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,、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%,。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國建筑能耗日益增長,。1999年我國建筑能耗占社會總能耗的比例已達到20%～25%,。而在西方國家，建筑能耗一般占全國總能耗的30%～40%,。所以,，隨著人民生活水平的不斷提高、城鎮(zhèn)化進程的加快以及住房體制改革的深化,，我國的建筑能耗必將進一步增加,。建筑能耗在我國增長空間很大，是我國今后能源消耗的一個主要增長點,。1999年,，美國的能源消費總量約占全世界能源消費總量的26%，其中的建筑能耗已經(jīng)接近于我國的能源消費總量,。因為我國的人口是美國人口的4.5倍左右,，設想如果我國的人均建筑能耗水平達到目前美國的人均水平，那么我國的建筑能耗將占當前全世界總能耗的40%,。這種情況是難以想象的,。隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，人們對建筑室內(nèi)環(huán)境舒適程度要求的不斷提高,，我國建筑節(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,，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代價取得最大的經(jīng)濟和社會效應,。因此，建筑節(jié)能是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,、實現(xiàn)國家節(jié)能規(guī)劃目標,、減排溫室氣體的重要措施，符合全球發(fā)展趨勢,。其解決途徑只有兩種：一方面通過開發(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 　實現(xiàn)建筑節(jié)能的技術途徑及動態(tài)

 

經(jīng)粗略估算,，采取周密,、有效的建筑技術措施可以降低2/3～3/4的建筑能耗。因此，在建筑規(guī)劃設計,、建造和使用過程中,，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，有利于實現(xiàn)建筑節(jié)能和環(huán)保共進的目標,。日本最近提出“建筑的節(jié)能與環(huán)境共存設計”的概念便是這一思想的體現(xiàn)。一般來說,，實現(xiàn)建筑節(jié)能的技術途徑為：盡量減少建筑內(nèi)能源總需求量的同時,，大力開發(fā)利用可再生的新能源，從而減少使用在建筑領域內(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,，在發(fā)達國家，空調(diào)采暖能耗占建筑能耗的65%,。目前,，我國的采暖空調(diào)和照明用能量近期增長速度己明顯高于能量生產(chǎn)的增長速度，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現(xiàn),。

 

2.1.1建筑規(guī)劃與設計

 

面對全球能源環(huán)境問題,，不少全新的設計理念應運而生，如低能耗建筑,、零能建筑和綠色建筑等,，它們本質上都要求建筑師從整體綜合設計概念出發(fā)，堅持與能源分析專家,、環(huán)境專家,、設備師和結構師緊密配合。在建筑規(guī)劃和設計時,，根據(jù)大范圍的氣候條件影響,，針對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,，以盡量減少對建筑設備的依賴,。具體措施可歸納為以下三個方面：合理選擇建筑的地址、采取合理的外部環(huán)境設計(主要方法為：在建筑周圍布置樹木、植被,、水面,、假山、圍墻),；合理設計建筑形體(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;合理的建筑形體設計是充分利用建筑室外微環(huán)境來改善建筑室內(nèi)微環(huán)境的關鍵部分，主要通過建筑各部件的結構構造設計和建筑內(nèi)部空間的合理分隔設計得以實現(xiàn),。同時,，可借助相關軟件進行優(yōu)化設計，如運用天正建筑(Ⅱ)中建筑陰影模擬,，輔助設計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)外空氣流動是否通暢,。

 

2.1.2圍護結構

 

建筑圍護結構組成部件(屋頂,、墻、地基,、隔熱材料,、密封材料、門和窗,、遮陽設施)的設計對建筑能耗,、環(huán)境性能、室內(nèi)空氣質量與用戶所處的視覺和熱舒適環(huán)境有根本的影響,。一般增大圍護結構的費用僅為總投資的3%～6%,，而節(jié)能卻可達20%～40%。通過改善建筑物圍護結構的熱工性能,，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,，提高圍護結構各組成部件的熱工性能,，一般通過改變其組成材料的熱工性能實行，如歐盟新研制的熱二極管墻體(低費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)動態(tài)變化的玻璃,。然后,，根據(jù)當?shù)氐臍夂颉⒔ㄖ牡乩砦恢煤统?，以建筑能耗軟件DOE-2.0的計算結果為指導,，選擇圍護結構組合優(yōu)化設計方法。最后,，評估圍護結構各部件與組合的技術經(jīng)濟可行性,，以確定技術可行、經(jīng)濟合理的圍護結構,。

 

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)建筑的特點和功能,，設計高能效的暖通空調(diào)設備系統(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)空氣品質和能耗情況。如歐洲國家通過傳感器測量周邊環(huán)境的溫,、濕度和日照強度,，然后基于建筑動態(tài)模型預測采暖和空調(diào)負荷，控制暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行,。在其他的家電產(chǎn)品和辦公設備方面,，應盡量使用節(jié)能認證的產(chǎn)品。如美國一般鼓勵采用“能源之星”的產(chǎn)品,，而澳大利亞對耗能大的家電產(chǎn)品實施最低能效標準(MEPS),。

 

2.1.4提高總的能源利用效率

 

從一次能源轉換到建筑設備系統(tǒng)使用的終端能源的過程中，能源損失很大,。因此,，應從全過程(包括開采、處理,、輸送,、儲存、分配和終端利用)進行評價,，才能全面反映能源利用效率和能源對環(huán)境的影響,。建筑中的能耗設備,，如空調(diào)、熱水器,、洗衣機等應選用能源效率高的能源供應,。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,、保護環(huán)境方面，新能源的利用起至關重要的作用,。新能源通常指非常規(guī)的可再生能源,，包括有太陽能、地熱能,、風能,、生物質能等。人們對各種太陽能利用方式進行了廣泛的探索,，逐步明確了發(fā)展方向,，使太陽能初步得到一些利用，如：①作為太陽能利用中的重要項目,，太陽能熱發(fā)電技術較為成熟,，美國、以色列,、澳大利亞等國投資興建了一批試驗性太陽能熱發(fā)電站,，以后可望實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電商業(yè)化;②隨著太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展，國外己建成不少光伏電站和“太陽屋頂”示范工程,，將促進并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)快速發(fā)展;③目前,，全世界已有數(shù)萬臺光伏水泵在各地運行;④太陽熱水器技術比較成熟，已具備相應的技術標準和規(guī)范,，但仍需進一步地完善太陽熱水器的功能,，并加強太陽能建筑一體化建設;⑤被動式太陽能建筑因構造簡單、造價低,，已經(jīng)得到較廣泛應用,，其設計技術已相對較為成熟，已有可供參考的設計手冊;⑥太陽能吸收式制冷技術出現(xiàn)較早,，目前已應用在大型空調(diào)領域;太陽能吸附式制冷目前處于樣機研制和實驗研究階段;⑦太陽能干燥和太陽灶已得到一定的推廣應用,。但從總體而言,，目前太陽能利用的規(guī)模還不大，技術尚不完善,，商品化程度也較低,，仍需要繼續(xù)深入廣泛地研究。在利用地熱能時,，一方面可利用高溫地熱能發(fā)電或直接用于采暖供熱和熱水供應;另一方面可借助地源熱泵和地道風系統(tǒng)利用低溫地熱能,。風能發(fā)電較適用于多風海岸線山區(qū)和易引起強風的高層建筑，在英國和香港已有成功的工程實例,，但在建筑領域,，較為常見的風能利用形式是自然通風方式。

 

 

3 　建筑節(jié)能新技術

 

理想的節(jié)能建筑應在最少的能量消耗下滿足以下三點,，一是能夠在不同季節(jié),、不同區(qū)域控制接收或阻止太陽輻射;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)實現(xiàn)必要的通風換氣。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;減少建筑圍護結構的能量損失;降低建筑設施運行的能耗,。在這三個方面,，高新技術起著決定性的作用。當然建筑節(jié)能也采用一些傳統(tǒng)技術,，但這些傳統(tǒng)技術是在先進的試驗論證和科學的理論分析的基礎上才能用于現(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，干燥時需要加濕,，潮濕時需要抽濕,，而這些往往都需要消耗能源才能實現(xiàn)。從節(jié)能的角度講,，應提高供暖(制冷)系統(tǒng)的效率,，它包括設備本身的效率、管網(wǎng)傳送的效率,、用戶端的計量以及室內(nèi)環(huán)境的控制裝置的效率等,。這些都要求相應的行業(yè)在設計、安裝,、運行質量,、節(jié)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)、設備材料以及經(jīng)營管理模式等方面采用高新技術,。如目前在供暖系統(tǒng)節(jié)能方面就有三種新技術：①利用計算機,、平衡閥及其專用智能儀表對管網(wǎng)流量進行合理分配,，既改善了供暖質量，又節(jié)約了能源;②在用戶散熱器上安設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,。近年來低溫地板輻射技術己被證明節(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)供低溫熱水(地熱,、太陽能或各種低溫余熱提供);夏天輸入冷水可降低地表溫度(目前國內(nèi)只用于供暖);該技術與對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、易計量,、維護方便等優(yōu)點,。

 

3.2減少建筑圍護結構的能量損失

 

建筑物圍護結構的能量損失主要來自三部分：①外墻;②門窗;③屋頂。這三部分的節(jié)能技術是各國建筑界都非常關注的,。主要發(fā)展方向是,，開發(fā)高效、經(jīng)濟的保溫,、隔熱材料和切實可行的構造技術,，以提高圍護結構的保溫、隔熱性能和密閉性能,。

 

3.2.1外墻節(jié)能技術

 

就墻體節(jié)能而言,，傳統(tǒng)的用重質單一材料增加墻體厚度來達到保溫的作法已不能適應節(jié)能和環(huán)保的要求，而復合墻體越來越成為墻體的主流,。復合墻體一般用塊體材料或鋼筋混凝土作為承重結構,，與保溫隔熱材料復合，或在框架結構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,、特殊的設備，而不是傳統(tǒng)技術所能及的,。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攪拌成漿料，抹于墻體外表面,，形成無空腔保溫層,。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。墻體的復合技術有內(nèi)附保溫層,、外附保溫層和夾心保溫層三種,。我國采用夾心保溫作法的較多;在歐洲各國，大多采用外附發(fā)泡聚苯板的作法,，在德國,，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

 

門窗具有采光,、通風和圍護的作用，還在建筑藝術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越大,，更有全玻璃的幕墻建筑,。這就對外維護結構的節(jié)能提出了更高的要求。目前,，對門窗的節(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,。從門窗材料來看,，近些年出現(xiàn)了鋁合金斷熱型材,、鋁木復合型材、鋼塑整體擠出型材,、塑木復合型材以及UPVC塑料型材等一些技術含量較高的節(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--硬質聚氯乙烯,。它不僅生產(chǎn)過程中能耗少,、無污染，而且材料導熱系數(shù)小,，多腔體結構密封性好,，因而保溫隔熱性能好,。UPVC塑料門窗在歐洲各國已經(jīng)采用多年，在德國塑料門窗已經(jīng)占了50%,。我國20世紀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大的問題,，人們運用了高新技術，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)高強度LOW2E防火玻璃(高強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,，它有兩類，一類是光致變色玻璃,，在光照射時,，玻璃會感光變暗，光線不易透過;停止光照射時,，玻璃復明,，光線可以透過。在太陽光強烈時,，可以阻隔太陽輻射熱;天陰時,，玻璃變亮，太陽光又能進入室內(nèi),。另一類是電致變色玻璃,，在兩片玻璃上鍍有導電膜及變色物質，通過調(diào)節(jié)電壓,，促使變色物質變色,，調(diào)整射入的太陽光(但因其生產(chǎn)成本高，現(xiàn)在還不能實際使用),，這些玻璃都有很好的節(jié)能效果,。

 

3.2.3屋頂節(jié)能技術

 

屋頂?shù)谋亍⒏魺崾菄o結構節(jié)能的重點之一,。在寒冷的地區(qū)屋頂設保溫層,，以阻止室內(nèi)熱量散失;在炎熱的地區(qū)屋頂設置隔熱降溫層以阻止太陽的輻射熱傳至室內(nèi);而在冬冷夏熱地區(qū)(黃河至長江流域)，建筑節(jié)能則要冬,、夏兼顧,。保溫常用的技術措施是在屋頂防水層下設置導熱系數(shù)小的輕質材料用作保溫，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置聚苯乙烯泡沫(此為倒鋪法),。在英國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)過硼砂阻燃處理，也能防火,。施工時,，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、屋頂蓄水或定時噴水,、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,、生態(tài)技術來實現(xiàn)建筑節(jié)能的愿望,，如太陽能集熱屋頂和可控制的通風屋頂?shù)取?/div>