高校新建建筑節(jié)能及其檢測技術(shù)探究

劉發(fā)明， 付傳清

（1.宿州學(xué)院 地球科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 宿州 234000；2.浙江工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 浙江 杭州 310014）

高校新建建筑節(jié)能及其檢測技術(shù)探究

劉發(fā)明1， 付傳清2

（1.宿州學(xué)院 地球科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 宿州 234000；2.浙江工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 浙江 杭州 310014）

在高校新建建筑節(jié)能和檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，全面總結(jié)并詳細(xì)論述了新建建筑的節(jié)能技術(shù)和相關(guān)檢測技術(shù)，針對墻體、門窗、屋面、樓地面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)提出改善其保溫隔熱性能的具體節(jié)能措施，提出采取熱流計法、熱箱法以及紅外熱攝像儀法等方式對高校新建建筑節(jié)能指標(biāo)進(jìn)行檢測.另外，從目前的建筑節(jié)能現(xiàn)狀中總結(jié)節(jié)能檢測技術(shù)的發(fā)展存在的障礙和問題，提出規(guī)范檢測方法、完善檢測設(shè)備、加強(qiáng)人才培養(yǎng)等建議，進(jìn)一步為我國建筑節(jié)能檢測技術(shù)工作的良性發(fā)展提供方向支持.

新建建筑；建筑節(jié)能；節(jié)能檢測技術(shù)

在各類資源消耗中，建筑能耗在全部能源消耗中占有較大的比重.近些年來，我國處于大建設(shè)時期，使得建筑業(yè)得到了快速發(fā)展的機(jī)會和平臺，然而建造和運(yùn)行需要消耗大量的能源，如今的建筑能耗量已經(jīng)超過了全國總用能量的1/4，居耗能首位[1].建筑節(jié)能是貫徹執(zhí)行國家環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源、可持續(xù)發(fā)展政策的重要內(nèi)容和重要組成部分.高等院校作為一個相對獨(dú)立的機(jī)構(gòu)，肩負(fù)著教育、科研和社會服務(wù)重任的基地，也是資源能源消費(fèi)的大戶，因此，開展和促進(jìn)高校新建建筑節(jié)能工作發(fā)展是我國高等教育面臨一個迫在眉睫的重要課題.伴隨著國家對高等教育硬件、軟件水平的提升以及快速發(fā)展，高校校園基本建設(shè)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，每年在基建工程上的投入也日益劇增.而且各個學(xué)科以及科研的使用需求，表現(xiàn)出建筑功能的復(fù)雜性以及多樣性.如果任由這些高能耗建筑持續(xù)發(fā)展下去，能源生產(chǎn)勢必難以長期維持高能耗需求.而后再進(jìn)行大規(guī)模、大面積的節(jié)能改造工作，從而造成巨大的人力、物力和財力的額外消耗，這與國家的政策、方針背道而行，是不可取的.

1 高校新建建筑節(jié)能技術(shù)

新建建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變化是建筑節(jié)能的核心內(nèi)容，其節(jié)能效果主要依靠改善并提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能來實現(xiàn).建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能主要包括墻體、門窗、屋面、樓地面等部位采取保溫隔熱措施，這些保溫隔熱措施的采用有利于建筑主體結(jié)構(gòu)保護(hù)、新型綠色建材的推廣以及工程質(zhì)量的提高.

1.1 墻體節(jié)能

墻體是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體，其所采用材料和砌筑型式直接影響著建筑物的耗熱量.由于單一材料的墻體往往難以同時滿足較高的保溫隔熱功能，尤其是寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)，因而可以在單一材料墻體的基礎(chǔ)上增設(shè)一層有保溫功能的材料組成復(fù)合墻體，通常墻體保溫材料有聚苯乙烯硬質(zhì)泡沫塑料、?；⒅?、聚苯乙烯保溫顆粒等等.另外，可以通過墻面的垂直綠化以及色彩的不同，降低墻面太陽輻射和較高的吸收太陽輻射，而且還美化環(huán)境.

1.2 門窗節(jié)能

由于高校建筑的使用學(xué)生數(shù)眾多，為滿足自然的日照、采光、通風(fēng)等要求的前提下，設(shè)計的門窗洞口尺寸均較大，以致于門窗是能耗散失的最薄弱的部位.戶門和陽臺門應(yīng)結(jié)合防火以及防盜的要求，在門的空腹內(nèi)填放 15～18mm厚玻璃棉板或巖棉板.窗戶節(jié)能技術(shù)主要從減少滲透、傳熱和太陽輻射三個方面采取措施.如使用新型的、密封性良好的塑性窗框加上雙層中空玻璃；門窗框與墻間的縫隙可用彈性密閉型材料和邊框設(shè)灰口等密封；窗扇與窗扇之間可用密封條、壓條以及高低縫等形式.

1.3 屋面節(jié)能

屋面節(jié)能主要通過改善屋面的熱工性能阻止熱量的傳遞，主要節(jié)能技術(shù)有：選用密度較小、熱導(dǎo)率較低、吸水率較小的保溫材料做屋面保溫層，如采用膨脹珍珠巖保溫芯板代替常規(guī)的水泥珍珠巖或瀝青珍珠巖；采用架空、蓄水、種植或鋪貼絕熱反射膜等方式做屋面的隔熱層；在屋面構(gòu)造形式上采用目前發(fā)達(dá)國家流行的倒置保溫做法，即將保溫層置于屋面防水層之上，改變傳統(tǒng)的把無機(jī)多孔材料（如膨脹珍珠巖、爐焦渣）置于防水層與結(jié)構(gòu)層之間的不利做法.

1.4 樓地面節(jié)能

高校建筑主要是公共建筑，使用人數(shù)眾多，顯然做成木地板或類木地板是不合適的.因此，可以將樓地面保溫節(jié)能做成層間樓板（底面不接觸室外冷空氣）和底面接觸室外空氣的架空或懸挑，保溫層可直接設(shè)置在樓板底面；采用不采暖的地下室頂板作為首層的保溫隔熱，加強(qiáng)房間與房間的保溫隔熱.另外，用于樓地面節(jié)能工程的保溫隔熱材料，其厚度、密度、壓縮強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)和阻燃性必須符合設(shè)計要求和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定.各種保溫板或保溫層的厚度不得有負(fù)偏差.

1.5 利用太陽能

我國太陽能資源豐富，陸地每年接受的太陽輻射能相當(dāng)于2.4×1012t，大約2/3國土面積的總輻射量超過0.6MJ/m2.太陽能是可再生能源，不僅資源豐富，免費(fèi)使用，而且對環(huán)境無任何污染，有著礦物能源不可比擬的優(yōu)越性.高校作為引領(lǐng)社會發(fā)展、社會進(jìn)步的重要力量，在建設(shè)節(jié)約型社會中起著不容忽視的作用，應(yīng)加大對太陽能源充分利用技術(shù)的相關(guān)研究，在高校這個耗能大戶里優(yōu)先、全面的使用太陽能技術(shù)并積極推廣，以降低整個社會對不可再生能源的需求.

太陽能在建筑上的利用技術(shù)主要有被動式太陽能取暖、太陽能集熱供熱水、太陽能發(fā)電、主動式太陽能取暖和空調(diào)等.這里面值得一提的是太陽能空調(diào)，由于在我國的建筑終端能耗中，空調(diào)能耗占據(jù)著相當(dāng)大的比例.利用太陽能制冷主要有兩種途徑：一是利用光電轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)以電制冷；二是利用太陽能集熱器實現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換，以熱制冷.具體實現(xiàn)太陽能制冷的系統(tǒng)主要有：太陽能吸附式制冷系統(tǒng)、太陽能吸收式制冷系統(tǒng)、太陽能蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)、太陽能除濕式制冷系統(tǒng)以及太陽能蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng).安徽省政府、教育廳決定在全省106所高校的教學(xué)科研場所、學(xué)生宿舍和食堂安裝空調(diào)，實施“空調(diào)進(jìn)高?！惫こ?，這對于高校利用太陽能空調(diào)技術(shù)來建筑節(jié)能，無疑是一個重要的發(fā)展平臺和良好的基礎(chǔ)條件.

2 新建建筑節(jié)能檢測技術(shù)

2.1 節(jié)能檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

結(jié)合我國現(xiàn)時國情并達(dá)到降低建筑能耗的目的，國家于 2007年頒布并實施了《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50411-2007），這是我國第一本關(guān)于建筑節(jié)能方面的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，全面規(guī)定了在建筑節(jié)能工程方面需要驗收的項目以及建筑設(shè)計、施工中部分強(qiáng)制性執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)檢測項目，為建筑節(jié)能施工提供了基礎(chǔ)和必要的施工要求和驗收標(biāo)準(zhǔn).以后我國又陸續(xù)頒布并實施了《公共建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T177-2009）、《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ26-95）和《居住建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T132-2009）等建筑工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為新建建筑的各類節(jié)能現(xiàn)場檢測方法標(biāo)準(zhǔn)提供了技術(shù)支持和較為科學(xué)的測試依據(jù).

目前新建建筑節(jié)能檢測技術(shù)主要在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面有所研究，國內(nèi)外相關(guān)專家、學(xué)者也做過一些探討和研究[3].如山東建筑大學(xué)潘雷等人對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測技術(shù)進(jìn)行了研究，并采用數(shù)值模擬的方法計算出適用于不同保溫形式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的修正系數(shù).北京中建建筑科學(xué)技術(shù)研究院費(fèi)慧慧等人對新建建筑節(jié)能現(xiàn)場檢測技術(shù)的影響因素進(jìn)行了分析研究，提出了影響現(xiàn)場檢測技術(shù)的主要因素及解決方法.山東省建設(shè)發(fā)展研究院的朱傳晟總工對建筑節(jié)能現(xiàn)場檢測技術(shù)的基本原理進(jìn)行了研究，如熱流計法、熱箱法和紅外線攝像儀法，重點(diǎn)對熱流計法的檢測技術(shù)進(jìn)行了深入探討.揚(yáng)州大學(xué)楊鼎宜教授等用冷熱箱法測定了穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下混凝土空心砌塊砌體的保溫隔熱性能等.國外對于建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的現(xiàn)場檢測技術(shù)研究及報道也處于起步階段，而且大多在實驗室里完成對建筑材料的熱工性能檢測，相關(guān)的檢測性能參數(shù)也是在穩(wěn)定的狀態(tài)下完成的，如日本對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的對流換熱系數(shù)進(jìn)行了測試，提出了建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)對流換熱系數(shù)和風(fēng)速的關(guān)系式.

2.2 新建建筑節(jié)能檢測技術(shù)

2.2.1 熱箱法

熱箱法檢測技術(shù)是需要人工制造一個傳熱的模擬環(huán)境.具體做法可以參考如下：分別在試驗試件兩側(cè)各布置一個所需溫度、風(fēng)速和輻射條件的熱箱和一個冷箱，待試驗環(huán)境條件達(dá)到穩(wěn)定后，采用相應(yīng)的儀器設(shè)備，分別量測冷、熱箱體內(nèi)壁的溫度、模擬環(huán)境的空氣溫度、試件的表面溫度以及計量箱中的輸入功率，再根據(jù)物理計算相關(guān)原理和公式，計算出被測試試件的傳熱的性能指標(biāo)，如熱阻、表面換熱系數(shù)等相關(guān)指標(biāo).熱箱法檢測測試技術(shù)適用于室外相對濕度不高于 60%，室外空氣平均溫度不高于 25℃的自然環(huán)境，且試驗所用熱箱的內(nèi)部溫度不低于室外自然最高溫度 8℃的情況[4].在建筑構(gòu)造方面，熱箱法檢測技術(shù)對于門窗、樓板、外墻的傳熱性能指標(biāo)的室內(nèi)實驗室檢測非常有利，測試的結(jié)果一般較精確.由于需要模擬試驗環(huán)境和條件的限制，此種方法不適宜用于現(xiàn)場施工的檢測，但自然氣溫對實驗室試驗的結(jié)果影響微乎甚微，可以用實驗數(shù)據(jù)作為現(xiàn)場施工的參考.

2.2.2 熱流計法

建筑耗熱測定中最為常用的儀表就是熱流計，也是傳統(tǒng)的建筑能耗量測儀表，主要適用于對各種材料組成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能進(jìn)行分析.使用時將其傳感器埋設(shè)在絕熱結(jié)構(gòu)內(nèi)或貼敷在絕熱結(jié)構(gòu)的外表面，可直接測量得到熱（冷）損失值.檢測時間宜選擇一年中最為寒冷的月份，要求室內(nèi)外自然氣溫差必須大于 20℃的條件下才能測試，而且要求室外氣溫的變化起伏不是很大，測試的條件應(yīng)放在至少穩(wěn)定 7d的人為制造室內(nèi)外溫差或連續(xù)采暖條件下的房間里進(jìn)行，以此來保證測試數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性.根據(jù)大量的試驗數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，室內(nèi)外空氣溫差愈大，熱流計讀數(shù)的誤差相對愈小，計算所得之結(jié)果亦較為精確，因此此法受季節(jié)影響較大，一般需要在冬季才采用此法.

2.2.3 紅外熱攝像儀法

紅外熱像技術(shù)是目前新研發(fā)的一種建筑節(jié)能檢測手段，也是基于紅外線技術(shù)理論以及先進(jìn)的紅外圖像處理技術(shù)、光電子技術(shù)和紅外線探測器技術(shù)的一種非接觸性的、綜合性的測量技術(shù)高科技產(chǎn)品.紅外熱像技術(shù)的原理是利用攝像儀對新建建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工缺陷進(jìn)行檢測，分析檢測得到的各種熱像圖來顯示各種建筑構(gòu)造有無熱工缺陷，并對分析檢測結(jié)果做比較參考，以此作為驗收、修復(fù)、增強(qiáng)建筑節(jié)能施工措施的理論數(shù)據(jù)依據(jù).紅外熱像技術(shù)既不破壞被測物體或試件的溫度場，又能測量細(xì)微目標(biāo)和運(yùn)動中的目標(biāo)[5].此法具有可利用計算機(jī)存儲測量數(shù)據(jù)和處理分析，方便長期保存和幾何運(yùn)算；采用不同的顏色來區(qū)分并顯示被測物體溫度的熱圖像；對于溫度的分辨率較高，精度可達(dá)到 0.01℃；現(xiàn)場節(jié)能檢測的紅外熱像儀器具有攜帶方便、操作簡單、還可以形象、直觀地顯示物體表面的溫度場，為簡化檢測程序和優(yōu)化檢測數(shù)據(jù)等都有很大益處.此法具有較多優(yōu)點(diǎn)且不受季節(jié)的限制，還可以遠(yuǎn)距離測定建筑構(gòu)造的熱工缺陷，這必將會極大地完善和提高新建建筑節(jié)能現(xiàn)場檢測技術(shù)，所以具有廣闊的應(yīng)用和開發(fā)前景.

3 存在的問題

（1）檢測技術(shù)和設(shè)備的不完善性.新建建筑的幾種檢測方法本身的不完善性給檢測數(shù)據(jù)結(jié)果的真實性和客觀性產(chǎn)生影響，因此如何針對地區(qū)氣候特點(diǎn)和建筑能耗特征研究制定出檢測精度高、快速準(zhǔn)確的節(jié)能檢測系統(tǒng)是一個迫切現(xiàn)實問題[6].

（2）現(xiàn)場與實驗室的對比檢測結(jié)果差異較大.由于現(xiàn)場檢測條件受自然氣候條件、新建建筑構(gòu)造自身狀態(tài)、安裝設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行條件等眾多因素的影響和制約，一般地，造成檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)理想狀態(tài)偏離較大，測試結(jié)果不具有實際的指導(dǎo)意義.但在標(biāo)準(zhǔn)的實驗室條件下，易將被檢測試件的周邊模擬或制造成近似熱絕緣狀態(tài)，對于檢測試件的熱工傳導(dǎo)系數(shù)的測試結(jié)果較為準(zhǔn)確.由此造成雖然采用的是相同的原理和方法進(jìn)行檢測，但是得到的檢測結(jié)果卻大相徑庭，對成果的取用造成混亂.

（3）檢測方法有待統(tǒng)一.隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，建筑節(jié)能檢測方法由傳統(tǒng)的、粗略的檢測技術(shù)向新型的、精確的測試方法邁進(jìn)，還有一些衍生發(fā)展出來的檢測技術(shù)和方法，形成了很多對有關(guān)熱工傳導(dǎo)系數(shù)的檢測技術(shù)和方法標(biāo)準(zhǔn).該如何統(tǒng)一規(guī)范測試條件和檢測方法，建立一個比較同種項目的檢測技術(shù)使用和結(jié)果的平臺，建設(shè)行政主管部門以及相關(guān)高校還須對檢測技術(shù)進(jìn)行大力研究和發(fā)展，并根據(jù)實際情況制定節(jié)能檢測的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以保證行業(yè)的發(fā)展需要.

（4）專業(yè)型建筑節(jié)能檢測人才隊伍匱乏.目前高校開辦建筑節(jié)能檢測的本科專業(yè)較少，一般都是研究生以上才有相關(guān)的研究方向，這就造成社會上的建筑節(jié)能檢測行業(yè)的從業(yè)人員學(xué)歷水平不高，對于專業(yè)型的人才更是缺乏.以致目前大多建筑節(jié)能檢測人員由原實驗室的土木工程材料實驗人員轉(zhuǎn)型而來，專業(yè)知識水平不高，對新型檢測技術(shù)和方法知之甚少.因此，為加快建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展、降低新建建筑能耗量，建筑節(jié)能檢測專業(yè)人才的培養(yǎng)將是我國未來“十三五”規(guī)劃中必不可少的建設(shè)內(nèi)容，也是高校培養(yǎng)人才類型的一個重要方面.

4 結(jié)論與建議

高等教育的飛速發(fā)展對校園新建建筑節(jié)能帶來的新的和更高的要求，校園建筑節(jié)能也是現(xiàn)代節(jié)能技術(shù)發(fā)展的一個方向.加強(qiáng)對新建建筑節(jié)能檢測技術(shù)課題的研究，可以為建筑節(jié)能政策的貫徹執(zhí)行提供科學(xué)的依據(jù)，使建筑節(jié)能由傳統(tǒng)的間接計算、目測定性的判定到直接檢測，將建筑工程節(jié)能評定工作上升至有理有據(jù)的科學(xué)檢測，從而可避免原來的感性檢測帶來的各抒己見難以服眾的弊端，同時也使建設(shè)各責(zé)任方依據(jù)科學(xué)的檢測方法和結(jié)果，來完成相關(guān)的節(jié)能檢測工作[7].由此，筆者建議大力推廣適用的節(jié)能型建筑材料；建立并規(guī)范專業(yè)的建筑節(jié)能技術(shù)檢測機(jī)構(gòu)，并輔以相應(yīng)的規(guī)范指導(dǎo)節(jié)能建筑的施工，為新建建筑節(jié)能效果的體現(xiàn)提供參考依據(jù)；建立和加大對建筑節(jié)能領(lǐng)域的人才培養(yǎng)機(jī)制，拓寬對節(jié)能檢測人才的專業(yè)培養(yǎng)、素質(zhì)教育、技能培訓(xùn)等基礎(chǔ)工作，從根本上緩解專業(yè)型建筑節(jié)能檢測人才隊伍匱乏的局面；針對我國相關(guān)地區(qū)的氣候特點(diǎn)和建筑能耗特征，研發(fā)節(jié)能檢測和空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能檢測的設(shè)備儀器和系統(tǒng)等途徑，進(jìn)一步為推動新建建筑節(jié)能檢測工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持.

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TU111

A

1673-260X（2014）08-0053-03

宿州學(xué)院校級碩士科研啟動項目（2009YSS04）；安徽省教育基本建設(shè)學(xué)會科研項目（1211-9）；宿州學(xué)院優(yōu)秀青年人才基金項目（2013XQRL02）