基于綠色建筑技術(shù)的公共建筑節(jié)能改造

1前言

隨著全球氣候變化和能源危機(jī)的日益加劇，建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排已成為各國(guó)政府和社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。綠色建筑是一種動(dòng)態(tài)發(fā)展的理念，力求建筑從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)乃至最終的拆除回收的全生命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源，降低負(fù)面影響。我國(guó)既有公共建筑數(shù)量龐大，其中相當(dāng)一部分建于20世紀(jì)80、90年代甚至更早，由于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能差，設(shè)備系統(tǒng)陳舊落后，導(dǎo)致能源利用效率低下，運(yùn)行能耗居高不下。在“雙碳\"目標(biāo)（碳達(dá)峰、碳中和）的背景下，降低公共建筑能耗、實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型已成為我國(guó)建筑領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。因此，開(kāi)展基于綠色建筑技術(shù)的公共建筑節(jié)能改造研究，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

2綠色建筑技術(shù)概述

2.1綠色建筑理念的發(fā)展歷程

回溯綠色建筑理念的發(fā)展歷程，萌芽階段為20世紀(jì)60年代，隨著西方社會(huì)對(duì)工業(yè)化帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日益關(guān)注，保羅·索萊里提出的“生態(tài)建筑學(xué)\"理論首次將建筑視為動(dòng)態(tài)能量交換系統(tǒng)，為該理念的后續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)；彼時(shí)，人們開(kāi)始嘗試在建筑設(shè)計(jì)中融入節(jié)能、環(huán)保的理念，但這些嘗試大多較為零散、不成體系。直到1990年，英國(guó)建筑研究所（BRE）推出了世界上第一個(gè)綠色建筑評(píng)估體系BREEAM，標(biāo)志著綠色建筑從技術(shù)實(shí)驗(yàn)邁向量化評(píng)估的新階段。我國(guó)綠色建筑理念的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)80年代，建筑節(jié)能概念開(kāi)始逐漸得到推廣。直至2006年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2006）發(fā)布實(shí)施，經(jīng)多次修訂，形成了現(xiàn)行的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2019）。

2.2主要綠色建筑技術(shù)

2.2.1高效隔熱材料設(shè)計(jì)及應(yīng)用

高效隔熱材料的設(shè)計(jì)及應(yīng)用可通過(guò)優(yōu)化建筑外墻、屋頂、門(mén)窗等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與材料選擇，來(lái)最大限度地減少室內(nèi)外熱量交換，從而降低建筑的采暖和制冷負(fù)荷。具體到實(shí)踐層面，主要包括采用真空絕熱板、氣凝膠氈、聚氨酯泡沫、巖棉、玻璃棉等低導(dǎo)熱系數(shù)的保溫材料，結(jié)合斷熱橋設(shè)計(jì)、多層復(fù)合墻體、外保溫系統(tǒng)等構(gòu)造設(shè)計(jì)，阻斷熱量的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，降低建筑的傳熱系數(shù)（U值）和熱橋效應(yīng)，從而提升建筑的整體保溫隔熱性能。

2.2.2可再生能源利用

在化石能源日益枯竭、環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重的今天，積極開(kāi)發(fā)利用可再生能源，已成為建筑節(jié)能減排的必然選擇。建筑中應(yīng)用的可再生能源主要有太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能等清潔能源。當(dāng)前，太陽(yáng)能是當(dāng)前利用技術(shù)發(fā)展最為成熟且廣泛應(yīng)用的可再生能源，常見(jiàn)應(yīng)用形式有：太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、被動(dòng)式太陽(yáng)房設(shè)計(jì)（通過(guò)建筑朝向、窗戶設(shè)計(jì)等利用太陽(yáng)輻射進(jìn)行采暖）等。地?zé)崮芤彩墙ㄖI(lǐng)域常用的可再生能源之一，主要通過(guò)地源熱泵系統(tǒng)，利用地下淺層地?zé)豳Y源為建筑供暖、制冷和提供生活熱水。在風(fēng)資源豐富的地區(qū)，可通過(guò)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)為建筑提供部分電力。

2.2.3智能控制系統(tǒng)

如果說(shuō)高效隔熱材料和可再生能源利用是建筑節(jié)能的“硬件”，那么智能控制系統(tǒng)就是建筑節(jié)能的“大腦”。智能控制系統(tǒng)通過(guò)集成傳感器、控制器、執(zhí)行器和通信網(wǎng)絡(luò)，可對(duì)建筑內(nèi)的照明、空調(diào)、通風(fēng)、遮陽(yáng)等設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)建筑能源的精細(xì)化管理，從而最大限度地提高能源利用效率，降低建筑能耗。具體而言，智能照明控制系統(tǒng)可根據(jù)室內(nèi)外照度、人員活動(dòng)情況等自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度或開(kāi)關(guān)，避免“人走燈不滅\"的浪費(fèi)現(xiàn)象。智能空調(diào)控制系統(tǒng)可根據(jù)室內(nèi)溫度、濕度、人員數(shù)量等自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)的運(yùn)行模式和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)舒適節(jié)能。智能通風(fēng)控制系統(tǒng)可根據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量、二氧化碳濃度等自動(dòng)調(diào)節(jié)新風(fēng)量，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的同時(shí)，減少不必要的能量損失。

2.2.4雨水收集與再利用系統(tǒng)

雨水是一種清潔、可再生的淡水資源，收集、再利用雨水對(duì)于緩解水資源壓力、改善城市生態(tài)環(huán)境具有重要意義。雨水收集與再利用系統(tǒng)通過(guò)收集建筑屋面、地面等區(qū)域的雨水，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的過(guò)濾、沉淀、消毒等處理后，用于建筑的沖廁、綠化灌溉、景觀補(bǔ)水、道路清洗等非飲用水用途，從而減少自來(lái)水的使用量，降低水費(fèi)支出，并減輕城市排水系統(tǒng)的壓力，減少雨水徑流污染。雨水的收集和處理過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，運(yùn)行成本低，在當(dāng)前的建筑領(lǐng)域（尤其是公共建筑）應(yīng)用較為廣泛，是節(jié)約水資源、建設(shè)海綿城市、改善城市水環(huán)境的重要手段。

2.2.5屋頂、垂直綠化

屋頂綠化通過(guò)在建筑屋頂種植各種植物，可形成一個(gè)具有一定厚度的種植層和排水層，進(jìn)而有效隔絕太陽(yáng)輻射，降低屋頂表面溫度，減少夏季空調(diào)負(fù)荷，并起到一定的保溫作用，減少冬季熱量損失。同時(shí)，屋頂綠化還能吸收二氧化碳，釋放氧氣，凈化空氣，滯留雨水，緩解城市熱島效應(yīng)，改善城市生態(tài)環(huán)境。垂直綠化則通過(guò)在建筑外墻或室內(nèi)墻面種植攀緣植物，形成垂直的綠化面，可以有效遮擋陽(yáng)光，降低墻體溫度，減少空調(diào)負(fù)荷，并起到美化建筑、凈化空氣、降低噪音等作用。

3公共建筑節(jié)能改造的必要性分析

3.1當(dāng)前公共建筑能耗現(xiàn)狀問(wèn)題

當(dāng)前我國(guó)大量建筑的總體能耗水平相較于發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在較大差距，呈“高能耗、低效率、高排放”的“三高\(yùn)"特征。一方面，大量既有公共建筑由于建設(shè)年代較早，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能差，采暖、空調(diào)、照明等系統(tǒng)設(shè)備陳舊落后，運(yùn)行效率低下，導(dǎo)致能源浪費(fèi)嚴(yán)重。另一方面，部分新建公共建筑雖然采用了某些節(jié)能技術(shù)，但由于設(shè)計(jì)不合理、施工質(zhì)量不過(guò)關(guān)、運(yùn)營(yíng)管理不到位等原因，實(shí)際運(yùn)行能耗往往高于設(shè)計(jì)預(yù)期，節(jié)能效果大打折扣。加上我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加速，公共建筑的數(shù)量和規(guī)模仍在持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)能源的需求也隨之不斷攀升，使得公共建筑的節(jié)能減排形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻。

3.2節(jié)能改造的必要性與緊迫性

鑒于公共建筑能耗現(xiàn)狀的嚴(yán)峻性，開(kāi)展節(jié)能改造已不僅僅是一種選擇，更是一種刻不容緩的責(zé)任和義務(wù)，其必要性和緊迫性體現(xiàn)在多個(gè)層面，相互交織、相互影響。從宏觀層面來(lái)看，公共建筑節(jié)能改造是實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手，是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色低碳轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。從經(jīng)濟(jì)層面來(lái)看，公共建筑節(jié)能改造能夠有效降低建筑運(yùn)行成本，減少能源支出，提高能源利用效率，帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益。從社會(huì)層面來(lái)看，公共建筑節(jié)能改造能夠改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，提高使用者的舒適度和健康水平，提升公共建筑的服務(wù)功能和品質(zhì)，營(yíng)造更加宜居、宜業(yè)的城市環(huán)境

3.3政策、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素

公共建筑節(jié)能改造的推進(jìn)，離不開(kāi)政策的引導(dǎo)和市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，二者形成“雙引擎”，共同推動(dòng)著公共建筑節(jié)能改造的進(jìn)程。近年來(lái)，我國(guó)政府高度重視建筑節(jié)能工作，相繼出臺(tái)了《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》《民用建筑節(jié)能條例》《綠色建筑行動(dòng)方案》《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》《既有建筑綠色改造評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等一系列政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為公共建筑節(jié)能改造提供了依據(jù)。從地方層面來(lái)看，各省市也紛紛出臺(tái)了地方性的建筑節(jié)能法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，并制定了相應(yīng)的激勵(lì)政策和補(bǔ)貼措施，鼓勵(lì)和支持公共建筑節(jié)能改造。與此同時(shí)，市場(chǎng)機(jī)制也在公共建筑節(jié)能改造中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著能源價(jià)格的不斷上漲和環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，越來(lái)越多的業(yè)主和使用者開(kāi)始認(rèn)識(shí)到節(jié)能改造的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，主動(dòng)尋求節(jié)能改造的解決方案。

4基于綠色建筑技術(shù)的節(jié)能改造案例分析4.1南沙科技創(chuàng)新中心綠色改造案例

南沙科技創(chuàng)新中心位于廣州市南沙灣區(qū)域，總用地面積 19999.67m² ，總建筑面積 59244.64m^2[3] 。改造項(xiàng)目以“雙碳”目標(biāo)為導(dǎo)向，通過(guò)綠色改造實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，構(gòu)建了涵蓋圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備系統(tǒng)、可再生能源、雨水利用及噪聲控制的綜合技術(shù)體系（表1），實(shí)現(xiàn)了綜合節(jié)能率 45% 、節(jié)水率 30% 、碳排放減少 40% ，為公共建筑綠色改造提供了可復(fù)制的技術(shù)措施。

4.2徐州某高?？萍紭歉脑彀咐?/p>

徐州某高?？萍紭俏挥诮K省徐州市，原建筑占地5782.51m² ，總高度 21.9m ，含1層架空層及5層主體結(jié)構(gòu)。因建設(shè)初期未融入綠色設(shè)計(jì)理念，存在通風(fēng)不暢、采光不足、保溫性能差、公共空間缺失等問(wèn)題，導(dǎo)致能耗高且使用效率低下。項(xiàng)目以“雙碳”目標(biāo)為導(dǎo)向，通過(guò)綜合改造提升建筑能效，優(yōu)化空間功能，構(gòu)建綠色生態(tài)體系（表1）。改造后，年能耗由 85kWh/m³ 降至 51kWh/m³ CO₂ 排放量由 320t/AA 年降至 年，空間利用率由 60% 提升至 90% ，運(yùn)維成本由50萬(wàn)元/年降至38萬(wàn)元/年。

5結(jié)論

綜上所述，綠色建筑技術(shù)是實(shí)現(xiàn)公共建筑節(jié)能改造的有效途徑。高效隔熱材料、可再生能源利用、智能控制系統(tǒng)、雨水收集與再利用以及屋頂、垂直綠化等技術(shù)，能夠從建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備系統(tǒng)、能源利用等多個(gè)方面降低建筑能耗，提高能源利用效率。未來(lái)，相關(guān)學(xué)者可從以下領(lǐng)域展開(kāi)研究：（1）探索更加高效、經(jīng)濟(jì)、適用的綠色建筑技術(shù)；（2）研究不同類型、不同氣候區(qū)公共建筑節(jié)能改造的差異化策略；（3）建立完善的公共建筑節(jié)能改造效果評(píng)估體系。

參考文獻(xiàn)

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