節能在建筑設計中的重要作用

秦璇

摘要：隨著社會的飛速發展，能源的緊缺，環境的嚴重污染，人們逐步認識到節能與環保的重要性，節能也逐步進入每個人的思想當中。國際上在經歷數次能源危機和溫室效應自下而上環境的負面影響的認識越來越清楚之后，提出了控制礦物能源用量的增長，提高用能效率，開發新能源和可再生資源，保護環境的目標，建筑節能也越來越受重視。

關鍵詞：建筑節能超負荷保溫材料應用

中圖分類號：TU201.5 文獻標識碼A

1、綜述

隨著社會迅速的發展，環境污染已經逐步受到人們的關注。 芬蘭于2009年建立了一套稱作“能耗認證系統”的標準（Energy Certification System），而在美國“節能之星”標準（Energy Star）實施已經有10年了。在我國，建筑節能、重點的城市住宅節能,，也提上了工作日程。隨著經濟的不斷發展，工業、交通和建筑的能耗都不斷地增長，不容置疑的是，中國能源發展正面臨著越來越嚴峻的挑戰，能源供不應求和末端低效利用的矛盾越來越突出。據統計，目前建筑能耗所占社會商品能源總消費量的比例已從1978年的10％上升到25%左右。而根據發達國家經驗，隨著我國城市化進程的不斷推進和人民生活水平不斷提高，建筑能耗的比例將繼續增加，并最終達到35%左右。我國能源增長已經跟不上經濟發展的腳步，但在保持經濟增長的情況下，要大幅降低和交通領域的能耗不太現實，因此，建筑節能則成為能源工作開源節流政策中首當其沖的工作之一。建筑節能是一個系統工程，應該立足于我國不同建筑的用能特點，在規劃、設計、運行等各個階段通過技術集成化的解決手段，降低建筑能源需求、優化建筑系統設計、開發新型能源系統方式、提高運行效率。

2、我國建筑節能發展狀況

2.1建筑能耗

我國目前城鎮建筑消耗的能源為全國商品能源的23%—26%。此數值僅為建筑運行所消耗的能源，不包括建筑材料制造用能及建筑施工過程能耗，發達國家的建筑能耗一般在總能耗的1/3左右。隨著我國城市化程度的不斷提高，第三產業占GDP比例的加大以及制造業結構的調整，建筑能耗的比例將繼續提高，最終將接近發達國家目前的水平。

我國城鎮建筑能源消耗按其性質可分為如下五類：

(1)北方地區采暖能耗

(2)除采暖外的住宅能耗（照明、炊事、生活熱水、家電、空調）

(3)除采暖外的普通公共建筑能耗（辦公室、中小型商店、學校等）

(4)除采暖外的大型公共建筑能耗（寫字樓、星級酒店、大型購物中心等）

(5)工業建筑能耗

之所以把采暖能耗分出是因為此部分能耗有其特殊性；而把非住宅民用建筑分為普通公共建筑和大型公共建筑是因為這兩類建筑的能源消耗量差別巨大。??采暖能耗占北方地區建筑能耗的50%以上。在實施建筑節能標準之前建造的建筑冬季采暖平均熱指標在30～50W/m2,為北歐相同氣候條件下建筑采暖能耗的2～3倍。通過改進建筑設計、加強圍護結構保溫和有效利用太陽能，可使此部分建筑能耗降低至1/2甚至40%。目前北方城鎮建筑近60%采用不同規模的集中供熱系統。由于調節不當導致部分建筑冬天太冷夏季過熱，開窗散熱造成的熱量浪費平均為供熱量的30%以上。部分小型燃煤鍋爐效率低也是造成能耗過高的原因之一。通過建筑保溫、管網系統調節、提高熱源效率這三方面的改進，我國北方地區采暖能耗至少可降低60%～70%。

除采暖外住宅能耗中的用電量為10～30度/（年.m2）。隨著人們生活水平的提高目前呈上升趨勢；生活熱水能耗在大城市中也逐漸加大。推廣節能燈和節能家電對降低住宅電耗有重要作用；改進建筑設計、降低夏季空調能耗，也可以使住宅電耗減少3～8度/年. m2,及時開發和推廣高效的生活用水裝置，可避免由于生活熱水需要量的不斷增長所導致的住宅能耗的增加。若是商業建筑，因為集中時效的負荷增加，相比較民用建筑，其建筑能耗更大。

2.2建筑節能發展遇到的問題

2.2.1機構不落實，法規配套不全。建筑節能工作除了應該注意建筑門窗、建筑屋頂和采暖制冷系統的用能效率外，建筑物的維護墻體節能也是十分重要的方面。但長期以來，建筑節能工作缺乏有力的管理機構，到目前為止很多地方仍未成立相應的建筑節能管理機構，因而建筑節能工作難以推動。

2.2.2從業人員的節能意識還需進一步加強。目前，建筑從業人員節能意識較為淡薄，專業素質不是很高，施工人員已經習慣了秦磚漢瓦的砌式砌法，對新型節能建筑的施工技術比較陌生，設計人員對傳統的磚混結構房屋設計得心應手，對節能建筑設計卻不是很熟，思想觀念較為保守，怕擔涉及風險。

2.2.3缺乏對應的積極鼓勵政策。國家及地方缺乏對建筑節能的實質性經濟鼓勵政策，建筑節能缺乏必要的資金支持。我國建筑節能尚處于起步階段，單純依靠用戶、建設方自發的行為無法實現建筑節能目標。國外發達國家為促進建筑節能工作的開展采取了許多積極地政策措施，如德國、丹麥等國家對舊有建筑節能改造

3、應在設計中采取的措施

3.1建筑設計的優化

建筑造型及圍護結構形式對建筑物性能有決定性影響。直接的影響包括建筑物與外環境的換熱量、自然通風狀況和自然采光水平等。而這三方面涉及的內容將構成70%以上的建筑采暖通風空調能耗。不同的建筑設計形式會造成能耗的巨大差別。然而，建筑物是個復雜系統，各方面因素相互影響，很難簡單地確定建筑設計的優劣。例如加大外窗面積可改善自然采光，在冬季還可獲得太陽能量，但冬季的夜間會增大熱量消耗，同時夏季由于太陽輻射通過窗戶進入室內使空調能耗增加。這就需要利用動態熱模擬技術對不同的方案進行詳細的模擬測試和比較。

3.2新型材料

開發新的建筑圍護結構部件，以更好的滿足保溫、隔熱、透光、通風等各種需求，甚至可根據變化了外界條件隨時改變其物理性能，達到維持室內良好的物理環境同時降低能源消耗的目的。這是實現建筑節能的基礎技術和產品。主要涉及的產品有：外墻保溫和隔熱、屋頂保溫和隔熱、熱物理性能優異的外窗和玻璃幕墻、智能外遮陽裝置以及基于相變材料的蓄熱型圍護結構和基于高分子吸濕材料的調濕型飾面材料。自90年代起，我國自主研發和從國外吸收消化的外墻、屋頂保溫隔熱技術被慢慢的采用。尤其外墻外保溫可通風裝飾板、通風型屋頂產品、通風遮陽窗簾的使用，都大大提高產品的質量、降低建筑運行成本。

隨著建筑形式的設計多樣化、現代化、個性化，外窗和玻璃幕墻、玻璃金屬幕墻、玻璃磚幕墻、木玻幕墻、加金屬構件的綜合幕墻等透光型外圍護結構在建筑外立面中的使用越來越廣泛。由于其在保溫、隔熱、采光和吸收太陽光等方面的多重功能，使其成為影響建筑本體能源消耗的主要因素。發達國家從90年代開始就十分重視外窗與玻璃幕墻的節能技術、新產品的開發和推廣，可有效降低長波輻射、增強保溫的低輻射?LOW-E?玻璃與玻璃夾層充惰性氣體和斷熱窗框、斷熱式玻璃幕墻技術使外窗的傳熱系數（u值）從傳統的單玻外窗的5.5W/(m2.k),降到?1.5?W/(m2.k)?以下，從而使透光型外圍護結構的熱損失接近非透光型圍護結構。為了減少夏季通過外窗和玻璃幕墻的太陽輻射，在冬季又恰當地吸收太陽輻射，在各種可調節外遮陽裝置和玻璃夾層中間設置可調節的遮陽裝置并進行有組織的同排風，也是做好外圍護結構的一項必不可少的措施。尤其大型公共建筑，更應采取有效的措施。此外還有，利用建筑圍護結構蓄存熱量，夜間室外空氣通過樓板空洞通風使樓板冷卻，白天用冷卻的樓板吸收室內熱量。這其實是利用了混凝土的惰性原理。在圍護結構中配置適宜的相變材料則能更好的產生蓄熱效果。

開發和推廣上述先進技術，可使我國大型公共建筑能耗降低到冬季10?W/ m2的水平，僅為目前采暖能耗的1/3，空調能耗可以顯著下降。其實，夏季空調的大量能耗是用于室內的溫度調節同時如果能采用相變材料等輔助措施，可以在空氣濕度高的時候吸收空氣中的水分，使其轉換為結晶水而封存在材料中，在室內空氣相對濕度較低時有重新把水分釋放回空氣中。這樣可維持室內相對濕度在40%-75%的舒適范圍內，而不消耗常規能源。目前日本、歐洲都開展了相關研究，國內的研究開發也接近同等水平。這方面的突破將對改善住宅和普通公共建筑的夏季室內環境，降低空調能耗甚至在某些場合取消傳統空調起到重大作用。

3.3通風裝置與排風熱回收裝置

對于住宅建筑和普通公共建筑，當建筑圍護結構保溫隔熱做到一定水平后，室內外通風形成的熱量或冷量損失，成為住宅能耗的重要組成部分。此時，通過專門裝置有組織地進行通風換氣，同時在需要的時候有效的回收排風中的能源，對降低住宅建筑的能耗具有重要意義。歐洲在在這些方面已做出豐碩成果，通過有組織的控制通風和排風的熱回收，大大降低了空調的使用時間，還使采暖空調期耗熱量、耗冷量降低30%以上。由于以前我國建筑本身的保溫隔熱性能差，通風問題的重要性就遠沒有歐洲突出。因此相比之下有較大差異。目前需要積極開展相關的研究和產品開發與推廣。

3.4可再生能源技術在建筑中的應用

可再生能源包括太陽能、風能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等多種形式?？稍偕茉慈找媸艿街匾暋ｉ_發利用可再生能源世界能源是持續發展戰略的重要組成部分。太陽能既是一次性能源又是可再生能源，資源豐富對環境無污染，是一種非常潔凈的能源。應提倡在建筑中廣泛應用。如何利用可再生能源滿足建筑的制冷采暖需求，是建筑節能的一個重要課題。目前國內針對太陽能光電利用取得了一定的進展，太陽能熱水器廣泛應用。但是利用太陽能的深度廣度還有待進一步開發。還有，風能也是一個可再生的能源，只是在有些地區不夠穩定但怎樣合理利用好，也是一個課題。所以可再生能源技術的發展一方面是降低產品成本，另一方面更重要的是如何將上述產品和裝置有效地與建筑立面設計結合起來，使其成為建筑的一個畫龍點睛的亮點和實實在在的好處。

大型公共建筑相互之間的能耗差異表明，這類建筑的節能潛力在30%以上。通過建筑節能改造、加強管理，杜絕跑、冒、滴、漏浪費現象，可實現節能5~10%；通過提高水泵、風機等輸配設備的運行效率及應用變頻調速技術，可實現節能10~20%；對于這樣的建筑，就應該與歐洲的相對應的建筑學習，采用多種技術整合，在能源消耗上狠下功夫，做到一勞永逸、創造健康的建筑環境空間。

綜述來說，我國建筑節能的重點應為：建筑本體的節能、采暖系統節能、提高照明和其他電器的效率、大型公共建筑節能。通過這四方面的努力，有可能使我國單位建筑面積平均能耗降低30%～40%，這意味著建筑節能有可能使我國總的能源需求量降低10%。采暖用能占我國北方城市建筑能耗的約50%，在可持續發展成為全世界所追求的目標時，建筑行業也在關注能源及環保的可持續發展問題。因此開展建筑節能工作任重而道遠。

參考文獻

[1] 畢宇欣著.建筑節能理論及設計應用

[2] 江億著.中國建筑能耗現狀及節能途經分析

[3] 楊秀著.我國城鎮住宅建筑能耗分析