中國建筑節能技術概述

陳 忠 民

(內蒙古第六地質礦產勘查開發院，內蒙古 海拉爾 021008)

中國建筑節能技術概述

陳 忠 民

(內蒙古第六地質礦產勘查開發院，內蒙古 海拉爾 021008)

在全球氣候變化和能源短缺的背景下，從建筑圍護結構的節能、建筑設備的節能、可再生能源的應用、建筑能源管理等角度出發，總結了我國已有的建筑節能技術，為建筑節能技術的進一步研究提供了參考借鑒。

建筑節能，圍護結構，設備，能源，管理

0 引言

面對日益嚴峻的全球氣候變化和能源短缺的局勢，近些年來，世界各國開始廣泛關注建筑節能，并研發了大量的簡單易行并且經濟效益高的建筑節能技術。建筑節能的主要原則包括減少采暖、制冷和照明負荷，選擇高效的設備和系統，使用有效的控制戰略等等。總體而言，中國的建筑節能技術可從四個方面來進行歸納，即建筑圍護結構的節能技術、建筑HVAC系統的節能技術、可再生能源的應用與建筑能源管理。

1 建筑圍護結構的節能技術

圍護結構節能技術是指通過改善建筑物圍護結構的熱工性能，達到夏季隔絕室外熱量進入室內，冬季防止室內熱量逸出室外，使建筑物室內溫度盡可能接近舒適溫度，以減少通過輔助設備如采暖、制冷設備來達到合理舒適室溫的能源負荷，最終達到節能的目的，建筑物的圍護結構節能技術可分為：新型墻體節能技術、門窗節能技術、屋面節能技術。

1.1 墻體節能技術

墻體節能所采用的方法主要為通過改善墻體材料的熱工性能來達到節能的目的，包括單一墻體保溫技術和復合墻體保溫技術兩類。目前，常用的墻材中加氣混凝土、空洞率高的多孔磚或空心砌塊可用作單一節能墻體，由于單砌筑的墻體結構導熱系數往往不能滿足建筑節能設計標準的要求，為此，在新型墻材的基礎主墻上增加保溫隔熱材料，形成復合節能墻體。目前，在中國市場上主流的墻體節能方法主要為外墻外保溫技術，每年大約要新增1億m2的外墻外保溫建筑面積[1]。該技術能有效的增加室內建筑面積達1.8%～2%，并能避免墻體產生熱橋，故經濟效益和保溫效果明顯。此外，中國廣泛使用的墻體節能技術還包括膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統、膠粉聚苯顆粒保溫漿料外墻外保溫系統等。

1.2 門窗節能技術

在建筑圍護結構的門窗、墻體、屋面、地面四大圍護部件中，門窗的絕熱性能最差，是影響室內熱環境質量和建筑節能的主要因素之一。因此，增強門窗的保溫隔熱性能減少門窗能耗，是改善室內熱環境質量和提高建筑節能水平的重要環節。

多玻節能窗、低導熱玻璃、低輻射玻璃、吸熱玻璃等在中國市場中被逐漸推廣應用。此外，玻璃窗膜，由一些稀有金屬所制成，如鈦、鎳、金等，在中國的某些發達城市如上海和廣東也開始獲得越來越多的應用。

1.3 屋面節能技術

屋面作為一種建筑物外圍護結構，所造成室內外溫差傳熱耗熱量大于任何一面外墻或地面的耗熱量。因此，提高建筑屋面的保溫隔熱能力，能有效地抵御室外熱空氣的傳遞，減少空調能耗，也是改善室內熱環境的一個有效途徑。近些年來，大量的新型屋面保溫材料被研究開發出來并獲得了廣泛的應用，如膨脹珍珠巖、聚苯乙烯泡沫、加氣混凝土、剛性聚氨酯泡沫塑料等[2]。

此外，中國還研發了一些新型的屋面節能技術，如通風屋面、種植屋面、蓄水屋面等。通風屋面的結構為兩層板之間形成一個通風層，這種結構形式能極大地削弱太陽輻射對室內環境的影響，從而能保持室內溫度接近外界溫度。通風屋面在中國夏熱冬冷地區廣泛采用，尤其是在氣候炎熱多雨的夏季，這種屋面構造形式更顯示出它的優越性。在我國夏熱冬冷地區和華南等地過去就有“蓄土種植”屋面的應用實例，通常稱為種植屋面。利用屋頂種一些植物，在遮擋太陽輻射熱的同時還吸收這些熱量用于植物的光合作用、蒸騰作用和呼吸作用，把照射到屋頂的太陽輻射熱轉化為植物的生物能量和空氣的有益成分，實現太陽輻射熱的資源性轉化。因此，屋面溫度變化比較小，隔熱保溫性能優良，是一種生態型的節能屋面，并逐步在廣東、廣西、四川、湖南等地被人們廣泛應用。到2010年為止，山東臨沂市和四川成都市已經分別建成了140萬m2和200萬m2的種植屋面。蓄水屋面是在剛性防水屋面上蓄一層水用來提高屋頂的隔熱能力。這種屋面利用了水比熱大的特點，主要是水在蒸發時要吸收大量的汽化熱，能有效地減弱屋面的傳熱量，降低屋面的外表面溫度。但由于蓄水屋面對屋面防水的要求很高，故在中國的應用較少。

2 建筑設備的節能

建筑能耗，主要是指各類設備的電力消耗及燃料消耗，而設備的能源轉換效率直接影響著建筑能耗，建筑物內主要的耗能設備為采暖、通風和空調(HVAC)系統。

大量文獻對減少HVAC系統的能耗做出了廣泛深入的研究，美國能源署在2002年發布的一份報告中指出，目前主流的HVAC節能技術主要有55種[3]。值得注意的是，這些節能技術是基于美國的國情所提出來的，中國有其本國的節能技術特點，如在進行HVAC系統設計時提倡采用間歇式采暖和制冷，優先選擇自然通風而不是機械通風等等。《采暖通風空調系統設計標準》對HVAC系統的設計要求給出了詳細的說明，此外，《綠色建筑評價標準》也對HVAC系統的節能設計進行了詳細的規定，如設置能源回收系統和選擇高效率的設備等等措施均能獲得相應的綠色得分。

3 可再生能源的應用

自“六五”規劃以來，中國政府就把可再生能源利用技術的研究列入國家能源規劃當中，以期推動中國可再生能源技術和產業的發展。1997年，中國政府頒布了《中華人民共和國節約能源法》，該法律的頒布極大地激勵了可再生能源的開發和使用；2006年，中國政府頒布了《中華人民共和國可再生能源法》，并于2010年對該法律進行了修訂，在該法律中，可再生能源的開發應用被放到了“增加能源供應、確保能源安全、改善能源結構、保護環境和實現經濟和社會的可持續發展”的戰略高度。此外，在中國的可再生能源長期發展規劃中，中國政府提出了要確保到2010年可再生能源占中國總能源結構的10%，到2020年可再生能源占中國總能源結構的16%的總體目標。在2007年召開的建筑節能減排大會上，建設部相關人員指出在“十二五”規劃期間，中國政府應全面推動可再生能源在建筑中的應用，進而轉變城鄉發展模式和建筑節能模式，并解決國內建筑能耗高、能源結構不合理的難題[4]。在建設部和財政部共同發布的《關于推動建筑內可再生能源應用的通知》中指出，到2015年止，中國可再生能源在建筑中的應用面積將達到12億m2，可再生能源對傳統能源的替代量達到30 Mtce。

中國建筑內可再生能源的應用種類主要包括太陽能、地熱能、風能和生物質能。

1)太陽能。太陽能利用技術是指通過轉換裝置將太陽能源轉換成熱能、電能，并全方位地解決建筑內熱水、采暖和照明用能的技術。

太陽能熱水器是利用太陽能把水加熱的裝置，是目前實際應用最多、技術最成熟的太陽能利用系統。中國在太陽能熱水器的基礎理論研究、工藝材料研究、應用研究、技術標準、制造水平、產品質量等方面，總體處于國際先進水平，多個指標在國際領先。現在中國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產、銷售和持有國[5]。

太陽能光伏發電技術也開始逐漸成熟。在國外，光伏技術被運用于建筑屋頂，將大型光伏組件建造在屋頂上，組成屋頂光伏發電系統；在中國，光伏技術經過40年的努力，已具有一定的水平和基礎。光伏并網發電系統正在悄然興起，屋頂并網光伏發電系統的研制和示范已被列入國家重點科技攻關項目。在“十一五”規劃期間，中國已在經濟發達的、城市現代化水平高的大中城市如北京、上海、江蘇、廣東等，建成了大量的建筑光伏一體化的示范項目。到2010年止，中國已安裝1 000個屋面光伏發電系統，總裝機容量達5萬kW，據預測，到2020年，中國的屋面光伏發電系統將達到2萬個，總裝機容量將達100萬kW。

2)地熱能。地源熱泵是一種利用淺層地熱資源(也稱地能，包括地下水、土壤或地表水)的既可供熱又可制冷的高效節能設備。中國自1997年正式引進推廣地源熱泵這項技術以來，現在在地源熱泵的研究上已獲得了長足的進步，并成為了建筑節能領域內的重要研究課題。到2005年為止，中國地源熱泵的裝機容量達到631 MWt。在最近幾年里，地源熱泵系統的應用和發展更為顯著，以北京為例，到2008年6月為止，北京已有103個工程安裝了地源熱泵系統[6]。

3)風能。中國總的風能儲量約為3.226×109kW，到2010年，中國的風力發電量達到33 800 MW，使得中國成為全世界第二大風力發電國[7]，此外，中國未來風力發電的潛力巨大。建筑物內風能的主要利用方式包括水平風力渦輪機和縱向風力渦輪機等等。由于風力發電具有很大的不確定性，故與太陽能和地熱能相比，風能在建筑中的應用并不十分廣泛，經常將其與太陽能光伏電池聯合起來安裝在建筑物上，珠江塔作為一個典型的示范性建筑，是世界上首座安裝風力發電機和太陽能光伏發電系統的零能耗超高層建筑。

4)生物質能。中國蘊含著豐富的生物質能源，據初步估計，中國可開采的生物質能大約為5億t標煤當量。盡管其含量豐富，但是尚未被人們合理利用，在中國，生物質能主要在農村地區應用，以湖南省為例，在2005年，農村住戶的非商品能源消耗總量大約為1 110萬t標煤，而其中秸稈和木材就占了98.1%[8]。

4 建筑能源管理

建筑能源管理，即在保證建筑物使用功能和室內環境質量的前提下，通過規劃、組織、監測和控制等一系列方法來確保建筑運行的效率和性能最優化，如基于能源審計的結果，來計算分析建筑設備系統分系統和分項能耗，進而通過對建筑物構造的模擬及室內外環境的優化來找出建筑分項系統的節能潛力。

一般來講，建筑能源管理的模式有以下三種：1)減少能耗型能源管理。其主要措施是限制用能，例如非高峰時期停開部分電梯，無人情況下關燈等。2)設備改善型能源管理。即針對建筑在運行中的實際情況，不斷改進和改造建筑用能設備，這種管理方式的底線是所掌控的資金量能否滿足節能改造的需要。3)優化管理型節能管理。這種管理方式主要包括連續的系統調試、對負荷進行動態追蹤管理、基于成本來制定運行策略和對用戶行為節能進行啟發和引導等。

建筑物能源管理系統的節能潛力巨大，最多可達到27%左右。節能服務公司(ESCO)，是一種基于合同能源管理機制運作的，以贏利為目的的專業化公司。ESCO與愿意接受能源管理服務和進行節能改造的客戶簽訂節能效益合同，向客戶提供能源和節能服務，通過與客戶分享項目實施后產生的節能效益、或承諾節能項目的節能效益、或承包整體能源費的方式為客戶提供節能服務，獲得利潤，滾動發展。1995年3月，中國政府與世界銀行就中國加快引入以市場為導向的能源機制達成共識，從1996年開始，世行與國家經貿委共同合作實施“世行/GEF中國節能促進項目”，項目分兩期實施，項目一期分別在北京、山東、遼寧建立了三個示范節能服務公司，示范公司三年來的實踐證明，合同能源管理這一節能新機制在中國是可行的。此外，中國政府還頒布了一系列的政策來推動建筑能源管理系統的發展，如國家發展改革委員會印發的《關于加快推行合同能源管理，促進節能服務產業發展的意見》和《合同能源管理財政獎勵資金管理暫行辦法》等。

5 結語

通過從四個方面對中國建筑節能技術的總結，可以看出目前中國建筑節能技術已比較成熟，研究開發了大量的適用技術，尤其是可再生能源在建筑中的應用。當然，在建筑能源管理等方面也存在著一些不足之處。

[1] 北京振利節能環保科技股份有限公司.墻體保溫技術探究[M].北京：中國建筑工業出版社,2011.

[2] 艾紅梅,白雪嬌.我國建筑屋面保溫板的研究與發展[J].建筑節能,2010(8):1-6.

[3] Kurt W.Roth.Energy Consumption Characteristics of Commercial Building HVAC Systems,Volume Ⅲ:Energy Savings Potential.Building Technologies Program of DOE,2002.

[4] 國家發展改革委員會.可再生能源中長期發展規劃[Z].2007.

[5] Worldwatch Institute.Renewables 2007 Global Status Report[R].2007.

[6] 江西省地質學會.京津地區淺層地熱能開發利用考察報告[R].2009.

[7] Wald,Matthew L.China’s Galloping Wind Market.The New York Times.

[8] S.Q.Chen.Contrastive study between the biomass energy utilization structure and the ecotype energy utilization structure in rural residences-A case in Hunan province,China.Renewable Energy，2009(34)：1782-1788.

[9] 馬麗麗.談建筑設計與環保節能[J].山西建筑，2014，40(13)：215-216.

AnoverviewofChina’sbuildingenergysavingtechnologies

CHENZhong-min

(TheSixthofGeologyandMineralResourcesExplorationDevelopmentinInnerMongolia,Hailaer021008,China)

Under the background of global climate change and energy shortages, from the energy saving of building envelope structure, building equipment energy saving, renewable energy application, building energy management etc., summarizeds the existing building energy saving technology in our country, provided reference for further research on for building energy efficiency technology.

building energy efficiency, envelope structure, equipment, energy, management

1009-6825(2014)33-0187-03

2014-09-11

陳忠民(1971- )，男，工程師，二級建造師

TU111.4

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