泛廣義建筑節能

1 概述

建筑能耗有廣義和狹義之分，廣義建筑能耗是指從宏觀角度出發，包括建筑材料制造、建筑施工、城市環境直至建筑使用全過程的能耗；而狹義建筑能耗或建筑使用能耗指的是維系建筑功能所必須損耗的能量。這些能耗包括以下幾個主要方面：①照明；②供暖；③空調；④電梯；⑤熱水供應；⑥烹調；⑦家用電器；⑧辦公設備等。從一般意義上來說，建筑能耗指的就是使用能耗。作為社會總能耗中不容小覷的重要組成部分之一，建筑能耗隨著國家和地區發展情況的不同而表現出特定差異，在整個社會能耗中占比也會存在差異。根據相關統計顯示，我國建筑能耗是相同氣候條件發達國家的2～3倍，我國建筑能耗約占社會總能耗的1/3（圖1）。

1.1 建筑節能發展現狀

圖1 1996～2014年我國建筑能耗比例

所謂建筑節能理念，通常是指人們對建筑節能的看法，屬于抽象觀念形態的范疇。建筑節能理念是人們在實踐中通過長時間的思考以及社會實踐不斷總結、歸納所研究出的，屬于系統、成熟的思想和觀念，同時，在通過由點及面傳播下逐漸被社會公眾所認同，進而成為一種社會普遍認可的思想[1]。在建筑設計的過程中，必須同時兼顧高品質以及高效率原則，并在此基礎上設計出同時滿足時代性、民族性以及地方性特征的建筑，進而使工程的各方效益持續提升，最終達到改善人民生活的目的。張欽楠提出，建筑設計的任務由4個因素構成，分別為： 適用、安全、經濟、美觀。同時，所設計出的建筑應當滿足3個屬性，分別為：時代性、民族性、地方性。各方效益由3方面構成，分別為：經濟效益、社會效益、環境效益[2]。這些理念全面、系統地將實踐要點囊括在內。不僅如此，節約、健康、高效等一系列綠色建筑理念，無論是住房和城鄉建設部頒布的《綠色建筑技術導則》，還是新出臺的《綠色建筑評價標準》，無不提及這些觀點。曹偉教授在2008年發布了《廣義建筑節能—太陽能與建筑一體化設計》一書，提出了廣義建筑節能的戰略思路，研究了建筑節能的歷史淵源和發展形勢，以及國內外太陽能的利用和建筑節能的現狀。鑒于能源和能效的廣義建筑節能理念以及具有技術策略的廣義建筑節能方法，提出了太陽能和建筑一體化的策略和設計方法。

1.2 泛廣義建筑節能

泛廣義建筑節能是本文提出的一種整體的建筑節能理念，其從環境可持續發展宏觀的角度出發，從環境整體、建筑節能的可持續發展體系，從城市環境、建筑能源規劃到建筑單體的節能，從節能整體概念掌控到單體建筑節能的設施建設[3]（圖2）。

傳統建筑節能常常在建筑本身的立場上進行思考，往往是在建筑已經搭建成型后方才將節能性問題考慮進去，并利用傳統的節能方式加以改造。如此一來，不僅影響有效實現預期的節能效果，同時實施節能改造從某種程度來說本身也是一種能量的耗費，且付出的資金較大。泛廣義建筑節能在設計伊始已經把節能因素規劃進去，與只是在建筑范疇里推行各種節能措施的傳統建筑節能不同，從泛廣義上分析，建筑節能是一種集城市環境規劃與保護為一身，具有綜合性特征的設計理念，包含多方面內容：①建筑節能材料；②以太陽能、風能等代表的新能源；③環保；④建筑節能改造等。本文總結并提煉出廣義性建筑節能的理念和方式，系統地論證如何開展建筑節能，其目的在于將綠色建筑理念始終貫穿于建筑設計、規劃以及建造的過程中。

圖2 泛廣義建筑節能結構體系圖

2 綠色建筑

2006年3月，我國建設部對外頒布了《綠色建筑評價標準》，并在這一標準中明確給出綠色建筑的概念。所謂綠色建筑，指的是在建筑整個壽命周期內，有效地對能量、材料、水源的資源實施節儉活動，盡可能對環境加以保護，避免污染的發生，想方設法為人民設計出一個健康且適宜居住的空間。同時，這個空間應該和自然界產生和諧共生的聯系[4]。依照《綠色建筑評價標準》，綠色建筑的概念具有綜合性的特征，主要包括了4個重要內涵：首先，明確了建筑整個壽命周期的過程；其次，盡可能降低對環境的破壞以及盡可能壓縮能耗，這一點屬于綠色建筑的基本要求以及評判標準；第三是統籌考慮建筑的室內外環境，要求建筑滿足舒適度高且利用率高的標準；第四是同自然和諧相處，建筑在建設時不應當將犧牲環境作為代價，而是應當和自然和諧相處，達成人和自然、建筑的和諧統一。

2.1 整體節能

綠色建筑的構建應該從整體規劃設計入手，考慮環境氣候因素從而解析氣候的決定性因素(例如大氣環流、太陽輻射因素、地域特征等)的利弊影響，經過單體建筑的規劃部署，在區域范圍的建筑群內建立節能并且舒適的微氣候環境[5]。從以下層面進行整體設計：建筑設計和道路布局，建設項目選址，建筑朝向、間距、體型，建筑區域內的太陽輻射、風環境、內外部建筑空間環境的構成體系等。不只限定在建筑本身，聯系環境的因素，依托節能技術使建筑和氣候協調一致，讓節能效果到達更好[6]。

通過不同體量的建筑互相搭配，高低不同建筑錯落有致的排列來使室內得到最佳天然采光，節省人工照明，同時加上合理的建筑間距、朝向、體量，使小區氣流流動更合理。建筑周圍合理的風環境可以加強建筑的自然通風能力，降低空調的能耗。因此在設計時，有助節能就需要全局考慮節能規劃、平面規劃、采光通風，環境和能源都能夠得到改進[7]。

2.2 綠色建筑節能評估

綠色建筑評價已經成為對綠色建筑進行推廣的重要方式之一。我國現已構建了相應的“綠色建筑評價標識”制度，是依照《綠色建筑評價標準》對綠色建筑的等級加以判斷，同時加以信息性標識。我國綠色建筑評價標識活動的組織者為國家，在政府的主導下，全體公民自愿參與進來（圖3）。當前，綠色建筑評價標識主要分為兩種：一種為綠色建筑設計評價標識；另一種為綠色建筑評價標識。綠色建筑設計評價標識的對象為已結束施工設計圖審查的住宅或是公共建筑，通常該標識僅有1年有效期。綠色建筑評價標識的對象則為已竣工并使用超過1年的建筑，該標識有3年的有效期。從2010年出臺的《綠色工業建筑評價導則》來看，綠色建筑的標識評價工作發展前景良好，從原本的住宅和公共建筑領域開拓到工業建筑領域?！毒G色工業建筑評價導則》的出臺，表明我國綠色建筑的評估工作已邁向細分化的階段，并為當前我國工業建筑規劃設計等一系列工作奠定堅實的基礎。不僅如此，2010年，我國還頒布了建筑行業的兩個重要標準：一是國家標準，即《建筑工程綠色施工評價標準》（GB/T50640—2010）；二是行業標準，即《民用建筑綠色設計規范》（JGJ/T229—2010）[8]。這兩大標準不僅有效指導了綠色施工評價工作的開展，同時也填補了原本綠色建筑標準規范中缺乏設計規范的缺陷，能夠在建筑進行規劃的過程中，為打造綠色建筑提供重要的技術依據。

圖3 2008～2014年綠色建筑評價標識項目數量

2.3 空間調節

提高舒適度、減少能耗是“綠色建筑”的主要目標。在能耗和舒適性之間，當節能重點放在“供給側”的時候，就是在能源供應和分派中降低損耗，提升效能，重心在“需求側”的時候，前提是保證舒適度，對形體和空間進行恰當的設計，降低能量的需要。因此，提出了一種建筑設計“空間調節”策略，此策略相對于設備系統為核心的環境性能“空氣調節”，在建筑設計中經過有效的空間組織、恰當的功能和體型設計，用空間自身的組織情況與形態去完成對室內外環境舒適度、能耗和碳排放的功能控制[9]。以形態和空間設計為先河，“空間調節”是一種主動的，通盤籌劃各項專業目標、方法和過程，盡量不耗能或者少耗能的方法完成節能減排的綠色建筑被動式設計思想和計策。

2.4 既有建筑節能改造

對于既有建筑的綠色節能改造，在建筑規劃方面，建筑的朝向、布局、形態和間距等已經不能改變，所以節能只能進行改造，從圍護結構、暖通空調和可再生能源運用入手[10]。在原有基礎上，根據既有建筑保護的原則，把既有建筑利用水平實行分類。第一類是歷史建筑，包含歷史建筑、文保單位、具有歷史的建筑物和具有文化特征的建筑物。歷史建筑的價值首要的是歷史文化，其次才是用途，對歷史建筑進行規劃的意義在于保護，經過合理的修葺、保護延長建筑的壽命。第二類是普通建筑，就是所謂能夠使用的建筑，結構優良，水電氣這類數據均正常，居于功能壽命期內，對此類建筑的規劃是維持現狀，優化功能，能夠依照分布和功能總結數據，關注空間分布的關系、城市結構和環境質量。第三類是低效建筑，水電氣數據在建筑使用期內，比正常值低，需要完善數據分析，結合產權數據、基礎設施數據和稅收數據等[11]。

2.5 建筑材料節能

為確保新節能環保建筑材料在實踐中得以有效推廣和應用，必須通過科學手段對材料的安全性加以甄別，同時制定相應的標準，為材料的選擇提供依據。從當前的發展情況來看，防水建筑材料主要選擇趨勢為以下幾種：①瀝青防水卷材；②聚氨酯防水涂料；③聚氨酯密封涂料；④硅酮等。建筑保溫材料主要選擇趨勢為以下幾種：①玻璃棉制品；⑵礦物棉制品。建筑裝修材料主要選擇趨勢為以下幾種：①丙稀酸乳膠漆；②環保復合式地板等。建筑門窗材料主要選擇趨勢為塑料或塑鋼等型材門窗。水管道材料主要選擇趨勢為UPVC 管材。除此之外，還有一部分其他的無機非金屬材料都有待通過科學實驗加以甄別，只有得到市場認可才能全面推廣。

要切實構建起一個節能、環保型的社會，僅僅依靠科學技術的提升是遠遠不夠的，人們的環保理念也必須不斷革新。只有人們樹立起節能環保的意識，切實了解節能環保的重要性和緊迫性，并在生活實踐中貫徹落實，才能夠達成構建節能環保型社會的目標。我們必須積極鼓勵以下多項舉措：一是盡可能運用那些可重復、可循環、可再生的材料；二是加大宣傳，讓更多企業和個人使用國家環保標志材料，讓人們切實了解無毒無害環保材料的優勢；三是加強新技術的應用，讓新型材料具有更多的優勢，如更易維護、更耐用等等；四是加強研究廢棄物再加工技術，想方設法降低傳統資源的損耗率。不僅如此，還應當加大對復合功能材料的研究投入，使得一材多用，即節能環保又增添功能。

3 新能源

所謂新能源建筑，指的是在建造建筑物的過程中，通過以太陽能為代表的一系列可再生、可反復或者可循環的新能源取代常規能源，進而為建筑設施提供照明、通風、采暖等作用，對人們正常的生活或是生產奠定堅實基礎（表1）。常見的新能源建筑有：①太陽能建筑；②風能建筑；③生物質能建筑；④地熱能建筑；⑤綜合性新能源建筑等[12]。

3.1 能源島－分布式電熱冷供能系統

“能源島”又稱分布式能源系統，是國際上近幾年發展起來的全新的能源供給模式，被稱為21世紀的能源革命。其將目前全世界最新的小功率微型燃氣輪機科技當作重點，建立分布式節能型的供能系統，保證系統的能源綜合利用率可以到達80%[13]。能源島運行的重點技術和優秀的系統工程控制方案成為未來全球集成供能系統的一個重要發展趨勢。

“能源島”指的是由微型汽輪機、制冷機以及回熱設備等形成的電、冷以及熱等設施。借助分布式供能設施，實現零距離傳輸，有效降低電路中的各種損耗，使用電廠的余熱來提高能源的利用率，有效提升資源利用率?！澳茉磵u”模式能夠用于汽油、柴油以及乙醇等多種燃料，有利于交通欠發達地區構建供能體系。這種模式最大的特點為：占地面積小、質量輕、高集成度等，因此，能夠用于備用電源、移動電源以及輔助性電源等。

3.2 太陽能的應用

我國為了社會的不斷發展，全面倡導應用和建筑互相聯結的可再生能源。太陽能是清潔的可再生能源，其建筑能耗需求和能源品位相互契合，有分布不受地域影響的特點，已然成為中國常規石化能源的主要替代能源，是節能環保、減少溫室氣體排放的重要技術措施[14]。一般情況下，太陽能建筑技術劃分為兩大類：主動式與被動式。

其中，被動式太陽能技術指的是利用簡單的設施與控制系統高效收集太陽能，方便儲存與收藏，直接、間接獲取技術和混合式技術是獲得的形式（圖4）——直接獲取技術：冬季，白天的時候運用大面積朝南窗戶讓陽光射入，當夜間來臨，保溫窗簾和保溫板用來遮蔽窗口，屋內的地面要運用蓄熱能力較強的材料；間接獲取技術：為了把熱量傳入室內，需要經過集熱蓄熱墻、雙層呼吸式玻璃幕墻、運用透明隔熱材料的墻體等；混合式技術：經過附加陽光間式、蓄熱屋頂式和對流環路式的方式獲得太陽能[15]。采光面或收集器、熱吸收裝置、蓄熱材料、控制裝置和輸送系統是需具備的5個根本因素。

運用集熱器、蓄熱器、管道、風機和泵等裝備來搜集、存儲和傳輸配送太陽能，并且把建筑獲得的技術和太陽能設施和建筑一體化稱為主動式太陽能建筑技術。重點運用于太陽能供給熱水、室內采暖、對通風空氣實行預熱、室內降溫(比較罕見)和除濕(同干燥劑一起使用)等。

4 環境保護

國內的大氣污染取決于能源的具體結構，為典型的煤煙型污染。中國屬于傳統能源大國，超過3/4的原料為煤。全國范圍內空氣中硫含量嚴重超標，酸雨成為常見現象，全國50%以上的地區出現酸雨。污染物主要來源于可吸入顆粒，全國約2/3的地區可吸入顆粒物污染遠超國家二級標準，剩下的基本上超過國家三級標準，重點污染區域為華北地區與西北地區。最近幾年，機動車已經成為主要的交通工具，交通帶來的污染危害人類的發展。國家確定未來交通重點發展趨勢為軌道交通與電動車，將會有效解決交通能耗污染問題。

表1 我國未來能源可能的供應能力（億tce）

圖4 被動式太陽能利用

4.1 建筑水環境

我國環境污染問題嚴重，大氣污染是其中最為嚴峻的難題之一，大氣污染物的首要根源是工業生產的廢氣和機動車的尾氣。在城市生態系統中，城市的綠化植被和水體具備還原功能，經過世界各國的城市發展實踐已經得到證實。城市綠化和水體的基礎功能在于調劑小區氣候, 改進城市的生態環境[16]。

（1）空氣的凈化。水體可以阻隔污染源形成的廢氣、粉塵等污染物，比如PM2.5，尤其是水體和空氣中的分子發生撞擊時可以形成負氧離子。世界衛生組織對此也有標準，清新空氣中負氧離子含量需1m3空氣中至少不低于1 000～1 500個?？諝庵胸撗蹼x子的多少決定了空氣的質量。良好的空氣質量可以改善人類身體健康，有效緩解由于凈化空氣而帶來的經濟壓力。

（2）調節局部氣溫和濕度。當單位空間內水體含量超過特定標準時，受到水體本身特征、導熱率以及熱容等干擾，改變了熱交換的現狀，導致水體周邊氣溫穩定，而且濕度有所上升，進而改變水域周邊的氣候，變得更加舒適，更加適合某些植物生長。建筑設計與施工中重點考慮水環境影響，有效地消除極端惡劣氣候的影響，增加自然通風、改善室內空氣質量，減低空調負荷。

4.2 空間環境質量

隨著人們對環境和能源越發的注重，研究有機廢氣處理技術的力度持續增強。除了固有的廢氣處理工藝技術以外，城市的合理規劃和新技術的開發運用，對有機廢氣的整治提供了更廣闊的途徑。如變壓吸附分離與凈化的技術(PSA)，其優勢在于能耗低、投資少、自動化程度高、流程簡單。

給排水控制系統主要是對生活、商業用水、污水進行集中的分類管理，新建建筑和小區在規劃期間應該設置好給排水系統，為供應干凈的用水和污水的回收處理提供方便?？刂葡到y主要是為了保證系統的正常運行，其重點功效為監督水泵運行情況、水池水位變化以及系統壓力等；結合水位的具體變化，啟停相應的水泵，確保水泵實現自動切換；根據監視和設備啟停狀態的非正常情況開展故障警報，提升排水系統的節能效果。

合理處置污水對城市水系的健康和污水的二次利用起到直接影響作用。新建建筑在規劃前就要提前設計污水處理體系。研究發現，污水具有如下特質：①水溫恒定，表現為冬暖夏涼；②城市污水總量巨大；③城市污水占據較大的比例；④城市污水屬于廢熱的主要成分。因此，城市污水屬于放錯地方的資源，為典型的可再生能源。

4.3 可持續的城市生態環境規劃對策

生態導向中明確指出，保護環境屬于城市規劃中非常重要的一部分內容，需要相關部門站在生態的角度來看待和解決與規劃相關的問題，因此，就需要先對各大城市、城鎮的生態環境進行初步了解和規劃，將與生態環境相關的各項內容有效融入規劃編制過程中。其中，針對省級城鎮規劃，重點應關注如何合理利用和管理生態用地；針對城市整體規劃，旨在強調確定保護目標，根據目標制定切實可行的污染防治措施，在實現城鄉生態結合的同時，最大限度地優化產業布局；若要從更細致的層面進行規劃，可以將空地率、空融比等指標應用到實際衡量中，積極推動綠色建筑的設計和建造進程。

在城市規劃進程中，生態觀的外部體現就是要建立科學合理的生態分區。其中針對?。ㄊ校┘壋擎傮w系，在分區時要特別重視以開發控制為主導；而針對城市總體規劃來說，可以從更細致的層面進行分類，如設定絕對禁建區、嚴格限建區、適度建設區等多種類，并且要明確指出各分區管制以及管制級別，根據級別分配合適的主體，這樣做的目的旨在保證生態功能區的合理性和建設性。

城市生態環境建設不僅僅只是要保留城市及其周邊的自然景觀，如：天然水系、山林、濕地等，更重要的是充分發揮各部分功能。事實上，之所以選擇在城市建設廊道，最主要的目的就是促進生物運動。同時，為了有效提高生物穩定性和多樣性，可以選擇在城市中構建更多防護綠地，最大限度還原自然。

城市綠地系統在城市規劃中占據著非常重要的地位，既可以有效提升居民生活質量、提供生態系統穩定性，同時還可以達到優化和合理利用城市資源的目的。然而在實際操作過程中卻存在很多問題，比如：現有綠化模式要求有更多財力、人力和物力的支撐，極易出現綠地非生態化現象。而解決這一問題最有效的措施就是改進綠化模式，積極創建節約型綠化園林，具體措施有：避免出現大面積草坪、盡可能少地使用夜景照明以及降低人工養護工作量。

5 結語

和把“綠色”增加到“適用、經濟、美觀”的建筑理念中相比，泛廣義建筑節能的思想更加偏向于把“綠色”當作對經典原則的現代注釋：在“適用”原則中應該增加“對生態系統和所在環境的適應”，“經濟”需要展現“用少量的環境代價和資源消耗去滿足使用者正當需要的性價比”，然而“美觀”里應該包括“展現可持續性觀念和生態價值的綠色美學”。

在傳統建筑節能方法中，有些節能產品的制造過程本身就是耗能或不夠環保的，而對于一些不可降解的有機保溫材料遠期處理的研究也是不夠的。我們應該通過泛廣義的建筑節能方法達到真正的節能目的。具體包括：①宏觀的整體規劃與空間調節；②新型能源的利用，主要為太陽能與能源島的利用；③注意環境的整體環保，做好污水與廢氣的正確處理；④減緩新建筑的建設，對既有建筑加強節能改造；⑤從城市以及建筑群整體出發考慮，不要局限于建筑自身的節能設施，建設城市整體節能減排系統。使用運營節能、節地、節水、節材、節排體系，保護環境，滿足建筑功能。只要建立了可持續發展的理念，建筑師的工作必定在根源上決策環境、建筑的生態質量和節能的性能，相較工程師們改善配置的努力，其中的效果通常是事半功倍的。

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