節(jié)能：新世紀(jì)建筑的第一要素

趙　新

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異,能源短缺已不容忽視，節(jié)約能源已受到世界性的普遍關(guān)注,在我國(guó)亦不例外。目前，全世界有近30%能源消耗在建筑物上，長(zhǎng)此以往，將嚴(yán)重影響世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，能源問(wèn)題將成為本世紀(jì)的熱門話題，我們必須從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略出發(fā)，使建筑盡可能少地消耗不可再生資源，降低對(duì)外界環(huán)境的污染，并為使用者提供健康、舒適、與自然和諧的工作及生活空間。

【關(guān)鍵字】建筑設(shè)計(jì)；節(jié)能

Energy conservation: the first element of the new century construction

Zhao Xin

(AnYang Architectural Design and Research Institute AnYang HeNan 455000)

【Abstract】with the rapid development of science and technology, energy shortage should not be neglected any more. Energy conservation has bacome general concern all over the world, and china is no exception. At present, 30% ot the world's resource is consumed by construction., if the situation persists, it will seriously hinder the sustainable development of the world economy. So the issue of energy will become a hot topic of this century. In the process of construction, we should adhere to the strategy of sustainable development, minimize the consumption of the non-renewable resource, reduce the pollution of enviroment, and provide a healthy and comfortable work and living space which is in harmony with nature.

【Key words】Architectural design；Energy conservation

1. 國(guó)外節(jié)能已成風(fēng)尚

1.1 資源回收利用。

美國(guó)一家大學(xué)曾設(shè)計(jì)建造了一種四居室的生態(tài)房。它的熱能來(lái)源于人工散熱、陽(yáng)光及使用家電設(shè)備所產(chǎn)生的熱量;用電依靠風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池;用水是從屋檐流下來(lái)經(jīng)過(guò)處理的雨水;糞便和污水則流入一個(gè)堆肥坑里,經(jīng)發(fā)酵后供花園施肥用。美國(guó)一家建筑公司用回收的垃圾建筑房屋，墻壁是用回收的輪胎和鋁合金廢料建造的;屋架所用的大部分鋼料是從建筑工地上回收來(lái)的;所用的板材為鋸末和碎木料加上20%的聚乙烯制成;而舊報(bào)紙、紙板箱則成了屋面的主要原料，并作為墻面的絕緣體。美國(guó)國(guó)立資源保護(hù)委員會(huì)總部則是以廢舊回收物品的再生材料為主要材料建筑的綠色辦公室。它的墻壁由麥秸稈壓制并經(jīng)過(guò)高科技加工而成,地板由廢玻璃制成,辦公桌由廢舊報(bào)紙與黃豆渣制成。另外,它還設(shè)有很大的窗戶,這樣辦公室內(nèi)非常明亮,從而可節(jié)約電力30%。日本1997年建成了一棟實(shí)驗(yàn)型“健康住宅”。除了整個(gè)住宅盡可能選對(duì)人體無(wú)害的建筑材料外,墻體還被設(shè)計(jì)成雙重結(jié)構(gòu),每個(gè)房間建有通風(fēng)口,整個(gè)房屋系統(tǒng)的空氣采用全熱交換器和除濕機(jī)進(jìn)行循環(huán)。全熱交換器能夠有效地回收熱量并加以再次利用,其過(guò)濾器可有效地收集空氣中細(xì)小的塵埃,從而能夠抑制霉菌等過(guò)敏生物繁殖。這種資源的回收利用，不僅變廢為寶，而且減少了環(huán)境污源，節(jié)約了能源。

1.2 新能源開(kāi)發(fā)利用。

德國(guó)建筑師塞多?特霍爾斯建造了一座能跟蹤陽(yáng)光的太陽(yáng)房屋。房屋被安裝在一個(gè)圓盤底座上,由一個(gè)小型太陽(yáng)能電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一組齒輪。房屋底座在環(huán)形軌道上以每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)3cm的速度隨太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)太陽(yáng)落山以后,該房屋便反向轉(zhuǎn)動(dòng),回到起點(diǎn)位置。它跟蹤太陽(yáng)所消耗的電力僅為房屋太陽(yáng)能發(fā)電功率的1%,而所吸收的太陽(yáng)能則相當(dāng)于一般不能轉(zhuǎn)動(dòng)的太陽(yáng)能房屋的2倍。德國(guó)還有一個(gè)零能量住房,所需能量100%靠太陽(yáng)能。零能量住房向南開(kāi)放的平面被設(shè)計(jì)成扇形平面,可以獲得很高的太陽(yáng)能輻射能。墻面采用儲(chǔ)熱能力較好的灰沙磚、隔熱材料和裝飾材料,陽(yáng)光透過(guò)保溫材料,熱量在灰沙磚墻中存儲(chǔ)起來(lái)。房屋白天通過(guò)窗戶由太陽(yáng)來(lái)加熱,夜間則通過(guò)隔熱材料和灰沙磚墻來(lái)加熱。

1.3 紙建筑。

用紙做結(jié)構(gòu)材料不僅可以減小建筑物的重量，加快施工速度，降低成本;而且建筑物拆除后，紙可以重復(fù)利用，對(duì)節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)亦有好處。世界上目前已有一些用紙結(jié)構(gòu)建造的臨時(shí)性和半臨時(shí)性的建筑。位于瑞士某地的紙塔是輕型建筑中一個(gè)有意義的例子，該紙塔外徑13m，高33m，1992年建成，已成為瑞士當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑物。整個(gè)塔所用的材料紙板占79.26%，木材占20.22%，鋼材占0.52%。為建筑使用可降解性材料開(kāi)辟了一條“綠色”通道，因此，它們被人們譽(yù)為“綠色建筑”典范。2000年世博會(huì)，日本館是一座世博會(huì)期間使用的臨時(shí)性紙建筑，會(huì)后其大部分材料可以回收利用。它以材料和結(jié)構(gòu)的特性為主題，關(guān)注資源和環(huán)保問(wèn)題。它采用回收加工的紙建成拱筒形的結(jié)構(gòu)，由12.5cm粗的紙管網(wǎng)狀交叉而成，弧形屋面和墻身材料也是織物和紙膜。該館長(zhǎng)72m，寬32m，最高處達(dá)15.5m，面積3600m²。白天，自然光經(jīng)過(guò)半透明紙窗的過(guò)濾構(gòu)成柔和、宜人的室內(nèi)光環(huán)境;夜晚，紙窗又是神奇光影的“屏幕”。在世博會(huì)展館里，自然光透過(guò)防水的織物和紙膜構(gòu)成的屋頂照射到室內(nèi)，造成一片富有日本風(fēng)情的空間環(huán)境。日本館反映了日本人普遍具有的生態(tài)與環(huán)境意識(shí)，這種紙品構(gòu)筑物的意義不僅僅在于環(huán)保、節(jié)能，更重要的是為解決人類居住問(wèn)題提供了一條快捷的途徑。

2. 中國(guó)建筑能耗基本情況

我國(guó)的建筑能耗量約占全國(guó)總用能量的1/4，居耗能首位。近年來(lái)我國(guó)建筑業(yè)得到了快速的發(fā)展，需要大量的建造和運(yùn)行使用能源，尤其是建筑的采暖和空調(diào)耗能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1994年全國(guó)僅住宅建筑能耗在基本上不供熱水的情況下為1.54×10⁸t標(biāo)準(zhǔn)煤，占當(dāng)年全社會(huì)能源消耗總量12.27×10⁹t標(biāo)準(zhǔn)煤的12.6%。目前每年城鎮(zhèn)建筑僅采暖一項(xiàng)需要耗能1.3×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國(guó)能源消費(fèi)總量的11.5%左右，占采暖區(qū)全社會(huì)能源消費(fèi)的20%以上，在一些嚴(yán)寒地區(qū)，城鎮(zhèn)建筑能耗高達(dá)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)能源消費(fèi)的50%左右。與此同時(shí)，由于建筑供暖燃用大量煤炭等礦物能源，使周圍的自然與生態(tài)環(huán)境不斷惡化。在能源的利用過(guò)程中，化石類燃料燃燒時(shí)排放到大氣的污染物中，99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO₂、78%的CO₂、60%的粉塵和43%的碳化氫是化石類燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的，其中煤燃燒產(chǎn)生的占大多數(shù)。燃煤產(chǎn)生的大氣污染物中SO₂占87%、氮氧化物占67%，CO₂占71%，煙塵占60%。由于我國(guó)是主要以煤而不是以油、氣等優(yōu)質(zhì)能源作為主要能源消耗的國(guó)家，每年由于燃燒礦物燃料向地球大氣排放的二氧化碳僅次于美國(guó)居世界第二，預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)將取代美國(guó)成為世界二氧化碳排放第一大國(guó)。因此，中國(guó)對(duì)于全球氣候變暖承擔(dān)著重大的責(zé)任，而作為耗能大戶的建筑，其節(jié)能也就成為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題。

我國(guó)節(jié)能工作與發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步較晚，能源浪費(fèi)又十分嚴(yán)重。如我國(guó)的建筑采暖耗熱量:外墻大體上為氣候條件接近的發(fā)達(dá)國(guó)家的4～5倍，屋頂為2.5～5.5倍，外窗為1.5～2.2倍;門窗透氣性為3～6倍;總耗能是3～4倍。如果聽(tīng)任高耗能建筑大行其道，建筑能耗增長(zhǎng)的速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我國(guó)能源生產(chǎn)可能增長(zhǎng)的速度，國(guó)家的能源生產(chǎn)勢(shì)必難以長(zhǎng)期支撐這種浪費(fèi)型需求，從而不得不組織大規(guī)模的舊房節(jié)能改造，將耗費(fèi)更多的人力、物力。另外，每年新建和改建的幾千萬(wàn)棟建筑要消耗掉幾十億噸林木、磚石和礦物材料，造成森林的過(guò)度砍伐，材料資源的大量開(kāi)采，帶來(lái)土地的破壞，植被的退化，物種的減少和自然環(huán)境的惡化。

3. 幾種節(jié)能途徑

3.1 墻體節(jié)能。

墻體是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體,其所用材料的保溫性能直接影響建筑的耗熱量。我國(guó)以實(shí)心粘土磚為墻體材料,保溫性能不能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。以外墻為例,JGJ26-1995標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在建筑物形體系數(shù)(建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值)小于0.3時(shí),北京地區(qū)傳熱系數(shù)不超過(guò)1.16Ｗ/(m²?Ｋ),而目前常用的內(nèi)抹灰磚墻,傳熱系數(shù)都大于上述節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。因而在節(jié)能的前提下，應(yīng)進(jìn)一步推廣空心磚墻及其復(fù)合墻體技術(shù)。

3.2 門窗節(jié)能。

外門窗是住宅能耗散失的最薄弱部位，其能耗占住宅總能耗的比例較大，其中傳熱損失為1/3，冷風(fēng)滲透為1/3，所以在保證日照、采光、通風(fēng)、觀景要求的條件下，盡量減小住宅外門窗洞口面積，提高外門窗氣密性，減少冷風(fēng)滲透，提高外門窗本身的保溫性能，減少外門窗本身的傳熱量。其節(jié)能措施有:

3.2.1 控制住宅窗墻比。住宅窗墻比是指住宅窗戶洞口面積與住宅立面單元面積的比值，JGJ26-1995《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住部分）》對(duì)不同朝向的住宅窗墻比做了嚴(yán)格的規(guī)定，指出“北向、東向和西向、南向的窗墻比分別不應(yīng)超過(guò)20%、30%、35%”。

3.2.2 提高住宅外窗的氣密性，減少冷空氣滲透。如設(shè)置泡沫塑料密封條，使用新型的、密封性能良好的門窗材料。而門窗框與墻間的縫隙可用彈性松軟型材料（如毛氈）、彈性密閉型材料（如聚乙烯泡沫材料）、密封膏以及邊框設(shè)灰口等密封;框與扇的密封可用橡膠、橡塑或泡沫密封條以及高低縫、回風(fēng)槽等;扇與扇之間的密封可用密封條、高低縫及縫外壓條等;扇與玻璃之間的密封可用各種彈性壓條等。

3.2.3 改善住宅門窗的保溫性能。戶門與陽(yáng)臺(tái)門應(yīng)結(jié)合防火、防盜要求，在門的空腹內(nèi)填充聚苯乙烯板或巖棉板，以增加其絕熱性能;窗戶最好采用鋼塑復(fù)合窗和塑料窗，這樣可避免金屬窗產(chǎn)生的冷橋，可設(shè)置雙玻璃或三玻璃，并積極采用中空玻璃、鍍膜玻璃，有條件的住宅可采用低輻射玻璃;縮短窗扇的縫隙長(zhǎng)度，采用大窗扇，減少小窗扇，擴(kuò)大單塊玻璃的面積，減少窗芯，合理地減少可開(kāi)啟的窗扇面積，適當(dāng)增加固定玻璃及固定窗扇的面積。

3.2.4 設(shè)置“溫度阻尼區(qū)”。所謂溫度阻尼區(qū)就是在室內(nèi)與室外之間設(shè)有一中間層次，這一中間層次象熱閘一樣可阻止室外冷風(fēng)的直接滲透，減少外墻、外窗的熱耗損。在住宅中，將北陽(yáng)臺(tái)的外門、窗全部用密封陽(yáng)臺(tái)封閉起來(lái)，外門設(shè)防風(fēng)門斗，防止冷風(fēng)倒灌，樓梯間設(shè)計(jì)成封閉式的，對(duì)屋頂上人孔進(jìn)行封閉處理等措施均能收到良好的節(jié)能效果。

3.3 屋面節(jié)能。

在不斷改進(jìn)建筑外墻、外窗的保溫性能后，還必須進(jìn)一步加強(qiáng)屋面保溫隔熱的研究。屋面節(jié)能措施的要點(diǎn)，其一是屋面保溫層不宜選用密度較大、導(dǎo)熱系數(shù)較高的保溫材料，以免屋面重量、厚度過(guò)大;其二是屋面保溫層不宜選用吸水率較大的保溫材料以防屋面濕作業(yè)時(shí)因保溫層大量吸水而降低保溫效果，如選用吸水率較高的保溫材料，屋面上應(yīng)設(shè)置排氣孔以排除保溫層內(nèi)不易排出的水分。現(xiàn)在，高效保溫材料已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于屋面，一些建筑的屋面保溫，采用膨脹珍珠巖保溫芯板保溫層代替常規(guī)的瀝青珍珠巖或水泥珍珠巖做法，就克服了常規(guī)作法的諸多缺點(diǎn)。這種保溫芯板施工方便、價(jià)格低廉、不污染環(huán)境;芯板為柔性制品，不僅適用于具有平面的屋面，也可用于帶有曲面的屋面，其保溫工程更可顯示出它的優(yōu)越性。其主要技術(shù)指標(biāo)，表觀密度為110～150Kg/m³;導(dǎo)熱系數(shù)為0.04～0.06W/m?K;蓄熱系數(shù)為0.90～0.11m²?K。抗壓強(qiáng)度大于0.2MPa;吸水率小于0.01%;蒸汽滲透系數(shù)為2.18×10-7g/m.n.Pa。這些指標(biāo)充分體現(xiàn)了膨脹珍珠巖密度較小，導(dǎo)熱系數(shù)較低，而且吸水率和蒸汽滲透系數(shù)也都很低。這是保溫性能好的材料所必須具備的。2001年已經(jīng)在西寧污水處理廠的數(shù)百平方米屋面工程中使用，收到了好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

3.4 利用太陽(yáng)能。

地球攔截的太陽(yáng)輻射能相當(dāng)于目前全球電力消費(fèi)量的1500倍。而在現(xiàn)有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件下可供開(kāi)發(fā)利用的太陽(yáng)能，只占理論資源量的很小一部分。據(jù)美國(guó)能源部評(píng)估，1990年美國(guó)太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)資源量約為22Mtce/年，僅為技術(shù)可開(kāi)發(fā)量的0.6%。所以，太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用有巨大的潛力。太陽(yáng)能作為一種可再生的潔凈能源，是建筑上很具有利用潛力的新能源之一。太陽(yáng)能在建筑上的利用方式主要有，被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖、太陽(yáng)能供熱水、主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖與空調(diào)、以及太陽(yáng)能發(fā)電等等。我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，陸地每年接受的太陽(yáng)輻射能，相當(dāng)于2.4×1012tec，2/3國(guó)土面積的太陽(yáng)能總輻射量超過(guò)0.6MJ/m²。如果將太陽(yáng)能源充分加以利用，不僅有可能節(jié)省大量常規(guī)能源，而且有可能在某些區(qū)域完全利用太陽(yáng)能采暖。

3.5 夜間通風(fēng)。

夜間通風(fēng)方法的原理是在夜間引入室外的冷空氣，通過(guò)冷空氣與作為蓄熱材料的建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)接觸換熱，冷卻建筑材料，達(dá)到蓄冷目的。在夏季，為了獲得舒適的室內(nèi)環(huán)境，則需要空調(diào)供冷系統(tǒng)。而此時(shí)，因?yàn)橐归g的室外空氣溫度比白天低得多，所以夜間室外冷空氣則可以作為一種很好的自然冷源加以利用。嚴(yán)格地說(shuō)，只要室外空氣溫度低于室內(nèi)空氣溫度，此時(shí)的室外冷空氣就可視為可利用的自然冷源。

［文章編號(hào)］1006-7619（2008）08-21-476

［作者簡(jiǎn)介］趙新，女，工程師。