淺析日本在建筑節(jié)能領(lǐng)域的研究及成效

河海大學 柳 楊

0 引言

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人口的持續(xù)增長,能源問題已成為先進國家和發(fā)展中國家都面臨的迫切需要解決的重大課題之一。早在20世紀70年代，建筑節(jié)能概念就被正式提出。建筑節(jié)能的核心是減少建筑耗能，提高建筑中的能源利用效率。

1 建筑節(jié)能的概念

建筑節(jié)能是指在建筑物的規(guī)劃、設(shè)計、新建（改建、擴建）、改造和使用過程中，執(zhí)行節(jié)能標準，采用節(jié)能型的技術(shù)、工藝、設(shè)備、材料和產(chǎn)品，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調(diào)制冷制熱系統(tǒng)效率，加強建筑物用能系統(tǒng)的運行管理，利用可再生能源在保證室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，減少供熱、空調(diào)制冷制熱、照明、熱水供應(yīng)的能耗。

建筑節(jié)能是一門綜合性學科,它涉及到建筑、施工、采暖、通風、空調(diào)、照明、電器、建材、熱工、能源、環(huán)境、檢測、計算機應(yīng)用等許多專業(yè)內(nèi)容，是在許多學科邊緣的交叉和結(jié)合后形成的，因此建筑節(jié)能技術(shù)也是一門綜合性的技術(shù)，包含了多個領(lǐng)域。

當今世界上,人類的生活每天都在消耗著大量的能源，隨著石油、煤炭、電力等能源的不斷消耗、價格上漲，能源短缺引起了各國的高度重視，1979年聯(lián)合國在維也納召開的科學技術(shù)促進發(fā)展會上,已把能源提高到與糧食、人口、環(huán)境同等的重要位置。現(xiàn)在，節(jié)約能源的問題已經(jīng)擺在每一個行業(yè)面前，而能耗占到社會總能耗30%的建筑行業(yè)更是節(jié)能重點對象。

建筑節(jié)能是關(guān)系經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展全局的重大問題。全面推進建筑節(jié)能工作，有利于減少建筑能耗，節(jié)約能源；有利于減少溫室氣體排放，減輕大氣污染，改善環(huán)境質(zhì)量；有利于傳統(tǒng)建筑業(yè)的改造和提升。面對嚴峻的能源形式，以及建筑中的大量能源消耗，我們?nèi)舨徊扇∮辛Φ母纳拼胧祟悓⒚媾R嚴重的生存危機。在能源日漸匱乏的情況下，解決問題的唯一辦法，就是大力推行節(jié)能環(huán)保建筑。日本建筑能耗約占全國總能耗的約27%,因而,建筑節(jié)能已成為日本建筑專家們極為關(guān)切的問題。

2 日本的建筑節(jié)能研究

面對巨大的建筑能耗,能源完全依賴進口的日本早在1997年11月就提出了2010年的節(jié)能目標,其中要求民用部門節(jié)能31%,它們被細分為:建筑節(jié)能11%、家電效率的提高節(jié)能8%、生活習慣的改善節(jié)能6%、住宅節(jié)能5%、照明效率的提高和高效率化液晶顯示的采用等節(jié)能2%。顯然,其中以建筑節(jié)能的幅度最大，占1/3強。

經(jīng)粗略估算，采取周密、有效的建筑技術(shù)措施可以降低2/3～3/4的建筑能耗。因此，在建筑規(guī)劃設(shè)計、建造和使用過程中，在滿足室內(nèi)環(huán)境舒適、衛(wèi)生、健康的條件下，采取合理有效的建筑節(jié)能技術(shù)，有利于實現(xiàn)建筑節(jié)能和環(huán)保共進的目標。日本最近提出“建筑的節(jié)能與環(huán)境共存設(shè)計”的概念便是這一思想的體現(xiàn)。一般來說，實現(xiàn)建筑節(jié)能的技術(shù)途徑為：盡量減少建筑內(nèi)能源總需求量的同時，大力開發(fā)利用可再生的新能源，從而減少使用在建筑領(lǐng)域內(nèi)易引起環(huán)境污染的能源。

日本在建筑業(yè)中實施的節(jié)能途徑有以下三方面：改善圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能；提高暖通空調(diào)制冷設(shè)備的效率；積極發(fā)展建筑節(jié)能研究。

2.1 改善圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能

建筑圍護結(jié)構(gòu)組成部件(屋頂、墻、地基、隔熱材料、密封材料、門和窗、遮陽設(shè)施)的設(shè)計對建筑能耗、環(huán)境性能、室內(nèi)空氣質(zhì)量與用戶所處的視覺和熱舒適環(huán)境有根本的影響。一般增大圍護結(jié)構(gòu)的費用僅為總投資的3%～6%，而節(jié)能卻可達20%～40%。通過改善建筑物圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，在夏季可減少室外熱量傳入室內(nèi)，在冬季可減少室內(nèi)熱量的流失，使建筑熱環(huán)境得以改善，從而減少建筑冷、熱消耗。

多年來，日本在建筑業(yè)節(jié)能的具體作法中積累了一些經(jīng)驗，并已在全國推廣應(yīng)用。日本大力研究和改善建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能，也取得了一定的成果。如采用雙層玻璃幕墻，通過設(shè)置閥門，讓夏季的熱空氣在兩層幕墻間由底部上升到屋頂排放出去。此外，通過在建筑外墻安裝陽光反射板，把陽光反射到屋內(nèi)天花板，以增加室內(nèi)的采光，減少使用燈光，這樣也能達到建筑節(jié)能的目的。這些都是他們很有利的節(jié)能措施。

另外，日本也實現(xiàn)了建筑節(jié)能降耗智能化、人性化節(jié)能，他們研究出東暖夏涼的玻璃節(jié)能涂料，隔熱隔紫外線，滿足消防要求，是世界領(lǐng)先的納米技術(shù)產(chǎn)品。這種透明隔熱涂料應(yīng)用場合為東曬、西曬的酒店、寫字樓、私家房間、玻璃幕墻、玻璃面積較大的建筑隔熱或嚴寒地區(qū)的冬季保暖。日本東京電視塔、日本國會大廈、日本千葉體育館、日本立教大學等使用的都是這種透明隔熱涂料。

2.2 提高暖通空調(diào)制冷設(shè)備的效率

日本除了大力研究和改善建筑圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能之外，還重點研究空調(diào)制冷技術(shù)的節(jié)能問題，其作法是：事先對空調(diào)系統(tǒng)各個單項作出耗能特性曲線，從中選擇最優(yōu)化的空調(diào)方案，這些工作都是由電子計算機進行數(shù)據(jù)處理。此外它又從建筑設(shè)計角度，對建筑物本身的位置及周圍環(huán)境作出合理的布局，如在建筑物周圍多種樹木、草坪，以減少地面反射造成的冷負荷；再如盡量減少相鄰建筑物外堵反射玻璃等造成的冷負荷，在建筑物的兩側(cè)設(shè)置噴水池也可以減少冷負荷；此外建筑方位也是考慮的因素，最佳方位是南北，其全年的冷、熱負荷最小，東西向的負荷最大，應(yīng)盡量避免東西向的方位。對于節(jié)能來說，建筑本身的長寬比以1：1為最佳；建筑層數(shù)以6-7層的全年冷熱負荷最小，2層的建筑物負荷最大；建筑物的出入口，設(shè)在下風向為宜，在出入口處以及樓梯口處多采用空氣隔斷措施 對于外墻體的保溫層應(yīng)置于外側(cè)，從而可減小熱橋；外窗面積越小，越有利于節(jié)能，窗戶一般都設(shè)有遮陽臺或遮陽簾；多采用雙層窗，日本現(xiàn)代建筑又多采用鋁臺金窗，制作嚴密，防止冷空氣滲透問題基本解決[1]。

日本的空調(diào)界對于廢熱的回收問題也作了大量的研究工年，對于熱回收的內(nèi)容也是多方面的，如對于排氣的熱回收與利用問題，對于室內(nèi)散熱.空調(diào)排氣、工廠排氣、排熱等都進行回收再利用，決不輕易排掉。一般是采用熱泵來回收排氣中所含的熱量，然后再供給空凋系統(tǒng)作預熱新風之用.有時還采用熱交換器來進行回收. 可以回收排氣的顯熱和潛熱。對于排水中的熱量也同樣進行回收，如火電廠的排水溫度都相當高，它相當于4O%的燃料所發(fā)出的熱量。將這部分熱量回收后，主要用于建筑物的采暖。

2.3 積極發(fā)展建筑節(jié)能研究

1)積極發(fā)展建筑節(jié)能研究，日本住宅節(jié)能設(shè)計的四種常用手段

（1）提高密閉性。盡量減少墻壁、天井及地面上的各種構(gòu)配件和建材之間的縫隙,最大限度地減少室內(nèi)外冷熱空氣的對流。

（2）提高保溫性。采用保溫材料將室內(nèi)空間完全覆蓋起來,不留絲毫縫隙。通過保溫材料、保溫構(gòu)配件及嚴格的施工標準等減少室內(nèi)熱損失。

五、加強水土資源保護，水生態(tài)文明建設(shè)扎實推進。強化水土保持全流程監(jiān)管，狠抓在建工程棄土規(guī)范化管理和水土保持度汛方案制度落實，水土流失面積下降2km2。認真開展再生水推廣使用建章立制工作，以市場導向為原則，草擬了《深圳市再生水管理暫行辦法（送審稿）》，已報市政府進一步研究。強化飲用水水源保護區(qū)管理，大力推進入庫支流生態(tài)修復工程，集中式飲用水水源地水質(zhì)達標率繼續(xù)保持100%。

（3）多種能源組合利用。除普通電源外,還可以通過利用太陽能、風能、地熱、燃料電池及各種余熱,降低石化能源消耗。

（4）立體綠化。立體綠化就是盡量增加建筑物可以綠化的空間,通過植物吸收太陽熱能,降低建筑物表面的溫度。一般包括庭院、陽臺、墻壁及屋面的綠化。高氣密性、高隔熱性的住宅設(shè)計不但增加了住宅的高保溫性,降低了能源消耗,而且提供了室溫適宜的舒適環(huán)境。多種能源組合利用,節(jié)能減排效果明顯。立體綠化不僅能降低了單體建筑的能耗,而且對減輕城市熱島現(xiàn)象發(fā)生的程度也具有明顯的效果。

2）日本在其他方面主要節(jié)能對策

（1）把原材料、能源多消費型的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向原材料、能源消費少的產(chǎn)業(yè)，重點擴大加工組裝型、知識密集型產(chǎn)業(yè)，如家用電器、數(shù)控機床等部門的生產(chǎn)，相對地減少鋼鐵，水泥、石化 部門的生產(chǎn)。這是從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上減少能源的消費，為日本經(jīng)濟的節(jié)能化提供了有利條件。

（2）開發(fā)新能源，如太陽能、地熱能，合成天然氣以及氫能等。其內(nèi)容有：

○凡經(jīng)過批準修建的太陽能實驗住宅，一切費用都由政府負擔。安裝太陽能設(shè)備的家庭，1990年達到780萬戶，1995年達到1000萬戶，有26%左右的家庭裝上太陽能設(shè)備；

○利用太陽能發(fā)電。1975年在四國島瀨戶內(nèi)海仁尾町建造了一座大型太陽能試驗發(fā)電站，1981年正式發(fā)電. 向仁尾町居民提供了用電量的一半，2009年建成裝機容量為220kW的太陽能發(fā)電站；

○在新開發(fā)能源中，最有希望的是原子能。從原子能發(fā)電量看，日本已成為世界上僅次于美國的第二位原子能發(fā)電國。

3 取得的成效

日本是一個能源資源非常匱乏的國家，作為世界第二經(jīng)濟強國，同時又是一個能源消費大國。以20世紀70年代的2次的石油危機為契機，日本在各領(lǐng)域開始了全面的節(jié)能行動，經(jīng)過30多年的努力，得了舉世注目的成績，成為目前單位GDP一次能源消耗量全球最低的國家，保持世界最高的能源利用率。圖1是以日本為基準值1，單位GDP一次能源消耗量各國比較[2]。

日本是當今世界上能源利用效率最高的國家之一(為美國的2.75倍)。早在上世紀80年代日本就已在建筑節(jié)能方面取得了顯著的成效。如在保持同樣生活水平前提下，以每戶為計算單位的生活能耗量日本僅為英、法、瑞典的50%,美國的30%左右。日本在建造新建筑上的建筑理念是主張“降低成本是次要的，環(huán)保節(jié)能是主要的”原則。在日本建造的大量公共建筑中，諸如辦公樓、學校、醫(yī)院等都在節(jié)能方面做了大量的設(shè)計處理。23年前，大林組在東京郊區(qū)的研發(fā)中心部建造了一棟“節(jié)能建筑”，該建筑為地下1層，地上4層，建筑面積886.85 m，共運用了98種節(jié)能措施，從“負荷控制”、“自然資源的利用”、“資源，設(shè)備效率的提高”三個方面入手，為此增加了20%的建造成本，但在使用中能減少69%的水、電等能耗費用，而且二氧化碳的排放量比原計劃減少了73%[3]。

4 結(jié)語

日本的建筑能耗占據(jù)全社會能耗的約27%，作為一個主要依存國外石油能源進口的國家，在經(jīng)歷了1974，1979年的兩次石油危機后，節(jié)能技術(shù)開發(fā)和相關(guān)的節(jié)能法規(guī)建設(shè)都得到很大發(fā)展。日本在節(jié)能方面取得如此成就，與其在財政 金融、市場價格等方面的措施分不開。借鑒日本的經(jīng)驗，結(jié)合我國的現(xiàn)狀，在建筑節(jié)能方面，可得到以下啟示：

1)完善有關(guān)建筑節(jié)能法律法規(guī)、標準體系建設(shè)，增強節(jié)能實效性。

2)建立健全節(jié)能評價標準體系，開發(fā)與普及建筑節(jié)能評價軟件及應(yīng)用，實行節(jié)能認證制度。

3)扶持節(jié)能服務(wù)公司，加快既有建筑節(jié)能改造。

4)加強節(jié)能宣傳與教育，普及建筑節(jié)能知識。當然，真正的建筑節(jié)能，并不只是靠政府的某種政策就可以實現(xiàn)的，這需要全體人民的共同努力，這種努力不僅為我們國家，也是為生活在地球上的全人類。

[1]李湘洲、趙志江.日本的暖通空調(diào)及建筑節(jié)能現(xiàn)狀.節(jié)能技術(shù).1995

[2]經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省編.東京：山浦印刷株式會社出版.2008.9：p107.54～55.168～169.265

[3]耿國榮.日本現(xiàn)行建筑環(huán)保節(jié)能淺探.建筑施工.2006