建筑节能的重要意义

建筑节能的重要意义

20世纪70年代，世界能源危机以来，所有国家都非常重视节约能源的问题，并在促进世界节能运动的同时，将节能与煤炭、石油、天然气、水电等传统能源结合起来。今天,节约能源、提高能源利用率已成为各行各业在谋求提高劳动生产率的同时所追求的另一个目标。在我国,虽然能源总量居世界第三位,但人均能源占有量却不到世界平均水平的一半。能源短缺问题将成为我国未来经济、社会可持续发展的一个重要限制因素。大力开展节能工作则是消除这个制约因素的有效方法,也是解决我国能源短缺问题的关键。在发达国家,建筑能耗与工业、农业和交通运输等行业的能耗处于并列地位,同属于民生能耗。而且建筑能耗在各国总能耗中所占的比例很大,达到了30%～40%,我国亦然,建筑业不但是一个耗能大户,而且还是我国国民经济中的一个支柱产业。因此,建筑节能是缓解我国能源紧缺矛盾、改善人民生活环境质量、减轻环境污染、实现可持续发展战略目标的关键一环,推广建筑节能将是我国发展住宅建设的一项长期国策。1建筑节能的含义建筑节能的概念有广义和狭义之分。广义节能要考虑建筑物整个寿命周期内的能源流动情况,与广义节能相对应的建筑节能技术即是绿色建筑;狭义的建筑节能通常对构部件的组合、加工、建造及建筑的使用过程中的能耗关注较多,尤其是建筑运转过程中的能耗,是狭义节能研究的重点。与狭义节能相对应的建筑节能技术是节能建筑。通常所说的建筑节能即为狭义上的建筑节能,本文后续部分所提的建筑节能也均指狭义的建筑节能。建筑能耗包括建造能耗与使用能耗两大部分我们一般把建筑节能的范围定义为减少建筑使用过程中的能耗,因此,通常意义上讲的建筑能耗主要指建筑使用能耗。建筑节能是在许多学科边缘的交叉和结合后形成的,是一门综合性的技术,它包含了多个领域。在发达国家,建筑节能经历了三个阶段:第一阶段,energysavinginbuildings,即在建筑中节约能源;第二阶段,energyconservationinbuildings,即在建筑中保持能源,减少热损失;第三阶段,energyefficiencyinbuildings,即提高建筑中的能源利用效率。在我国现在仍统称为建筑节能,但其含义应该进到第三层意思:即在建筑中合理使用和有效利用能源,不断提高能源利用效率。由于建筑用能关系到国计民生,量大面广,因此节约建筑用能是建筑设计中的重中之重,为了国民经济持续、快捷、健康的发展就必须搞好建筑节能。2单位建筑采暖能耗高达气候条件相似的发达国家我国建筑节能工作起步较晚,能源浪费严重。近年来,我国建筑规模迅速扩大,截至2002年底全国城乡房屋建筑面积共计为388亿m2。21世纪头20年内,建筑业仍将迅速发展。目前每年建成的房屋达16～20亿m2,比所有发达国家一年建成的房屋建筑面积的总和还要多,如此巨大的建筑规模,在世界上是空前的。但是,不仅有近400亿m2建筑中99%为高能耗建筑,而且新建的数量巨大的房屋建筑中,95%以上的是高能耗建筑。如我国建筑采暖耗热量,外墙大体上为与我们气候条件接近的发达国家的4～5倍,屋顶为2.5～5.5倍,外窗为1.5～2.2倍,门窗透气性为3～6倍,单位建筑面积采暖总能耗高达气候条件相近的发达国家新建建筑的3～4倍。近30年来,发达国家致力于建筑节能。尤其是20世纪90年代以来,在建筑热舒适性继续改善的前提下,单位建筑面积的能源消耗量进一步减小。德国采暖度日数与北京一带相近,有对比条件,以德国为例,表1为德国采暖能耗逐步降低情况。从表中可以看出,目前德国新建建筑能耗已降低至20多年前消耗量的1/6～1/4。而我国到2002年只在城市中建成节能建筑2.4亿m2(包括节能率30%及50%的),仅占全国城市建筑面积的2.1%。因此,从整体上说,我国现在的建筑能耗水平与传统建筑相比变化不大,有些地方甚至还不如以往的传统建筑。如我国南方地区原来普遍采用24砖墙作外墙,现在不少建筑改用19混凝土空心砌块墙作外墙。这些做法使得建筑围护结构保温隔热性能降低,建筑能耗增加,建筑热环境恶化。从表1、表2比较我国和德国的采暖能耗,就可以看出我们和发达国家的差距。应该注意到,我国一般室外温度5～10℃时才开始供暖,供暖基准温度16℃左右,而发达国家天气渐冷感到不适即行供暖,采暖期较长,供暖温度一般为18～22℃。在这样的情况下,我国单位建筑面积采暖能耗仍达目前发达国家标准的3倍以上。分析可见,我国建筑能耗是巨大的,浪费是严重的,同时看到建筑节能的潜力是巨大的。为此,要下定决心,迅速采取坚决有效的措施,使建筑节能工作取得跨越式大发展。3实现建筑节能的方法策略3.1建筑体型系数在建筑规划阶段,要慎重考虑建筑物的朝向、间距等因素对节能的影响。建筑物的朝向对于建筑节能有很大的影响。冬季应有适量的阳光射入室内,避免冷风吹袭;夏季则尽量减少太阳直射室内及外墙面,有良好的通风。可见,从节能和热环境考虑,建筑物以南北向或接近南北向为好,避免东西向,若不能都为南北向,主要房间宜设在冬季背风和朝阳的部位,减少围护结构的散热量。同时,注意建筑间距与节能的关系,使建筑南墙的太阳辐射面积在整个采暖季节中不因其它建筑的遮挡而减少。在建筑设计中,原则上应减少建筑物外表面积,适当控制建筑体型系数,即建筑物外表面积与其所包围的体积之比。体型系数越大,说明单位建筑空间所分担的热散失面积越大,能耗就越多。有研究资料表明,体型系数每增大0.01,耗热量指标约增加2.5%。一般宜控制在0.30以下。建筑体型系数还与建筑物的体型是否规整及建筑的体量大小有关。一般来说控制或降低体型系数的方法有:(1)减少建筑面宽,加大建筑进深;(2)增加建筑物的层数;(3)加大建筑长度或增加组合;(4)建筑体型不宜变化过多。所以建筑外形选用长条型,而体型复杂,凹凸面过多的塔式住宅对节能不利。应重视造型规整,如住宅应尽量采用多单元的“一”字型,特别是采暖住宅建设应增加层数,避免建造单元少特别是点式平面的低层住宅。3.2防护结构的节能推广建筑节能,主要是要提高建筑围护结构(包括墙、门窗、屋顶等)的保温性能。3.2.1外墙外保温在建筑围护结构中,墙体在采暖能耗中所占的比例最大,约占总能耗的32.1%～36.2%,因此,如何改善墙体的保温性能成为重中之重。目前,我国节能住宅的外墙保温划分为内保温、夹心保温、外保温及综合保温四种保温形式,它们对降低墙体耗热指标都具有良好效果,但在节能效率上又存在较大的差别。外墙外保温是建设部倡导推广的主要保温形式,其保温方式最为直接,效果也最好,是我国目前应用最多的一项建筑保温技术。外墙外保温技术始于16世纪,随着全球能源紧张形势的影响,该技术将是以后建筑节能的一种趋势。该技术可广泛地应用于新建墙体和旧建筑物外墙的改造,与传统的保温方式相比,节能效果更好;该外墙保温系统体系对北方严寒地区的采暖节能和华东地区的采暖、隔热节能,以及南方地区隔热节能均适用,是国内外墙外保温行业最优秀的体系之一。外保温既适用于新建建筑的保温节能,又可用于既有建筑的节能改造。利用聚苯板易切割的特性,还能将其切割成各种装饰线条及欧式造型,用以满足室内装饰的需要,增加建筑的美感效果。3.2.2提高所需的保温能力在建筑围护结构的门窗、墙体、屋面、地面四大围护部件中,门窗的绝热性最差,是影响室内热环境和建筑节能的主要因素。就我国目前典型的围护部件而言,门窗的能耗约占建筑围护部件总能耗的40%～50%。建筑门窗承担隔绝与沟通室内外这两个互相矛盾的任务。因此,增加门窗的保温隔热性能,减少门窗的能耗,是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的重要环节。(1)应区别不同朝向控制窗墙比,尽量避免东西向开大窗,提高窗户的遮阳性能,可用固定式或活动式遮阳。同时加强窗户的气密性,除了采用气密条,提高外窗气密水平外,还应提高窗用型材的规格尺寸、准确度、尺寸稳定性和组装的精确度以增加开启缝隙部位的搭接量,减少开启缝的宽度达到减少空气渗透的目的。(2)改善镶嵌部分的保温能力:其主要方法是设法增加其空间层数和提高镶嵌材料对红外线的反射能力以改善其保温性能。(3)加强窗框部分的保温措施:其主要方法是对窗框进行断热处理,用高效保温材料镶嵌于金属窗框之间,加大窗框的热阻,或利用空腹钢窗内的空气间层达到增加窗框热阻的目的;同时,选用导热系数较小的塑料窗框以减少通过窗框部分的热耗。3.2.3保温层保温系统屋面节能的原理与墙体节能一样,通过改善屋面层的热工性能阻止热量的传递。屋面的节能措施要点:一是屋面保温层不宜选用密度较大,导热系数较高的保温材料,以免屋面重量、厚度过大;二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料,以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果,如选用吸水率较高的保温材料,屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分。现在,一些建筑的屋面保温,采用岩棉板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩作法,就克服了常规作法的诸多缺点,另外诸如膨胀型泡沫聚苯板等高效保温材料已经开始应用于屋面。其实,屋面的利用是城市空间利用的一个重要方面,通常民用建筑约占城市土地面积的1/4,充分利用屋面对开发城市、改善生态环境、完善城市化建设具有重大意义,蓄水屋面和屋顶花园就是其中多功能综合利用屋面的形式。3.3改善采暖供热系统,提高采暖系统的效率居住建筑的共同特点是供人们居住使用,而且一般都是昼夜连续使用的,对室温和空气质量有较高的要求,建筑节能的重点之一就是放在节约采暖和降温能耗上。主要措施有以下几点:(1)要从合理规划和选择采暖设备开始,改善采暖供热系统的设计和运行管理,以提高锅炉的运行效率;加强管道的保温,以提高室外管道的输送效率。(2)为提高采暖系统热效率,应积极发展集中供热,以最大限度地节省燃料消耗;对短期内不能联网集中供热的小区,应先着手建小区集中锅炉房供暖,并留出接网余地。(3)积极推进城镇供热体制改革,逐步实行按用热量分户计量的收费办法,确立热能消费意识,提高节能积极性,形成节能机制。总之,采暖节能的目标应符合国家《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》提出的具体要求,将采暖能耗控制在规定水平上。3.4提高空调设备运行效率的技术空调节能主要指对控制室内温、湿度的空调系统及设备采用先进技术或合理方式以达到节约能耗目的。因此室内环境控制节能技术的研究和设备开发,对制冷空调系统进行智能控制,使空调设备或系统以合理的运行方式工作,提高空调设备的运行效率,达到“高效节能、耗电量少、制冷量大”,最大限度减低运行能源,是当前我国建筑节能重要一环。建议空调节能可以从以下几方面进行:(1)合理的控制室内参数,减低空调冷负荷。在进行空调设计时合理的选择室内设计温度和湿度,避免夏季盲目低温和冬季采用过高温度。(2)提高制冷系统的效率。在制冷机负荷相同的情况下,冷冻水温度越高,冷却水温度越低,制冷机的效率越高,因此选用合理的冷冻水温度,并尽量选用高效冷却塔,降低冷却水温度。(3)采用蓄冷系统。在实施峰谷电价的地区,可在低电价时段采用冰蓄冷系统将水制成冰来储存冷量,高电价时段再将冷量释放出来。4我国建筑节能的未来展望近20多年,我国建筑节能工作取得了一定的成绩,各地建成了许多节能示范小区;但是,总体进展缓慢,新建建筑执行节能标准的也是凤毛麟角,与发达国家的差距越拉越大。因此要想推进我国建筑节能工作,取得跨越式发展,除了做好建筑节能技术的开发外,必须做好以下几方面工作:(1)建立和健全建筑法规体系,使建筑节能工作走向法制化轨道,依法推进和监管建筑节能工作,使当前有节能标准不依,违反强制性标准也无人追究的问题从根本上得到解决。(2)借鉴发达国家的经验,采取适当的经济激励政策,比如对开发节能建筑的地