建筑節(jié)能應(yīng)用研究

陳婷薇 孫惠玲

（紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000）

建筑施工的巨大數(shù)量和快速速度鮮為人知，并對資源和環(huán)境造成巨大壓力。已有研究探討了建筑節(jié)能改造的必要性，以及影響節(jié)能改造的各種政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)、環(huán)境和法律因素之間的關(guān)系。此外，還探索了組織、財(cái)政和技術(shù)支持系統(tǒng)，以促進(jìn)翻新的發(fā)展。政府決策者和建筑專業(yè)人員，包括建筑師、建筑工程師、項(xiàng)目經(jīng)理和房地產(chǎn)開發(fā)商，應(yīng)在加強(qiáng)建筑節(jié)能過程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)方面發(fā)揮重要作用，以形成可持續(xù)的城市發(fā)展。

2007年，中國中央政府發(fā)布文件標(biāo)志著中國現(xiàn)有建筑節(jié)能管理全面啟動(dòng)，政府辦公樓和大型公共建筑成為突破口。隨后的研究著眼于全國示范區(qū)不到一年的實(shí)施效果，首先介紹了能效監(jiān)管體系的目標(biāo)和路徑，然后描述了首批示范省市在實(shí)施過程中取得的成績和存在的問題。對一些典型示范省市節(jié)能公告中的某些數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析[1]。

一、建筑節(jié)能的措施分析

實(shí)際工程總是會(huì)一步步通過反復(fù)的調(diào)查、取證、推理設(shè)計(jì)出最佳方案已達(dá)到節(jié)能的目的。例如大型商業(yè)建筑的節(jié)能問題。特別是在引入現(xiàn)有中心垂直溫度分層的熱模型后，溫度控制方案采用解耦和前饋技術(shù)。結(jié)果表明，可以顯著降低能耗，但還應(yīng)在建筑物內(nèi)部的能量分配設(shè)備中引入一些結(jié)構(gòu)變化的便利性。

同時(shí)，使用外部遮陽系統(tǒng)對于提高建筑節(jié)能非常重要，主要是在暴露在陽光直射下的溫暖氣候中。這些類型的燈罩可以保持室內(nèi)溫度較低，從而降低冷卻負(fù)荷和成本。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，生命周期清單(LCI)用于量化制造過程、使用中和壽命結(jié)束期間外部遮陽系統(tǒng)的能量和排放。環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性建筑(BEES)模型用于開發(fā)所有生命周期階段陰影的生命周期清單。研究中使用的生命周期評估框架基于遵循國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(標(biāo)準(zhǔn)化組織)14040生命周期評估標(biāo)準(zhǔn)和美國材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)多屬性決策分析標(biāo)準(zhǔn)的生命周期方法。根據(jù)對木材、鋁和聚氯乙烯(聚氯乙烯)遮光板進(jìn)行的分析。在大多數(shù)情況下，在住宅窗玻璃上使用外部遮光板會(huì)對化石燃料消耗產(chǎn)生積極影響，同時(shí)會(huì)增加其他環(huán)境影響類別的環(huán)境負(fù)荷。在上述三種材料中，木材和聚氯乙烯陰影分別是最不環(huán)保的材料。

二、節(jié)能技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

假如睡眠和綠地的分布合理，那么可以起到很好的調(diào)節(jié)氣溫和增加空氣濕度的作用。設(shè)計(jì)師可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦螝夂虻纫蛩兀谠O(shè)計(jì)中合理布置不同高度和品種的數(shù)目之物。同時(shí)應(yīng)選擇節(jié)水型衛(wèi)生器具，減少水能的消耗。太陽能是建筑使用中的可再生能源，是較豐富資源中的其中之一不需要進(jìn)行運(yùn) 輸，對環(huán)境也不會(huì)帶來污染，優(yōu)勢明顯。

三、對既有建筑的節(jié)能比較分析

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)直接減少了燃煤使用量，減緩了溫室效應(yīng)。比較中美兩國建造和運(yùn)行的高能效建筑的實(shí)際運(yùn)行能耗與預(yù)期相差甚遠(yuǎn)。已有研究比較了美國和中國的實(shí)際能耗與高能效辦公樓的預(yù)期。考慮到兩國對比案例中不同的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度、氣候條件和運(yùn)行周期對建筑能耗的影響，將兩國高能效辦公建筑的對比分析置于同一水平。在建筑總體信息和氣候條件方面，選擇了中美典型氣候區(qū)對建筑進(jìn)行建筑節(jié)能技術(shù)和建筑能耗的對比。修正后，對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括總能耗，以及供熱、制冷、照明、辦公設(shè)備等分項(xiàng)能耗，對這四對建筑中應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了比較，以解釋能耗差異。結(jié)果表明，中美兩國公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行階段就各不相同。

四、“近零能耗建筑”的研究

眾所周知，現(xiàn)有的關(guān)于近零能耗建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化的大多數(shù)研究都是基于確定性數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行的。設(shè)計(jì)“近零能耗建筑”在不同年份的實(shí)際性能如何？因此，已有研究針對可再生資源和需求負(fù)荷的不確定性，提出了可再生能源系統(tǒng)規(guī)模的穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法。將該穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于香港零碳大廈可再生能源系統(tǒng)的規(guī)劃。系統(tǒng)地研究和比較了“近零能耗建筑”在最優(yōu)設(shè)計(jì)方案下的年度性能。獲得一個(gè)擬合公式來確定實(shí)現(xiàn)年零能量平衡的概率與設(shè)計(jì)失配率之間的關(guān)系是有意義的。基于蒙特卡羅不確定性傳播方法，“近零能耗建筑”性能的不確定性被量化，這為設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)階段根據(jù)實(shí)現(xiàn)“近零能耗建筑”所需的概率選擇合適的設(shè)計(jì)選項(xiàng)提供了靈活性。

已有研究分析了在羅馬尼亞氣候條件下實(shí)施“近零能耗建筑”概念的機(jī)會(huì)。與歐洲聯(lián)盟的數(shù)值相似，羅馬尼亞建筑能耗的最大部分是由于室內(nèi)空間供暖。因此，研究集中在布加勒斯特波利特尼卡大學(xué)校園內(nèi)建造的低能耗住宅的能耗和室內(nèi)舒適度。實(shí)施的智能建筑控制器(SBC)有一個(gè)由一套復(fù)雜的“策略”驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)制，該機(jī)制激活供暖系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，采用SBC可確保最佳的室內(nèi)舒適度，供暖總能耗不會(huì)超過PHI規(guī)定的值。能量平衡分析表明，能源生產(chǎn)系統(tǒng)(光伏板)可以在很大程度上隱藏總能耗，使“近零能耗建筑”概念成為一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)[2]。

五、結(jié)語

綜上所述，“低碳生活”貫徹著一種最基本的策略——重視節(jié)約能源。建筑消耗了全球總能耗的大約40%，相應(yīng)地也造成了碳排放。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)在建筑界有著十分巨大的應(yīng)用前景。