我国建筑节能技术概述

1、我国建筑节能技术概述摘要：针对建筑节能内容在太阳能利用、围护结构节能、建筑设备节能和采光照明等几个方面从规划、设计、施工和使用各方面进行研究，提出了太阳能热水、太阳墙系统、复合窗体、节能窗、室内综合热量的利用等节能方法，为建筑节能的实际应用提供帮助。关键词：建筑节能;太阳能;围护结构;建筑设备;采光照明0引言所谓的建筑节能是指在建筑中提高能源利用效率，用有限的资源和最小的能源消费代价取得最大的经济和社会效应。建筑节能具体是指节约采暖供热、空调制冷、采光照明以及调节室内空气、湿度、改变居室环境质量的能源消耗，还包括利用太阳能、地热(水)能源的综合技术工程。国外(尤其是美国、英国、日本等发达国家)

2、对建筑节能方面的研究和应用开始得较早。从20世纪7080年代起，欧美等发达国家开始注重建筑能耗系统方面的研究，政府也开始注重制定能源方面的法律规范。随着人们对环境问题的日益重视以及可持续发展理念在现代建筑设计中的体现，绿色建筑、可持续建筑、高性能建筑逐步产生。美国“节能之星”标准(Energy Star)实施已经有10a，比美国“标准能源法案”( Model Energy Code)要求节能30 %。通过这套标准的实施，在不增加初期投资的前提下可以节省30%50%的能源消耗，可以节省50%的的建造时间。在国内，从社会能源消费的构成来看，建筑能耗、工业能耗和交通能耗已形成明显的三足鼎立之势，其中

3、建筑能耗2000年已达到能源消耗总量的27.6%。因此，在满足使用者舒适度的基础上，如何提高建筑对能源的利用效率、更好地利用自然能源、降低对外界热环境的影响，即建筑节能的问题显得日益重要。我国地域辽阔，各地气候差异悬殊，绝大部分地区冬季寒冷，夏季炎热。近年来随着人民生活水平的提高和我国建筑业的快速发展，建筑耗能正在逐步提高到能耗总量的1/3以上。作为耗能大户的建筑，其节能也就成为关系国计民生的重大问题。我国节能工作起步较晚，能源浪费现象严重。以我国的建筑采暖耗热量为例:外墙大体上为气候条件接近的发达国家的45倍，屋顶为2.55.5倍，外窗为1.52.2倍，门窗透气性为36倍，总耗能为34倍。采

4、取周密、有效的建筑技术措施可以降低2/33/4的建筑能耗。因此在建筑规划设计、建造和使用过程中，在满足室内环境舒适、卫生、健康的条件下，采取合理有效的建筑节能技术，有利于实现建筑节能和环保共进的目标。实现建筑节能的技术途径为:尽量减少建筑内能源总需求量的同时，大力开发利用可再生的新能源，从而减少使用在建筑领域内易引起环境污染的能源。建筑节能要从建筑理论、建筑法规、建筑规划与设计开始，运用全新的设计理念如低能耗建筑(LUW-Energy Building)、零能建筑(Zero-Energy Building)和绿色建筑(Green Building)等，它们本质上都要求建筑师从整体综合设计概念出

5、发，坚持与能源分析专家、环境专家、设备师和结构师紧密配合。在建筑规划和设计时，创造良好的建筑室内微气候，以尽量减少对建筑能源的依赖。具体措施可归纳为:合理选择建筑的地址、采取合理的外部环境设计、合理设计建筑形体，以改善既有的微气候。合理的建筑形体设计是充分利用建筑室外微环境来改善建筑室内微环境的关键部分，主要通过建筑各部件的结构构造设计和建筑内部空间的合理分隔设计得以实现。1 太阳能利用 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是最丰富的可利用能源，可以说是“取之不尽， 用之不竭”的。但如何合理利用太阳能，降低开发和转化的成本，是节能建筑中的重要任务。1.1 太阳能热水利用 太阳热水利用是

6、成熟技术，将太阳热水器部件与住宅总体设计紧密结合，使其成为建筑的有机组成部分是太阳热水器今后的重要发展方向。为了让太阳热水器步人建筑行业，要研究太阳热水器与建筑外观相协调的总体方案(依据南方或北方、城镇或乡村、楼房或平房等不同情况)，设计出与建筑结构相适应的各种太阳热水器产品(依据平屋顶、斜屋顶、阳台等不同条件);发展太阳能热利用的一个重点方向就是太阳热水系统工程化。即在一个建筑上建筑实施前后，将所有太阳热水系统统一规划、设计、施工安装、管理。 1.2 太阳墙系统太阳墙系统能够把被太阳加热的空气有组织地输送到室内，起到采暖和输送新风的双重作用，太阳墙加热系统比传统的玻璃太阳集热器有更高的效率。

7、太阳墙系统原则上属于被动式太阳能采暖系统，由集热和气流输送两部分系统组成。集热系统包括垂直墙板、遮雨板和支撑框架，气流输送系统包括风机和管道。太阳墙板材覆于建筑外墙的外侧，形成的空腔与建筑内部通风系统的管道相连，管道中设置风机，用于抽取空腔内的空气。冬季，白天室外空气进入空腔，在流动过程中获得板材吸收的太阳辐射热，受热压作用上升，进人建筑物的通风系统，然后由管道分配输送到各层空间。板材底部不密封，保持了太阳墙内腔的干燥，同时起到排水作用。夜晚，墙体向外散失的热量被空腔内的空气吸收，在风扇运转的情况下被重新带回室内。这样既保持了新风量，又补充了热量，使墙体起到热交换器的作用。夏季，风扇停止运转，

8、室外热空气可从太阳墙板底部及孔洞进入，从上部和周围的孔洞流出，热量不会进人室内，因此不需特别设置排气装置。太阳能利用的其它方式还有:太阳能楼梯灯、太阳能路灯、太阳能草地灯等;太阳能光伏水泵; 太阳能制冷。其中，太阳能吸收式制冷技术出现较早，目前已应用在大型空调领域，处于样机研制和 实验研究阶段。 2 围护结构节能建筑围护结构组成部件(屋顶、墙、地基、隔热材料、密封材料、门和窗、遮阳设施)的设计对建筑能耗、环境性能、室内空气质量与用户所处的视觉和热舒适环境有根本的影响围护结构的耗热量要占建筑采暖热耗的1/3以上，通过改善建筑物围护结构的热工性能，在夏季可减少室外热量传人室内，在冬季可减少室内热量

9、的流失，使建筑热环境得以改善，从而减少建筑冷、热消耗。2.1 重视建筑节能设计，减弱室外的热作用 围护结构外表面受到的日晒时数和太阳辐射强度，以水平面为最大，东西向其次，东南和西南又次 之，南向较小，北向最小，因此必须重视建筑节能设计，正确选择房屋的朝向，防止日晒。在住宅体型设计时，注意用最少的围护结构面积形成满足功能要求的室内空间体积，外墙表面积越少越有利于建筑节能，平面应形状规整，尽量减少外围护结构面积，其意义在于减少不必要的墙体外表面积，避免热损失。在满足使用功能要求的前提下，平面形状设计为长条形，增加冬季直射室内的阳光，夏季减少太阳辐射。合理组织穿堂风，加强空气对流，创造夏季适宜的室内

10、小气候，以达到使用便利、环境舒适的效果。由于人们对各种房间使用要求及在室内活动情况不同，因而对各房间室内热环境的需求也各异，在设计中按照对热环境的需要而合理分区。把热环境要求较低的厨房、厕所、过厅等布置在北向，适当减少北窗开窗面积，而将居室布置的南向，充分利用太阳能，保持室内较高的温度。窗户对住宅热环境的影响相当大，它既是太阳辐射的得热部件，又是主要的失热部件，故合理确定窗墙面积比是节能的重要 措施之一。 2.2 加强外围护结构的隔热和散热加强外围护结构的隔热和散热是对屋顶、外墙(特别是西墙)要进行隔热处理，根据地区气候特点、房屋使用性质等因素，合理选择导热系数小、蓄热性能大的外围护结构材料和

11、构造形式;二是对外围护结构外表面，可铺设浅色、平滑、热反射系数大、辐射 系数小的粉刷和饰面材料，以减少对太阳辐射热的吸收，降低室外综合温度，减少传进室内的热量，实现白天隔热好，夜间散热快。从外墙外侧进行保温，具有能够保护主体结构、减小结构内部温度应力、增强墙体防水性能、延长建筑物使用寿命、避免产生热桥、防止由此产生的热损失、在冷天室内墙面不致结露，即使需要改造，也不会于扰住户正常生活，比用内保温有较多的房屋使用面等优点。由于高效外保温层所包容的大蓄热体具有巨大的热容量，所以其热惰性使得室内温度比较稳定，能做到冬暖夏凉，舒适健康。因此，采用外墙外保温技术更切合我国国情，应该大力推广。当前，在各种

12、外墙外保温作法中，最普遍的是膨胀型聚苯乙烯(EPS)薄板抹面系统，此法是将EPS板用粘结材料固定在基层墙体上(或再用锚栓加以固定，以保证安全)，在EPS板面上做抹面层，中间嵌埋玻纤网，其表面以涂料作饰面。复合墙体对冬季供暖和夏季空调都有良好的节能保温作用，且热稳定性好，对室内热环境的舒适性 有所改善。尽管复合墙体的热惰性指标有所降低，但其夏季隔热性能优于传统墙体。 2.3 采用节能窗技术 外窗能耗包括窗户传热及空气渗透耗热，约占建筑采暖、空调能耗的50%。外窗能耗性能指标主要包括窗的传热系数、遮阳系数和空气渗透性能。提高窗户节能指标的主要技术措施有:阻断窗框热桥、提高窗户密闭性、增加玻璃层数、

13、选择玻璃品种。在此重点分析和探讨建筑玻璃的热工性能及在建筑节能设计中根据不同的气候区域，合理的选择玻璃材料以达到建筑节能的目的。增加窗口、屋顶和墙面的遮阳设施和密封设施，大力推广节能型门窗、门窗密封条及热反射保温隔热窗帘等，有效阻挡阳光直接照射，提高建筑物保温、隔热和气密性能，防止夏季室内过热。根据南北方气候条件以及采暖或空调建筑的不同，北方采暖建筑更应注重传热系数与气密性，减少热量散失与冷风渗透;而南方空调建筑则特别要着重于遮阳，以阻挡太阳辐射热的进人。铝窗导热性能高、隔热性能差，解决这个问题是实现铝质门窗节能的关键，可通过在高导热性的铝合金型材之间插人低导热的隔离物，即采用“断热”的方法达

14、到。此隔热物还必须使内外两片型材良好结合，且具有足够的强度。现在，已可用机械方式将隔热条与铝型材复合，其中又以将玻璃纤维强化的聚酸胺尼龙条穿人特定的型材槽内加以滚压复合的效果为更好。隔热铝型材的出现，使铝合金中空玻璃窗的传热系数大为降低。与此同时，PVC塑料窗保温、隔热和密封性能好、耐潮湿、耐腐蚀、外观洁净。在框内加设钢衬，可以大大提高整窗刚度与强度。2.4 提高窗户的气密性，减少对流热损失空气渗透量的大小即失热量的大小，决定于门窗缝隙的宽度、深度和几何形状。由于各种窗户型材几何尺寸不同，形成的泄压腔尺寸和形状有很大差别。根据测试统计，无密封条的钢窗气密性一般在5以上;有密封条的钢窗气密性在2

15、.5左右;铝塑窗都没有密封条，气密性均可达1.5以下。2.5 采用保温窗帘在窗的内侧或双层窗的中间挂窗帘是提高窗户保温能力的一种灵活、简便的方法。如在窗内侧挂铝箔隔热窗帘(在玻璃纤维布或其他布质材料内侧贴铝箔)后，窗户的热阻值可比单层玻璃提高2.7倍。此外，以各种适宜的保温材料制作各种形式的保温窗扇，在白天开启、夜晚关上，可以大大减少通过窗户等热损失。2.6 采用可调节的玻璃 由于太阳辐射随着气候和季节而异，每时每刻都有差别。控制太阳辐射热的有效办法是采用遮阳系统。此外，从玻璃本身人手，使玻璃的光学性能可以调节，可以随着不同时间太阳性质的不同而变动，也是一种先进合理的方法。现在，已经研制出多种

16、不同类型的可调节玻璃，其性能各不相同。 1)光致变色，当光致变色材料受到光线和紫外线的照射时，其光学性能也发生变化，而在移去上述光线时又恢复原先的状态。 2)热致变色，当热致变色材料的温度发生变化时，其光学性能也发生变化。对热致变色窗的开发有一些要求，如耐久性、可调温度或激发温度、调节范围(温度与波长)、有色状态下的透明度等。当前已开发出热敏聚合物，有一定的效果，正在进一步进行耐久性测试与试用中。 3)电致变色，电致变色玻璃由复合的多个镀覆层构成，其光学性能可从高透过率连续地变化至低透过率，且只需很小的电压差，即可触发其发生变化。产生电压差的时间越长，越多的电致变色玻璃被转换，一直转换到最大或

17、最小为止。电致变色可与建筑能源管理系统相结合，使窗户玻璃透光情况为预先设置的适用于不同情况的算法系统所控制。由此看来，电致变色与光致变色、热致变色相比用于节能窗以及提高用户的舒适性方面有更大的可能性。2.7 采用屋顶节能技术几十年来，我国建筑相当普遍地采用了平屋顶。这种屋顶不仅容易漏雨，而且保温隔热效能差，能源浪费严重，住在顶层房间的居民深受冬寒夏热之苦。为改善上述状况，许多地方采取了加厚保温隔热层、使用保温隔热性能较好的材料、设置架空屋面、施工时防止雨水侵人多孔保温材料等措施，取得了一定效果。近年来，参照国外经验，用挤塑聚苯乙烯板做倒置屋面保温层，对屋面结构进行革新，效果良好，已在不少工程中

18、得到应用。XPS板具有连续的表层和闭孔式蜂窝状结构、组织均匀、连接紧密、强度高、隔湿性和耐气候性能好、不易老化等优点。用这种XPS板做屋面保温覆盖在防水层之上，使保温层起到保护防水层的作用，既可使防水层免受日光的暴晒，又大大缓解了防水层受外界温度的影响，还可避免防水层受到磨损、冲击、穿刺等破坏，使防水层寿命大大延长。倒置屋面构造并不复杂，用挤塑聚苯板排铺(不是粘贴)在防水层上，再用石块或混凝土块压住即可。考虑到XPS板价格较高，也可改用EPS板与水泥砂浆或薄层混凝土复合成板，但要注意所用EPS板密度应大大提高，以延长其使用寿命。在屋顶上架设凉棚，种植攀藤植物，可以使屋面接受到的太阳辐射大为减少

19、，对夏季屋顶隔热十分有利，还改善了环境。在屋顶上种植花草或蓄水降温，也有良好的隔热效果，但要做好屋面防水，避免产生渗漏。在屋面上设热反射层或热反射涂层，也能起到隔热作用。近来斜屋顶用得越来越多，由于有屋面瓦做防水保护，斜屋面可灵活采用不同高效材料作保温隔热层(如EPS板、玻璃棉板、岩棉板等)。这些板材根据不同情况可铺在斜屋面下或顶棚上。2.8采用相变储能建筑材料 通过向普通建筑材料中加人相变材料，可以制成具有较高热容的轻质建筑材料，称之为相变储能建筑材料。利用相变储能复合材料构筑建筑围护结构，可以降低室内温度波动，提高舒适度，使建筑供暖或空调不用或者少用能量，可以减小所需空气处理设备的容量，同

20、时可使空调或供暖系统利用夜间廉价电运行，降低空调或供暖系统的运行费用。相变材料根据其相变温度不同，主要有4方面用途。低温相变材料用来蓄冷(如已经广泛使用相变材料进行空调蓄冷)，还可以用来跨季节蓄冷。室温相变材料可以用来增加房屋的热惰性，降低房屋的温度波动，从而降低空调负荷，达到建筑节能50 % 60 %。3 建筑设备节能提高终端用户用高能效的采暖、空调系统与上述削减室内冷热负荷的措施并行，才能真正减少采暖、空调能耗。首先，根据建筑的特点和功能，设计高能效的暖通空调设备系统，例如热泵系统、蓄能系统和区域供热、供冷系统等。然后，在使用中采用能源管理和监控系统监督和调控室内的舒适度、室内空气品质和能

21、耗情况。如欧洲国家通过传感器测量周边环境的温、湿度和日照强度，然后基于建筑动态模型预测采暖和空调负荷，控制暖通空调系统的运行。在其它家电产品和办公设备方面，应尽量使用节能认证的产品。3.1 提高总的能源利用效率 从一次能源转换到建筑设备系统使用的终端能源的过程中，能源损失很大。因此，应从全过程(包括开采、处理、输送、储存、分配和终端利用)进行评价，才能全面反映能源利用效率和能源对环境的影响。建筑中的能耗设备(如空调、热水器、洗衣机等)应选用能源效率高的能源供应。例如，作为燃料，天然气比电能的总能源效率更高。采用第二代能源系统，可充分利用不同品位热能，最大限度地提高能源利用效率(如热电联)。3.

22、2 室内综合热量的利用 基于总线的住宅热力系统的设计思想是将家庭所有的热力设备组成一个完整的热力系统。天晴时由太阳热水器供应热水;天阴时用热泵供应热水;不用热水时用太阳热水器产生的热水作为热泵的低温热源为室内供热。一个变频压缩机同时拖动空调等热力设备，压缩机起到一个冷热分离器的作用，冷热源互为利用，热力损失减少到最低程度，大大提高了热效率。热力系统如图1所示，分夏天、冬天和春秋天几个工况运行，实线为室内制冷工况，虚线为室内制热工况。 图1 热力系统原理图该系统具有如下特点:夏天只需制冷时，为普通空调系统运行;夏天需要热水同时又需要制冷时，首先由太阳热水器供应热水，再由室内蒸发器制冷，冷凝器加热

23、水箱中的水，当热水达到一定温度后，关闭热水箱，接通室外机;冬天、春秋天只需热水时，当天晴时，由太阳热水器供应热水;当天阴时，室外机做蒸发器，热水器做冷凝器，产生热水供家庭用;冬天室内只需供热时，用太阳热水器产生的热水作为热泵的低温热源为室内供热。制热与供生活热水需同时进行时，热水器和室内机同时为冷凝器，室外机做蒸发器。在南方往往中午不要制热，为了减少总功率，制热水在中午进行，起到蓄热节能作用。4 采光照明 天然光是人们习惯的光源，人眼在天然光下有更高的灵敏度。因此;在室内再大限度地利用天然光，不仅可节约照明用电，同时对提高室内采光质量也有重要的意义。新的采光技术不断出现，如导光管，光导纤维，采光搁板和导光棱镜窗等，它们往往利用光的反射、折射或衍射等特性，将天然光引人，并传输到需要的地方，以