中國建筑節(jié)能技術(shù)概述

陳 忠 民

(內(nèi)蒙古第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，內(nèi)蒙古 海拉爾 021008)

中國建筑節(jié)能技術(shù)概述

陳 忠 民

(內(nèi)蒙古第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，內(nèi)蒙古 海拉爾 021008)

在全球氣候變化和能源短缺的背景下，從建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能、建筑設(shè)備的節(jié)能、可再生能源的應(yīng)用、建筑能源管理等角度出發(fā)，總結(jié)了我國已有的建筑節(jié)能技術(shù)，為建筑節(jié)能技術(shù)的進(jìn)一步研究提供了參考借鑒。

建筑節(jié)能，圍護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)備，能源，管理

0 引言

面對(duì)日益嚴(yán)峻的全球氣候變化和能源短缺的局勢(shì)，近些年來，世界各國開始廣泛關(guān)注建筑節(jié)能，并研發(fā)了大量的簡(jiǎn)單易行并且經(jīng)濟(jì)效益高的建筑節(jié)能技術(shù)。建筑節(jié)能的主要原則包括減少采暖、制冷和照明負(fù)荷，選擇高效的設(shè)備和系統(tǒng)，使用有效的控制戰(zhàn)略等等。總體而言，中國的建筑節(jié)能技術(shù)可從四個(gè)方面來進(jìn)行歸納，即建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)、建筑HVAC系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)、可再生能源的應(yīng)用與建筑能源管理。

1 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能技術(shù)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)是指通過改善建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，達(dá)到夏季隔絕室外熱量進(jìn)入室內(nèi)，冬季防止室內(nèi)熱量逸出室外，使建筑物室內(nèi)溫度盡可能接近舒適溫度，以減少通過輔助設(shè)備如采暖、制冷設(shè)備來達(dá)到合理舒適室溫的能源負(fù)荷，最終達(dá)到節(jié)能的目的，建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)可分為：新型墻體節(jié)能技術(shù)、門窗節(jié)能技術(shù)、屋面節(jié)能技術(shù)。

1.1 墻體節(jié)能技術(shù)

墻體節(jié)能所采用的方法主要為通過改善墻體材料的熱工性能來達(dá)到節(jié)能的目的，包括單一墻體保溫技術(shù)和復(fù)合墻體保溫技術(shù)兩類。目前，常用的墻材中加氣混凝土、空洞率高的多孔磚或空心砌塊可用作單一節(jié)能墻體，由于單砌筑的墻體結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)往往不能滿足建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，為此，在新型墻材的基礎(chǔ)主墻上增加保溫隔熱材料，形成復(fù)合節(jié)能墻體。目前，在中國市場(chǎng)上主流的墻體節(jié)能方法主要為外墻外保溫技術(shù)，每年大約要新增1億m2的外墻外保溫建筑面積[1]。該技術(shù)能有效的增加室內(nèi)建筑面積達(dá)1.8%～2%，并能避免墻體產(chǎn)生熱橋，故經(jīng)濟(jì)效益和保溫效果明顯。此外，中國廣泛使用的墻體節(jié)能技術(shù)還包括膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)、膠粉聚苯顆粒保溫漿料外墻外保溫系統(tǒng)等。

1.2 門窗節(jié)能技術(shù)

在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的門窗、墻體、屋面、地面四大圍護(hù)部件中，門窗的絕熱性能最差，是影響室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和建筑節(jié)能的主要因素之一。因此，增強(qiáng)門窗的保溫隔熱性能減少門窗能耗，是改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和提高建筑節(jié)能水平的重要環(huán)節(jié)。

多玻節(jié)能窗、低導(dǎo)熱玻璃、低輻射玻璃、吸熱玻璃等在中國市場(chǎng)中被逐漸推廣應(yīng)用。此外，玻璃窗膜，由一些稀有金屬所制成，如鈦、鎳、金等，在中國的某些發(fā)達(dá)城市如上海和廣東也開始獲得越來越多的應(yīng)用。

1.3 屋面節(jié)能技術(shù)

屋面作為一種建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，所造成室內(nèi)外溫差傳熱耗熱量大于任何一面外墻或地面的耗熱量。因此，提高建筑屋面的保溫隔熱能力，能有效地抵御室外熱空氣的傳遞，減少空調(diào)能耗，也是改善室內(nèi)熱環(huán)境的一個(gè)有效途徑。近些年來，大量的新型屋面保溫材料被研究開發(fā)出來并獲得了廣泛的應(yīng)用，如膨脹珍珠巖、聚苯乙烯泡沫、加氣混凝土、剛性聚氨酯泡沫塑料等[2]。

此外，中國還研發(fā)了一些新型的屋面節(jié)能技術(shù)，如通風(fēng)屋面、種植屋面、蓄水屋面等。通風(fēng)屋面的結(jié)構(gòu)為兩層板之間形成一個(gè)通風(fēng)層，這種結(jié)構(gòu)形式能極大地削弱太陽輻射對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響，從而能保持室內(nèi)溫度接近外界溫度。通風(fēng)屋面在中國夏熱冬冷地區(qū)廣泛采用，尤其是在氣候炎熱多雨的夏季，這種屋面構(gòu)造形式更顯示出它的優(yōu)越性。在我國夏熱冬冷地區(qū)和華南等地過去就有“蓄土種植”屋面的應(yīng)用實(shí)例，通常稱為種植屋面。利用屋頂種一些植物，在遮擋太陽輻射熱的同時(shí)還吸收這些熱量用于植物的光合作用、蒸騰作用和呼吸作用，把照射到屋頂?shù)奶栞椛錈徂D(zhuǎn)化為植物的生物能量和空氣的有益成分，實(shí)現(xiàn)太陽輻射熱的資源性轉(zhuǎn)化。因此，屋面溫度變化比較小，隔熱保溫性能優(yōu)良，是一種生態(tài)型的節(jié)能屋面，并逐步在廣東、廣西、四川、湖南等地被人們廣泛應(yīng)用。到2010年為止，山東臨沂市和四川成都市已經(jīng)分別建成了140萬m2和200萬m2的種植屋面。蓄水屋面是在剛性防水屋面上蓄一層水用來提高屋頂?shù)母魺崮芰Α＿@種屋面利用了水比熱大的特點(diǎn)，主要是水在蒸發(fā)時(shí)要吸收大量的汽化熱，能有效地減弱屋面的傳熱量，降低屋面的外表面溫度。但由于蓄水屋面對(duì)屋面防水的要求很高，故在中國的應(yīng)用較少。

2 建筑設(shè)備的節(jié)能

建筑能耗，主要是指各類設(shè)備的電力消耗及燃料消耗，而設(shè)備的能源轉(zhuǎn)換效率直接影響著建筑能耗，建筑物內(nèi)主要的耗能設(shè)備為采暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)。

大量文獻(xiàn)對(duì)減少HVAC系統(tǒng)的能耗做出了廣泛深入的研究，美國能源署在2002年發(fā)布的一份報(bào)告中指出，目前主流的HVAC節(jié)能技術(shù)主要有55種[3]。值得注意的是，這些節(jié)能技術(shù)是基于美國的國情所提出來的，中國有其本國的節(jié)能技術(shù)特點(diǎn)，如在進(jìn)行HVAC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)提倡采用間歇式采暖和制冷，優(yōu)先選擇自然通風(fēng)而不是機(jī)械通風(fēng)等等。《采暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)HVAC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求給出了詳細(xì)的說明，此外，《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》也對(duì)HVAC系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，如設(shè)置能源回收系統(tǒng)和選擇高效率的設(shè)備等等措施均能獲得相應(yīng)的綠色得分。

3 可再生能源的應(yīng)用

自“六五”規(guī)劃以來，中國政府就把可再生能源利用技術(shù)的研究列入國家能源規(guī)劃當(dāng)中，以期推動(dòng)中國可再生能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1997年，中國政府頒布了《中華人民共和國節(jié)約能源法》，該法律的頒布極大地激勵(lì)了可再生能源的開發(fā)和使用；2006年，中國政府頒布了《中華人民共和國可再生能源法》，并于2010年對(duì)該法律進(jìn)行了修訂，在該法律中，可再生能源的開發(fā)應(yīng)用被放到了“增加能源供應(yīng)、確保能源安全、改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略高度。此外，在中國的可再生能源長期發(fā)展規(guī)劃中，中國政府提出了要確保到2010年可再生能源占中國總能源結(jié)構(gòu)的10%，到2020年可再生能源占中國總能源結(jié)構(gòu)的16%的總體目標(biāo)。在2007年召開的建筑節(jié)能減排大會(huì)上，建設(shè)部相關(guān)人員指出在“十二五”規(guī)劃期間，中國政府應(yīng)全面推動(dòng)可再生能源在建筑中的應(yīng)用，進(jìn)而轉(zhuǎn)變城鄉(xiāng)發(fā)展模式和建筑節(jié)能模式，并解決國內(nèi)建筑能耗高、能源結(jié)構(gòu)不合理的難題[4]。在建設(shè)部和財(cái)政部共同發(fā)布的《關(guān)于推動(dòng)建筑內(nèi)可再生能源應(yīng)用的通知》中指出，到2015年止，中國可再生能源在建筑中的應(yīng)用面積將達(dá)到12億m2，可再生能源對(duì)傳統(tǒng)能源的替代量達(dá)到30 Mtce。

中國建筑內(nèi)可再生能源的應(yīng)用種類主要包括太陽能、地?zé)崮堋L(fēng)能和生物質(zhì)能。

1)太陽能。太陽能利用技術(shù)是指通過轉(zhuǎn)換裝置將太陽能源轉(zhuǎn)換成熱能、電能，并全方位地解決建筑內(nèi)熱水、采暖和照明用能的技術(shù)。

太陽能熱水器是利用太陽能把水加熱的裝置，是目前實(shí)際應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的太陽能利用系統(tǒng)。中國在太陽能熱水器的基礎(chǔ)理論研究、工藝材料研究、應(yīng)用研究、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、制造水平、產(chǎn)品質(zhì)量等方面，總體處于國際先進(jìn)水平，多個(gè)指標(biāo)在國際領(lǐng)先。現(xiàn)在中國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)、銷售和持有國[5]。

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)也開始逐漸成熟。在國外，光伏技術(shù)被運(yùn)用于建筑屋頂，將大型光伏組件建造在屋頂上，組成屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)；在中國，光伏技術(shù)經(jīng)過40年的努力，已具有一定的水平和基礎(chǔ)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)正在悄然興起，屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的研制和示范已被列入國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。在“十一五”規(guī)劃期間，中國已在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的、城市現(xiàn)代化水平高的大中城市如北京、上海、江蘇、廣東等，建成了大量的建筑光伏一體化的示范項(xiàng)目。到2010年止，中國已安裝1 000個(gè)屋面光伏發(fā)電系統(tǒng)，總裝機(jī)容量達(dá)5萬kW，據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，中國的屋面光伏發(fā)電系統(tǒng)將達(dá)到2萬個(gè)，總裝機(jī)容量將達(dá)100萬kW。

2)地?zé)崮堋５卦礋岜檬且环N利用淺層地?zé)豳Y源(也稱地能，包括地下水、土壤或地表水)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能設(shè)備。中國自1997年正式引進(jìn)推廣地源熱泵這項(xiàng)技術(shù)以來，現(xiàn)在在地源熱泵的研究上已獲得了長足的進(jìn)步，并成為了建筑節(jié)能領(lǐng)域內(nèi)的重要研究課題。到2005年為止，中國地源熱泵的裝機(jī)容量達(dá)到631 MWt。在最近幾年里，地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展更為顯著，以北京為例，到2008年6月為止，北京已有103個(gè)工程安裝了地源熱泵系統(tǒng)[6]。

3)風(fēng)能。中國總的風(fēng)能儲(chǔ)量約為3.226×109kW，到2010年，中國的風(fēng)力發(fā)電量達(dá)到33 800 MW，使得中國成為全世界第二大風(fēng)力發(fā)電國[7]，此外，中國未來風(fēng)力發(fā)電的潛力巨大。建筑物內(nèi)風(fēng)能的主要利用方式包括水平風(fēng)力渦輪機(jī)和縱向風(fēng)力渦輪機(jī)等等。由于風(fēng)力發(fā)電具有很大的不確定性，故與太陽能和地?zé)崮芟啾龋L(fēng)能在建筑中的應(yīng)用并不十分廣泛，經(jīng)常將其與太陽能光伏電池聯(lián)合起來安裝在建筑物上，珠江塔作為一個(gè)典型的示范性建筑，是世界上首座安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的零能耗超高層建筑。

4)生物質(zhì)能。中國蘊(yùn)含著豐富的生物質(zhì)能源，據(jù)初步估計(jì)，中國可開采的生物質(zhì)能大約為5億t標(biāo)煤當(dāng)量。盡管其含量豐富，但是尚未被人們合理利用，在中國，生物質(zhì)能主要在農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用，以湖南省為例，在2005年，農(nóng)村住戶的非商品能源消耗總量大約為1 110萬t標(biāo)煤，而其中秸稈和木材就占了98.1%[8]。

4 建筑能源管理

建筑能源管理，即在保證建筑物使用功能和室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的前提下，通過規(guī)劃、組織、監(jiān)測(cè)和控制等一系列方法來確保建筑運(yùn)行的效率和性能最優(yōu)化，如基于能源審計(jì)的結(jié)果，來計(jì)算分析建筑設(shè)備系統(tǒng)分系統(tǒng)和分項(xiàng)能耗，進(jìn)而通過對(duì)建筑物構(gòu)造的模擬及室內(nèi)外環(huán)境的優(yōu)化來找出建筑分項(xiàng)系統(tǒng)的節(jié)能潛力。

一般來講，建筑能源管理的模式有以下三種：1)減少能耗型能源管理。其主要措施是限制用能，例如非高峰時(shí)期停開部分電梯，無人情況下關(guān)燈等。2)設(shè)備改善型能源管理。即針對(duì)建筑在運(yùn)行中的實(shí)際情況，不斷改進(jìn)和改造建筑用能設(shè)備，這種管理方式的底線是所掌控的資金量能否滿足節(jié)能改造的需要。3)優(yōu)化管理型節(jié)能管理。這種管理方式主要包括連續(xù)的系統(tǒng)調(diào)試、對(duì)負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)追蹤管理、基于成本來制定運(yùn)行策略和對(duì)用戶行為節(jié)能進(jìn)行啟發(fā)和引導(dǎo)等。

建筑物能源管理系統(tǒng)的節(jié)能潛力巨大，最多可達(dá)到27%左右。節(jié)能服務(wù)公司(ESCO)，是一種基于合同能源管理機(jī)制運(yùn)作的，以贏利為目的的專業(yè)化公司。ESCO與愿意接受能源管理服務(wù)和進(jìn)行節(jié)能改造的客戶簽訂節(jié)能效益合同，向客戶提供能源和節(jié)能服務(wù)，通過與客戶分享項(xiàng)目實(shí)施后產(chǎn)生的節(jié)能效益、或承諾節(jié)能項(xiàng)目的節(jié)能效益、或承包整體能源費(fèi)的方式為客戶提供節(jié)能服務(wù)，獲得利潤，滾動(dòng)發(fā)展。1995年3月，中國政府與世界銀行就中國加快引入以市場(chǎng)為導(dǎo)向的能源機(jī)制達(dá)成共識(shí)，從1996年開始，世行與國家經(jīng)貿(mào)委共同合作實(shí)施“世行/GEF中國節(jié)能促進(jìn)項(xiàng)目”，項(xiàng)目分兩期實(shí)施，項(xiàng)目一期分別在北京、山東、遼寧建立了三個(gè)示范節(jié)能服務(wù)公司，示范公司三年來的實(shí)踐證明，合同能源管理這一節(jié)能新機(jī)制在中國是可行的。此外，中國政府還頒布了一系列的政策來推動(dòng)建筑能源管理系統(tǒng)的發(fā)展，如國家發(fā)展改革委員會(huì)印發(fā)的《關(guān)于加快推行合同能源管理，促進(jìn)節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》和《合同能源管理財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)資金管理暫行辦法》等。

5 結(jié)語

通過從四個(gè)方面對(duì)中國建筑節(jié)能技術(shù)的總結(jié)，可以看出目前中國建筑節(jié)能技術(shù)已比較成熟，研究開發(fā)了大量的適用技術(shù)，尤其是可再生能源在建筑中的應(yīng)用。當(dāng)然，在建筑能源管理等方面也存在著一些不足之處。

[1] 北京振利節(jié)能環(huán)保科技股份有限公司.墻體保溫技術(shù)探究[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2011.

[2] 艾紅梅,白雪嬌.我國建筑屋面保溫板的研究與發(fā)展[J].建筑節(jié)能,2010(8):1-6.

[3] Kurt W.Roth.Energy Consumption Characteristics of Commercial Building HVAC Systems,Volume Ⅲ:Energy Savings Potential.Building Technologies Program of DOE,2002.

[4] 國家發(fā)展改革委員會(huì).可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃[Z].2007.

[5] Worldwatch Institute.Renewables 2007 Global Status Report[R].2007.

[6] 江西省地質(zhì)學(xué)會(huì).京津地區(qū)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用考察報(bào)告[R].2009.

[7] Wald,Matthew L.China’s Galloping Wind Market.The New York Times.

[8] S.Q.Chen.Contrastive study between the biomass energy utilization structure and the ecotype energy utilization structure in rural residences-A case in Hunan province,China.Renewable Energy，2009(34)：1782-1788.

[9] 馬麗麗.談建筑設(shè)計(jì)與環(huán)保節(jié)能[J].山西建筑，2014，40(13)：215-216.

AnoverviewofChina’sbuildingenergysavingtechnologies

CHENZhong-min

(TheSixthofGeologyandMineralResourcesExplorationDevelopmentinInnerMongolia,Hailaer021008,China)

Under the background of global climate change and energy shortages, from the energy saving of building envelope structure, building equipment energy saving, renewable energy application, building energy management etc., summarizeds the existing building energy saving technology in our country, provided reference for further research on for building energy efficiency technology.

building energy efficiency, envelope structure, equipment, energy, management

1009-6825(2014)33-0187-03

2014-09-11

陳忠民(1971- )，男，工程師，二級(jí)建造師

TU111.4

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