng)然建筑節(jié)能也采用一些傳統(tǒng)技術(shù),，但這些傳統(tǒng)技術(shù)是在先進(jìn)的試驗(yàn)論證和科學(xué)的理論分析的基礎(chǔ)上才能用于現(xiàn)代化的建筑中,。

 

3.1減少能源消耗，提高能源的使用效率

 

為了維持居住空間的環(huán)境質(zhì)量,，在寒冷的季節(jié)需要取暖以提高室內(nèi)的溫度,，在炎熱的季節(jié)需要制冷以降低室內(nèi)的溫度，干燥時(shí)需要加濕,，潮濕時(shí)需要抽濕,，而這些往往都需要消耗能源才能實(shí)現(xiàn)。從節(jié)能的角度講,，應(yīng)提高供暖(制冷)系統(tǒng)的效率,，它包括設(shè)備本身的效率、管網(wǎng)傳送的效率,、用戶端的計(jì)量以及室內(nèi)環(huán)境的控制裝置的效率等,。這些都要求相應(yīng)的行業(yè)在設(shè)計(jì)、安裝,、運(yùn)行質(zhì)量,、節(jié)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)、設(shè)備材料以及經(jīng)營(yíng)管理模式等方面采用高新技術(shù),。如目前在供暖系統(tǒng)節(jié)能方面就有三種新技術(shù)：①利用計(jì)算機(jī),、平衡閥及其專用智能儀表對(duì)管網(wǎng)流量進(jìn)行合理分配，既改善了供暖質(zhì)量,，又節(jié)約了能源;②在用戶散熱器上安設(shè)熱量分配表和溫度調(diào)節(jié)閥,，用戶可根據(jù)需要消耗和控制熱能，以達(dá)到舒適和節(jié)能的雙重效果;③采用新型的保溫材料包敷送暖管道,，以減少管道的熱損失,。近年來(lái)低溫地板輻射技術(shù)己被證明節(jié)能效果比較好，它是采用交聯(lián)聚乙烯(PEX)管作為通水管，用特殊方式雙向循環(huán)盤于地面層內(nèi),，冬天向管內(nèi)供低溫?zé)崴?地?zé)?、太?yáng)能或各種低溫余熱提供);夏天輸入冷水可降低地表溫度(目前國(guó)內(nèi)只用于供暖);該技術(shù)與對(duì)流散熱為主的散熱器相比，具有室內(nèi)溫度分布均勻,，舒適、節(jié)能,、易計(jì)量,、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

 

3.2減少建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能量損失

 

建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能量損失主要來(lái)自三部分：①外墻;②門窗;③屋頂,。這三部分的節(jié)能技術(shù)是各國(guó)建筑界都非常關(guān)注的,。主要發(fā)展方向是，開(kāi)發(fā)高效,、經(jīng)濟(jì)的保溫,、隔熱材料和切實(shí)可行的構(gòu)造技術(shù)，以提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫,、隔熱性能和密閉性能,。

 

3.2.1外墻節(jié)能技術(shù)

 

就墻體節(jié)能而言，傳統(tǒng)的用重質(zhì)單一材料增加墻體厚度來(lái)達(dá)到保溫的作法已不能適應(yīng)節(jié)能和環(huán)保的要求,，而復(fù)合墻體越來(lái)越成為墻體的主流,。復(fù)合墻體一般用塊體材料或鋼筋混凝土作為承重結(jié)構(gòu)，與保溫隔熱材料復(fù)合,，或在框架結(jié)構(gòu)中用薄壁材料加以保溫,、隔熱材料作為墻體。目前建筑用保溫,、隔熱材料主要有巖棉,、礦渣棉、玻璃棉,、聚苯乙烯泡沫,、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石,、加氣混凝土及膠粉聚苯顆粒漿料等,。這些材料的生產(chǎn)、制作都需要采用特殊的工藝,、特殊的設(shè)備,，而不是傳統(tǒng)技術(shù)所能及的。值得一提的是膠粉聚苯顆粒漿料,，它是將膠粉料和聚苯顆粒輕骨料加水?dāng)嚢璩蓾{料,，抹于墻體外表面，形成無(wú)空腔保溫層。聚苯顆粒骨料是采用回收的廢聚苯板經(jīng)粉碎制成,，而膠粉料摻有大量的粉煤灰,，這是一種廢物利用、節(jié)能環(huán)保的材料,。墻體的復(fù)合技術(shù)有內(nèi)附保溫層,、外附保溫層和夾心保溫層三種。我國(guó)采用夾心保溫作法的較多;在歐洲各國(guó),，大多采用外附發(fā)泡聚苯板的作法,，在德國(guó)，外保溫建筑占建筑總量的80%,，而其中70%均采用泡沫聚苯板,。

 

3.2.2門窗節(jié)能技術(shù)

 

門窗具有采光、通風(fēng)和圍護(hù)的作用,，還在建筑藝術(shù)處理上起著很重要的作用,。然而門窗又是最容易造成能量損失的部位。為了增大采光通風(fēng)面積或表現(xiàn)現(xiàn)代建筑的性格特征,，建筑物的門窗面積越來(lái)越大,，更有全玻璃的幕墻建筑。這就對(duì)外維護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能提出了更高的要求,。目前,，對(duì)門窗的節(jié)能處理主要是改善材料的保溫隔熱性能和提高門窗的密閉性能。從門窗材料來(lái)看,，近些年出現(xiàn)了鋁合金斷熱型材,、鋁木復(fù)合型材、鋼塑整體擠出型材,、塑木復(fù)合型材以及UPVC塑料型材等一些技術(shù)含量較高的節(jié)能產(chǎn)品,。其中使用較廣的是UPVC塑料型材，它所使用的原料是高分子材料--硬質(zhì)聚氯乙烯,。它不僅生產(chǎn)過(guò)程中能耗少,、無(wú)污染，而且材料導(dǎo)熱系數(shù)小,，多腔體結(jié)構(gòu)密封性好,，因而保溫隔熱性能好。UPVC塑料門窗在歐洲各國(guó)已經(jīng)采用多年,，在德國(guó)塑料門窗已經(jīng)占了50%,。我國(guó)20世紀(jì)90年代以后塑料門窗用量不斷增大，正逐漸取代鋼,、鋁合金等能耗大的材料,。為了解決大面積玻璃造成能量損失過(guò)大的問(wèn)題,，人們運(yùn)用了高新技術(shù)，將普通玻璃加工成中空玻璃,，鍍膜玻璃(包括反射玻璃,、吸熱玻璃)高強(qiáng)度LOW2E防火玻璃(高強(qiáng)度低輻射鍍膜防火玻璃)、采用磁控真空濺射方法鍍制含金屬銀層的玻璃以及最特別的智能玻璃,。智能玻璃能感知外界光的變化并做出反應(yīng),，它有兩類，一類是光致變色玻璃,，在光照射時(shí),，玻璃會(huì)感光變暗，光線不易透過(guò);停止光照射時(shí),，玻璃復(fù)明，光線可以透過(guò),。在太陽(yáng)光強(qiáng)烈時(shí),，可以阻隔太陽(yáng)輻射熱;天陰時(shí)，玻璃變亮,，太陽(yáng)光又能進(jìn)入室內(nèi),。另一類是電致變色玻璃，在兩片玻璃上鍍有導(dǎo)電膜及變色物質(zhì),，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓,，促使變色物質(zhì)變色，調(diào)整射入的太陽(yáng)光(但因其生產(chǎn)成本高,，現(xiàn)在還不能實(shí)際使用),，這些玻璃都有很好的節(jié)能效果。

 

3.2.3屋頂節(jié)能技術(shù)

 

屋頂?shù)谋?、隔熱是圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的重點(diǎn)之一,。在寒冷的地區(qū)屋頂設(shè)保溫層，以阻止室內(nèi)熱量散失;在炎熱的地區(qū)屋頂設(shè)置隔熱降溫層以阻止太陽(yáng)的輻射熱傳至室內(nèi);而在冬冷夏熱地區(qū)(黃河至長(zhǎng)江流域),，建筑節(jié)能則要冬,、夏兼顧。保溫常用的技術(shù)措施是在屋頂防水層下設(shè)置導(dǎo)熱系數(shù)小的輕質(zhì)材料用作保溫,，如膨脹珍珠巖,、玻璃棉等(此為正鋪法);也可在屋面防水層以上設(shè)置聚苯乙烯泡沫(此為倒鋪法)。在英國(guó)有另外一種保溫層做法是,，采用回收廢紙制成紙纖維,，這種紙纖維生產(chǎn)能耗極小，保溫性能優(yōu)良,，紙纖維經(jīng)過(guò)硼砂阻燃處理,，也能防火,。施工時(shí)，先將屋頂?shù)尼攲訆A層,，再將紙纖維噴吹入內(nèi),，形成保溫層。屋頂隔熱降溫的方法有：架空通風(fēng),、屋頂蓄水或定時(shí)噴水,、屋頂綠化等。以上做法都能不同程度地滿足屋頂節(jié)能的要求,，但目前最受推崇的是利用智能技術(shù),、生態(tài)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的愿望，如太陽(yáng)能集熱屋頂和可控制的通風(fēng)屋頂?shù)取?/div>