建筑能耗與城市熱島效應

王 琳 張 冰 徐衛星 趙建廣

(1.河南牧業經濟學院，河南 鄭州 450011;2.西安翻譯學院，陜西 西安 710000)

1.概述

1.1 城市熱島效應

隨著城鎮化進程的發展，導致城市氣溫高于郊區氣溫的現象稱之為“城市熱島效應”。城市下墊面、大氣污染、人工熱源、綠地減少、人口遷徙等是形成城市熱島效應的主要因素。

第一、城市下墊面(大氣底部與地表的接觸面)特性的影響

城市內大量人工構筑物改變了下墊面的熱力屬性，在相同的太陽輻射條件下，他們比自然下墊面升溫快;城市地表含水量少，熱量更多地以顯熱形式進入空氣中，導致空氣升溫。

第二、大氣污染

城市中的機動車輛、工業生產以及大量的人群活動產生的NOX、CO2、SO2、CO、粉塵等物質可大量吸收環境中的熱輻射能量，引起大氣的進一步升溫。

第三、人工熱源的影響

居民生活和工業生產不但需要消耗大量能源，而且在同時向周圍環境排放熱量!

此外，隨著城市化的發展，城市人口的增加，城市中的建筑、廣場和道路等大量增加，綠地、水體等卻相應減少，緩解熱島效應的能力被削弱。

1.2 建筑能耗的定義及我國建筑能耗的現狀

建筑能耗由廣義建筑能耗和狹義建筑能耗兩種定義方法。我們一般所說的建筑能耗指的是狹義的建筑能耗，它指的是在建筑使用期限內，為維持建筑正常功能所消耗的能耗，包括采暖、空調、照明、熱水、家用電器和其他動力能耗。

建筑市場的飛速發展以及人民對居住舒適度的要求的提高，使得我國的建筑能耗飛速增長。據統計，我國的建筑能耗占全社會總能耗約28%，按照國際經驗和我國目前建筑用能水平發展預測，到2020年，這一比例將達到35%左右，成為社會各行業中能源消耗的首位。

1.3 建筑能耗與城市熱島效應之間的關系

熱島效應對建筑能耗影響較大，既有正面影響也有負面影響。在熱島效應的影響下，將會減少冬季的建筑能耗而增加夏季的建筑能耗。目前，我國建筑能耗中的能源絕大部分最終以熱能的形式排入周圍環境，增強城市的熱島效應，從而增加建筑的空調負荷。

根據理論分析，建筑能耗隨著城市熱島效應的增強而增加。因此減少城市熱島效應是降低建筑能耗的措施之一，而降低建筑能耗又能從一定程度上減緩城市熱島效應所帶來的負面影響。

2.降低建筑能耗緩解城市熱島效應

建筑能耗在消耗傳統化石能源的同時，還在不停地向外“傾瀉”著熱量，因此合理的建筑節能措施不僅可以節約能源而且可以削弱城市熱島效應。建筑節能從技術途徑上來說，主要有以下幾方面:

2.1 減少能源總需求，提高能源使用效率

減少能源的需求量，主要是減少建筑的冷、熱及照明能耗;提高能源使用效率，即提高制冷(采暖)系統的效率，包括設備本身的效率、管網的輸送效率、末端計量及室內環境控制裝置的效率等。一般需從建筑的規劃設計、圍護結構、建筑設備和運行管理等方面實現。在對建筑進行規劃和設計時，優先考慮利用現有的自然環境營造良好的室內微氣候，減少對采暖、空調、照明、通風等相關設備的依賴;在圍護結構方面，改善建筑物圍護結構的熱工性能，從而減少建筑冷、熱消耗;在建筑設備方面，設計高能效的暖通空調系統，提高能源的使用效率等。

2.2 建筑圍護結構的節能設計

建筑圍護結構的熱量損失主要來自于外墻、門窗和屋頂。高效經濟的保溫隔熱材料及切實可行的構造措施是這三部分節能設計的重要環節。

2.2.1 墻體節能

墻體是建筑圍護結構的主體，應將建筑設計和保溫節能改造措施結合起來來節約能耗。在設計時，首先要嚴格控制建筑物的體形系數，有研究表明，體形系數每增加0.01.能耗指標約增加2.5%。其次，減少外圍護結構總面積，建筑外表面積越小，能耗越小。同時，結合建筑所在地的地理位置，正確選擇建筑朝向，充分利用太陽能。

2.2.2 門窗的節能措施

門窗具有通風、采光及裝飾建筑的作用，是圍護結構中熱量損失最嚴重的部位。門窗等圍護結構的節能可從以下幾點著手:

(1)在滿足室內通風、采光的景觀的條件下，盡量降低窗墻比。

(2)提高窗的保溫隔熱性能。

(3)提高門窗的氣密性，減少空氣滲透。

(4)設置遮陽設施，遮擋過度的陽光輻射，阻隔熱輻射進入室內。

2.2.3 屋面保溫隔熱節能

屋面節能也是圍護結構節能中不可缺少的一部分，屋面保溫隔熱性能的好壞是頂層樓居住條件和降低空調(采暖)能耗的重要因素。屋面的保溫主要是通過改善屋頂的熱工性能以阻止室內熱量的損失;屋面的隔熱主要是減少直接作用于屋頂表面的太陽輻射熱量，常用的構造做法有架空個屋面、種植屋面和蓄水屋面。

2.3 降低建筑設施運行能耗

采暖、制冷是建筑能耗的主要部分，降低這部分能耗將對節能起著重要的作用。具體措施有:在空調系統中，采用大溫差小流量、變溫差、變流量等技術減少水路、風路系統的容量，降低水泵、風機的功率，降低能耗;在系統運行時，根據實際產生的負荷對機組的冷(熱)量、循環管路的水流量及送風量進行調整等。此外，合理設計照明回路、減少不必要的照明負荷，采用高效節能的光源和燈具、制定合理的節能控制策略、加強運行管理。

3.改善城市熱島效應降低建筑能耗

前面分析得出太陽輻射也是產生城市熱島效應的主要原因之一。因此可以通過減少太陽輻射的影響來減少城市熱島效應以及減少建筑能耗。目前常用的方法是將太陽能轉化為其他可利用形式的能源:

3.1 太陽能熱水器

太陽能熱水器是將太陽能轉化為熱能將水從低溫加熱到高溫的產品，是太陽能利用中技術較簡單、應用最廣泛的設備。使用太陽能熱水器減少了煤、石油、電等常規能源的消耗從一定程度上緩解了我國能源的緊迫現狀，而且太陽能屬于清潔能源使用之后不會污染環境。但太陽能熱水器的使用受氣候環境影響因素大在陰雨天氣里太陽能熱水器利用率低。

3.2 太陽能吸收式制冷空調

太陽能空調一種只用太陽能，即可夏天制涼冬季取暖的空調。其工作原理是:

在集熱器中，利用太陽輻射將水加熱，為制冷機組發生器提供所需的熱量，從而保證系統正常運行，產生制冷的效果。與常規空調相比，太陽能吸附式空調具有以下三大優點:

(1)季節適應性好:夏季，太陽輻射越強，人們的空調的需求越高，而此時系統的制冷效率也將達到最高。

(2)經濟有效:可同時提供夏季制冷、冬季采暖以及熱水供應，一機三用，能源利用率高，經濟性能顯著;

(3)環境效益顯著:系統的運行不消耗傳統的化石能源，不向外界排放廢水、廢氣和廢渣，且所使用的制冷劑對臭氧層無破壞作用。

3.3 太陽能發電技術

根據能量轉換方式的不同，太陽能發電可分為光熱和光伏兩種形式。太陽能光熱發電是利用反射鏡聚焦的方式將太陽直射光聚集起來，加熱水產生蒸汽，蒸汽驅動汽輪機發電。根據光生伏特效應，將太陽能直接轉換成電能的發電形式稱為光伏發電。太陽能光伏發電的產銷量、發展速度及應用前景都優于光熱發電，待其成本降低后，幾乎可用于任何需要電能的場所。

4.結語

根據不同建筑的功能與特點，可選用多種節能技術綜合應用，既能減少建筑本身的能源消耗，又能減少太陽輻射對城市熱島的影響，從而大達到緩解城市熱島現效應和降低建筑能源消耗的雙重目的。

文獻:

［1］黃勇波.城市熱島對建筑能耗影響的研究［D］.天津大學，2005.

［2］翟曉燕.城市熱島現象與建筑節能［J］.湘潭師范學院學報，2007.29 (1).106-109.

［3］毛義華，蔡臨申.我國建筑節能的現狀及其對策分析［J］.技術與經濟管理研究，2007 (1).

［4］曾祥才，朱冬生.淺談建筑節能技術［J］.建筑節能，2007 (1).

［5］林珊.太陽能發電系統研究［D］.廣東工業大學，2001.

［6］羅運俊.家用太陽熱水器［J］.可再生能源，2004，(3).77-79.