低能耗建筑的节能途径

摘要：建筑能耗涉及采暖、空调、生活用能、办公用能、工业建筑用能等，本文从建筑维护结构、空调系统、太阳能建筑一体化、热电冷联产系统及节能政策机制等方面阐述了建筑的节能途径，为低能耗建筑的节能技术发展奠定基础。

关键词：建筑节能 维护结构 空调系统 节能机制

0 引言

低能耗建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑[1]。我国城镇建筑能耗主要体现在北方地区采暖、居民住宅生活、公共建筑办公、工业建筑生产等方面的能耗。建筑节能指无论是在规划、设计建筑物时，还是在建造、使用建筑物时，都要严格遵守建筑节能标准，认真执行施工验收规程，使建筑围护结构的热工性能达到最佳效果，在原料的选择上，注意采用那些能耗较低的建筑材料，使采暖、制冷、照明、给排水和通风系统在运行效率上都得到明显的改善，严格管理建筑物的用能设备，充分使用可再生能源，使建筑物使用功能达到相应的标准，创造高质量的室内热环境的同时，建造低能耗建筑，合理、有效地利用能源[2]。

目前发达国家的建筑能耗一般大约占总能耗的1/3。我国城市化进程的不断推进，第三产业占GDP的比重越来越多，进一步的产业结构调整，都推动了我国建筑能耗的比重不断攀升，与发达国家的水平越来越近了。因此，我国在建筑节能方面存在巨大的发展潜力，如优化建筑结构设计、采用新型建筑围护结构及材料、通风装置和排风热回收装置、降低输配系统能源消耗技术、湿温度独立控制的空调系统、热泵技术、热电冷三联供系统、新能源利用系统等。因此，建筑节能将成为各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的节能方式，就目前科学技术水平而言，在建筑维护结构、空调系统、热电冷联产系统及节能政策机制等方面可实现节能。

1 建筑围护结构节能技术

围护结构的保温性能是低能耗建筑成功的关键因素，对建筑环境起主导作用。围护结构的保温性能与建筑体形系数、朝向、窗墙面积比、外窗、屋面及门窗材料的传热性能有着密切的关系[3]。建筑环境的性能首先是通过对建筑围护结构设置与调控来实现的，而只有当建筑围护结构本身无法实现人们所期望的建筑内环境时，将借助主动式的环境控制系统（如空调）来实现。从能量利用效率的角度考虑，通过调整建筑围护结构来控制室内外的声、光、热等各种形式的能量流通，要比将这些能量流入室内后再通过环境控制系统来消除，更符合节能环保的理念。这也是建筑围护结构承担更多环境功能的体现。

建筑围护结构主要有视野、采光、遮阳（隔热）、保温、通风、隔声等六大方面的重要功能。这些功能都是相互关联、相互矛盾的，他们都不是独立存在的。智能围护结构是指建筑构件的综合体，这些构件具有各自不同的功能，各司其职，这样便能更好地保证建筑外围构件独立或联合做出调整，做好环境变化的应对措施，防患于未然，我们的目标是，不仅要使建筑物内部的环境健康舒适，还要使能源消耗最低。应对建筑物内环境的变换是智能围护结构最关键的功能，因此，围护结构本身必须具备可变性。这种围护结构的可变性能可以是物理结构本身的可调节性，也可以是围护结构自身的物理性能可变性。

得热和遮阳——要想改变透明围护结构冬季得热、夏季遮阳的问题，可选用透过性能高、传热系数低的玻璃幕墙（能使围护结构冬季得到大量太阳辐射热量，使室内热量的流失的少些），再加上活动遮阳装置（在夏季或太阳辐射较强的过渡季节遮挡太阳辐射的效果比较明显）的围护结构形式。

散热与保温——为了解决围护结构不同季节保温与散热的矛盾，可以采用一些结构可调的双层围护结构形式，例如，夹层通风可调双层保温外墙结构，冬季不要开着通风夹层的进出风口，使外墙的保温性能大大改善，而在夏季或需要散热的过渡季节不要关闭夹层的进出口进行通风散热，不仅能够不让通过外墙体进入室内而是室内温度过高，又能使建筑物更好的散热。

通风与密闭——采用双层的围护结构形式，可很好的解决围护结构不同季节通风与密闭的矛盾。内外层结构可开启的部位都非常大，若要进行通风排热，内外层的开口可一起打开；若要想密闭不通风，就不要打开这些开口。因为每层围护结构开口比较大导致密闭性不好，但是，对于内层围护结构来说，一方面夹层的空气温度会和室内温度差距比较小，另一方面由于外层围护结构的阻挡，其内层围护结构两层的压力差要比外层围护结构两侧的压力差小很多，因为通过内层围护结构的渗漏量就较单层围护结构时要少许多。

2 建筑空调系统节能技术

在公共建筑中，中央空调是主要的耗能设备。据相关数字的统计，普通中央空调的能耗约大约占建筑总能耗的一半，所以要高度重视关于改善中央空调系统能效的问题[4]。

空调系统的两大功能是温度和湿度的调节。夏季空调的使用空调主要是为了降低温度以及进行除湿处理，其中除湿的能耗在空调能耗中占得比例为30%—50%。在空调系统中，要降低温度时，要使冷源的温度不高于室内空气的干球温度，而进行除湿处理时，则要求不高于房间的露点温度。传统空调系统使用统一冷源对空气进行降温和除湿处理，这样可能不会充分利用能源。同时采用冷凝的方式对空气进行除湿，还要对空气进行冷却，其吸收的显热与潜热比的变化范围是有一定限制的。如果这个变化的范围过大，一般情况下是不能适应实际需要的。

采用温湿独立控制策略的基本思路是，通过不同的系统分别单独控制室内湿度和温度，通常采用末端装置有：送风系统，它的目的是去除潜热负荷；辐射板，它的目的是除显热负荷。采用机械方式解决室内空调要求，除湿系统使新风达到某种干燥标准的时候，可以用来排除室内人员和其他产湿源产生的水分，同时还以新风的形式进行二氧化碳和室内异味的排除，提高室内空气质量。通常情况下，这些排湿和排除有害气体的负荷只与室内人员数量的多少有关，并随之发生相应的变化，因此可采用变风量方式，依据室内空气的湿度或二氧化碳浓度来决定风量的大小，这种系统能够分别控制室内温度和湿度，具有冬夏末端装置的功用，特别是能够使新风量能够随着人员数量的变化而变化，这样就解决了变风量系统冬季人员的增加，热负荷降低。因为送风量变少了，新风量也会跟着变少，不仅能使运行能耗减少，还可某种程度上避免因室内外温差过大造成的热冲击危及人身健康。

辐射板一般以水作为冷媒介传递热量，其密度大、占空间小、效率高；冷媒通过特殊结构的系统末端设配辐射板，将能量传递到其表面，并通过对流和辐射的方式直接与室内外环境进行换热，极大地简化了能量从冷源到终端用户——室内环境之间的传递过程，减少不可逆损失，提高了低品位自然冷源的可利用性。一般地，辐射冷却系统工作在“干工况”，即表面温度控制在室内露点温度值上；这样，室内的热环境控制和湿环境、空气品质的控制被分开，辐射冷却系统负责除去室内显热负荷、承担将室内温度维持在舒适的范围内的任务，通风系统则负责人员所需要的新鲜空气的输送、室内湿环境的调节、以及污染物的稀释和排放等任务。这一独立控制策略，使得空调系统对湿、热、新风的处理过程有可能实现最优，对建筑室内环境的节能具有重要意义。此外辐射冷却系统还具有避免吹风感、提高舒适度以及将采暖和空调的末端设备统一的特点，具有非常广阔的发展前景。

3 太阳能建筑一体化节能技术

太阳能作为一种可再生清洁能源，取之不尽、用之不竭，因而许多太阳能技术在建筑中的应用展现了无限的发展前景。太阳能的利用已在建筑节能中占有重要的地位，业内人士越来越多的把目光投向建筑与太阳能利用的“一体化设计”，具体来讲就是将太阳能系统中的全部内容都一个不少的加入到建筑设计的元素中去，将太阳能系统的各个部件融入建筑之中，“相加”设计，使太阳能系统与建筑成为一个有机整体。

太阳能利用的“一体化设计”方式有以下几种：与墙体的一体化设计、与屋面的一体化设计、与阳台的一体化设计、遮阳装置的一体化设计等[5]。经过一体化设计的太阳能利用方案，具有以下优点：①充分利用太阳能，可减少建筑用能的成本；②将建筑使用功能与太阳能设施结合起来，形成多功能建筑构件，巧妙高效地利用空间；③综合考虑的情况下，建筑构件和设备全面协同，这样就会使构造更合理，能够提高整体质量，并使建筑负荷变小，从而使建筑总造价变少了；④有利于形成建筑外观的和谐统一，尤其是很多用户使用的集合住宅中，形成一个整体，改变了个体使用者“各自为政”的局面；⑤同步施工，一步到位，能够有效阻止在进行后期改造工程，避免给用户带来许多不必要的麻烦，也不会损伤建筑已有结构。

4 楼宇式燃气热电冷联产系统节能技术

我国传统的能源结构以煤为主，随着城市化水平的进一步提升，一些城市开始使用天然气作为其主要能源来源，建筑热电冷联供系统是今后建筑物能源系统的最佳解决方案之一[6]。即在建筑物内设置燃气发动机，带动发电机发电承担建筑的部分用电负荷，同时发动机的余热解决建筑供热、供冷问题。此种方式目前需解决的最主要问题是怎样有效地充分利用好发电余热，实现能量的梯级利用，获得较高的能源利用效率，同时满足建筑物热、电、冷负荷变化的需求。

楼宇式燃气热电冷联产系统是为建筑物提供热、电和冷的现场能源系统。发电机组所发电力直接供应建筑物使用，发电后的余热用于制冷、采暖或供应生活热水。可在热电冷系统中应用的设备种类繁多，在功能上，主要有发电设备、供热设备、制冷设备和蓄能设备这四类。其中发电系统可采用传统的小型燃气轮机和燃气内燃机，也可采用技术先进的微型燃气轮机、小型的斯特林燃气外燃机以及燃料电池等；供热设备主要由余热锅炉（余热回收设备）尖峰锅炉（主要是进行调峰）组成；制冷设备主要由利用废热的吸收式制冷机、电动制冷机等组成。为了解决热电冷负荷之间的耦合关系，热电冷联产系统中可以设置蓄能装置，蓄能装置可以蓄水、蓄冰以及蓄存浓溶液等。冷、热水蓄能价格低廉、使用方便，但蓄能温差小，密度低，约为21～42 MJ／m３；冰蓄冷技术是目前使用十分广泛的一项蓄冷技术，它是利用冰的相变潜热进行冷量的储存和释放。

楼宇式燃机热电冷联产系统可补充电网，在保障楼内电力方面安全性上有很大的帮助，使电网在输配中的损失变少。夏季，天然气用得比较少，而在电力方面的应用非常多。天然气热电冷联产系统的应用，可增加天然气在夏季的用量，减少电力用量，这样便可以调节天然气和电力的高峰期用量。

5 建筑节能政策机制

仅依靠技术力量来降低能源消耗量是不够的，还必须依靠相关政策和机制的推广。这里我们介绍三种建筑节能政策机制：一是建立健全相关的建筑节能标准规范、法律法规，并且严格执行或者以指令性行政命令的形式促进节能等，这种机制在计划经济体制下，是比较典型的管理手段；二是在经济不断发展，市场不断繁荣的情况下，超越标准规范的最低要求、将建筑节能性能与产品市场经济价格相挂钩的手段；三是由于建筑节能管理已经由管理者的特有任务转化为与社会各群体礼仪、责任相关的事务，建筑节能管理设计主体具有多元性，所以收集整理与建筑节能相关的一些显性和隐性信息，并通过合理的形式进行一定程度的公开，用以制定不同种类的激励、奖惩机制，即建筑能耗统计与信息公开制度。

我国市场经济发展水平地区间的差异非常大，因此试图通过上述三项政策机制中的某一个来化解全部问题，是不可能达到目的的，我们应以经济发展水平的差异为依据、充分考虑到建筑节能的各个特点及其重点，灵活选用和组合上述三种手段，形成一种合力，使之更好地发挥作用。

要使建筑能耗统计制度既能遵守国际惯例，又符合我国国情，主要从以下三点着手：一是依据已有统计渠道，建立可持续运行的建筑能耗基础数据统计体系，包括数据调查方法、统计信息标准等；二是在全国范围内，以及省区、城市建立完善的建筑能耗数据库和统计数据报送网络，建立建筑能耗统计分析模型和预算建筑产生的温室气体排放量模型等，同时要进行统计和预测分析；三是建立一定范围内、适当形式的建筑能耗数据定期公开和公布制度，在网络以及各种媒体的推动下，让更多的公众参与到其中去，建立各种形式的激励和奖惩机制。

6 结论

低能耗建筑技术是实现建筑节能的保障和必要因素。建造低能耗建筑的技术措施主要集中在更加优化的建筑结构设计、高效的能源消耗设备和系统、可再生能源的利用及适当的节能政策机制。当前建筑节能已经得到了党中央、国务院的高度重视。胡锦涛总书记指出：要发展“节约节地型建筑”。通过以上努力一定可以提高能源利用效率，未来的建筑节能前景广阔。

参考文献：

[1]薛志峰等.超低能耗建筑技术及应用[M].北京：中国建筑业出版社，2005.

[2]梁海嵘.低能耗公共建筑节能技术的工程实践[J].广西城镇建设.2010，(9)：24-27.

[3]徐浩，闫增峰，隋芊蕙.低能耗教授花园综合节能技术[J].低温建筑技术.2011，(4)：128-129.

[4]李司秀，胡嘉庆.空调系统节能技术的探讨[J].制冷.2011，30(1)：84-87.

[5]徐浩.太阳能利用与建筑一体化设计研究[J].中国住宅设施. 2011，(4)：27-29.

[6]王哲，郭力伟.浅谈建筑节能[J].中国新技术新产品，2009，（4）：104.

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