節能技術在建筑中的應用現狀及發展趨勢分析

□ 楊紫嵐 張鵬菲 陳凱璇 倪宇桐

1 引言

當今社會科技的進步和經濟的繁榮都彰顯著我國已經步入了一個快速發展的時代，與此同時，伴隨著發展帶來的環境污染問題不可小覷。目前我國經濟的發展主要依靠于煤炭、石油等不可再生能源，但從長遠來看，這種以不可再生能源換取發展的方法非長久之計。自20世紀90年代以來，國內經濟平穩快速發展和城鎮化進程的持續加快助力了建筑行業飛速發展[1]。近幾年，城市化進程加快，我國的建筑物的數量逐年上升，與此同時，建筑能耗也逐年攀升，降低建筑能耗，將資源最大化利用成為目前建筑行業人士的共同目標。通過一定的節能技術可以有效降低建筑能耗，在保證居住環境和舒適度的同時，最大限度節約資源，并將不可再生資源利用最大化。通過闡述目前節能技術在建筑中的使用現狀并對其未來的發展趨勢進行分析，為建筑業的可持續發展提供理論參考。

2 綠色建筑發展現狀以及節能技術在綠色建筑中的體現

2.1 節能技術在綠色建筑中的應用現狀

為了盡量減少建筑物的初期建設投資，目前我國大部分建筑物的能源消耗偏高，因此，國內致力于降低建筑能耗的學者，把大部分的研究精力投放于將樓宇的實際情況和具體的節能技術相結合，并針對遇到的問題給出具體的改造方案。這對建筑進行節能改造是大勢所趨，部分地區政府也會提供一定的資金補貼用于建筑節能改造項目。

我國很多的學者已經對國內有關建筑節能的情況做了相關的調研和總結。郭霞、劉玉明[2]等人以北京市為例，總結了目前北京市既有建筑節能改造的現狀，并將節能改造中存在的問題進行分析，提出通過制定和完善地方性建筑節能法規以及實施超額定能耗加價收費的制度進一步降低建筑能耗，實現從高能耗建筑到低能耗建筑的轉型。

田順、曲繼曉[3]調研了寒冷地區公共建筑節能現狀，收集了550個樣本建筑的能耗值，樣本類型中以酒店和辦公建筑居多。對寒冷地區公共建筑的能耗值做出統計，發現大部分既有公共圍護結構并不能達到現有的節能標準，且對這些既有建筑進行全面改造難度很大。通過建立De ST模型，對既有公共建筑物的圍護結構進行改造并通過計算分析圍護結構節能改造方案的可行性，降低了公共建筑物的能耗值。分析研究寒冷地區改造既有公共建筑物三類典型圍護結構的潛力，找出對于該類地區節能改造的重點，為寒冷地區公共建筑物節能改造提供參考和方向。

盧雙全[4]對既有建筑節能改造進行了外部性分析，并研究我國現有的對于建筑節能改造的激勵政策，闡述了既有建筑節能改造可以對環境起到很好的保護作用，并且有利于我國能源的長期發展。主要對建筑節能的外部性原理以及節能技術進行了研究，并給出了一些能夠促進建筑改造的激勵政策。

尹婧[5]主要針對圍護結構、太陽能利用等方面的節能方案進行研究，給出在建筑節能技術領域的未來發展方向。通過對建筑物具體的圍護結構進行節能分析，針對不同的圍護結構給出了不同的節能方案，并研究了有關節能技術在建筑設備中的應用，全方位描述了建筑物內外各方面節能技術的應用。

2.2 節能技術在綠色建筑中的應用

為加快實現建筑節能改造，在綠色建筑中，節能技術主要體現在以下幾個方面。

2.2.1 太陽能光伏技術

我國地緣遼闊，太陽能資源豐富，幾乎所有地域都為太陽能資源利用區。因此，充分利用太陽能，全面實現太陽能光電可大幅度降低建筑能耗，同時能夠降低不可再生能源的使用量，極大地保護了環境并有利于節能減排工作的推進。

太陽能在建筑節能改造中的應用主要通過光伏發電技術來實現，光伏發電是利用半導體PN結兩端產生的電勢差進而產生電壓和電流，從而將太陽能轉化為電能供給建筑物使用。目前我國的太陽能光伏發電技術在政策的指引下正在迅速的發展，技術覆蓋范圍也在逐步擴大。國際能源署（IEA）發布的《2020年全球光伏市場報告》顯示，2019年中國光伏新增裝機30.11GW，光伏累計裝機量達到204.7GW，占全球光伏裝機容量的32.6%[6]。

若使用單晶硅光伏發電，每年可減少二氧化碳的排放量為99911.5kg，每年可減少二氧化硫的排放量為809.0kg，每年可減少粉塵的排放量為404.5kg[7]，通過數據發現，太陽能光伏發電技術可以有效地降低有害物質的排放量，同時也是可再生能源領域的中堅力量，在建筑節能改造中發揮著重要的作用。

2.2.2 被動房

被動房首先被實踐在歐盟國家，并且在一系列節能政策的指引下，歐洲國家已經逐步建立起建筑節能發展體系，明確了建立近零耗建筑的發展目標，為全球被動房的建設提供了發展方向。

被動房的技術參數要求可謂十分嚴苛，具體包括以下幾個條件：供熱每年能耗水平最大為15kWh/（m2·a），每年一次能耗合計值（包含供暖、電器、空調等所有耗能）最大值為120kWh/（m2·a）,全部的熱橋損失系數需要小于0.1W/（m·k）,氣密性最大為0.6/h。為達到上述指標，可以通過以下幾個方面實現：（1）加寬墻厚和增加保溫層減少熱傳遞，從而保證室內的溫度。（2）為保證氣密性，被動房要盡量減少可開啟窗戶的數量，可開啟窗戶的氣密性也需要達到很高的等級。（3）充分利用余熱減少被動房的能耗，在保證室內供熱量的同時，排風使用二次風系統，對排風的熱量進行回收，減少對新風的加熱量。（4）被動房能夠從太陽收集熱量并將能量儲存，避免對主動能源的使用。

雖然被動房能夠極大地減少能耗，是一種超低能耗建筑，但因其初期建造費用昂貴，目前在東部發展較迅速的地區應用較多。由于被動房構造的特殊性，其外圍護結構以及各種熱回收裝置都與傳統建筑布置方式不同，需要專門的技術人員定期進行維護管理，因此將被動房這種近零耗建筑在全國推廣還需要很長的一段時間。在建設被動房時應因地制宜，根據當地地理位置及氣候條件做出最佳的方案。如在山東沿海地區，氣候適宜，全年氣溫平均值穩定在20℃左右，建在該地區的被動房可以適當減少建筑圍護結構保溫層的使用量。

除此之外，被動房不能一味地追求低能耗，在保證室內供熱量的情況下，也需要考慮其美觀性和實用性，通過將各種節能功能和美學要素相結合，對被動房進行合理設計，使被動房既可以滿足人們對舒適度的要求，又可以體現人們對建筑審美的追求。

2.2.3 外圍護結構

外圍護結構的節能措施主要體現在對墻體的保溫和采用特殊材質的外窗。

墻體的保溫可分為內墻保溫和外墻保溫，內墻保溫因其使得房率降低，在既有建筑中很少被采納；外墻保溫在建筑工程中使用最為普遍，根據國家頒布的節能標準，自2001年10月1日起，在新建造的建筑中必須要布置外墻保溫。

目前，在我國建筑工程中使用最廣泛的外墻保溫材料是膨脹聚苯板，其導熱系數為0.039W/（m·k），常應用于薄抹灰體系，聚苯板在國內和國外的保溫材料市場中占有較大比重。除聚苯板外，巖棉板也是工程中常見的保溫材料，但巖棉板的使用受地域限制，在梅雨天氣較頻繁的南方，由于天氣潮濕巖棉板會吸收水分，導致其導熱系數增加從而降低其保溫性能，因此巖棉板宜作為保溫材料在北方地區使用。建筑外墻通常使用200mm厚的鋼筋混凝土，其導熱系數為0.18W/（m·k），通過在外墻加保溫層，增加了墻厚的同時，減小了墻體整體的傳熱系數，從而降低室內的散熱量。

門窗是建筑物熱量散失的主要部分，占建筑物能耗的50%以上，冷風滲透和冷風侵入都將導致制冷或制熱量增加。在實際的施工工程中，應結合實際工程情況，盡可能使用兼具實用性和經濟性的施工材料。在我國既有的公共建筑中，Low-e玻璃能降低制冷成本，對室內的熱量進行控制，因此逐漸替代了傳統的建筑用鍍膜玻璃，成為綠色建筑中優先采用的建筑材料。Low-e玻璃表面鍍有低輻射薄膜，輻射率可降低到0.1以下，大大降低了建筑物內部向室外的輻射熱量。

3 節能綠色建筑的發展趨勢

隨著我國節能減排工作的開展，相關政策、法律法規也逐步健全和完善，為建筑節能改造工作的順利開展起到很重要的保障作用。近幾年地球生態環境遭到嚴重破壞，我國各行各業都為減少碳排放量做出節能改造，而這個任務需要政府部門、監管部門以及公民共同的協作。政府部門需要認識到建筑節能工作的重要性，并強化自身的節能意識，與相關的監管部門合作，通過一系列的監管措施來確保節能改造工作的順利開展。此外，科技創新是發展的動力，國家應加強對建筑節能的技術研究，對相關的建筑材料進行節能測試實驗，以此保證材料的質量和強度。同時，我國應強化與擁有世界前沿節能技術的地區和國家的合作，共同推進建筑節能的發展。

4 結語

圍繞當今建筑節能現狀、節能技術在建筑節能中的應用以及綠色建筑的發展趨勢進行闡述和總結，并針對綠色建筑中的節能技術進行詳細分析，指出在保證節能的前提下，需要將實用性與美觀性相結合。當前階段，我國傳統建筑的節能改造工作仍有許多技術問題亟待解決，相關部門和企業要正確看待問題，爭取從根本解決問題，促進我國建筑節能事業的蓬勃發展。