浅议建筑节能技术及发展策略
【摘要】从世界建筑节能基本发展出发，从建筑能耗的概念、建筑节能中的自然利用和建筑业现行的节能技术等方面探讨了我国建筑用能的状况，结合我国实际情况，探讨了建筑节能技术发展策略，对我国建筑节能的发展具有一定的指导意义，也可以作为设计施工单位在节能设计过程中的设计原则和依据。
关键词：建筑节能；现状；战略；发展
一、引言
建筑节能概念起源于西方发达国家，从上世纪七十年代初即发生第一次世界性的石油危机以来的30多年中，建筑节能的含义已经经历了三个发展阶段:由最初的“建筑节能”(EnergySavingInBuildings)到紧接着的“在建筑中保持能源”(EnergyConservationInBuildings)，意思就是减少建筑中的能量散失;而最新的叫法则为“提高建筑中能源利用效率”(EnergyEfficiencyInBuildings)，从字面上可以看出，这个叫法就是指出这不是消极意义上的节省，而是从积极意义上提高能源的使用效率。目前虽然在我国还称为建筑节能，但就其现实意义上来看显然已经进入到第三层意思，即在建筑中合理使用和有效利用能源，不断提高能源利用效率。因此，建筑节能就是要在保证和提高建筑舒适度的条件下，合理使用能源，不断提高能源利用效率。
二、建筑节能技术
1、建筑能耗的概念
就建筑能耗的概念而言，国内外先后存在过多种说法，其中较为典型的说法是建筑能耗包括建筑材料、生产、建筑施工和建筑物使用等几个方面的能耗。这种说法显然将建筑用能的范围扩大了，也与目前国际上通用的统计口径不符。而目前比较准确的说法是，建筑能耗指建筑使用过程中的能耗，其中主要包括建筑采暖、制冷、热水供应、炊事、照明、家用电器用能、电梯、通风等方面的能耗。
其中各部分能耗在建筑能耗中所占的比例如表1所示。
表1建筑能耗各部分所占的比例
由表1可以看出，采暖空调部分在建筑能耗中所占的比例很大，因此如何提高建筑的结构节能显得尤为重要。
2、建筑节能中的自然利用
在建筑规划设计中，分析太阳辐射、大气环流和地理特征等自然因素对建筑能耗的有利或不利影响，通过对建筑方位朝向、建筑体型、太阳辐射、建筑外部空间环境构成等方面进行设计，以期对上述各种自然因素的充分利用或改造，形成良好的居住条件和有利于节能的微气候环境。
（1）朝向
建筑物的方位朝向对建筑物的节能效果具有重要的影响。
首先，就通风而言，从有利于建筑单体通风的角度考虑，建筑的长边最好与夏季盛行风方向垂直;但从有利于建筑群体通风的角度考虑，建筑的长边若与夏季盛行风方向垂直，将严重影响后排建筑的夏季通风。
其次，就日照而言，夏热冬冷地区最恶劣的建筑室内热环境是夏季的东、西晒和顶晒，而从窗户进入室内的大量太阳热辐射是夏季室内过热的主要原因。就夏热冬冷地区而言，建筑东西朝向墙面平均每日接受的太阳辐射总量要显著高于南北朝向，故东、西向为该地区建筑的最不利朝向。同时，还应该注意，在较为寒冷的冬季，则要更多的考虑提高日照来减少采暖能耗。所以，好的规划朝向可以使建筑更多的房间朝向南向，充分利用冬季太阳辐射热，节约采暖能耗;也可以减少建筑东、西向的房间，减弱夏季太阳辐射热的影响，节约制冷能耗。
（2）路网布置
一般而言，当路幅达到足够宽度时，东西向街道冬至日日照时间最长，且提供了最佳的南北建筑方位配置。因此在规划路网设置中，在满足功能景观要求下，应适当增加东西向道路设置，改善街道外部环境质量，并为下一步建筑设计提供更多的南北向建筑方位配置，为其建筑气候设计效果提供有力保障。
（3）绿化
绿化可有效地改善居住区的热微环境，具有显著的节能效果。而在建筑设计过程中，充分利用自然与人工绿化，可以降低城市高密度地区所带来的诸如“热岛效应”、“光污染”等负面影响，改善“小气候”，创造良好的外部环境。一般而言，建筑绿化环境设计又可分为屋面绿化、地面绿化和立面绿化等。
（4）水景
由于水面和陆地土壤增热和冷却的特性不同，水的热容量比土壤高3倍、水易透时光线而反射较少。由于水陆之间水平分向的热量交换、使水域岸边的气温受到明显的影响。表现在冬季气温下降时，水中的热量能释放出来．以均衡水域附近地区空气温度的急聚下降；同样，夏季水面吸收的太阳能比陆地多20％一50％、可有效地缓冲水面气温的升高、使岸边气候不会炎热。这种由水域产生的夏季降温、冬季增温的作用、以紧邻岸边最为明显。即使较小的水面，因为水的蒸发而散失热量，也能起到微调气候的作用。为人类的居住创造了非常舒适的环境。现在很多大型楼盘营造园林水景，达到了非常好的效果。尤为明显的南昆山十字水度假村酒店大堂，临溪而建，且周边水景环绕，夏日炎炎，大堂内凉风习习，室内的空调基本形同虚设。
（5）体型
住宅的体型对其单位建筑面积能耗影响很大，可以说合理选择体型本身就是节能的开始。而体型系数是影响建筑耗能水平的重要因素，其主要是指建筑物外露面积与其所包围的体积比值，其中建筑物外露面积系指除地面以外暴露于空气中的建筑物外表面积的总和。一般而言，体型系数越小，耗热量越小，即越节能。体型系数小的建筑体型称为节能体型。建筑在设计过程中尽量选择最佳节能体型。
（6）太阳辐射
建筑物所处的室外环境并不是只与室外气温有关，还与太阳辐射、风、雨等有关，其中太阳辐射是主要因素，建筑的外立面由于朝向不同其得到(或失去)的太阳能量也不同。冬季辐射得热，南立面与北立面相差甚大。这就要求在分析建筑物平面形状时充分考虑太阳辐射的影响。我国夏热冬冷地区普遍热湿，隔热的内容包括太阳辐射热和空气热。就空气热而言，空调房间室内外平均温差一般为5℃左右，然而在太阳辐射下，室外综合温度大大高于空气温度，室内外平均温差高达10℃以上。因此隔热的主要内容是太阳辐射，利用太阳辐射的方位特性可以优化建筑体型设计使其有利于隔热。
3、建筑业现行的节能技术
（1）太阳能利用
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，是一种洁净的最丰富的能源。目前，太阳能的利用主要应用在太阳能的热利用和太阳能的光电转换发电方面。太阳能的热利用是在生活和生产中以太阳能热水器的广泛应用为主。太阳能的光电转换发电是指主要用于光伏电池发电。太阳能电池主要是单晶太阳电池和非晶硅电池。
发达国家投入大量资金研究开发太阳能建筑，并取得了很大进展。如国际上开发的低能耗太阳房，应用被动式和主动式太阳能技术和其他节能措施，使住宅外购能源减至非常小的程度。采用的新技术包括：透明绝热材料、多层低散射镀层窗玻璃、相变蓄热材料、热泵、用于供热和制冷的太阳能热水器、高效照明器具等，还有使用光伏电池系统为建筑部分供电的节能建筑。与常规情况相比，节能高达75％以上。
建设部的《绿色生态住宅小区建设要点与技术导则》中规定利用太阳能的绿色住宅小区，宜配备辅助能源系统，并大力倡导：尽量使用太阳能中央热水系统；利用太阳能光伏发电技术时，系统应实现并网发电。近几年来，我国太阳能屋顶发电并网系统也发展起来。该系统采用了一种新型光电建筑一体化组件，这种光电建筑一体化材料构成一个完整的屋顶体系。
（2）围护结构节能
建筑围护结构组成部件（屋顶、墙、门和窗、遮阳设施）的设计对建筑能耗、环境性能、室内空气质量与用户所处的视觉和热舒适环境有根本的影响。围护结构的耗热量要占建筑采暖热耗的1/3以上，通过改善建筑物围护结构的热工性能，在夏季可减少室外热量传人室内，在冬季可减少室内热量的流失，使建筑热环境得以改善，从而减少建筑冷、热消耗。
① 屋顶节能
建筑屋顶是接受太阳辐射最多的围护结构部位之一，由于屋面面积比壁面面积大，夏季从屋面进入室内的热量往往占总围护结构热量的70％以上。屋顶节能的措施一般采取几种方式：
设置保温隔热层：一般采用铺设隔热砖或浇注泡沫混凝土，由于隔热砖较低，里面虽然中空，但空气很难流动，无法带走里面的热空气；而泡沫混凝土只是作简单的隔热作用，所以这两种措施的隔热效果都不明显。
遮阳和架空通风：在屋面上设置遮阳构件或架空进行通风处理。遮阳构件中采用较多的是设置屋面瓦，能有效阻挡太阳的辐射。把屋面架空，利用较好的通风把屋面散发的热量带走，都取到了较好的隔热效果。
浅色处理：浅色屋顶能大量反射太阳光,可以有效的减少温室效果，降低建筑物温度,进而减少空调的使用,达到节能减排目的。白色屋顶可使一座建筑节能20%。美国能源部长朱棣文就建议所有屋顶漆成白色。
绿化屋面：绿色植物调节气温的作用十分明显，绿色植物的根系从土壤中吸收水分，通过蒸发作用向空气中释放水分，提高空气的湿度，空气的气温高达35℃时，树荫下的气温却只有22℃左右。而照在浓密绿色植物表面的太阳光有70％左右被绿叶吸收，20％左右被绿叶反射回去，通过绿叶的透射光只有10％左右，被绿化的屋顶在夏天的降温和增湿作用十分明显。现在绿化屋面有三种模式：简式轻型屋顶草坪、爬蔓植物屋顶绿化和屋顶花园。
② 墙体节能
墙体是外围结构的主体，其所使用的建筑材料的保温性能直接影响建筑的耗热量，近年来研究，单一材料导热系数太大，一般为高效保温材料的20倍，无法满足保温材料组成的复合墙体，这种复合墙体根据保温材料的位置，有墙内、墙外保温两种方式，其中外墙保温的效果较好，且内保温复合墙体热桥对保温影响较大，我国基本是采用墙外保温这种方式。
③门窗幕墙节能
在所有围护构件中，门窗幕墙保温隔热能力最差，尤为隔热性能，它一般通过辐射传递、对流传递、传导传递和空气渗透四种方式，导致建筑物能量流失，普通单层玻璃的能量损失约占建筑冬季保温和夏季降温能耗的50%以上，所以门窗是改善室内热，是环境的重要部位，其性能直接决定着建筑节能的效果，增强门窗的保温性能、隔热性能，减少门窗的能耗，能有效改善建筑热，是环境质量，实现建筑节能，一般可通过提高门窗的气密性，采用适当的窗、墙面积比的满足传热系数和遮阳系数的要求，采用遮蔽系数和传热系数较小的热反射镀幕玻璃或中空玻璃，采用遮阳窗帘、遮阳板等，建筑遮阳措施来提高门窗的保温隔热性能，以达到有效的节能效果。
④遮阳设施
热量的传递方式有：热传导、热对流和热辐射。而太阳辐射的能量传递主要方式为热辐射，太阳辐射时，以光的形式出现，主要为三个波段：红外线、可见光、紫外线。当太阳对建筑物进行辐射时，由于建筑的外墙和屋面等围护结构具有较好的热阻性能，太阳辐射主要透过玻璃进入室内，并对室内环境产生较大的影响。当太阳辐射光线照射玻璃时，其中的红外线被玻璃吸收，辐射能转换成热能，使玻璃变热，同时可见光和紫外线穿透玻璃进入室内，并被室内物体吸收，室内物体吸收辐射能后转化成热能，从而使整个房屋室内温度升高，特别是高能量的紫外线的辐射作用影响较大。为解决太阳辐射对室内的影响，一般采用两种方法遮挡太阳辐射，减少对室内热环境的影响。
现建筑遮阳主要有四种方式：窗口遮阳，屋面遮阳，墙面遮阳，绿化遮阳。而其中窗口遮阳最为重要。
窗口遮阳主要有几种方式：固定窗口外遮阳：主要有水平遮阳、垂直遮阳、挡板遮阳三种措施；活动窗口外遮阳：主要有遮阳卷帘、活动百叶遮阳、遮阳蓬、遮阳纱幕等措施；窗口中置遮阳：一般是把遮阳设施放置在双层玻璃中间，与窗框、玻璃组成整扇窗户，有着较强的整体性；窗口内遮阳：主要有百叶窗帘、百叶窗、卷帘、拉帘等措施；玻璃自遮阳：主要是利用玻璃自身的遮阳性能，阻挡部分阳光进入室内。
屋面遮阳主要是利用屋顶的构件，遮挡太阳队屋顶的直接辐射。一般采用屋顶构架遮阳和屋顶绿化两种模式。
墙面遮阳主要是利用绿化，专用的遮阳构件对西墙进行遮阳。
绿化遮阳主要是在建筑物周边、墙上、屋顶种植绿色植物对建筑物的墙体屋面进行有效的遮阳，并利用植物蒸发周边的空气降低地面的反射以达到降温的效果。
（3）建筑设备节能
提高终端用户用高能效的采暖、空调系统与上述削减室内冷热负荷的措施并行，才能真正减少采暖、空调能耗。首先，根据建筑的特点和功能，设计高能效的暖通空调设备系统，例如热泵系统、蓄能系统和区域供热、供冷系统等。然后，在使用中采用能源管理和监控系统监督和调控室内的舒适度、室内空气品质和能耗情况。
（4）采光照明
天然光是人们习惯的光源，人眼在天然光下有更高的灵敏度。因此;在室内再大限度地利用天然光，不仅可节约照明用电，同时对提高室内采光质量也有重要的意义。水立方不仅是一幢优美和复杂的建筑，在天然采光上做的非常成功，整个建筑内外层包裹了一种轻质新型材料ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物），一种透明膜，具有非常好的透光性，能为场馆内带来更多的天然光，使得该场馆每天能够利用天然光的时间达到了9.9小时，一年下来，8万平方米的“水立方”将节约大量的电力资源。新的采光技术不断出现，如导光管，光导纤维，采光搁板和导光棱镜窗等，它们往往利用光的反射、折射或衍射等特性，将天然光引入，并传输到需要的地方，以达到节能的目的。人工照明可采用光效高，显色性好，寿命长，而价格相对低的节能类电光源。
四、建筑节能技术发展策略
近年来，面对日益严峻的能源短缺，节能己经成为我国社会生活的主旋律之一。而在国家发展改革委员会启动的《节能中长期专项规划》提出实施的“十大重点节能工作”中，建筑节能的榜上有名也进一步说明了其在这场节能革命中的重要地位。
但纵观目前我国建筑节能的发展，在具体的节能设计的理念上同发达国家还存在着一定差距。在《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中，虽然明确提出了夏热冬冷地区室内热环境和建筑节能设计的指标，也较为详细地对建筑和建筑热工节能设计的诸多原则（包括建筑群规划布置、朝向、形体系数、外窗面积的设计原则）进行了说明，但多是从狭义的建筑系统的角度出发，仅仅对建筑本身的设计进行了规定，而没有将周边的环境纳入到建筑节能的系统中来;同时，对建筑热工设计中具体的设计因素，也没有明确其可能达到的节能效果，而只是列出了设计的要求。这些显然都是不利于我国夏热冬冷地区居住建筑节能的开展的。因此，在这些领域，欧洲发达国家的建筑节能经验显然值得我们借鉴。
欧盟的“CostEfficientPassiveHousesasEuropeanStandards"（CEPHEUS）计划是欧洲建立基于广义建筑系统的低成本节能建筑—被动式节能房屋（PassiveHouse）的重要计划，欧洲委员会（EUROPEANCOMMISSION）是其主要资助方。该计划的生要目的是验证建筑被动式节能设计理论的技术、经济和社会可行性，并通过在五个欧盟国家的250多个试点，示范这项技术在不同类型的建筑中应用的经济效益〔相较于其他节能技术更低的成本)和节能效果。在这项计划中，广泛采用了在广义建筑系统中一切可以利用的、对建筑能耗有积极作用的建筑因素，在阐明了不同因素对节能贡献程度的同时，通过广泛分布的建筑试点，验证了从广义建筑系统角度出发所构建的节能建筑的成本优势和社会可行性。
大量研究结果表明，基于广义建筑系统的被动式节能房屋也是今后我国建筑发展的方向。
首先，在住宅系统相关因素与住宅用电密度的回归分析中较大的判定系数表明，被动式节能房屋利用对住宅系统各个特征因素的规划和设计，在我国夏热冬冷地区特定的气候条件下同样可以达到较好的节能效果，是一种值得推广的建筑节能方式。
其次，具体的影响因素的研究表明，建筑自身的特征与建筑周边的环境对住宅的能耗都有显著的影响，因此，在设计过程中，不应只注重对建筑自身的节能因素的设计，而应站在广义建筑系统的角度，将建筑和环境作为一个整体来进行节能规划。这也进一步说明，相较于目前我国的建筑节能设计规范，被动式节能房屋更具优势。
最后，被动式节能房屋阐明了不同节能设计方式对住宅节能不同的贡献程度，这与本研究中不同设计因素对住宅能耗的影响存在差异的结论相吻合，是我国建筑节能发展过程中需要注意的另一个问题。
五、结束语
西方发达国家在其发展过程中曾经无节制地使用能源，直到20世纪70年代石油大幅度涨价使世界经济遭受到能源危机的沉重打击，世界各国才重视能源问题。由于能源资源条件的限制，新能源的开发在短期内也难以缓解能源供应的紧张局面，许多国家都把注意力集中在常规能源的节约上，“节能”被称为煤炭、石油、天然气、核能之外的第五大能源。我国正处于大量消耗自然资源原材料以支撑经济高速增长的工业化时期，能源对经济增长的约束作用已经开始显现，节能己经成为关系到我国国计民生的大事，而建筑作为我国一个重要的能耗源，对其节能方法和节能措施的研究也是刻不容缓，本文运用先进的建筑节能理论，探讨了建筑节能的发展现状。结合我国实际情况，探讨了建筑节能技术发展策略，对我国建筑节能的发展具有一定的指导意义，也可以作为设计施工单位在节能设计过程中的设计原则和依据。
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