重慶市建筑的節能潛力及效益分析

宋明健，沈晉明，丁曉波，黃會軍

(1．中國十九冶集團有限公司，四川成都610031;2．同濟大學，上海200092)

近年來，我國在推行節能建筑的同時，也逐漸在法規和制度上對建筑的節能性能進行約束完善［1］。1998年1月1日起施行的《中華人民共和國節約能源法》規定［2］:“固定資產投資工程項目的設計和建設，應當遵守合理用能標準和節能設計規范。達不到合理用能標準和節能設計規范要求的項目，依法審批機關不得批準建設;項目建成后，達不到合理用能標準和節能設計規范要求的，不予驗收。”2001年10月建設部頒布實施《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》［1］。《民用建筑節能設計標準》要求建筑物采暖能耗比20世紀80年代的標準降低50%，進一步對建筑物圍護結構材料和門窗的傳熱系數提出了新的要求［3］。

據《重慶市現有公共建筑能耗狀況調研報告》表明［4］，重慶地區95%的既有建筑節能“差”，普通居住建筑全年能耗大約為20 kWh/m2，全市公共建筑全年能耗平均指標167.15 kWh/m2，大于武漢的103.51 kWh/m2和北京的150 kWh/m2。就辦公樓能耗密度而言，重慶132 kWh/m2的指標高于深圳市機關辦公樓的117 kWh/m2，更高于美國紐約的66 kWh/m2。而且大量的公共建筑空調、照明耗能逐年遞增。

所以，大力推行節能建筑及節能標準，對重慶地區建筑的節能具有重要的意義。

1 建筑能耗影響因素

建筑能耗的影響因素，主要包括以下幾個方面［5～9］。

1.1體型系數

體型系數反映了單位體積建筑暴露于空間的表面積大小，而建筑物的表面是建筑體內部與外界之間能量傳輸的主要通道，是建筑內外能量傳輸的主要途徑。因此，體型系數是影響建筑節能的關鍵參數。

民用建筑節能設計標準要求節能建筑體型系數(S)宜控制在0.3或0.3以下，否則對于建筑節能不利。近幾年來，由于規劃部門及建筑(開發)企業對新建筑外觀的要求，不少高層建筑外觀較為復雜，加上現行提倡坡屋頂等因素，使建筑體型系數很難控制在0.3及其以下的水平。

1.2 窗墻面積比

窗戶位于建筑體表面，因其結構較之墻體單薄，隔熱性能差，有時甚至直接作為室內外空氣流動的通道，是建筑保溫的薄弱部位。窗墻比為50%的房間與窗墻比為30%的房間相比，空調運行負荷要增加25%左右。

民用建筑節能設計標準要求窗戶不宜過大，北朝向的窗墻面積比不應超過0.25，東、西朝向的窗墻面積比不應超過0.3，南朝向窗墻面積不應超過0.35。個別建筑采用落地窗、飄窗等形式，窗墻面積大大超過標準要求。

1.3 建筑材料

建筑物是被建筑材料經排列堆砌后所包圍的空間體。建筑材料的特性，直接決定了建筑物的保溫性能。尤其是建筑外墻和門窗的材料選擇，對建筑保溫節能是異常關鍵的。

但目前對圍護結構使用的墻體材料、保溫材料及窗戶質量要求并不明確。多是從強度、變形控制以及耐久性的角度，對墻體和門窗材料及材料的布置性質給予了一定的說明。

1.4 結構布局及高程

建筑物的空間布局和高程，對建筑能耗亦有一定的影響，同樣建筑面積的建筑物，東西比南北朝向的建筑物能耗要增加5.5%左右，采取異型結構，其保溫節能性能即有差異。通過門窗縫隙的空氣滲透損失的熱量也與朝向有關。樓層高度不一樣，其保溫節能性能亦不一樣。

1.5 區域氣候

建筑物所在區域的氣候特征，對建筑能耗影響較大，地區的風向、風量及降雨等對建筑能耗均有直接的影響。同一建筑，位于冬冷夏熱地區和冬冷夏暖地區，引起的全年建筑總能耗亦有較大差異。

建筑物的結構布局、窗墻面積比及高程等，和建設規劃要求以及設計人員的設計風格有關，區域氣候是自然因素，以上因素均不能做出合理的控制指標以進行對比。因此，下面主要從所選用的墻體和門窗材料角度，對節能建筑之節能效益、經濟效益及環保效益進行分析。

2 節能建筑材料類型

墻體材料在房屋建材中約占70%，是建筑材料的重要組成部分。就其品種而言，新型節能型墻體材料主要包括磚、塊、板等，如粘土空心磚、摻廢料的粘土磚、非粘土磚、建筑砌塊、加氣混凝土、輕質板材、復合板材等。節能建筑所倡導的墻體材料類型主要為多孔鉆和空心磚，表1為目前節能建筑常用磚體熱工性能及造價對比。

表1 常用磚體材料熱工性能及造價［9］

窗體材料以PVC塑料窗為主。最早由德國于20世紀50年代首先開發成功，經過50來年的努力和產品技術水平的不斷提高，塑料門窗以其保溫、隔熱、隔音、耐腐蝕等諸多優勢，在歐洲乃至全世界迅速推廣應用。表2是國內所使用的各類型窗的傳熱系數和節能效果的對比。

表2 常用窗體的熱工性能及節能效果［8］

表3 各節能窗墻材料節能效益計算

從表1、表2可看出，雙玻PVC塑料窗的節能效果比較顯著，能達到民用建筑設計標準中全國大部分地區住宅采暖節能50%的要求。墻體材料方面，空心磚和多孔磚具有較好的保溫節能性能，尤其是空心磚，其節能性能較之以往的實心磚能提高近50%。

3 建筑節能效益

2008年重慶市主城區建成面積443.6km2，較之2007年增加5.02%，按此推算，2010年，重慶市主城區將完成建成面積約489.26km2，約合4.8 926億m2。假設其中建筑面積占32%，則主城區建筑用地面積約1.5 656億m2，按平均層高6層且每層高3.5m計算，則總建筑面積約9.3 937億m2，總外墻面積約32.878億m2。一般建筑的窗墻面積比為0.30～0.45，假定平均窗墻面積比約0.30，則主城區建筑物總窗戶面積約9.86億m2，總凈外墻面積約23.018億m2［4］。

則，夏季制冷期為減小冷負荷損失時，墻體、窗戶的年節能量可通過公式(1)計算:

式中:QS為墻體或窗戶夏季的節能總量，kWh;ns為重慶地區夏季需提供制冷調節的天數，d，取52;Kp為非節能型材料的傳熱系數，W/(m2·K);Ks為節能型材料的傳熱系數，W/(m2·K);tn為重慶地區需制冷月平均室外溫度，℃，取3.5;tp為制冷期室內擬達到的目標溫度，℃，取18;F為墻體或窗戶面積，m2。

冬季采暖期為減少熱量損失時，墻體、窗戶的年節能量可通過下式進行計算:

式中:QW為墻體或窗戶冬季的節能總量，kWh;nw為重慶地區冬季需進行采暖調節的天數，d，取116;t'n為需采暖時室內平均溫度，℃，取32.5;t'p為需采暖時室外的平均溫度，℃，取26;其他符號意義同前。

根據前述，采用各墻窗材料時，冬、夏季節能總量計算如表3所示。在表3的計算中，墻體為相對于常用的實心磚比較的節能量，窗體為相對金屬單框窗而比的節能量。

從表3可以看出:

(1)節能墻體材料和窗體材料，其節能潛力均非常巨大;

(2)采用空心磚較之采用多孔鉆做為墻體的主要材料時，節能效果將近翻了一倍;

(3)在所有窗體節能形式及材料中，采用PVC雙玻窗的效果是最明顯的，其次是鋁塑和鋼塑;

(4)窗戶面積較之墻體面積盡管不大，但卻是潛在的耗能大戶，采用節能的窗體材料，由此而引起的節能效益，比墻體采用節能材料所帶來的節能效益還大。

續表3

4 節能的經濟環保效益

以“空心磚+PVC雙玻窗”為墻窗材料進行以下分析。

由表3可以看出，和傳統材料相比，采用空心磚作為墻體材料時，全年節能約33.05億kWh，采用PVC雙玻窗作為窗體材料時，全年節能約63.25億kWh，兩者合計約96.3億kWh。

若該部分能量全部通過電能無損耗的轉換，取重慶地區平均民用電和工業用電單價為0.65元/kWh，則，一年可以節省電費為M=96.3×108×0.65=62.595億元。

若該部分電能全部通過火力發電來補償，我國目前的大部分火力發電，每生產1 kWh的電需燃煤平均0.35 kg［8］，則共燃煤 G=96.3×108×0.35/1000=3.3705×106t。而采取燃煤發電，將產生大量的 CO、CO2、NO2、SO2、懸浮物、煤灰渣等［8］，嚴重污染環境。

5 結束語

現有建筑能耗巨大，采用節能型材料，如采用空心磚、多孔磚代替以往的實心磚，采用PVC雙玻窗、鋁塑或鋼塑雙玻窗，代替以往的金屬單玻窗，建筑節能效益顯著。

但我國的節能標準，距離發達國家還有較大差距，比如發達國家的節能建筑，其外墻的傳熱系數能達到0.6 W/m2·K以下。故我國的節能建筑材料及其形式，還需要大量的工作以進一步完善和提高。

［1］ JGJ 134－2001夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準［S］

［2］ 中華人民共和國節約能源法［S］

［3］ JGJ 26－95民用建筑節能設計標準［S］

［4］ 重慶市人大城環委，市建筑節能協會．重慶市現有公共建筑能耗狀況調研報告［R］．重慶，2007

［5］ 暖通規范管理組．暖通空調設計規范專題說明選編［M］．北京:中國計劃出版社，1990

［6］ 建設部建筑節能辦公室．建筑節能技術標準規范匯編［M］．北京:中國建筑工業出版社，2003

［7］ GBJ 19－87采暖通風與空氣調節設計規范［S］

［8］ 宋明健，宋代學，夏永閣．湖南地區應用塑料窗的節能與經濟效益分析［J］．能源工程，2006(2):62－66

［9］ 張源，何嘉鵬，高壽云．內插保溫層混凝土空心砌塊熱工性能數值模擬分析［J］．能源工程，2008，36(2):22－25，37