节能在建筑设计中的重要作用

摘要：随着社会的飞速发展，能源的紧缺，环境的严重污染，人们逐步认识到节能与环保的重要性，节能也逐步进入每个人的思想当中。国际上在经历数次能源危机和温室效应自下而上环境的负面影响的认识越来越清楚之后，提出了控制矿物能源用量的增长，提高用能效率，开发新能源和可再生资源，保护环境的目标，建筑节能也越来越受重视。

关键词：建筑节能超负荷保温材料应用

中图分类号：TU201.5 文献标识码A

1、综述

随着社会迅速的发展，环境污染已经逐步受到人们的关注。 芬兰于2009年建立了一套称作“能耗认证系统”的标准（Energy Certification System），而在美国“节能之星”标准（Energy Star）实施已经有10年了。在我国，建筑节能、重点的城市住宅节能,，也提上了工作日程。随着经济的不断发展，工业、交通和建筑的能耗都不断地增长，不容置疑的是，中国能源发展正面临着越来越严峻的挑战，能源供不应求和末端低效利用的矛盾越来越突出。据统计，目前建筑能耗所占社会商品能源总消费量的比例已从1978年的10％上升到25%左右。而根据发达国家经验，随着我国城市化进程的不断推进和人民生活水平不断提高，建筑能耗的比例将继续增加，并最终达到35%左右。我国能源增长已经跟不上经济发展的脚步，但在保持经济增长的情况下，要大幅降低和交通领域的能耗不太现实，因此，建筑节能则成为能源工作开源节流政策中首当其冲的工作之一。建筑节能是一个系统工程，应该立足于我国不同建筑的用能特点，在规划、设计、运行等各个阶段通过技术集成化的解决手段，降低建筑能源需求、优化建筑系统设计、开发新型能源系统方式、提高运行效率。

2、我国建筑节能发展状况

2.1建筑能耗

我国目前城镇建筑消耗的能源为全国商品能源的23%—26%。此数值仅为建筑运行所消耗的能源，不包括建筑材料制造用能及建筑施工过程能耗，发达国家的建筑能耗一般在总能耗的1/3左右。随着我国城市化程度的不断提高，第三产业占GDP比例的加大以及制造业结构的调整，建筑能耗的比例将继续提高，最终将接近发达国家目前的水平。

我国城镇建筑能源消耗按其性质可分为如下五类：

(1)北方地区采暖能耗

(2)除采暖外的住宅能耗（照明、炊事、生活热水、家电、空调）

(3)除采暖外的普通公共建筑能耗（办公室、中小型商店、学校等）

(4)除采暖外的大型公共建筑能耗（写字楼、星级酒店、大型购物中心等）

(5)工业建筑能耗

之所以把采暖能耗分出是因为此部分能耗有其特殊性；而把非住宅民用建筑分为普通公共建筑和大型公共建筑是因为这两类建筑的能源消耗量差别巨大。 采暖能耗占北方地区建筑能耗的50%以上。在实施建筑节能标准之前建造的建筑冬季采暖平均热指标在30～50W/m2,为北欧相同气候条件下建筑采暖能耗的2～3倍。通过改进建筑设计、加强围护结构保温和有效利用太阳能，可使此部分建筑能耗降低至1/2甚至40%。目前北方城镇建筑近60%采用不同规模的集中供热系统。由于调节不当导致部分建筑冬天太冷夏季过热，开窗散热造成的热量浪费平均为供热量的30%以上。部分小型燃煤锅炉效率低也是造成能耗过高的原因之一。通过建筑保温、管网系统调节、提高热源效率这三方面的改进，我国北方地区采暖能耗至少可降低60%～70%。

除采暖外住宅能耗中的用电量为10～30度/（年.m2）。随着人们生活水平的提高目前呈上升趋势；生活热水能耗在大城市中也逐渐加大。推广节能灯和节能家电对降低住宅电耗有重要作用；改进建筑设计、降低夏季空调能耗，也可以使住宅电耗减少3～8度/年. m2,及时开发和推广高效的生活用水装置，可避免由于生活热水需要量的不断增长所导致的住宅能耗的增加。若是商业建筑，因为集中时效的负荷增加，相比较民用建筑，其建筑能耗更大。

2.2建筑节能发展遇到的问题

2.2.1机构不落实，法规配套不全。建筑节能工作除了应该注意建筑门窗、建筑屋顶和采暖制冷系统的用能效率外，建筑物的维护墙体节能也是十分重要的方面。但长期以来，建筑节能工作缺乏有力的管理机构，到目前为止很多地方仍未成立相应的建筑节能管理机构，因而建筑节能工作难以推动。

2.2.2从业人员的节能意识还需进一步加强。目前，建筑从业人员节能意识较为淡薄，专业素质不是很高，施工人员已经习惯了秦砖汉瓦的砌式砌法，对新型节能建筑的施工技术比较陌生，设计人员对传统的砖混结构房屋设计得心应手，对节能建筑设计却不是很熟，思想观念较为保守，怕担涉及风险。

2.2.3缺乏对应的积极鼓励政策。国家及地方缺乏对建筑节能的实质性经济鼓励政策，建筑节能缺乏必要的资金支持。我国建筑节能尚处于起步阶段，单纯依靠用户、建设方自发的行为无法实现建筑节能目标。国外发达国家为促进建筑节能工作的开展采取了许多积极地政策措施，如德国、丹麦等国家对旧有建筑节能改造

3、应在设计中采取的措施

3.1建筑设计的优化

建筑造型及围护结构形式对建筑物性能有决定性影响。直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平等。而这三方面涉及的内容将构成70%以上的建筑采暖通风空调能耗。不同的建筑设计形式会造成能耗的巨大差别。然而，建筑物是个复杂系统，各方面因素相互影响，很难简单地确定建筑设计的优劣。例如加大外窗面积可改善自然采光，在冬季还可获得太阳能量，但冬季的夜间会增大热量消耗，同时夏季由于太阳辐射通过窗户进入室内使空调能耗增加。这就需要利用动态热模拟技术对不同的方案进行详细的模拟测试和比较。

3.2新型材料

开发新的建筑围护结构部件，以更好的满足保温、隔热、透光、通风等各种需求，甚至可根据变化了外界条件随时改变其物理性能，达到维持室内良好的物理环境同时降低能源消耗的目的。这是实现建筑节能的基础技术和产品。主要涉及的产品有：外墙保温和隔热、屋顶保温和隔热、热物理性能优异的外窗和玻璃幕墙、智能外遮阳装置以及基于相变材料的蓄热型围护结构和基于高分子吸湿材料的调湿型饰面材料。自90年代起，我国自主研发和从国外吸收消化的外墙、屋顶保温隔热技术被慢慢的采用。尤其外墙外保温可通风装饰板、通风型屋顶产品、通风遮阳窗帘的使用，都大大提高产品的质量、降低建筑运行成本。

随着建筑形式的设计多样化、现代化、个性化，外窗和玻璃幕墙、玻璃金属幕墙、玻璃砖幕墙、木玻幕墙、加金属构件的综合幕墙等透光型护结构在建筑外立面中的使用越来越广泛。由于其在保温、隔热、采光和吸收太阳光等方面的多重功能，使其成为影响建筑本体能源消耗的主要因素。发达国家从90年代开始就十分重视外窗与玻璃幕墙的节能技术、新产品的开发和推广，可有效降低长波辐射、增强保温的低辐射 LOW-E 玻璃与玻璃夹层充惰性气体和断热窗框、断热式玻璃幕墙技术使外窗的传热系数（u值）从传统的单玻外窗的5.5W/(m2.k),降到 1.5 W/(m2.k) 以下，从而使透光型护结构的热损失接近非透光型围护结构。为了减少夏季通过外窗和玻璃幕墙的太阳辐射，在冬季又恰当地吸收太阳辐射，在各种可调节外遮阳装置和玻璃夹层中间设置可调节的遮阳装置并进行有组织的同排风，也是做好护结构的一项必不可少的措施。尤其大型公共建筑，更应采取有效的措施。此外还有，利用建筑围护结构蓄存热量，夜间室外空气通过楼板空洞通风使楼板冷却，白天用冷却的楼板吸收室内热量。这其实是利用了混凝土的惰性原理。在围护结构中配置适宜的相变材料则能更好的产生蓄热效果。

开发和推广上述先进技术，可使我国大型公共建筑能耗降低到冬季10 W/ m2的水平，仅为目前采暖能耗的1/3，空调能耗可以显著下降。其实，夏季空调的大量能耗是用于室内的温度调节同时如果能采用相变材料等辅助措施，可以在空气湿度高的时候吸收空气中的水分，使其转换为结晶水而封存在材料中，在室内空气相对湿度较低时有重新把水分释放回空气中。这样可维持室内相对湿度在40%-75%的舒适范围内，而不消耗常规能源。目前日本、欧洲都开展了相关研究，国内的研究开发也接近同等水平。这方面的突破将对改善住宅和普通公共建筑的夏季室内环境，降低空调能耗甚至在某些场合取消传统空调起到重大作用。

3.3通风装置与排风热回收装置

对于住宅建筑和普通公共建筑，当建筑围护结构保温隔热做到一定水平后，室内外通风形成的热量或冷量损失，成为住宅能耗的重要组成部分。此时，通过专门装置有组织地进行通风换气，同时在需要的时候有效的回收排风中的能源，对降低住宅建筑的能耗具有重要意义。欧洲在在这些方面已做出丰硕成果，通过有组织的控制通风和排风的热回收，大大降低了空调的使用时间，还使采暖空调期耗热量、耗冷量降低30%以上。由于以前我国建筑本身的保温隔热性能差，通风问题的重要性就远没有欧洲突出。因此相比之下有较大差异。目前需要积极开展相关的研究和产品开发与推广。

3.4可再生能源技术在建筑中的应用

可再生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能等多种形式。可再生能源日益受到重视。开发利用可再生能源世界能源是持续发展战略的重要组成部分。太阳能既是一次性能源又是可再生能源，资源丰富对环境无污染，是一种非常洁净的能源。应提倡在建筑中广泛应用。如何利用可再生能源满足建筑的制冷采暖需求，是建筑节能的一个重要课题。目前国内针对太阳能光电利用取得了一定的进展，太阳能热水器广泛应用。但是利用太阳能的深度广度还有待进一步开发。还有，风能也是一个可再生的能源，只是在有些地区不够稳定但怎样合理利用好，也是一个课题。所以可再生能源技术的发展一方面是降低产品成本，另一方面更重要的是如何将上述产品和装置有效地与建筑立面设计结合起来，使其成为建筑的一个画龙点睛的亮点和实实在在的好处。

大型公共建筑相互之间的能耗差异表明，这类建筑的节能潜力在30%以上。通过建筑节能改造、加强管理，杜绝跑、冒、滴、漏浪费现象，可实现节能5~10%；通过提高水泵、风机等输配设备的运行效率及应用变频调速技术，可实现节能10~20%；对于这样的建筑，就应该与欧洲的相对应的建筑学习，采用多种技术整合，在能源消耗上狠下功夫，做到一劳永逸、创造健康的建筑环境空间。

综述来说，我国建筑节能的重点应为：建筑本体的节能、采暖系统节能、提高照明和其他电器的效率、大型公共建筑节能。通过这四方面的努力，有可能使我国单位建筑面积平均能耗降低30%～40%，这意味着建筑节能有可能使我国总的能源需求量降低10%。采暖用能占我国北方城市建筑能耗的约50%，在可持续发展成为全世界所追求的目标时，建筑行业也在关注能源及环保的可持续发展问题。因此开展建筑节能工作任重而道远。

参考文献

[1] 毕宇欣著.建筑节能理论及设计应用

[2] 江亿著.中国建筑能耗现状及节能途经分析

[3] 杨秀著.我国城镇住宅建筑能耗分析