建筑節能系統的認識基礎探析

余曉平，付祥釗

（1.重慶大學 城市建設與環境工程學院，重慶400045；2.重慶科技學院 建筑環境與設備工程系，重慶401331）

國際社會是在能源危機的脅迫下，倉促開展建筑節能的，事先沒有起碼的思想準備，如：密閉建筑，減少新風能耗；加強保溫，減少圍護結構能耗等，其目標簡單，方法粗糙。中國的建筑節能自20世紀80年代初期啟動，距今30余年，一個有中國特色的建筑節能發展道路還在不斷的探索過程中，對建筑節能的認識還是一個不斷發展的過程。怎樣開展建筑節能是方法論問題，這對于當前正確認識建筑節能領域中“節能建筑不節能”的實踐有重要意義，但對于“什么是建筑節能？如何科學認識建筑節能系統？”等一系列認識論問題，仍然沒有給出清晰的認識。筆者主要討論建筑節能的認識基礎，探索“建筑節能是什么？”的問題。

1 關于建筑節能認識問題的提出

1.1 中國建筑節能認識尚不清晰

《民用建筑節能條例》自2008年10月1日開始實施，落實新建建筑節能標準、推動既有建筑節能改造、降低大型公建能耗水平等一系列重要工作，都第一次獲得了國家法律法規的保障。文獻[1]提出了“什么是建筑節能”的問題，并從建筑節能評價理論的角度分析比較了4種建筑節能評價方法，回答了用什么評價標準來評估一個建筑是否節能的問題。清華大學建筑節能研究中心連續4年（2007－2010）編著《中國建筑節能年度發展研究報告》表明，建筑節能領域仍存在許多亟待研究和解決的問題，如建筑節能“叫好不叫座”；“重技術、重資金、輕管理”觀念普遍存在；建筑節能評價標準不統一；追求數字節能等。龍恩深把從微觀到宏觀的基因分析方法引入建筑能耗的研究，體現了“將哲學思想融入并指導建筑節能理論研究與實踐過程”的方法論實踐[2]。

同樣，近年來高等院校的上百篇建筑節能相關博士或碩士學位論文，以及《建筑學報》、《城市發展研究》、《暖通空調》等重點期刊的大量建筑節能專欄的學術論文[3－8]，從理論研究或工程事例中提出并建立不同氣候地區不同類型建筑能耗特征，逐步形成建筑能耗構成體系，其理論基礎是圍繞“如何開展建筑節能？”這一科學觀領域的方法論問題，但在回答“什么是建筑節能？”“節能建筑是否真正節能？”等基本認識問題時，對建筑節能系統性認識仍然不清晰，建筑節能的整體認識還存在片面性。

1.2 建筑節能的學科體系尚未正式確立

根據國家自然科學基金委員會工程與材料科學部對學科的界定[9]，建筑、環境與土木工程是一個相互聯系又各具特色、差異顯著的學科群，其中，一級學科建筑學是研究建筑與環境的學科，建筑學下設二級學科4個：建筑歷史與理論、建筑設計及其理論、城市規劃與設計和建筑技術科學，其中建筑技術科學又分3個學科方向：建筑熱環境、建筑光環境和建筑聲環境。從研究對象上劃分，建筑學又形成了相對獨立的6個專門技術工種：城市規劃與建筑設計、建筑構造、景觀學、建筑物理學和采暖通風與空調工程等。而建筑節能涉及到上述不同層次不同學科方向，是典型的學科綜合、交叉形成的新型學科之一。

根據教育部2010年7月12日《關于公布同意設置的高等學校戰略性新興產業相關本科新專業名單的通知（教高[2010]7號）》公布的高校新設置的新能源材料與器件、新能源科學與工程、資源循環科學與工程、能源化學工程和建筑節能技術與工程等140個本科專業中，共有湖南大學、南京工業大學等5所院校獲準設置建筑節能技術與工程專業（代碼：080716S），是批準在少數高校試點的目錄外新增專業，表明建筑節能技術與工程專業首次獲得教育部本科專業二級學科地位，體現了建筑節能專業高級人才培養的重要性，同時也表明建筑節能的學科體系構建的緊迫性。

但在教高廳函[2011]28號《普通高等學校本科專業目錄（修訂一稿）》中，建筑節能技術與工程（代碼：082804M）則設在建筑學類下，重新進行了調整。根據高等學校建筑環境與設備工程學科專業指導委員會的意見，現有的建環專業的課程體系已經覆蓋了“建筑節能技術與工程”的內容，建筑節能的各種技術本來就是建環專業各門專業基礎課和專業課傳授的知識，同時在各教學環節中也已經都貫徹了建筑節能的理念教育。因此建議把“建筑環境與設備工程”改成“建筑環境與能源工程”，“建筑節能技術與工程”作為建環的一個專業方向。可見，建筑節能作為一門科學，其學科體系尚未建立。

1.3 建筑節能科學觀尚未形成

吳良鏞等[1994]第一次正式提出建立“人居環境科學”（The Sciences of Human Settlements），倡導建立以人與自然的協調為中心、以居住環境為研究對象的新的學科群[10]。錢學森[1996]提出建筑科學作為第11個科學大部門列入了現代科學技術體系，并認為建筑科學內部縱向也分建筑基礎理論、建筑技術科學和工程應用技術3個層次，認為建筑科學的中心內容是研究人居環境，其基礎理論涉及建筑與人、建筑與社會、建筑與自然、建筑與文化、建筑與科技等相關內容，是廣泛吸納其他科學大部門的綜合性理論[11]。

建筑節能科學觀是建筑節能科學的最高層次，是解決建筑節能為誰服務的根本問題。結合中國的基本國情，建筑節能科學的發展應以有限資源建設高度文明生活方式，能源消費特色應體現在能源的可持續利用與追求適度舒適模式相協調上。建筑節能的基礎理論涉及到建筑工程學、人居社會學、建筑文化學、建筑經濟學和能源工程學等眾多領域，具有顯著的社會和自然雙重屬性，是多學科交叉形成的綜合復雜科學。而目前，建筑節能基礎理論、建筑節能技術科學體系和建筑節能工程應用技術體系還沒有形成，建筑節能應該遵循什么樣的基本原則等問題都沒有解決，對建筑節能的科學認識還沒有形成，即還沒有形成建筑節能的科學觀。

這些普遍現象和問題正說明全社會對建筑節能的認識不清晰，工程界對建筑能耗產生和發展規律還沒有充分把握，開展建筑節能實踐還缺乏正確理論的指導。由于中國對建筑節能科學認識的研究還處在初級階段，建筑節能的系統認識還未形成，必然影響建筑節能事業的科學發展。因而，無論學術界還是工程界都應該重視建筑節能認識基礎的研究。

2 建筑節能的認識基礎

2.1 建筑節能的系統性認識

在分析建筑節能概念的歷史發展和當前建筑節能工程實踐基礎上，筆者認為建筑節能作為一個復雜的系統，應包含4層含義：首先是目標原則上應包含“以人為本”的科學發展觀思想，建筑是為人服務的，建筑節能應以人居環境舒適和健康保障為前提，要求建筑節能實踐符合人與自然協調發展的原則，以實現我國建筑能源戰略目標為基礎。其次，時間上應體現全過程節能的概念，從建筑系統壽命周期角度要求節能活動各環節前后制約，協調一致。第三，空間上建筑節能是建筑與相關自然、人工環境的系統節能，強調建筑整體節能，不是某個環節或局部節能，要求建筑設計、建筑材料、設備系統、能源系統配置與環境協調發展。第四，節能實現低碳減排，通過實施減少建筑使用能耗的手段包含提高建筑系統用能效率和控制用能需求兩個方面，來實現降低建筑用能和減少溫室氣體排放的目的。第四點表明，中國的國情決定了我們既要重視提高用能效率，同時還要強調節約建筑用能，營造適度的人均居住面積，提高適宜的舒適和健康的室內環境，避免過度的能源需求；而與發達國家一般只強調提高建筑用能系統效率，而不去反思如何消減或抑制過度的建筑能源需求存在顯著區別。這表明建筑節能總與國家或地區的一定社會經濟條件相關聯，其系統性要求建筑節能實踐因時、因地制宜，有必要探索、構建中國建筑節能系統發展變化的規律和特征。

可見，建筑節能是在保證建筑使用功能和建筑環境質量的前提下，為建筑可持續發展實現建筑能源戰略目標，對整個建筑系統在壽命周期過程中實施減少建筑使用能耗的社會活動。這里強調提出建筑節能是一項社會活動，突出建筑節能的主體是全社會的人，表明建筑節能具有顯著的社會性，公眾參與建筑節能是建筑節能實踐系統性的重要體現。

2.2 構建建筑節能認識基礎的原則

尊重歷史文化傳統的社會學原則。開展建筑節能，對建筑節能工程實踐的認識，就要尊重歷史與文化傳統，從歷史的地域的實際條件出發，在自然資源開發利用、能源使用過程中實現人與自然的和諧發展，這也是中國歷史悠久的科學實用的建筑理念，體現了最樸素的建筑價值觀，是建筑節能系統社會屬性的必然要求。

發揮建筑節能主體作用的管理學原則。建筑節能作為一項社會活動，其社會屬性及節能工程本身的外部性，都要求國家的各級政府作為建筑節能主體之一發揮強大的政治動員能力和經濟干預能力，通過建筑節能相關法制建設，保證建筑節能事業長期健康穩定發展。科學認識建筑節能，同時要全面分析政府、開發商、設備材料供應商、業主和物業管理公司等不同社會主體在建筑節能中的地位和作用，協調好彼此之間的利益，處理好建筑節能的經濟、社會和環境效益之間的關系。這是建筑節能系統主體多樣性的體現。

合理利用氣候資源的地域性原則。氣候條件的多樣性是建筑地域性的客觀因素之一。建筑負荷是影響建筑用能的主要因素之一，建筑負荷的大小受建筑氣候條件直接影響，不同氣候區域建筑圍護結構形式和布局、采暖空調通風方式不同，能耗差異很大，實現建筑節能因地、因時、因建設項目制宜。地域性是建筑節能系統的重要特征。

適應經濟社會發展水平的經濟學原則。建筑節能的發展必然從城市、城鎮到城鄉，逐步覆蓋全國，統籌兼顧重點建筑與一般建筑、公共建筑與居住建筑的節能，協調好城市建筑與農村建筑在建筑節能在不同發展時期、發展階段上的關系。這表明對建筑節能的認識，必須結合經濟社會發展現狀和未來趨勢，處理好建筑節能與低碳經濟發展、和諧社會建設之間的關系，才能形成對建筑節能的系統認識。

所以，建筑節能系統認識的原則就是追求“自然—人—社會”之間和諧的系統理念，其核心是以人為本，要使人、自然與社會協調發展。

2.3 建筑節能的認識體系結構

建筑節能的認識體系是認識論的理論基礎。根據上述建筑節能系統認識構建的原則，正確認識建筑節能系統中建筑、能源、環境、自然、經濟、文化與社會等相互之間的關系。筆者初步確立的建筑節能認識體系的知識結構如圖1所示。

圖1 建筑節能認識體系的知識模型

建筑節能認識體系是基于建筑節能作為一項社會活動，本身就是一個包含社會主體、社會經濟文化、自然生態環境的巨系統。在不同時期，對不同的社會主體，描述建筑節能系統的具體內容可以不同，但基本上都應該反映出建筑節能發展過程的一般規律，并為大多數人所接受，在建筑節能實踐中接受檢驗，才能不斷豐富和發展建筑節能自身的理論，形成一個與時具進的、開放的建筑節能科學體系的認識過程。

2.4 建筑節能系統認識的層次性

對建筑節能的認識，就是通過對建筑節能系統特性的分析，掌握建筑節能不同層次子系統的屬性，研究建筑節能系統發生、發展過程和變化規律，才能為建筑節能社會實踐提供方法論的基礎。建筑節能系統作為一個復雜的開放的巨系統，其基本屬性決定了建筑節能遵循的是整體節能，是全過程的系統節能。這既是建筑節能的認識基礎，也是建筑節能發展必須遵循的原則之一。對建筑節能系統層次性的認識，可以用圖2表示。

建筑節能系統的復雜性源自建筑節能知識體系具有科學、工程、技術和產業不同層次，同時建筑節能活動具有生態、管理、經濟、工程和社會等多重屬性。建筑節能主體的多樣性決定了建筑節能工程具有多目標要求，不同目標之間并不完全一致，常常存在沖突，需要進行權衡優化，這就決定了建筑節能實踐具有較大難度。由于建筑節能系統不僅本身屬性與功能多樣、系統與環境關系密切，而且還存在系統內部各要素及子系統之間關聯的復雜特性，所以建筑節能系統是復雜系統，具有復雜系統的典型特征。

圖2 建筑節能認識體系的層次結構

3 建筑節能系統理論的認識框架

圖3 建筑節能系統理論的框架

建筑節能的系統理論也是建筑節能基礎理論之一，是系統科學論與建筑節能理論相結合形成的關鍵理論，包括建筑節能的系統認識論和系統方法論，是用來分析建筑節能系統構成要素與相關要素之間相互關系的理論方法，也是建筑節能實踐的指導思想、方法、工具、知識和理論基礎。筆者構建的建筑節能系統認識理論框架如圖3所示。

上述建筑節能認識體系的知識結構、系統層次結構和系統理論框架，表明對建筑節能的認識應從系統角度把握建筑節能的整體性，不能片面或孤立地去認識建筑節能。

4 建筑節能的系統性分析

通過對復雜的能源環境問題和建筑自身問題進行跨學科的綜合分析，以建筑與人、建筑與自然的整體利益為目標，充分體現建筑節能系統的整體性和階段性，采取因時因地制宜的方法和策略，就應將建筑節能作為一個有機的復雜系統綜合集成進行研究。從建筑節能工程的全過程、全空間和建筑能源利用的全方位3個維度，構建建筑節能工程的系統認識，并指導建筑節能工程實踐，其系統模型如圖4所示。

圖4可見，建筑節能的系統性是基于建筑節能過程的有機性、空間組成的層次性和能源環境的集成性基礎上的綜合集成系統。從工程角度分析建筑節能，表現出建筑節能工程典型的系統特性：

圖4 建筑節能系統認識的概念模型

建筑節能系統過程的有機性。從時間維度分析，建筑節能工程全過程包含了從規劃、設計、施工、運行管理到改造拆除等不同階段，這不同階段構成了建筑節能工程生命過程，具有時間發展的單向性，前期的發展狀況對后期相連或不直接相連的過程都有影響。這就要求建筑節能工程要從源頭重視，在規劃設計階段要求規劃師、建筑師具有大系統的工程觀念，為建成建筑的節能營造良好的先天環境。

建筑節能系統空間組成的層次性。從空間層次維度分析，從建筑節能工程的單元、單體、城區、城市到國家或區域，體現了從微觀、中觀、宏觀到宇觀認識對象的范圍，其層次性反映出建筑節能工程空間結構上的構成關系。通過廣泛開展建筑節能工程活動，促進建筑節能事業發展，就需要從具體環節的工作出發，將從建筑節能單元或單體節能的目標轉向促進建筑節能產業的發展，實現國家建筑節能的總體目標。這種分析方法有利于推動節能建筑向綠色低碳建筑工作重點的轉變。

建筑節能系統與能源環境的集成性。從能源環境維度分析，建筑節能工程的建成環境需要大量資源和能源，資源能源的輸入和輸出是建筑節能工程系統開放性認識的重要基礎。能源環境包含了能源的自然環境、技術環境、經濟環境、社會環境和管理環境五種不同要素構成的不同類型，通過建筑能源的輸配和利用與建筑外部環境和建筑室內環境形成一個整體，并且基于時空條件發生復雜變化，是建筑節能工程復雜性和客觀性的重要體現。建筑節能工程的系統分析方法，就是將建筑內外環境和能源環境看成一個整體，在工程系統實踐中，既要重視技術系統、管理系統的支撐作用，又要重視經濟系統、社會系統和能源資源系統的有機集成。因為能量的承載與交換同樣貫穿了建材生產、運輸、建筑建造、運行、拆除各個階段，把它們聯系在一起，才能形成建筑能源消耗的系統認識。

陳光等引用“載能體”的概念，認為“建筑系統節能既要節約能源，又要節約非能源；既要節約，更要合理利用能源”。從空間維度上，認為建筑節能工程的系統分析要考慮建筑單元子系統、建筑單體子系統、建筑小區系統、城市系統之間的相互關系對能耗的影響，把建筑節能工程作為城市能源系統的組成單元進行認識，科學認識建筑節能工程開展的外部環境[12]。建設部科技司武涌教授在總結建筑節能“十一五”工作教訓時，用3個“單”（只關注單體建筑、單純節能和單關注設計師）分析了“十一五”期間工作存在的建筑節能主體單一、對象單一、手段方法單一和內容片面等問題，并提出了“十二五”建筑節能的關鍵將是開展好區域建筑、綠色建筑和全壽命周期的建筑節能。上述認識實質上就是強調了把握建筑節能系統特性的重要性。

5 結 語

科學認識建筑節能，就要把握其系統性，就是要從建筑節能系統的時間、空間和環境要素角度，分析實現建筑全過程節能的物質基礎和技術手段，就是把建筑節能看成一個有機整體，研究實現建筑整體節能的理論基礎和實踐方法。建筑節能系統壽命周期不同階段的技術原理、技術方法和技術手段不同，相互之間聯系緊密、相互制約，體現了建筑節能壽命周期系統節能的復雜性和綜合性，表明建筑節能是整體節能、全過程節能，而不是局部節能或某階段的節能，要求對建筑節能的認識和實踐必須采用系統科學的方法。

建筑節能作為一項社會實踐活動，是一個復雜的系統工程，強調的是將建筑節能活動看成一個復雜的開放的集成系統，就是從系統科學的角度認識建筑節能，從整體出發，通過建筑節能系統的結構層次分析，揭示各子系統之間的相互關系，以及子系統與上下各級系統的相互影響。建筑節能系統作為一種社會實踐系統，有很強的環境依存性，其發展必須考慮到經濟社會的持續發展、協調發展和以人為本的發展，為構建和諧社會做貢獻。

科學認識建筑節能，掌握建筑節能系統發生發展和變化的規律，這是一項艱苦的工作，需要從事工程學、社會學領域的專家學者共同努力，也需要公眾的理解和參與。筆者只是對建筑節能系統的認識基礎進行初步探索，希望更多學者能以積極、開放的態度去認識建筑節能這一復雜的科學問題，為建筑節能理論的構建奠定認識基礎。

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