低能耗建筑的節能途徑

摘要：建筑能耗涉及采暖、空調、生活用能、辦公用能、工業建筑用能等，本文從建筑維護結構、空調系統、太陽能建筑一體化、熱電冷聯產系統及節能政策機制等方面闡述了建筑的節能途徑，為低能耗建筑的節能技術發展奠定基礎。

關鍵詞：建筑節能 維護結構 空調系統 節能機制

0 引言

低能耗建筑是指在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)、保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑[1]。我國城鎮建筑能耗主要體現在北方地區采暖、居民住宅生活、公共建筑辦公、工業建筑生產等方面的能耗。建筑節能指無論是在規劃、設計建筑物時，還是在建造、使用建筑物時，都要嚴格遵守建筑節能標準，認真執行施工驗收規程，使建筑圍護結構的熱工性能達到最佳效果，在原料的選擇上，注意采用那些能耗較低的建筑材料，使采暖、制冷、照明、給排水和通風系統在運行效率上都得到明顯的改善，嚴格管理建筑物的用能設備，充分使用可再生能源，使建筑物使用功能達到相應的標準，創造高質量的室內熱環境的同時，建造低能耗建筑，合理、有效地利用能源[2]。

目前發達國家的建筑能耗一般大約占總能耗的1/3。我國城市化進程的不斷推進，第三產業占GDP的比重越來越多，進一步的產業結構調整，都推動了我國建筑能耗的比重不斷攀升，與發達國家的水平越來越近了。因此，我國在建筑節能方面存在巨大的發展潛力，如優化建筑結構設計、采用新型建筑圍護結構及材料、通風裝置和排風熱回收裝置、降低輸配系統能源消耗技術、濕溫度獨立控制的空調系統、熱泵技術、熱電冷三聯供系統、新能源利用系統等。因此，建筑節能將成為各種節能途徑中潛力最大、最為直接有效的節能方式，就目前科學技術水平而言，在建筑維護結構、空調系統、熱電冷聯產系統及節能政策機制等方面可實現節能。

1 建筑圍護結構節能技術

圍護結構的保溫性能是低能耗建筑成功的關鍵因素，對建筑環境起主導作用。圍護結構的保溫性能與建筑體形系數、朝向、窗墻面積比、外窗、屋面及門窗材料的傳熱性能有著密切的關系[3]。建筑環境的性能首先是通過對建筑圍護結構設置與調控來實現的，而只有當建筑圍護結構本身無法實現人們所期望的建筑內環境時，將借助主動式的環境控制系統（如空調）來實現。從能量利用效率的角度考慮，通過調整建筑圍護結構來控制室內外的聲、光、熱等各種形式的能量流通，要比將這些能量流入室內后再通過環境控制系統來消除，更符合節能環保的理念。這也是建筑圍護結構承擔更多環境功能的體現。

建筑圍護結構主要有視野、采光、遮陽（隔熱）、保溫、通風、隔聲等六大方面的重要功能。這些功能都是相互關聯、相互矛盾的，他們都不是獨立存在的。智能圍護結構是指建筑構件的綜合體，這些構件具有各自不同的功能，各司其職，這樣便能更好地保證建筑外圍構件獨立或聯合做出調整，做好環境變化的應對措施，防患于未然，我們的目標是，不僅要使建筑物內部的環境健康舒適，還要使能源消耗最低。應對建筑物內環境的變換是智能圍護結構最關鍵的功能，因此，圍護結構本身必須具備可變性。這種圍護結構的可變性能可以是物理結構本身的可調節性，也可以是圍護結構自身的物理性能可變性。

得熱和遮陽——要想改變透明圍護結構冬季得熱、夏季遮陽的問題，可選用透過性能高、傳熱系數低的玻璃幕墻（能使圍護結構冬季得到大量太陽輻射熱量，使室內熱量的流失的少些），再加上活動遮陽裝置（在夏季或太陽輻射較強的過渡季節遮擋太陽輻射的效果比較明顯）的圍護結構形式。

散熱與保溫——為了解決圍護結構不同季節保溫與散熱的矛盾，可以采用一些結構可調的雙層圍護結構形式，例如，夾層通風可調雙層保溫外墻結構，冬季不要開著通風夾層的進出風口，使外墻的保溫性能大大改善，而在夏季或需要散熱的過渡季節不要關閉夾層的進出口進行通風散熱，不僅能夠不讓通過外墻體進入室內而是室內溫度過高，又能使建筑物更好的散熱。

通風與密閉——采用雙層的圍護結構形式，可很好的解決圍護結構不同季節通風與密閉的矛盾。內外層結構可開啟的部位都非常大，若要進行通風排熱，內外層的開口可一起打開；若要想密閉不通風，就不要打開這些開口。因為每層圍護結構開口比較大導致密閉性不好，但是，對于內層圍護結構來說，一方面夾層的空氣溫度會和室內溫度差距比較小，另一方面由于外層圍護結構的阻擋，其內層圍護結構兩層的壓力差要比外層圍護結構兩側的壓力差小很多，因為通過內層圍護結構的滲漏量就較單層圍護結構時要少許多。

2 建筑空調系統節能技術

在公共建筑中，中央空調是主要的耗能設備。據相關數字的統計，普通中央空調的能耗約大約占建筑總能耗的一半，所以要高度重視關于改善中央空調系統能效的問題[4]。

空調系統的兩大功能是溫度和濕度的調節。夏季空調的使用空調主要是為了降低溫度以及進行除濕處理，其中除濕的能耗在空調能耗中占得比例為30%—50%。在空調系統中，要降低溫度時，要使冷源的溫度不高于室內空氣的干球溫度，而進行除濕處理時，則要求不高于房間的露點溫度。傳統空調系統使用統一冷源對空氣進行降溫和除濕處理，這樣可能不會充分利用能源。同時采用冷凝的方式對空氣進行除濕，還要對空氣進行冷卻，其吸收的顯熱與潛熱比的變化范圍是有一定限制的。如果這個變化的范圍過大，一般情況下是不能適應實際需要的。

采用溫濕獨立控制策略的基本思路是，通過不同的系統分別單獨控制室內濕度和溫度，通常采用末端裝置有：送風系統，它的目的是去除潛熱負荷；輻射板，它的目的是除顯熱負荷。采用機械方式解決室內空調要求，除濕系統使新風達到某種干燥標準的時候，可以用來排除室內人員和其他產濕源產生的水分，同時還以新風的形式進行二氧化碳和室內異味的排除，提高室內空氣質量。通常情況下，這些排濕和排除有害氣體的負荷只與室內人員數量的多少有關，并隨之發生相應的變化，因此可采用變風量方式，依據室內空氣的濕度或二氧化碳濃度來決定風量的大小，這種系統能夠分別控制室內溫度和濕度，具有冬夏末端裝置的功用，特別是能夠使新風量能夠隨著人員數量的變化而變化，這樣就解決了變風量系統冬季人員的增加，熱負荷降低。因為送風量變少了，新風量也會跟著變少，不僅能使運行能耗減少，還可某種程度上避免因室內外溫差過大造成的熱沖擊危及人身健康。

輻射板一般以水作為冷媒介傳遞熱量，其密度大、占空間小、效率高；冷媒通過特殊結構的系統末端設配輻射板，將能量傳遞到其表面，并通過對流和輻射的方式直接與室內外環境進行換熱，極大地簡化了能量從冷源到終端用戶——室內環境之間的傳遞過程，減少不可逆損失，提高了低品位自然冷源的可利用性。一般地，輻射冷卻系統工作在“干工況”，即表面溫度控制在室內露點溫度值上；這樣，室內的熱環境控制和濕環境、空氣品質的控制被分開，輻射冷卻系統負責除去室內顯熱負荷、承擔將室內溫度維持在舒適的范圍內的任務，通風系統則負責人員所需要的新鮮空氣的輸送、室內濕環境的調節、以及污染物的稀釋和排放等任務。這一獨立控制策略，使得空調系統對濕、熱、新風的處理過程有可能實現最優，對建筑室內環境的節能具有重要意義。此外輻射冷卻系統還具有避免吹風感、提高舒適度以及將采暖和空調的末端設備統一的特點，具有非常廣闊的發展前景。

3 太陽能建筑一體化節能技術

太陽能作為一種可再生清潔能源，取之不盡、用之不竭，因而許多太陽能技術在建筑中的應用展現了無限的發展前景。太陽能的利用已在建筑節能中占有重要的地位，業內人士越來越多的把目光投向建筑與太陽能利用的“一體化設計”，具體來講就是將太陽能系統中的全部內容都一個不少的加入到建筑設計的元素中去，將太陽能系統的各個部件融入建筑之中，“相加”設計，使太陽能系統與建筑成為一個有機整體。

太陽能利用的“一體化設計”方式有以下幾種：與墻體的一體化設計、與屋面的一體化設計、與陽臺的一體化設計、遮陽裝置的一體化設計等[5]。經過一體化設計的太陽能利用方案，具有以下優點：①充分利用太陽能，可減少建筑用能的成本；②將建筑使用功能與太陽能設施結合起來，形成多功能建筑構件，巧妙高效地利用空間；③綜合考慮的情況下，建筑構件和設備全面協同，這樣就會使構造更合理，能夠提高整體質量，并使建筑負荷變小，從而使建筑總造價變少了；④有利于形成建筑外觀的和諧統一，尤其是很多用戶使用的集合住宅中，形成一個整體，改變了個體使用者“各自為政”的局面；⑤同步施工，一步到位，能夠有效阻止在進行后期改造工程，避免給用戶帶來許多不必要的麻煩，也不會損傷建筑已有結構。

4 樓宇式燃氣熱電冷聯產系統節能技術

我國傳統的能源結構以煤為主，隨著城市化水平的進一步提升，一些城市開始使用天然氣作為其主要能源來源，建筑熱電冷聯供系統是今后建筑物能源系統的最佳解決方案之一[6]。即在建筑物內設置燃氣發動機，帶動發電機發電承擔建筑的部分用電負荷，同時發動機的余熱解決建筑供熱、供冷問題。此種方式目前需解決的最主要問題是怎樣有效地充分利用好發電余熱，實現能量的梯級利用，獲得較高的能源利用效率，同時滿足建筑物熱、電、冷負荷變化的需求。

樓宇式燃氣熱電冷聯產系統是為建筑物提供熱、電和冷的現場能源系統。發電機組所發電力直接供應建筑物使用，發電后的余熱用于制冷、采暖或供應生活熱水。可在熱電冷系統中應用的設備種類繁多，在功能上，主要有發電設備、供熱設備、制冷設備和蓄能設備這四類。其中發電系統可采用傳統的小型燃氣輪機和燃氣內燃機，也可采用技術先進的微型燃氣輪機、小型的斯特林燃氣外燃機以及燃料電池等；供熱設備主要由余熱鍋爐（余熱回收設備）尖峰鍋爐（主要是進行調峰）組成；制冷設備主要由利用廢熱的吸收式制冷機、電動制冷機等組成。為了解決熱電冷負荷之間的耦合關系，熱電冷聯產系統中可以設置蓄能裝置，蓄能裝置可以蓄水、蓄冰以及蓄存濃溶液等。冷、熱水蓄能價格低廉、使用方便，但蓄能溫差小，密度低，約為21～42 MJ／m３；冰蓄冷技術是目前使用十分廣泛的一項蓄冷技術，它是利用冰的相變潛熱進行冷量的儲存和釋放。

樓宇式燃機熱電冷聯產系統可補充電網，在保障樓內電力方面安全性上有很大的幫助，使電網在輸配中的損失變少。夏季，天然氣用得比較少，而在電力方面的應用非常多。天然氣熱電冷聯產系統的應用，可增加天然氣在夏季的用量，減少電力用量，這樣便可以調節天然氣和電力的高峰期用量。

5 建筑節能政策機制

僅依靠技術力量來降低能源消耗量是不夠的，還必須依靠相關政策和機制的推廣。這里我們介紹三種建筑節能政策機制：一是建立健全相關的建筑節能標準規范、法律法規，并且嚴格執行或者以指令性行政命令的形式促進節能等，這種機制在計劃經濟體制下，是比較典型的管理手段；二是在經濟不斷發展，市場不斷繁榮的情況下，超越標準規范的最低要求、將建筑節能性能與產品市場經濟價格相掛鉤的手段；三是由于建筑節能管理已經由管理者的特有任務轉化為與社會各群體禮儀、責任相關的事務，建筑節能管理設計主體具有多元性，所以收集整理與建筑節能相關的一些顯性和隱性信息，并通過合理的形式進行一定程度的公開，用以制定不同種類的激勵、獎懲機制，即建筑能耗統計與信息公開制度。

我國市場經濟發展水平地區間的差異非常大，因此試圖通過上述三項政策機制中的某一個來化解全部問題，是不可能達到目的的，我們應以經濟發展水平的差異為依據、充分考慮到建筑節能的各個特點及其重點，靈活選用和組合上述三種手段，形成一種合力，使之更好地發揮作用。

要使建筑能耗統計制度既能遵守國際慣例，又符合我國國情，主要從以下三點著手：一是依據已有統計渠道，建立可持續運行的建筑能耗基礎數據統計體系，包括數據調查方法、統計信息標準等；二是在全國范圍內，以及省區、城市建立完善的建筑能耗數據庫和統計數據報送網絡，建立建筑能耗統計分析模型和預算建筑產生的溫室氣體排放量模型等，同時要進行統計和預測分析；三是建立一定范圍內、適當形式的建筑能耗數據定期公開和公布制度，在網絡以及各種媒體的推動下，讓更多的公眾參與到其中去，建立各種形式的激勵和獎懲機制。

6 結論

低能耗建筑技術是實現建筑節能的保障和必要因素。建造低能耗建筑的技術措施主要集中在更加優化的建筑結構設計、高效的能源消耗設備和系統、可再生能源的利用及適當的節能政策機制。當前建筑節能已經得到了黨中央、國務院的高度重視。胡錦濤總書記指出：要發展“節約節地型建筑”。通過以上努力一定可以提高能源利用效率，未來的建筑節能前景廣闊。

參考文獻：

[1]薛志峰等.超低能耗建筑技術及應用[M].北京：中國建筑業出版社，2005.

[2]梁海嶸.低能耗公共建筑節能技術的工程實踐[J].廣西城鎮建設.2010，(9)：24-27.

[3]徐浩，閆增峰，隋芊蕙.低能耗教授花園綜合節能技術[J].低溫建筑技術.2011，(4)：128-129.

[4]李司秀，胡嘉慶.空調系統節能技術的探討[J].制冷.2011，30(1)：84-87.

[5]徐浩.太陽能利用與建筑一體化設計研究[J].中國住宅設施. 2011，(4)：27-29.

[6]王哲，郭力偉.淺談建筑節能[J].中國新技術新產品，2009，（4）：104.