節(jié)能技術(shù)在建筑中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

□ 楊紫嵐 張鵬菲 陳凱璇 倪宇桐

1 引言

當今社會科技的進步和經(jīng)濟的繁榮都彰顯著我國已經(jīng)步入了一個快速發(fā)展的時代，與此同時，伴隨著發(fā)展帶來的環(huán)境污染問題不可小覷。目前我國經(jīng)濟的發(fā)展主要依靠于煤炭、石油等不可再生能源，但從長遠來看，這種以不可再生能源換取發(fā)展的方法非長久之計。自20世紀90年代以來，國內(nèi)經(jīng)濟平穩(wěn)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的持續(xù)加快助力了建筑行業(yè)飛速發(fā)展[1]。近幾年，城市化進程加快，我國的建筑物的數(shù)量逐年上升，與此同時，建筑能耗也逐年攀升，降低建筑能耗，將資源最大化利用成為目前建筑行業(yè)人士的共同目標。通過一定的節(jié)能技術(shù)可以有效降低建筑能耗，在保證居住環(huán)境和舒適度的同時，最大限度節(jié)約資源，并將不可再生資源利用最大化。通過闡述目前節(jié)能技術(shù)在建筑中的使用現(xiàn)狀并對其未來的發(fā)展趨勢進行分析，為建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

2 綠色建筑發(fā)展現(xiàn)狀以及節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的體現(xiàn)

2.1 節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的應用現(xiàn)狀

為了盡量減少建筑物的初期建設投資，目前我國大部分建筑物的能源消耗偏高，因此，國內(nèi)致力于降低建筑能耗的學者，把大部分的研究精力投放于將樓宇的實際情況和具體的節(jié)能技術(shù)相結(jié)合，并針對遇到的問題給出具體的改造方案。這對建筑進行節(jié)能改造是大勢所趨，部分地區(qū)政府也會提供一定的資金補貼用于建筑節(jié)能改造項目。

我國很多的學者已經(jīng)對國內(nèi)有關(guān)建筑節(jié)能的情況做了相關(guān)的調(diào)研和總結(jié)。郭霞、劉玉明[2]等人以北京市為例，總結(jié)了目前北京市既有建筑節(jié)能改造的現(xiàn)狀，并將節(jié)能改造中存在的問題進行分析，提出通過制定和完善地方性建筑節(jié)能法規(guī)以及實施超額定能耗加價收費的制度進一步降低建筑能耗，實現(xiàn)從高能耗建筑到低能耗建筑的轉(zhuǎn)型。

田順、曲繼曉[3]調(diào)研了寒冷地區(qū)公共建筑節(jié)能現(xiàn)狀，收集了550個樣本建筑的能耗值，樣本類型中以酒店和辦公建筑居多。對寒冷地區(qū)公共建筑的能耗值做出統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)大部分既有公共圍護結(jié)構(gòu)并不能達到現(xiàn)有的節(jié)能標準，且對這些既有建筑進行全面改造難度很大。通過建立De ST模型，對既有公共建筑物的圍護結(jié)構(gòu)進行改造并通過計算分析圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能改造方案的可行性，降低了公共建筑物的能耗值。分析研究寒冷地區(qū)改造既有公共建筑物三類典型圍護結(jié)構(gòu)的潛力，找出對于該類地區(qū)節(jié)能改造的重點，為寒冷地區(qū)公共建筑物節(jié)能改造提供參考和方向。

盧雙全[4]對既有建筑節(jié)能改造進行了外部性分析，并研究我國現(xiàn)有的對于建筑節(jié)能改造的激勵政策，闡述了既有建筑節(jié)能改造可以對環(huán)境起到很好的保護作用，并且有利于我國能源的長期發(fā)展。主要對建筑節(jié)能的外部性原理以及節(jié)能技術(shù)進行了研究，并給出了一些能夠促進建筑改造的激勵政策。

尹婧[5]主要針對圍護結(jié)構(gòu)、太陽能利用等方面的節(jié)能方案進行研究，給出在建筑節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域的未來發(fā)展方向。通過對建筑物具體的圍護結(jié)構(gòu)進行節(jié)能分析，針對不同的圍護結(jié)構(gòu)給出了不同的節(jié)能方案，并研究了有關(guān)節(jié)能技術(shù)在建筑設備中的應用，全方位描述了建筑物內(nèi)外各方面節(jié)能技術(shù)的應用。

2.2 節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的應用

為加快實現(xiàn)建筑節(jié)能改造，在綠色建筑中，節(jié)能技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.2.1 太陽能光伏技術(shù)

我國地緣遼闊，太陽能資源豐富，幾乎所有地域都為太陽能資源利用區(qū)。因此，充分利用太陽能，全面實現(xiàn)太陽能光電可大幅度降低建筑能耗，同時能夠降低不可再生能源的使用量，極大地保護了環(huán)境并有利于節(jié)能減排工作的推進。

太陽能在建筑節(jié)能改造中的應用主要通過光伏發(fā)電技術(shù)來實現(xiàn)，光伏發(fā)電是利用半導體PN結(jié)兩端產(chǎn)生的電勢差進而產(chǎn)生電壓和電流，從而將太陽能轉(zhuǎn)化為電能供給建筑物使用。目前我國的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在政策的指引下正在迅速的發(fā)展，技術(shù)覆蓋范圍也在逐步擴大。國際能源署（IEA）發(fā)布的《2020年全球光伏市場報告》顯示，2019年中國光伏新增裝機30.11GW，光伏累計裝機量達到204.7GW，占全球光伏裝機容量的32.6%[6]。

若使用單晶硅光伏發(fā)電，每年可減少二氧化碳的排放量為99911.5kg，每年可減少二氧化硫的排放量為809.0kg，每年可減少粉塵的排放量為404.5kg[7]，通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)可以有效地降低有害物質(zhì)的排放量，同時也是可再生能源領(lǐng)域的中堅力量，在建筑節(jié)能改造中發(fā)揮著重要的作用。

2.2.2 被動房

被動房首先被實踐在歐盟國家，并且在一系列節(jié)能政策的指引下，歐洲國家已經(jīng)逐步建立起建筑節(jié)能發(fā)展體系，明確了建立近零耗建筑的發(fā)展目標，為全球被動房的建設提供了發(fā)展方向。

被動房的技術(shù)參數(shù)要求可謂十分嚴苛，具體包括以下幾個條件：供熱每年能耗水平最大為15kWh/（m2·a），每年一次能耗合計值（包含供暖、電器、空調(diào)等所有耗能）最大值為120kWh/（m2·a）,全部的熱橋損失系數(shù)需要小于0.1W/（m·k）,氣密性最大為0.6/h。為達到上述指標，可以通過以下幾個方面實現(xiàn)：（1）加寬墻厚和增加保溫層減少熱傳遞，從而保證室內(nèi)的溫度。（2）為保證氣密性，被動房要盡量減少可開啟窗戶的數(shù)量，可開啟窗戶的氣密性也需要達到很高的等級。（3）充分利用余熱減少被動房的能耗，在保證室內(nèi)供熱量的同時，排風使用二次風系統(tǒng)，對排風的熱量進行回收，減少對新風的加熱量。（4）被動房能夠從太陽收集熱量并將能量儲存，避免對主動能源的使用。

雖然被動房能夠極大地減少能耗，是一種超低能耗建筑，但因其初期建造費用昂貴，目前在東部發(fā)展較迅速的地區(qū)應用較多。由于被動房構(gòu)造的特殊性，其外圍護結(jié)構(gòu)以及各種熱回收裝置都與傳統(tǒng)建筑布置方式不同，需要專門的技術(shù)人員定期進行維護管理，因此將被動房這種近零耗建筑在全國推廣還需要很長的一段時間。在建設被動房時應因地制宜，根據(jù)當?shù)氐乩砦恢眉皻夂驐l件做出最佳的方案。如在山東沿海地區(qū)，氣候適宜，全年氣溫平均值穩(wěn)定在20℃左右，建在該地區(qū)的被動房可以適當減少建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫層的使用量。

除此之外，被動房不能一味地追求低能耗，在保證室內(nèi)供熱量的情況下，也需要考慮其美觀性和實用性，通過將各種節(jié)能功能和美學要素相結(jié)合，對被動房進行合理設計，使被動房既可以滿足人們對舒適度的要求，又可以體現(xiàn)人們對建筑審美的追求。

2.2.3 外圍護結(jié)構(gòu)

外圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能措施主要體現(xiàn)在對墻體的保溫和采用特殊材質(zhì)的外窗。

墻體的保溫可分為內(nèi)墻保溫和外墻保溫，內(nèi)墻保溫因其使得房率降低，在既有建筑中很少被采納；外墻保溫在建筑工程中使用最為普遍，根據(jù)國家頒布的節(jié)能標準，自2001年10月1日起，在新建造的建筑中必須要布置外墻保溫。

目前，在我國建筑工程中使用最廣泛的外墻保溫材料是膨脹聚苯板，其導熱系數(shù)為0.039W/（m·k），常應用于薄抹灰體系，聚苯板在國內(nèi)和國外的保溫材料市場中占有較大比重。除聚苯板外，巖棉板也是工程中常見的保溫材料，但巖棉板的使用受地域限制，在梅雨天氣較頻繁的南方，由于天氣潮濕巖棉板會吸收水分，導致其導熱系數(shù)增加從而降低其保溫性能，因此巖棉板宜作為保溫材料在北方地區(qū)使用。建筑外墻通常使用200mm厚的鋼筋混凝土，其導熱系數(shù)為0.18W/（m·k），通過在外墻加保溫層，增加了墻厚的同時，減小了墻體整體的傳熱系數(shù)，從而降低室內(nèi)的散熱量。

門窗是建筑物熱量散失的主要部分，占建筑物能耗的50%以上，冷風滲透和冷風侵入都將導致制冷或制熱量增加。在實際的施工工程中，應結(jié)合實際工程情況，盡可能使用兼具實用性和經(jīng)濟性的施工材料。在我國既有的公共建筑中，Low-e玻璃能降低制冷成本，對室內(nèi)的熱量進行控制，因此逐漸替代了傳統(tǒng)的建筑用鍍膜玻璃，成為綠色建筑中優(yōu)先采用的建筑材料。Low-e玻璃表面鍍有低輻射薄膜，輻射率可降低到0.1以下，大大降低了建筑物內(nèi)部向室外的輻射熱量。

3 節(jié)能綠色建筑的發(fā)展趨勢

隨著我國節(jié)能減排工作的開展，相關(guān)政策、法律法規(guī)也逐步健全和完善，為建筑節(jié)能改造工作的順利開展起到很重要的保障作用。近幾年地球生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，我國各行各業(yè)都為減少碳排放量做出節(jié)能改造，而這個任務需要政府部門、監(jiān)管部門以及公民共同的協(xié)作。政府部門需要認識到建筑節(jié)能工作的重要性，并強化自身的節(jié)能意識，與相關(guān)的監(jiān)管部門合作，通過一系列的監(jiān)管措施來確保節(jié)能改造工作的順利開展。此外，科技創(chuàng)新是發(fā)展的動力，國家應加強對建筑節(jié)能的技術(shù)研究，對相關(guān)的建筑材料進行節(jié)能測試實驗，以此保證材料的質(zhì)量和強度。同時，我國應強化與擁有世界前沿節(jié)能技術(shù)的地區(qū)和國家的合作，共同推進建筑節(jié)能的發(fā)展。

4 結(jié)語

圍繞當今建筑節(jié)能現(xiàn)狀、節(jié)能技術(shù)在建筑節(jié)能中的應用以及綠色建筑的發(fā)展趨勢進行闡述和總結(jié)，并針對綠色建筑中的節(jié)能技術(shù)進行詳細分析，指出在保證節(jié)能的前提下，需要將實用性與美觀性相結(jié)合。當前階段，我國傳統(tǒng)建筑的節(jié)能改造工作仍有許多技術(shù)問題亟待解決，相關(guān)部門和企業(yè)要正確看待問題，爭取從根本解決問題，促進我國建筑節(jié)能事業(yè)的蓬勃發(fā)展。