節(jié)能在建筑設(shè)計(jì)中的重要作用

秦璇

摘要：隨著社會的飛速發(fā)展，能源的緊缺，環(huán)境的嚴(yán)重污染，人們逐步認(rèn)識到節(jié)能與環(huán)保的重要性，節(jié)能也逐步進(jìn)入每個(gè)人的思想當(dāng)中。國際上在經(jīng)歷數(shù)次能源危機(jī)和溫室效應(yīng)自下而上環(huán)境的負(fù)面影響的認(rèn)識越來越清楚之后，提出了控制礦物能源用量的增長，提高用能效率，開發(fā)新能源和可再生資源，保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)，建筑節(jié)能也越來越受重視。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能超負(fù)荷保溫材料應(yīng)用

中圖分類號：TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

1、綜述

隨著社會迅速的發(fā)展，環(huán)境污染已經(jīng)逐步受到人們的關(guān)注。 芬蘭于2009年建立了一套稱作“能耗認(rèn)證系統(tǒng)”的標(biāo)準(zhǔn)（Energy Certification System），而在美國“節(jié)能之星”標(biāo)準(zhǔn)（Energy Star）實(shí)施已經(jīng)有10年了。在我國，建筑節(jié)能、重點(diǎn)的城市住宅節(jié)能,，也提上了工作日程。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)、交通和建筑的能耗都不斷地增長，不容置疑的是，中國能源發(fā)展正面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，能源供不應(yīng)求和末端低效利用的矛盾越來越突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前建筑能耗所占社會商品能源總消費(fèi)量的比例已從1978年的10％上升到25%左右。而根據(jù)發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)，隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和人民生活水平不斷提高，建筑能耗的比例將繼續(xù)增加，并最終達(dá)到35%左右。我國能源增長已經(jīng)跟不上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的腳步，但在保持經(jīng)濟(jì)增長的情況下，要大幅降低和交通領(lǐng)域的能耗不太現(xiàn)實(shí)，因此，建筑節(jié)能則成為能源工作開源節(jié)流政策中首當(dāng)其沖的工作之一。建筑節(jié)能是一個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)該立足于我國不同建筑的用能特點(diǎn)，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等各個(gè)階段通過技術(shù)集成化的解決手段，降低建筑能源需求、優(yōu)化建筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)新型能源系統(tǒng)方式、提高運(yùn)行效率。

2、我國建筑節(jié)能發(fā)展?fàn)顩r

2.1建筑能耗

我國目前城鎮(zhèn)建筑消耗的能源為全國商品能源的23%—26%。此數(shù)值僅為建筑運(yùn)行所消耗的能源，不包括建筑材料制造用能及建筑施工過程能耗，發(fā)達(dá)國家的建筑能耗一般在總能耗的1/3左右。隨著我國城市化程度的不斷提高，第三產(chǎn)業(yè)占GDP比例的加大以及制造業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，建筑能耗的比例將繼續(xù)提高，最終將接近發(fā)達(dá)國家目前的水平。

我國城鎮(zhèn)建筑能源消耗按其性質(zhì)可分為如下五類：

(1)北方地區(qū)采暖能耗

(2)除采暖外的住宅能耗（照明、炊事、生活熱水、家電、空調(diào)）

(3)除采暖外的普通公共建筑能耗（辦公室、中小型商店、學(xué)校等）

(4)除采暖外的大型公共建筑能耗（寫字樓、星級酒店、大型購物中心等）

(5)工業(yè)建筑能耗

之所以把采暖能耗分出是因?yàn)榇瞬糠帜芎挠衅涮厥庑?；而把非住宅民用建筑分為普通公共建筑和大型公共建筑是因?yàn)檫@兩類建筑的能源消耗量差別巨大。??采暖能耗占北方地區(qū)建筑能耗的50%以上。在實(shí)施建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)之前建造的建筑冬季采暖平均熱指標(biāo)在30～50W/m2,為北歐相同氣候條件下建筑采暖能耗的2～3倍。通過改進(jìn)建筑設(shè)計(jì)、加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫和有效利用太陽能，可使此部分建筑能耗降低至1/2甚至40%。目前北方城鎮(zhèn)建筑近60%采用不同規(guī)模的集中供熱系統(tǒng)。由于調(diào)節(jié)不當(dāng)導(dǎo)致部分建筑冬天太冷夏季過熱，開窗散熱造成的熱量浪費(fèi)平均為供熱量的30%以上。部分小型燃煤鍋爐效率低也是造成能耗過高的原因之一。通過建筑保溫、管網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)、提高熱源效率這三方面的改進(jìn)，我國北方地區(qū)采暖能耗至少可降低60%～70%。

除采暖外住宅能耗中的用電量為10～30度/（年.m2）。隨著人們生活水平的提高目前呈上升趨勢；生活熱水能耗在大城市中也逐漸加大。推廣節(jié)能燈和節(jié)能家電對降低住宅電耗有重要作用；改進(jìn)建筑設(shè)計(jì)、降低夏季空調(diào)能耗，也可以使住宅電耗減少3～8度/年. m2,及時(shí)開發(fā)和推廣高效的生活用水裝置，可避免由于生活熱水需要量的不斷增長所導(dǎo)致的住宅能耗的增加。若是商業(yè)建筑，因?yàn)榧袝r(shí)效的負(fù)荷增加，相比較民用建筑，其建筑能耗更大。

2.2建筑節(jié)能發(fā)展遇到的問題

2.2.1機(jī)構(gòu)不落實(shí)，法規(guī)配套不全。建筑節(jié)能工作除了應(yīng)該注意建筑門窗、建筑屋頂和采暖制冷系統(tǒng)的用能效率外，建筑物的維護(hù)墻體節(jié)能也是十分重要的方面。但長期以來，建筑節(jié)能工作缺乏有力的管理機(jī)構(gòu)，到目前為止很多地方仍未成立相應(yīng)的建筑節(jié)能管理機(jī)構(gòu)，因而建筑節(jié)能工作難以推動。

2.2.2從業(yè)人員的節(jié)能意識還需進(jìn)一步加強(qiáng)。目前，建筑從業(yè)人員節(jié)能意識較為淡薄，專業(yè)素質(zhì)不是很高，施工人員已經(jīng)習(xí)慣了秦磚漢瓦的砌式砌法，對新型節(jié)能建筑的施工技術(shù)比較陌生，設(shè)計(jì)人員對傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)得心應(yīng)手，對節(jié)能建筑設(shè)計(jì)卻不是很熟，思想觀念較為保守，怕?lián)婕帮L(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3缺乏對應(yīng)的積極鼓勵(lì)政策。國家及地方缺乏對建筑節(jié)能的實(shí)質(zhì)性經(jīng)濟(jì)鼓勵(lì)政策，建筑節(jié)能缺乏必要的資金支持。我國建筑節(jié)能尚處于起步階段，單純依靠用戶、建設(shè)方自發(fā)的行為無法實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)。國外發(fā)達(dá)國家為促進(jìn)建筑節(jié)能工作的開展采取了許多積極地政策措施，如德國、丹麥等國家對舊有建筑節(jié)能改造

3、應(yīng)在設(shè)計(jì)中采取的措施

3.1建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化

建筑造型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式對建筑物性能有決定性影響。直接的影響包括建筑物與外環(huán)境的換熱量、自然通風(fēng)狀況和自然采光水平等。而這三方面涉及的內(nèi)容將構(gòu)成70%以上的建筑采暖通風(fēng)空調(diào)能耗。不同的建筑設(shè)計(jì)形式會造成能耗的巨大差別。然而，建筑物是個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，各方面因素相互影響，很難簡單地確定建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。例如加大外窗面積可改善自然采光，在冬季還可獲得太陽能量，但冬季的夜間會增大熱量消耗，同時(shí)夏季由于太陽輻射通過窗戶進(jìn)入室內(nèi)使空調(diào)能耗增加。這就需要利用動態(tài)熱模擬技術(shù)對不同的方案進(jìn)行詳細(xì)的模擬測試和比較。

3.2新型材料

開發(fā)新的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)部件，以更好的滿足保溫、隔熱、透光、通風(fēng)等各種需求，甚至可根據(jù)變化了外界條件隨時(shí)改變其物理性能，達(dá)到維持室內(nèi)良好的物理環(huán)境同時(shí)降低能源消耗的目的。這是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的基礎(chǔ)技術(shù)和產(chǎn)品。主要涉及的產(chǎn)品有：外墻保溫和隔熱、屋頂保溫和隔熱、熱物理性能優(yōu)異的外窗和玻璃幕墻、智能外遮陽裝置以及基于相變材料的蓄熱型圍護(hù)結(jié)構(gòu)和基于高分子吸濕材料的調(diào)濕型飾面材料。自90年代起，我國自主研發(fā)和從國外吸收消化的外墻、屋頂保溫隔熱技術(shù)被慢慢的采用。尤其外墻外保溫可通風(fēng)裝飾板、通風(fēng)型屋頂產(chǎn)品、通風(fēng)遮陽窗簾的使用，都大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低建筑運(yùn)行成本。

隨著建筑形式的設(shè)計(jì)多樣化、現(xiàn)代化、個(gè)性化，外窗和玻璃幕墻、玻璃金屬幕墻、玻璃磚幕墻、木玻幕墻、加金屬構(gòu)件的綜合幕墻等透光型外圍護(hù)結(jié)構(gòu)在建筑外立面中的使用越來越廣泛。由于其在保溫、隔熱、采光和吸收太陽光等方面的多重功能，使其成為影響建筑本體能源消耗的主要因素。發(fā)達(dá)國家從90年代開始就十分重視外窗與玻璃幕墻的節(jié)能技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和推廣，可有效降低長波輻射、增強(qiáng)保溫的低輻射?LOW-E?玻璃與玻璃夾層充惰性氣體和斷熱窗框、斷熱式玻璃幕墻技術(shù)使外窗的傳熱系數(shù)（u值）從傳統(tǒng)的單玻外窗的5.5W/(m2.k),降到?1.5?W/(m2.k)?以下，從而使透光型外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失接近非透光型圍護(hù)結(jié)構(gòu)。為了減少夏季通過外窗和玻璃幕墻的太陽輻射，在冬季又恰當(dāng)?shù)匚仗栞椛洌诟鞣N可調(diào)節(jié)外遮陽裝置和玻璃夾層中間設(shè)置可調(diào)節(jié)的遮陽裝置并進(jìn)行有組織的同排風(fēng)，也是做好外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)必不可少的措施。尤其大型公共建筑，更應(yīng)采取有效的措施。此外還有，利用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄存熱量，夜間室外空氣通過樓板空洞通風(fēng)使樓板冷卻，白天用冷卻的樓板吸收室內(nèi)熱量。這其實(shí)是利用了混凝土的惰性原理。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中配置適宜的相變材料則能更好的產(chǎn)生蓄熱效果。

開發(fā)和推廣上述先進(jìn)技術(shù)，可使我國大型公共建筑能耗降低到冬季10?W/ m2的水平，僅為目前采暖能耗的1/3，空調(diào)能耗可以顯著下降。其實(shí)，夏季空調(diào)的大量能耗是用于室內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)同時(shí)如果能采用相變材料等輔助措施，可以在空氣濕度高的時(shí)候吸收空氣中的水分，使其轉(zhuǎn)換為結(jié)晶水而封存在材料中，在室內(nèi)空氣相對濕度較低時(shí)有重新把水分釋放回空氣中。這樣可維持室內(nèi)相對濕度在40%-75%的舒適范圍內(nèi)，而不消耗常規(guī)能源。目前日本、歐洲都開展了相關(guān)研究，國內(nèi)的研究開發(fā)也接近同等水平。這方面的突破將對改善住宅和普通公共建筑的夏季室內(nèi)環(huán)境，降低空調(diào)能耗甚至在某些場合取消傳統(tǒng)空調(diào)起到重大作用。

3.3通風(fēng)裝置與排風(fēng)熱回收裝置

對于住宅建筑和普通公共建筑，當(dāng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱做到一定水平后，室內(nèi)外通風(fēng)形成的熱量或冷量損失，成為住宅能耗的重要組成部分。此時(shí)，通過專門裝置有組織地進(jìn)行通風(fēng)換氣，同時(shí)在需要的時(shí)候有效的回收排風(fēng)中的能源，對降低住宅建筑的能耗具有重要意義。歐洲在在這些方面已做出豐碩成果，通過有組織的控制通風(fēng)和排風(fēng)的熱回收，大大降低了空調(diào)的使用時(shí)間，還使采暖空調(diào)期耗熱量、耗冷量降低30%以上。由于以前我國建筑本身的保溫隔熱性能差，通風(fēng)問題的重要性就遠(yuǎn)沒有歐洲突出。因此相比之下有較大差異。目前需要積極開展相關(guān)的研究和產(chǎn)品開發(fā)與推廣。

3.4可再生能源技術(shù)在建筑中的應(yīng)用

可再生能源包括太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等多種形式?？稍偕茉慈找媸艿街匾?。開發(fā)利用可再生能源世界能源是持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。太陽能既是一次性能源又是可再生能源，資源豐富對環(huán)境無污染，是一種非常潔凈的能源。應(yīng)提倡在建筑中廣泛應(yīng)用。如何利用可再生能源滿足建筑的制冷采暖需求，是建筑節(jié)能的一個(gè)重要課題。目前國內(nèi)針對太陽能光電利用取得了一定的進(jìn)展，太陽能熱水器廣泛應(yīng)用。但是利用太陽能的深度廣度還有待進(jìn)一步開發(fā)。還有，風(fēng)能也是一個(gè)可再生的能源，只是在有些地區(qū)不夠穩(wěn)定但怎樣合理利用好，也是一個(gè)課題。所以可再生能源技術(shù)的發(fā)展一方面是降低產(chǎn)品成本，另一方面更重要的是如何將上述產(chǎn)品和裝置有效地與建筑立面設(shè)計(jì)結(jié)合起來，使其成為建筑的一個(gè)畫龍點(diǎn)睛的亮點(diǎn)和實(shí)實(shí)在在的好處。

大型公共建筑相互之間的能耗差異表明，這類建筑的節(jié)能潛力在30%以上。通過建筑節(jié)能改造、加強(qiáng)管理，杜絕跑、冒、滴、漏浪費(fèi)現(xiàn)象，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能5~10%；通過提高水泵、風(fēng)機(jī)等輸配設(shè)備的運(yùn)行效率及應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能10~20%；對于這樣的建筑，就應(yīng)該與歐洲的相對應(yīng)的建筑學(xué)習(xí)，采用多種技術(shù)整合，在能源消耗上狠下功夫，做到一勞永逸、創(chuàng)造健康的建筑環(huán)境空間。

綜述來說，我國建筑節(jié)能的重點(diǎn)應(yīng)為：建筑本體的節(jié)能、采暖系統(tǒng)節(jié)能、提高照明和其他電器的效率、大型公共建筑節(jié)能。通過這四方面的努力，有可能使我國單位建筑面積平均能耗降低30%～40%，這意味著建筑節(jié)能有可能使我國總的能源需求量降低10%。采暖用能占我國北方城市建筑能耗的約50%，在可持續(xù)發(fā)展成為全世界所追求的目標(biāo)時(shí)，建筑行業(yè)也在關(guān)注能源及環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展問題。因此開展建筑節(jié)能工作任重而道遠(yuǎn)。

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