建筑節(jié)能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用研究

丁 澤 洪

(上海電力監(jiān)理咨詢有限公司，上海 200031)

0 引言

建筑行業(yè)是高能耗產(chǎn)業(yè)，在建筑施工和投入使用后，都會(huì)產(chǎn)生巨大的能源消耗。在能源壓力與日俱增的情況下，開發(fā)建筑技能技術(shù)已成為建筑行業(yè)的必然發(fā)展方向。我國(guó)建筑技能技術(shù)的研究起始于20世紀(jì)80年代，經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，已經(jīng)取得顯著成效。對(duì)建筑類型的覆蓋越來(lái)越全面，從住宅建筑到公共建筑，從民用建筑到工業(yè)建筑。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制度的建設(shè)也取得重要突破，實(shí)施細(xì)則越來(lái)越具體，為建筑節(jié)能技術(shù)開發(fā)提供了良好基礎(chǔ)。有必要在總結(jié)建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，加快研究成果向應(yīng)用成果的轉(zhuǎn)化，徹底改變建筑行業(yè)的高能耗狀況。

1 建筑節(jié)能技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 節(jié)能建筑的發(fā)展

建筑節(jié)能技術(shù)開發(fā)是研究在建筑全生命周期內(nèi)，物料生產(chǎn)、建筑設(shè)計(jì)、施工過(guò)程、運(yùn)行維護(hù)、拆除回收等各個(gè)環(huán)節(jié)的節(jié)能措施。具體研究方向建筑工程的各個(gè)專業(yè)，涉及到材料技術(shù)、新能源技術(shù)、施工工藝、建筑節(jié)能化設(shè)計(jì)等。節(jié)能建筑是應(yīng)用各種節(jié)能技術(shù)的產(chǎn)物，在其建設(shè)和使用過(guò)程中，能夠?qū)鹘y(tǒng)能源的消耗量降至最低，同時(shí)滿足建筑照明、通風(fēng)空調(diào)、采暖等方面的需求，提升建筑居住舒適度，滿足人們的生活需求。從節(jié)能建筑的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，在同等功能性能條件下，通過(guò)綜合運(yùn)用建筑一體化技術(shù)、照明節(jié)能技術(shù)、新型保溫隔熱技術(shù)、供冷供熱新技術(shù)等，能夠?qū)⒔ㄖ芎慕档?0%以上，從而有效緩解能源壓力。但也必須認(rèn)識(shí)到，目前我國(guó)節(jié)能建筑與發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平相比，仍有較大差距。比如我國(guó)節(jié)能建筑外墻傳熱系數(shù)是國(guó)外先進(jìn)水平的4倍～5倍，屋頂傳熱系數(shù)為2.5倍～5.5倍，門窗透氣性為3倍～6倍，由此導(dǎo)致建筑自身保溫隔熱性能仍有較大提升空間，需要加快相關(guān)技術(shù)研究，彌補(bǔ)建筑自身結(jié)構(gòu)的不足[1]。

1.2 建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

國(guó)家對(duì)建筑行業(yè)的節(jié)能化發(fā)展給予了高度重視，特別是近10年來(lái)，建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系不斷完善，并制定了相應(yīng)的政策法規(guī)，為建筑節(jié)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提供了法律保障。比如新《中華人民共和國(guó)可再生能源法》明確提出鼓勵(lì)發(fā)展太陽(yáng)能光熱技術(shù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、供熱制冷技術(shù)等，并制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和經(jīng)濟(jì)政策。《民用建筑節(jié)能條例》對(duì)新建和既有建筑運(yùn)行節(jié)能的法律責(zé)任作出明確規(guī)定，全面適用于住宅建筑、辦公建筑、商業(yè)建筑等。《公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例》對(duì)公共機(jī)構(gòu)建筑的節(jié)能規(guī)劃、管理、保障措施等作出規(guī)定，極大的推動(dòng)了全國(guó)建筑節(jié)能工作的法制化發(fā)展。此外，《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》《關(guān)于加快推動(dòng)我國(guó)綠色建筑發(fā)展的實(shí)施意見》《關(guān)于推進(jìn)夏熱冬冷地區(qū)既有居住建筑節(jié)能改造的實(shí)施意見》等配套政策的陸續(xù)實(shí)施，也為建筑節(jié)能技術(shù)開發(fā)提供了良好環(huán)境。應(yīng)隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，繼續(xù)對(duì)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行補(bǔ)充和完善，從而為實(shí)際工程建設(shè)活動(dòng)提供具體指導(dǎo)[2]。

1.3 建筑節(jié)能的新成果

從具體的建筑節(jié)能開發(fā)情況來(lái)看，新的技術(shù)成果不斷涌現(xiàn)，使我國(guó)建筑平均能耗水平得到逐步控制。比如達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)50%的建筑采暖能耗約為12.5 kg/m2標(biāo)準(zhǔn)煤，雖然相比于發(fā)達(dá)國(guó)家仍有差距，但已經(jīng)使建筑采暖能耗得到明顯下降。這與新型保溫隔熱材料、墻體保溫隔熱形式設(shè)計(jì)、屋面節(jié)能技術(shù)和門窗節(jié)能技術(shù)等的應(yīng)用都有密切關(guān)系。比如外窗保溫隔熱技術(shù)中使用的低輻射Low-e鍍膜，通過(guò)在玻璃表面鍍金屬或氧化物薄層，改變陽(yáng)光透過(guò)率，增加玻璃表面的輻射換熱熱阻，提高其保溫性能。比如鍍層為SnO2/Ag/SnO2的鍍層玻璃，各鍍層厚度依次為40 nm,7 nm,40 nm，可將玻璃可見光透過(guò)率調(diào)節(jié)至0.86，將太陽(yáng)輻射透過(guò)率調(diào)節(jié)至0.73，非常適合冬季寒冷地區(qū)的使用需求。此外，新能源技術(shù)也得到快速發(fā)展，太陽(yáng)能技術(shù)、地緣熱泵技術(shù)等逐漸成熟，在建筑中的應(yīng)用可代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，在減少傳統(tǒng)能源消耗的同時(shí)，降低環(huán)境污染，具有極高的應(yīng)用價(jià)值[3]。

2 建筑節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用策略

2.1 外墻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

建筑外墻對(duì)于建筑自身的保溫隔熱性能有重要影響，隨著相關(guān)技術(shù)研究的發(fā)展，目前已形成多種外墻保溫技術(shù)，大體可分為單一墻體保溫技術(shù)和復(fù)合墻體保溫技術(shù)兩大類。其中，單一墻體保溫技術(shù)又稱墻體自保溫技術(shù)，即不需要采用其他保溫措施即可滿足建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)要求。比如采用燒結(jié)保溫砌塊、夾心和空腹填充材料等，采用燒結(jié)保溫砌塊的建筑墻體傳熱系數(shù)可降低到0.3 W/(m2·K)以下，采用新型復(fù)合保溫砌塊可降低到0.2 W/(m2·K)以下。復(fù)合墻體保溫技術(shù)則是通過(guò)假設(shè)保溫隔熱層，提高建筑保溫隔熱性能。常用的保溫材料包括加氣混凝土塊、水泥聚苯板、EPS板等。外墻外保溫系統(tǒng)由保溫層、抹面層、膠粘層和飾面層等部分組成，通過(guò)控制好各層之間的施工技術(shù)，可以有效發(fā)揮其保溫隔熱性能。

2.2 暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

暖通空調(diào)是建筑能耗的一個(gè)重要方面，關(guān)于暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)的研究也受到高度重視。建筑暖通系統(tǒng)可以看做熱源、管網(wǎng)、熱力用戶三部分組成的系統(tǒng)，要確保人員供熱量與建筑需熱量一致，從而降低不必要的能耗。在此方面，通過(guò)采用自動(dòng)控制技術(shù)，根據(jù)需要調(diào)節(jié)供暖出力，可以有效節(jié)約熱源能耗。通過(guò)采用玻璃棉和聚氨酯等保溫材料對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，可以降低熱力傳輸過(guò)程的消耗，使其保溫率提升到93%以上。在空調(diào)節(jié)能技術(shù)方面，冷水機(jī)組技能技術(shù)、水泵變頻技術(shù)等的應(yīng)用，可以有效降低空調(diào)能耗，同時(shí)滿足室內(nèi)空氣和溫度調(diào)節(jié)需要。

2.3 照明節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，建筑照明用電消耗約占總電量消耗的10%，主要是由于傳統(tǒng)建筑低效照明設(shè)計(jì)導(dǎo)致的，具有較大的節(jié)能空間。降低建筑照明能耗可以從兩方面著手：一是采用新型節(jié)能燈具，二是利用先進(jìn)的照明控制技術(shù)，降低不必要的照明能耗。目前市面上的新型節(jié)能燈具越來(lái)越多，可以根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求，搭配各種類型、樣式的節(jié)能燈具，并優(yōu)先適用顯色性好、壽命較長(zhǎng)的燈具。比如目前在節(jié)能建筑中廣泛使用的緊湊型熒光燈、T5和T8熒光燈、節(jié)能LED燈等。與此同時(shí)，通過(guò)采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和聲控技術(shù)等，根據(jù)場(chǎng)景實(shí)際照明需求控制燈具啟停、調(diào)節(jié)照明光線強(qiáng)度，充分滿足節(jié)能設(shè)計(jì)要求。

2.4 可再生能源的利用

可再生能源技術(shù)的應(yīng)用可代替部分傳統(tǒng)能源供應(yīng)，從而達(dá)到節(jié)約傳統(tǒng)能源的目的。而且太陽(yáng)能和地源熱泵技術(shù)等屬于清潔能源技術(shù)，在節(jié)能的同時(shí)還可以降低建筑污染排放。目前太陽(yáng)能技術(shù)已經(jīng)較為成熟，在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，包括太陽(yáng)能熱水技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)、太陽(yáng)能制冷空調(diào)技術(shù)、太陽(yáng)能供熱采暖技術(shù)等。在農(nóng)村地區(qū)，還可以推廣被動(dòng)式太陽(yáng)房，提高建筑的綜合節(jié)能效果。地緣熱泵技術(shù)則是利用淺層地?zé)崮転榻ㄖM(jìn)行供熱或制冷，還可以與太陽(yáng)能技術(shù)復(fù)合使用。通過(guò)向地源熱泵輸入少量的太陽(yáng)能或電能，將低溫位熱能轉(zhuǎn)移到高溫位熱能。在冬季時(shí)，可以將存儲(chǔ)在地層中的熱量提取出來(lái)，為室內(nèi)供暖，在夏季時(shí)，可以將室內(nèi)熱量抽取出來(lái)，釋放到地層中。應(yīng)在加快這些新能源技術(shù)的推廣和利用的同時(shí)，逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源的使用。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑節(jié)能技術(shù)開發(fā)取得了重要進(jìn)展，通過(guò)對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，可以為實(shí)際工程提供參考，更加全面的應(yīng)用各類建筑節(jié)能技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，加快技術(shù)研究成果的轉(zhuǎn)換，不斷提高節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)，可以持續(xù)降低建筑生產(chǎn)和使用能耗，最大化的為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支持。