試論建筑節能的重要性

彭亞娟

(四川省建筑科學研究院，四川成都 610081)

[定稿日期]2017-10-18

建筑節能具體指在建筑物的規劃、設計、新建(改建、擴建)、改造和使用過程中，執行節能標準，采用節能型的技術、工藝、設備、材料和產品，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調制冷制熱系統效率，加強建筑物用能系統的運行管理，利用可再生能源，在保證室內熱環境質量的前提下，減少供熱、空調制冷制熱、照明、熱水供應的能耗。建造過程中的能耗，包括建筑材料、建筑構配件、建筑設備的生產和運輸以及建筑施工和安裝中的能耗。使用過程中的能耗，包括房屋建筑和構筑物使用期內采暖、通風、空調、照明、家用電器、電梯和冷熱水供應等的能耗。

我國是一個發展中大國，又是一個建筑大國，每年新建房屋面積高達17～18×108m2，超過所有發達國家每年建成建筑面積的總和。隨著全面建設小康社會的逐步推進，建設事業迅猛發展，建筑能耗迅速增長。所謂建筑能耗指建筑使用能耗，包括采暖、空調、熱水供應、照明、炊事、家用電器、電梯等方面的能耗。其中采暖、空調能耗約占60 %～70 %。我國單位面積采暖所耗能源相當于緯度相近的發達國家的2～3倍。這是由于我國的建筑圍護結構保溫隔熱性能差，采暖用能的2/3白白跑掉，而每年的新建建筑中真正稱得上“節能建筑”的還不足1×108m2。

由于我國是一個發展中國家，人口眾多，人均能源資源相對匾乏。國民經濟要實現可持續發展，推行建筑節能勢在必行、迫在眉睫。目前，我國建筑用能浪費極其嚴重，而且建筑能耗增長的速度遠遠超過我國能源生產可能增長的速度，如果聽任這種高耗能建筑持續發展下去，國家的能源生產勢必難以長期支撐此種浪費型需求。在建筑中積極提高能源使用效率，就能夠大大緩解國家能源緊缺狀況，促進我國國民經濟建設的發展。減少建筑的冷、熱及照明能耗是降低建筑能耗總量的重要內容，一般可從以下幾方面實現。

1 氣候地理環境條件與節能設計

進行節能建筑設計，就應先做好準備工作，對建筑所在地的氣候條件、地形地貌、地質水文資料進行調查和了解。根據調查的結果決定節能設計的基本方案。因為我國許多地區都是夏熱冬冷，地理環境的復雜多樣性，因此，節能建筑的設計首先應該考慮如何充分利用建筑所在地區的自然環境資源和條件，在減少常規能源利用的前提下，按照節能的設計方法和建筑技術措施，創造出有利于人們生活和工作的居住環境。

(1) 氣候條件的影響。由于建筑所在地理環境的特殊性，建筑具有一定的地域性特征，而其中氣候條件所起的作用最為重要。所以，要制定出科學的節能建筑設計方案，就必須要了解當地太陽輻射強度、冬季日照率、降水、冬夏兩季主導風向頻率等氣候因素，并了解建筑所在地小區域環境的微氣候條件。通過對這些氣候條件的了解掌握，設計出與當地氣候相適應的節能建筑。

(2)地形條件的影響。一般來說，建筑所在地區的地形地貌，會直接影響建筑室內外熱環境和空調能耗的大小，進而影響建筑的能源消耗情況。因此，對不同地形地貌的建筑環境要區分對待，設計出不同的節能方案。

如在江河湖泊環境下，因為地表水陸分布、地勢起伏、表面覆蓋材料等不同，受太陽輻射作用下和地表長波輻射的影響，會產生水陸風，進而形成氣流的流動，影響到建筑的受能情況。因此，在設計時要充分水陸風的影響，以取得建筑穿堂風的效果為設計的重要環節之一，這可以改善夏季熱環境對建筑的影響，節約空調能耗。如果在山區地帶，就要充分考慮該地區的山谷風現象，因為通常情況下建筑周圍的種局地熱力環流表現得較為明顯。因此，在設計時應重點考慮夏季防熱、通風，兼顧冬季向陽、避風。在建筑的選址朝向上，要盡量選擇通風的位置。合理地利用山谷風這一自然能源以實現建筑節能的最大效果。

(3)地表環境的影響。一般來說，居住區表面覆蓋的植被或水泥地面都直接影響到建筑采暖和空調能耗的大小。在通常情況下，市區大氣透明度遠小于郊區，市區中直接輻射量小，而散射輻射量增大，造成總輻射量下降。而且，市區覆蓋層的太陽輻射反射系數小，加上市區建筑物會對反射率造成一定的影響，大大降低了居住區覆蓋層長波輻射與天空的熱量交換量，使得大部分熱量仍留在地表和居住區近，地下墊面內。而城市居住區植被少，地表長波向上輻射受到限制，大氣長波輻射向下而產生大氣逆輻射，就有可能造成市區溫差變小，平均溫度上升。此外，由于建筑物和鋪砌的堅實路面大多為不透水層，降雨后雨水流失快，雨水蒸發到空氣中，形成高溫高濕悶熱氣候，居住區的建筑為降溫就會大量使用常規能源，造成能源的大量消耗。因此，節能居住小區規劃設計時，應有足夠的綠地和水面，嚴格控制建筑密度，盡量減少水泥地面，利用植被和水域減弱熱島效應，進而改善居住區的濕熱環境，減少因降溫所需的能源消耗量。

2 利用太陽能是建筑節能的重要途徑

根據我國太陽能資源的利用的三級區劃，即以地區總輻射年總量為分區指標的一級區劃；以各月日照時數大于6 h的天數這一要素為指標的二級區劃；以太陽能日變化的特征值為指標的三級區劃。建筑節能設計應該根據建筑所在地的太陽能資源劃分，進行科學的研究分析，采用較為科學的設計方案。日照環境的設計主要是對建筑的日照間距和建筑適宜的朝向來確定的。

(1) 建筑的日照間距為保證陽光不受遮擋，并可以直接照射到建筑室內，在建筑的規劃設計中，就必須在建筑物之間留出一定的距離，也就是建筑物的日照間距。影響建筑物的日照間距的因素有許多方面，包括當地日照標準、地理緯度、建筑朝向、建筑物的高度、長度以及建筑用地的地形等。 因此，在建筑節能設計時，在節約用地的前提下，應該綜合考慮各種因素來確定建筑的日照間距。根據以往經驗，夏熱冬冷的地區建筑要保證日獲得日照l h的要求，日照間距系數就應該控制在1.2以上，按2 h的標準則日照間距系數應大于1.3。由于不同城市的緯度、土地資源及經濟發展水平等條件的不同，規定日照間距的標準也有所差異，但是總體上是控制在1.1～1.3H(H為建筑高度)，即日照間距系數為1.1～1.3的范圍以內，以保證建筑的采暖。在居住區平面規劃中，要保證建筑群體錯落排列，以利于改善日照時間。具體來說，可以把建筑設計成高層點式住宅，一是加大建筑的南北進深，增加電梯服務量，減少交通面積，二是縮小建筑物之間的間距系數并能充分保證采光日照量，達到節約用地、節約能源的目的。

(2) 適宜的朝向。建筑物主立面的方位角稱為朝向，一般由建筑與周圍道路之間的關系確定。建筑朝向的選擇要考慮兩個方面，首先是在冬季能獲得足夠的日照，主要房間要避開冬季風向，其次，在夏季能有效防止太陽輻射與暴風雨的襲擊。

3 建筑外墻保溫系統優缺點及保溫材料在建筑中的應用

3.1 墻體保溫形式

墻體保溫通常有三種形式，即外墻外保溫、外墻內保溫和夾心保溫。

3.1.1 外墻內保溫優缺點

外墻內保溫優點：(1)將保溫材料復合在承重墻內側，技術不復雜，施工簡便；(2)絕熱材料強度要求低，技術性要求比外保溫低；(3)造價相對較低。

外墻內保溫缺點：(1)難以避免“熱橋”的產生。墻體內表面易產生結露、潮濕、甚至發霉現象；(2)防水和氣密性差；(3)不利于建筑物維護結構的保護；(4)內保溫板材出現裂縫是一種普遍現象。

3.1.2 外墻外保溫優缺點

外墻外保溫優點：(1)適用范圍廣；(2)保護主體結構，延長建筑物壽命；(3)基本消除了“熱橋”的影響；(4)使墻體潮濕狀況得到改善；(5)有利于室溫保持穩定，改善室內熱環境質量；(6)有利于提高墻體的防水和氣密性；(7)便于對舊建筑的節能改造；(8)可相對減少保溫材料用量；(9)增加房屋使用面積。

外墻外保溫缺點：(1)保溫層在墻體外側，所處環境惡劣，對保溫體系各材料要求較嚴格；(2)材料要求配套及彼此相容性好；(3)對保溫系統的耐候性和耐久性提出了較高要求；(4)施工難度大，要有素質較好的施工隊伍和技術支持。

3.1.3 夾心保溫優缺點

夾心保溫優點：(1)將絕熱材料設置在外墻中間，有利于較好的發揮墻體本身對外界的防護作用；(2)對保溫材料的強度要求不嚴格。

夾心保溫缺點：(1)易產生熱橋；(2)內部易形成空氣對流；(3)施工相對困難；(4)墻體裂縫不易控制；(5)抗震性差。

3.2 保溫材料

雖然市場上外墻保溫材料產品種類豐富， 但是無機活性保溫材料除了A級不燃的防火性能及良好的保溫隔熱效果，還具有優異的無網保溫系統構造。產品在施工簡便、與建筑物同壽命、抗水抗裂抗空鼓等領域占據著越來越重要的地位。

3.2.1 無機保溫材料

無機類保溫材料的性能整體來說保溫效果差，吸水性高，容重較大。

(1) 陶瓷保溫板：導熱系數0.08～0.10，A級防火，容重大，強度高，不吸水，保溫效果差。

(2) 珍珠巖等漿料：導熱系數0.07～0.09，防火性好，耐高溫，保溫效果差，吸水性高。

(3) 發泡水泥：導熱系數在0.05～0.07，強度低，低質量發泡水泥板一捏就碎，吸水率較高，易收縮、開裂，保溫系統易發生開裂、滲漏甚至脫落等質量通病。

(4) 巖棉板：導熱系數0.041～0.045，A級防火，強度低，吸濕性大，一旦墻體滲水，保溫層會形同虛設，巖棉板在施工的時候需要穿防護服，否則會皮膚過敏，所以人工費較高。

3.2.2 有機保溫材料

有機類保溫材料的性能整體來說保溫效果好，防火等級差，有機保溫材料最多只能達到A2級防火，不可能達到A1級。

(1) 膨脹聚苯板(EPS板)：導熱系數0.037～0.04，價格便宜，強度稍差。

(2) 擠塑聚苯板(XPS板)：導熱系數0.028～0.03，強度高，耐潮濕，價格較貴，施工時表面需要處理。

(3) 膠粉聚苯顆粒保溫漿料：導熱系數0.06～0.08，阻燃性好，廢品回收，對基層平整度要求不高，可節省找平工序，施工時每次抹灰厚度不宜超過20 mm。

(4) 聚氨酯復合板：導熱系數0.02～0.024，防水性非常好，保溫效果為目前所有保溫材料中最好的一種，強度高，遇火碳化，無滴落物，但價格也是最貴的。

(5) 酚醛樹脂復合板：導熱系數0.024～0.028，遇火碳化，無滴落物；但是酚醛樹脂板表面強度非常低，不利于保證其粘結的可靠性，而且酚醛板又比較脆、易粉化等，不利于外保溫體系的抗裂性。若采用錨栓，將會開裂破壞酚醛泡沫板的整體性，目前未找到較好的解決方法，很多地方已禁止使用酚醛板。

4 室內裝飾中的技術性節能措施

解決現代室內裝飾中的節能問題,離不開新技術手段的支持。在美國的建筑中,應用現有技術的氣候敏感設計,可以減少采暖和供冷能耗的60 %,以及照明能量需求的50 %以上[3]?？梢?利用采光與照明、空氣調節與通風、保溫與隔熱等專業的現代科學技術最新成果,并結合傳統節能技術,采取綜合的節能技術措施是十分必要的,也是可行的。

4.1 采用節能設備,智能化管理,回收再利用能量

4.1.1 新型太陽能集熱裝置

用于營造室內人工環境設備的能量轉化效率的高低,是影響節能效率的關鍵。目前,很多家用太陽能裝置存在較多缺點,如所需照射時間長、水溫比較低、容易受到外界自然氣候的影響(如陰天、冰雹砸擊、冬季爆管)。而最新研發出的新型太陽能集熱裝置—HSE-TJ太陽能集熱蒸汽節能系統,利用光學原理將凸透鏡和凹面鏡完美結合,完全克服了傳統太陽能裝置的以上缺點,實現穩定提供高溫熱水或蒸汽的功能,是一種新型的能源設備。太陽能采集過程中,陽光先經過凸透鏡折射,聚焦在集熱環上,另外一部分散射光經過凹面鏡的反射,也聚焦在集熱環上。經過這樣兩次聚焦,可以充分利用太陽能,集熱環上的溫度可以達到500℃以上。

自來水經銅管流過高溫集熱環加熱后迅速升溫,在太陽輻射強烈時段產生高溫蒸汽,在其他時段可以產生高溫熱水。高溫蒸汽可以直接輸往用汽場所,熱水可以儲存在熱水箱中或者直接輸往用熱水場所。在太陽跟蹤器的自動控制下,太陽能采集裝置的集熱面就可以在白天自動地正對太陽輻射線,保證集熱面能始終垂直于太陽輻射線,使太陽能的利用率最高。

4.1.2 能量回收

說到家庭節能,大家往往會想到太陽能熱水器等,但是很少有人會想到,沐浴、洗碗等過程流失掉的熱水中所蘊含的熱能也可以回收。這種節能環保的新技術叫“雙向集熱技術”,核心技術是自主開發的特殊熱能交換器。就是把沐浴后廢水中的余熱收集進熱能交換器中,新的冷水流經熱能交換器時,熱量傳遞到水中,溫度升高,從而節省把冷水加熱過程中消耗的能源,此技術可以讓衛浴設備有效節能50 %以上。

4.2 利用再生能源

利用可再生能源代替礦物能源為室內環境提供能量，室內裝飾設計與施工過程中,應采取相應配套措施,優先考慮采用太陽能、風能、水能等這類清潔的、可再生的能源?？稍偕茉床坏梢栽谑覂葼I造更加潔凈和舒適的環境氛圍,而且不會對室外環境產生危害,從而間接地實現室內節能和營造室內環境兩者之間的良性互動關系。在當今比較前衛的生態實驗建筑里,建筑師們積極開發了許多利用水的可能性，把水作為能量輸送和儲存載體。例如在英國康沃爾的零能耗住宅,住宅地下室的水槽被用來儲藏熱量。而在廣州某餐館設計中,一道別致的水墻既成為建筑新奇的皮膚,也對屏蔽太陽熱輻射和降低環境溫度起到了決定性作用。

4.3 室內裝飾中積極采取節能建筑技術措施

4.3.1 陽光照明技術

陽光照明技術當建筑物進深較大時,僅靠側窗采光是不能滿足內部采光要求的,這就要通過一定的技術手段把太陽光引入房間內部。另外考慮到人體健康等原因,地下建筑也需要天然光的引入,可采取以下技術措施來實現。

(1)采光擱板：采光擱板從某種意義上講是水平放置的導光管,它主要是為解決大進深房間內部的采光而設計的。它的入射口起聚光作用,一般由反射板或棱鏡組成,設在窗的頂部,與其相連的傳輸管道截面為矩形或梯形,內表面具有高反射性的反射膜,這一部分通常設在房間吊頂的內部,尺寸大小可與管線、結構等相配合。為了提高房間內的照度均勻度,在靠近窗口的一段距離內,向下設有出口,而把光的出口開在房間內部,這樣就不會使窗附近的照度進一步增加。實驗證明,配合側窗,采光擱板能在一年中大多數時間提供充足(大于100 lx)均勻的光照。若房間開間較大,可并排地布置多套采光擱板系統[4]。

(2)反射高窗：反射高窗是在窗的頂部安裝一組鏡面反射裝置。陽光射到反射面上經過一次反射,到達房間內部的天花板,利用天花板的漫反射作用,反射到房間內部。反射高窗可減少直射陽光的進入,充分利用天花板的漫反射作用,使整個房間的照度和照度均勻度均有所提高。太陽高度角隨著季節和時間不斷變化,而反射面在某個角度只適用于一種光線入射角,當入射角度不恰當時,光線很難被反射到房間內部的天花板,甚至有可能引起眩光,因此反射面的角度一般是可變的。

4.3.2 遮陽技術

遮陽技術陽光在帶來光明的同時也帶了熱量,在平均天空條件下,天然光每提供150 lm的照度,就會帶入1W的熱量。因此在夏季室外溫度高的地區,白天太陽輻射強度高,且超出舒適范圍的時間,需要設遮陽板或遮陽卷簾。這樣既能防止夏季陽光直射而使室內溫度過高,同時又能滿足室內自然光度的要求。

4.3.3 特種玻璃技術

特種玻璃技術現在的科技進步為設計師提供了更多可 選擇的玻璃種類,電子玻璃能夠根據照射到它表面的光強度自動改變透明度。使用防紫外線膠片制作的光致變色玻璃,可阻擋99%以上的紫外線進入室內,當這種玻璃能在商業規模上取得普及時,遮陽百葉可能就不再需要了。在既有建筑門窗及玻璃幕墻節能改造中,玻璃貼膜被廣泛應用。以威爾斯頓系列功能膜為例,它具有隔熱率高、節能環保的特點。與窗簾和百葉窗不同,一層威爾斯頓功能膜相當于30cm磚墻的隔熱效果,阻隔高達50%～90%可能通過玻璃窗戶進入屋內的熱量。

實驗證明,在室外溫度38～39 ℃時,應用威爾斯頓系列功能膜的房間比普通玻璃房間的室內溫度低4～6 ℃。威爾斯頓系列功能膜夏天可阻隔50 %以上的太陽光輻射熱,冬天阻止室內熱能散發外流,從而節省開空調或暖氣耗電所帶來的高額電費,是全球最新一代優質材料。

5 結束語

環保低碳是現代生活的主調，房屋建筑作為人類生活的必要場所，在綠色環保的趨勢下，也必須向節能環保低碳方向發展。為此，在房屋建筑設計中加入節能環保的設計，就成了當前房屋建筑設計的重要理念之一。設計者應該從各個方面進行節能的規劃和設計，保證建筑的節能保溫低碳。

[1] 楊善勤.民用建筑節能設計手冊[M].北京: 中國建筑工業出版社，1997.

[2] 付祥釗.夏熱冬冷地區建筑節能技術[M].北京： 中國建筑工業出版社， 2002.

[3] [美]美國公共工程技術公司. 綠色建筑技術手冊[M].王長慶,譯.北京:中國建筑工業出版社,1999.

[4] 李勝才,劉建榮.建筑節能與室內裝飾[J].建筑學報, 2001(11): 24-27.

[5] 王愛英,沈天行.天然光照明新技術探討[J].燈與照明, 2002(10): 1-3.