建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展研究分析

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【摘要】我國建筑節(jié)能經(jīng)歷了三個指標階段，目前已有的城市開始執(zhí)行75%的節(jié)能指標，各種節(jié)能技術(shù)支撐著建筑物逐步的降低能耗，近些年發(fā)展的被動式超低能耗建筑引領(lǐng)著建筑節(jié)能，近零能耗建筑是建筑節(jié)能的發(fā)展目標。提高圍護結(jié)構(gòu)保溫效果，提高總的能源利用效率，可再生能源的應(yīng)用，被動式建筑技術(shù)是達到近零能耗建筑的基本措施。

【關(guān)鍵詞】建筑節(jié)能;可再生能源;被動式建筑;

近零能耗建筑節(jié)能技術(shù)在國內(nèi)推廣了幾十年，得到了快速的發(fā)展，已由上世紀80年代僅僅注重建筑物圍護結(jié)構(gòu)，發(fā)展到注重建筑物全生命周期的能耗。從初期的側(cè)重節(jié)能各項參數(shù)發(fā)展到低能耗建筑技術(shù)的應(yīng)用。并最終建造近零能耗的建筑。維持良好的室內(nèi)環(huán)境是建筑物的一種基本功能，我國地域多種氣候環(huán)境，為了人們的生存、健康和生活舒適，建筑圍護結(jié)構(gòu)應(yīng)做好保溫隔熱，提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，提高各種功能設(shè)施能效，使節(jié)能建筑達到近零能耗建筑目標。

1建筑節(jié)能指標

上世紀提出的建筑節(jié)能，是為減少建筑物的熱能的散失，被稱為“提高建筑中的能源利用率”，在保證建筑物正常使用條件下節(jié)省能耗。進入新世紀的建筑節(jié)能概念，涵蓋了建筑材料生產(chǎn)、建筑物建造和運營過程中，滿足需要或達到相同條件下，在建筑物全壽命周期盡可能減少能耗。我國建筑節(jié)能是以1980－1981年的居住建筑能耗為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上提高能效30%，通常說的第一步節(jié)能30%標準;第二步節(jié)能是在第一步節(jié)能的基礎(chǔ)上再節(jié)約30%，即節(jié)能50%標準;第三步節(jié)能是在第二步節(jié)能的基礎(chǔ)上再節(jié)約30%，即節(jié)能65%標準。目前，我國住宅和公共建筑已強制執(zhí)行節(jié)能50%的標準，一些大中城市開始執(zhí)行節(jié)能65%的標準，北京、天津等城市在居住建筑方面已經(jīng)開始執(zhí)行節(jié)能75%的標準。建筑節(jié)能基本上是50%、65%、75%都在實施，一般情況是發(fā)達的省市節(jié)能率標準較高。針對建筑節(jié)能達到75%的指標以后，建筑節(jié)能如何實施和要求，是否再進一步制定百分比的節(jié)能目標，對此有不同的意見，有的提出再以75%為起點，再制定兩個百分比形成對應(yīng)30%、50%、65%指標后的第二個深入三步節(jié)能。而在國際上，建筑節(jié)能先進國家已提出近零能耗建筑的概念和技術(shù)，并開始實施。我國建筑節(jié)能的發(fā)展方向及目標是建筑近零能 耗甚至是零能耗。住建部制定的《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則(試行)(居住建筑)》標準實施，將對于建筑節(jié)能得到進一步的提升。2016年7月，由中國建筑科學(xué)研究院會主編的國家標準《近零能耗建筑技術(shù)標準》開始編制。在評價指標上，現(xiàn)在全國普遍執(zhí)行的是65%節(jié)能標準，該標準與近零能耗建筑的要求差距很大，如要達到近零能耗標準需要在這個基礎(chǔ)上再降低85%～95%，這是一個跨越式發(fā)展。近零能耗建筑的要求，并不單一強調(diào)追求某一項技術(shù)參數(shù)，而是全面的采用節(jié)能技術(shù)，使其運營的能耗指標降低到規(guī)定的范圍。立足我國國情，特別是考慮氣候特征的因素。因地制宜建立我國不同氣候區(qū)不同建筑的近零能耗建筑的耗能量。

2建筑節(jié)能措施

我國建筑節(jié)能自上個世紀80年初開始，從政策到技術(shù)都在不斷推進和發(fā)展，在建筑節(jié)能三步指標中，都具體的對應(yīng)著不同的技術(shù)要求和各項技術(shù)參數(shù)的規(guī)定，并對應(yīng)著具體的檢驗標準。從政策、技術(shù)和管理等都有一整套的制度、措施和方法。目前，建筑物的節(jié)能減排取得了顯著的成效，縮小了和發(fā)達國家的差距，在世界上取得了公認的成果。

2.1標準

自上世紀八十年代年以來，我國相繼出臺了多項建筑節(jié)能政策。目前，我國具有了設(shè)計、施工、驗收、運行、材料設(shè)備，評價管理等一系列較完善的建筑節(jié)能標準體系，支撐和保證了各個階段節(jié)能工作的順利推進。我國于1986年8月1日起實施第一階段節(jié)能30%的JGJ26－86《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準(采暖居住建筑部分)》開始了我國建筑節(jié)能走向標準化。之后又了多種標準支撐著建筑節(jié)能工作，目前，設(shè)計標準有:JGJ26－2010《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》、JGJ134－2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》、JGJ75－2012《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》、GB50189－2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》。測試驗收規(guī)范有:JGJ132－2009《居住建筑節(jié)能檢測標準》、JGJ/T177－2009《公共建筑節(jié)能檢測標準》、GB50411－2007《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》。評價規(guī)范有:GB/T50668－2011《節(jié)能建筑評價標準》、GB/T50378－2014《綠色建筑評價標準》、GB/T51165－2016《綠色飯店建筑評價標準》。還有JGJ/T391－2016《綠色建筑運行維護技術(shù)規(guī)范》及各項節(jié)能技術(shù)、材料、設(shè)備等眾多標準。

2.2節(jié)能措施

2.2.1建筑規(guī)劃與設(shè)計

建筑規(guī)劃應(yīng)合理利用地形和周圍環(huán)境，利用自然環(huán)境創(chuàng)造良好的建筑室內(nèi)微氣候，以盡量減少依賴建筑設(shè)備。建筑的總體規(guī)劃和總平面設(shè)計應(yīng)有利于自然通風(fēng)和冬季日照。建筑的主朝向宜選擇本地區(qū)最佳朝向或適宜朝向，宜避開冬季主導(dǎo)風(fēng)向。建筑設(shè)計應(yīng)遵循被動節(jié)能措施優(yōu)先的原則，充分利用天然采光、自然通風(fēng)，結(jié)合圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱和遮陽措施，降低建筑的用能需求。建筑的節(jié)能設(shè)計應(yīng)考慮日照、主導(dǎo)風(fēng)向、自然通風(fēng)、朝向、體形系數(shù)、墻窗比、遮陽等因素。

2.2.2提高圍護結(jié)構(gòu)保溫效果

規(guī)定建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)限值，改善建筑物圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，減少室內(nèi)外熱量傳入，改善了建筑熱環(huán)境，從而減少建筑物冷、熱能量消耗。改善門窗材料的保溫隔熱性能和提高門窗的密閉性能，保溫地面減少地面熱損失。屋頂?shù)谋?，在屋頂防水層下設(shè)置導(dǎo)熱系數(shù)小的輕質(zhì)材料或在屋面防水層以上設(shè)置聚苯乙烯泡沫等保溫材料，屋頂采用綠化等技術(shù)。

2.2.3提高總的能源利用效率

提倡熱源宜采用廢熱或工業(yè)余熱，規(guī)定鍋爐運行效率，集中供暖系統(tǒng)耗電輸熱比、空調(diào)冷(熱)水系統(tǒng)耗電輸冷、室外管網(wǎng)的輸送效率，熱力管網(wǎng)安裝平衡閥保障系統(tǒng)水力平衡率達到要求。地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)選用高能效水源熱泵機組，并宜采取降低循環(huán)水泵輸送能耗等節(jié)能措施，提高地源熱泵系統(tǒng)的能效。采用余熱回收技術(shù)，通常情況下，建筑物的新風(fēng)負荷占總負荷的35%左右，采用熱回收效率達75%的裝置，極大地減少新風(fēng)負荷。在供暖系統(tǒng)采用分戶計量技術(shù)，在用戶散熱器上安設(shè)溫控閥，用戶可根據(jù)個性需要調(diào)控室內(nèi)溫度，以達到既舒適又節(jié)能的效果。

2.2.4能源系統(tǒng)自動監(jiān)控技術(shù)

采用能源管理和自動監(jiān)測控制系統(tǒng)，監(jiān)控室內(nèi)的舒適度、空氣品質(zhì)和能量消耗情況。對供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)進行監(jiān)測與控制。供暖空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置室溫調(diào)控裝置;供暖系統(tǒng)安裝自動溫度控制閥。利用平衡閥及其專用智能儀表對供熱管網(wǎng)的流量進行合理分配，既保證供暖質(zhì)量，又可以節(jié)約能耗。

2.3利用新能源

通過對建筑工程當?shù)丨h(huán)境資源條件和技術(shù)經(jīng)濟的分析，結(jié)合國家相關(guān)政策，優(yōu)先應(yīng)用可再生能源。建筑設(shè)計宜充分利用太陽能，采用光熱或光伏技術(shù)的應(yīng)用及與建筑一體化系統(tǒng)。大力推廣熱泵技術(shù)，將低溫能源提升為可供建筑物應(yīng)用的能源，推廣應(yīng)用太陽能、地?zé)崮堋L(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源技術(shù)。對采用可再生能源技術(shù)推出了資助的經(jīng)濟鼓勵政策。地源熱泵的推廣應(yīng)用，為建筑物減少常規(guī)能源使用尋求出一個重要的途徑，并已作為一種成熟技術(shù)廣泛的應(yīng)用于各類建筑中?？諝饽懿捎脽岜眉夹g(shù)近幾年發(fā)展迅速，并得到了政府和社會的廣泛認可，近幾年一些地方已將空氣能列入可再生能源?？諝庠礋岜霉?yīng)熱水提高了居住環(huán)境質(zhì)量，空氣源熱泵供暖不僅在北方村鎮(zhèn)的供暖中得到了大力推廣和“煤改電”的工程中發(fā)揮了主要技術(shù)作用，并且在集中供暖中已在幾十萬m2居住小區(qū)成功應(yīng)用。

3零能耗節(jié)能建筑

近零能耗建筑在歐美發(fā)達國家已經(jīng)成為建筑節(jié)能發(fā)展的最新趨勢，我國建筑節(jié)能工作通過近30年的發(fā)展，目前，需要樹立一個新的目標，國內(nèi)節(jié)能減排的發(fā)展形勢要求建筑節(jié)能做出更大貢獻。近零能耗建筑發(fā)展方向是我國建筑節(jié)能工作的大勢所趨，也是我國建筑節(jié)能的發(fā)展目標。

3.1零能耗的概念

1992年，德國的Voss.K提出零能源建筑，是不消耗常規(guī)能源建筑，完全依靠太陽能或者其它可再生能源。由于實現(xiàn)零能耗建筑較為困難且成本較高，目前，歐洲公認的可實施的為“近零能耗建筑”。對于“近零能耗建筑”，各國定義不同，如德國的“被動房”也為零能耗建筑，指在滿足規(guī)范要求的舒適度和健康標準的前提下，全年供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗在0～15kW•h/(m2.a)的范圍內(nèi)，建筑物總能耗低于120kW•h/(m2•a)的建筑。

3.2零能耗節(jié)能技術(shù)

零能耗建筑進行設(shè)計，通過被動式技術(shù)使建筑物能耗達到最小，主動式技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備的高效率運行，利用太陽能和地?zé)崮艿瓤稍偕茉礉M足建筑物對能源的需求，達到建筑物零能耗運行的節(jié)能效果。我國發(fā)展被動式超低能耗建筑，同時也要發(fā)展綠色建筑材料來實現(xiàn)符合中國特色的超低能耗建筑的發(fā)展。綠色建筑材料和高效能設(shè)備是發(fā)展中國被動式建筑重要的基礎(chǔ)，被動式建筑需高效的保溫材料，高性能的圍護結(jié)構(gòu)，高效能的可再生能源利用設(shè)備及熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)。3.2.1建筑規(guī)劃與設(shè)計綠色節(jié)能技術(shù)是通過科學(xué)的整體沒計，充分利用自然風(fēng)、光、水、熱資源，集成綠色配置、自然通風(fēng)、自然采光、低能耗圍護結(jié)構(gòu)、新能源利用、綠色建材和智能控制等高新技術(shù)。建筑選址規(guī)劃應(yīng)合理、資源利用具有高效、綜合節(jié)能措施有效、建筑環(huán)境舒適健康、廢物排放減量無害、建筑功能靈活適宜等六大特點。不僅滿足人們的生理和心理需求，而且能源和資源的消耗更為經(jīng)濟合理。綠建規(guī)劃設(shè)計，考慮日照、通風(fēng)，為合理利用太陽能和光電、光熱創(chuàng)造有利條件。3.2.2圍護結(jié)構(gòu)利用新型綠色建筑材料，盡可能的減少建筑物能量消耗，優(yōu)化外墻保溫技術(shù)，對地面、屋面加強保溫處理。墻體可采用儲能材料，利用建筑結(jié)構(gòu)自身的熱容特性，在保證建筑結(jié)構(gòu)溫度的基礎(chǔ)上儲存能源。提高外窗的氣密性，減小傳熱系數(shù)，能夠達到德國被動式建筑對門窗的要求，除采用中空玻璃的low－E窗外，還應(yīng)內(nèi)充惰性氣體，采用夏季可有效遮擋太陽輻射，冬季可利用陽光獲取熱能進行保溫的熱發(fā)射鍍膜玻璃等新型玻璃。3.2.3提高能源的使用效率提高冷熱源設(shè)備能效，降低系統(tǒng)自身的耗能，提高系統(tǒng)輸送效率。照明系統(tǒng)采用新型節(jié)能裝置以獲得室內(nèi)節(jié)能與照明的最佳效果。此外，在屋頂安裝可調(diào)節(jié)的采光系統(tǒng)，將陽光通過反射的“管道”送往室內(nèi)。墻體、屋頂設(shè)計時，應(yīng)考慮門窗、遮陽、熱量采集、自然通風(fēng)和太陽能發(fā)電、熱水等的功能和需求，為建筑物提供需求以節(jié)省能源。采用通風(fēng)換氣的熱回收技術(shù)，減少冬季人為開窗換氣產(chǎn)生的熱損失。3.2.4可再生能源利用充分利用太陽能資源，利用光熱對建筑物供暖和熱水供應(yīng)，利用光電技術(shù)供室內(nèi)照明和其他電器的需要。采用多種熱泵技術(shù)對建筑進行供暖或制冷的技術(shù)。地源熱泵通過輸入少量的高品位電能，可實現(xiàn)能量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩吹霓D(zhuǎn)移，在冬季向室內(nèi)供熱，夏季則對室內(nèi)制冷，實現(xiàn)對建筑物的空氣調(diào)節(jié)。我國地域廣闊，各地風(fēng)能、太陽能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等非化石可再生能源差異大，可結(jié)合實際情況采用可再生能源。3.2.5智能化運行管理零能耗建筑運行不僅需要足夠的可再生能源，同時，還需要通過主動節(jié)能的各種措施，合理調(diào)節(jié)設(shè)備用能需求，降低建筑物的總能耗。暖通空調(diào)系統(tǒng)消耗的能量在建筑物內(nèi)占有相當大的比重。通過對供暖空調(diào)設(shè)備的節(jié)能控制，可以提高設(shè)備的運行效率，降低供暖空調(diào)系統(tǒng)運行能耗。照明用電在建筑中占有一定的能耗比重，照明控制得好對照明能耗影響較大，用電方面采用由各種控制技術(shù)組成的合理調(diào)節(jié)設(shè)備用能的控制系統(tǒng)。能耗分配控制策略，建立初始能耗指標體系，以能耗監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用了—種建筑能耗指標預(yù)測和基于光伏發(fā)電的能源分配控制策略的方法來保證零能耗建筑一年用能的平衡。以能耗指標為依據(jù)，建立能耗預(yù)警機制，最終構(gòu)建均衡的能源分配控制系統(tǒng)，實現(xiàn)建筑的“零能耗”。

3.3成功案例

2014年5月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技司組織開展，由中國建筑科學(xué)研究院具體組織落實的“被動式超低能耗綠色建筑項目”。共收到全國上報項目12個，其中住宅項目3個，公共建筑項目9個。分布在嚴寒地區(qū)，寒冷地區(qū)，夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)4個氣候區(qū)。截止2015年7月全國共有28個項目，總建筑40萬m2被動房項目列入住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技項目計劃。(1)哈爾濱溪樹庭院就是較成功的被動式居住型建筑項目。通過建筑外圍護結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)，采取高效的墻體外保溫、設(shè)置增厚的保溫層，嚴密的中空LOW－E玻璃外窗，內(nèi)充氬氣，夏季可有效遮擋太陽輻射，冬季則可利用陽光獲取熱能進行保溫。并采用了可調(diào)式外遮陽等設(shè)施，使住宅能耗大大低于普通住宅。采用土壤源熱泵技術(shù)從土壤獲取能量，用以制冷或供熱，比傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能40%～50%。天棚柔和式微輻射系統(tǒng)，通過天棚盤管中的供回水溫差，進行智能化調(diào)控，取消了傳統(tǒng)的供暖管網(wǎng)和供暖方式。無論外面天寒地凍還是酷熱難耐，室內(nèi)總能保持冬季20℃、夏季26℃的舒適區(qū)間。建筑物采用全置換式新風(fēng)系統(tǒng)。將室外空氣經(jīng)過濾、加熱、加濕等多級處理后，經(jīng)由設(shè)置在臥室、客廳地面上的新風(fēng)口，將清新潔清的空氣送入室內(nèi)。室內(nèi)污濁空氣再由衛(wèi)生間排風(fēng)口排出。新風(fēng)連續(xù)，形成下送上回置換式通風(fēng)換氣，保持室內(nèi)濕度在30%～60%的范圍之間，解決了哈爾濱冬季室內(nèi)高溫低濕現(xiàn)象。并采用熱回收的新風(fēng)技術(shù)降低了冬季加熱新風(fēng)的能耗。項目實現(xiàn)了建造目標，認證為三星級綠色建筑，并獲創(chuàng)新獎。被認為:項目代表了未來建筑節(jié)能的發(fā)展方向，推動嚴寒地區(qū)建筑節(jié)能與綠色建筑工作科學(xué)快速發(fā)展，促進建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。(2)中國建筑科學(xué)研究院環(huán)能院近零能耗示范樓，采取高性能保溫隔熱材料，采用非化石能源減少甚至取消因供暖、空調(diào)而耗費的能源。以可再生能源為主要能源系統(tǒng)形式，采用地源熱泵、太陽能，以節(jié)能設(shè)計、節(jié)能工藝、對建筑智能化、精細化的科學(xué)運行管理?？照{(diào)供暖方面，空調(diào)采用太陽能吸收式制冷與地源熱泵相結(jié)合的方式;供暖所需熱量則由地源熱泵系統(tǒng)、水蓄熱系統(tǒng)以及屋頂?shù)恼婵詹ＡЧ苤袦丶療崽柲芸照{(diào)系統(tǒng)來提供。該示范建筑在冬季不使用常規(guī)能源，夏季供冷系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)節(jié)省50%，年平均能耗僅為25kW•h/m2。照明方面，采用多種光源和燈具形式，包括國際先進LED照明燈具和智能照明系統(tǒng)，可滿足室內(nèi)照度500lx以上，照明功率密度5.5W/m2的要求。這幢樓通過屋頂?shù)墓鈱?dǎo)管，將室外自然光引入室內(nèi)。光導(dǎo)管的反射率高達99.7%，且不受黃昏、黎明甚至陰天的影響。在公共區(qū)域照明方面，通過與南立面結(jié)合的光伏太陽能薄膜電池來實現(xiàn)。除了上述技術(shù)手段，對建筑智能化、精細化的管理和控制，也是該示范建筑實現(xiàn)節(jié)能效果的重點?；?015年實際運行監(jiān)測數(shù)據(jù)，全年冬季供暖65%負荷由地源熱泵系統(tǒng)提供，35%負荷由太陽能系統(tǒng)提供;全年夏季供冷80%負荷由地源熱泵系統(tǒng)提供，20%負荷由太陽能空調(diào)系統(tǒng)提供。中國建筑科學(xué)研究院環(huán)能院近零能耗示范樓通過高性能的建筑圍護結(jié)構(gòu)、高效的建筑能源系統(tǒng)和優(yōu)質(zhì)的運行管理，以實際運行數(shù)據(jù)與同類建筑能耗相比，實現(xiàn)了節(jié)能80%以上的目標，成為中國建筑節(jié)能的領(lǐng)跑者。示范樓是中美清潔能源合作研究框架下，首個建成并良好運行的建筑，是中國建筑節(jié)能的里程碑。

4結(jié)語

我國建筑節(jié)能75%的指標實施后，建筑節(jié)建筑應(yīng)以近零能耗建筑為節(jié)能目標，并制訂我國近零能耗建筑技術(shù)標準指導(dǎo)建筑節(jié)能的深入實施。制定近零能耗的實施規(guī)劃，大力利用可再生能源、因地制宜地制定不同氣候區(qū)和不同功能建筑的近零能耗指標。被動式超低能耗建筑是有效近零能耗的節(jié)能技術(shù)，既對資源高度節(jié)約，而又滿足了人們對舒適度的要求，在世界已被廣泛認可。因此，在我國應(yīng)積極推動被動式超級能耗建筑的發(fā)展，有效控制和降低建筑領(lǐng)域能源消耗，是我國建筑節(jié)能的有效途徑。

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作者:董重成 單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)