时间：2023-12-22 17:16:50
作者简介：王晓，博士，助理研究员，主要研究方向为中国低碳发展绩效与政策。
通讯作者：齐晔，博士，教授，博导，主要研究方向为气候变化政策。
基金项目：美国能源基金会项目“中国低碳经济研究”（编号：G-0911011739）；清华大学自主科研计划学科交叉专项“我国低碳发展若干问题研究”（编号：20101082050）。
摘要本文从食物全生命周期环节、温室气体类型、温室气体直接排放源三方面系统分析了1996-2010年我国食物全生命周期温室气体排放特征。从食物生产和消费角度，确定我国饮食结构的转变、化肥高投入的传统农业生产模式、食物损失浪费三大趋势是导致食物全生命周期温室气体排放增长的主要因素。并提出转变食物消费方式，实现营养均衡膳食结构，减少不必要的肉类消费；生产方式上逐步实现从传统农业向有机农业的转变；加强宣传引导，最大限度减少食物餐桌浪费，同时加强食物物流环节基础设施建设，将分销配销过程的损耗降至最低。通过食物生产和消费方式的转变与技术进步相结合的方式，构建出适于我国的绿色、低碳、可持续的农业生产和食物消费模式。
关键词食物；全生命周期；温室气体；饮食结构
中图分类号X24文献标识码A文章编号1002-2104（2013）07-0070-07doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2013.07.011
全球农业生产过程的能源消费碳排放、甲烷和氮氧化物排放占温室气体排放总量的11%-14%，农业成为全球温室气体主要排放源［1］。农业生产目的是提供人类生存必须的食物，从食物生产到消费的全过程看，服务于农业生产的化肥等投入品生产和运输过程，食物从田间到餐桌的运输、储藏、烹调过程均排放大量温室气体。
在气候变化的大背景下，国际社会尤其是发达国家已开始关注食物全生命周期过程的温室气体排放。美国、英国食物全生命周期温室气体排放分别占各自排放量的15%、19%，人均年排放量分别为3.1 tCO2-eq和2.7 t CO2-eq，欧盟25国和澳大利亚比例高达31%、30%［2-5］。国外研究显示，食物全生命周期温室气体排放与饮食结构、消费习惯关系密切。饮食结构的影响源自不同类型食物的温室气体排放系数差别较大。美国环境工作小组计算了美国各种食物全生命周期温室气体排放，动物性食物温室气体排放系数远高于植物性食物［6］。BernersLee研究显示英国的饮食结构是造成温室气体排放较大的原因，提出若以奶制品替代肉类甚至向素食转变可减少食物全生命周期排放的22%-26%［7］。随着消费水平的提高，餐桌食物浪费与日俱增，全球有1/3的食物被浪费掉，相应带来5%的不必要温室气体排放。国内尚未开展食物全生命周期温室气体排放的系统研究，从减缓气候变化方面多集中在技术层面，探讨减排途径、减排潜力及农业增汇措施［8-9］。对影响食物全生命周期温室气体排放的主要影响因素、各因素之间的内在联系及宏观发展趋势缺乏深刻认识。
本文系统分析了1996-2010年我国食物全生命周期温室气体排放特征，分别从食物生产和消费角度分析食物全生命周期温室气体排放增长的主要因素及潜在影响，旨在为政策制定和决策者提供参考依据。
1研究方法及数据
1.1食物全生命周期温室气体排放途径
食物全生命周期温室气体排放类型包含化石能源相关CO2排放及投入品生产、农业生产过程的非能源相关CO2、CH4、N2O排放（见图1）。
化石能源相关CO2排放来自农业投入品生产、农场/农户生产、农产品及食品加工制造、分销配销过程的运输冷藏、烹饪环节。农业投入品生产排放包括化肥、农药、农业机械折旧、农膜、饲料生产过程排放。
农业生产过程非能源相关CO2排放来自化肥（尿素）施用过程；CH4排放来自水稻种植、畜禽养殖的肠胃发酵及粪便管理过程排放；N2O排放来自化肥施用、畜禽养殖粪便管理过程排放；此外，化肥（硝铵类）生产过程也排放N2O。
图1食物消费全生命周期温室气体排放途径
Fig.1The greenhouse gases emission route of food
consumption during the life circle
注：植物性食物指粮食作物、油料、糖料、蔬菜、水果等经济作物；动物性食物指肉类（猪肉、牛肉、羊肉、禽肉）、蛋、奶、水产品。
1.2温室气体排放核算方法
王晓等：食物全生命周期温室气体排放特征分析中国人口・资源与环境2013年第7期1.2.1能源相关CO2排放
能源相关CO2排放根据化石能源消耗量、能源结构及各类能源的CO2排放系数计算。各环节能源消耗相关温室气体计算方法如下：
CO2i=Ei×∑nj=1pj×fi
式中：i表示食物全生命周期的农业投入品生产、农场/农户生产、加工制造、分销配销、烹饪环节；Ei表示i环节化石能源消费量，tce；j表示各环节所消耗的能源类型；pj表示j能源消费量占比； fj表示j能源的CO2排放系数，tCO2/tce。
（1）农业投入品生产能耗量及能源结构：假设技术锁定，以“十一五”期间平均能耗水平推算1996-2005年各产品生产化石能源消费量。①农药：生产1 t农药能耗约3 tce［10］；②农膜：生产1t聚乙烯消耗1.009 t乙烯，521 kWh电力，“十一五”吨乙烯生产平均综合能耗为1 007 kgce，即生产1t农膜能耗1.12 tce；③农业机械折旧：农业机械用材90%为钢铁，以钢铁能耗核算。农业机械钢铁用量由各类农机使用年限、数量及重量计算。“十一五”吨钢综合能耗707 kgce/t；④化肥：按氮、磷、钾肥分别计算。磷、钾肥生产以电力消耗为主，每生产1 t P2O5、1 t K2O分别消耗2 512 kWh、2 225 kWh。氮肥生产根据氮肥种类、大中小型企业比例及产品单耗、能源结构综合估算1 t氮肥（折纯）生产排放6.49 tCO2［11］。根据各年氮、磷、钾肥消费结构推算化肥生产温室气体排放［12］；⑤饲料：生产能耗包含在“农副食品加工业”统计中。
农药、农膜生产能源结构对应能源统计的化学原料及化学制品制造业，农业机械折旧能源结构对应黑色金属冶炼及压延加工业。
（2）农场/农户生产能耗量及能源结构：能源统计综合能源平衡表的农、林、牧、渔业终端消费量。
（3）加工制造能耗量及能源结构：能源统计的农副食品加工业、食品制造业、饮料制造业、烟草制品业能源消费量。
（4）烹饪能耗量及能源结构：清华大学建筑节能中心数据，我国每平方米建筑面积每年用于炊事的能耗量为1.5 kgce。城市能源结构以天然气为主，农村仅考虑商品能源消耗部分（不包括秸秆薪柴），能源结构对应能源统计综合能源平衡表的农村生活用能。
（5）分销配销能耗量及能源结构：缺乏直接统计数据，采用“投入产出法”的直接消耗系数和完全消耗系数计算各环节能耗系数［13-14］。计算农林牧渔水利业、农副食品加工业、食品制造业、饮料制造业、烟草制品业5大行业（16个子行业）的交通运输仓储相关的能耗，能源结构以油品为主。
1.2.2非能源相关CO2、CH4和N2O排放
针对日光温室设备简陋，环境调控与抗冻防病能力较弱，土地利用率与劳动生产率低的问题，在甘肃省蔬菜产业科技攻关项目支持下，研究与建造了9 座太阳能双效温室，现予以初报，供批评指正。
太阳能双效温室设计方案
设计目标
总体要求
一是将太阳能利用由单纯被动式方式，提升为主动与被动相结合方式，最大化收集与蓄存太阳光热，满足低温连阴时供热。
二是温室既要有增温防冻的功效，又要有控湿防病的功效，有利于作物生长发育及抑制病害，促进产品产量与质量的提高。
三是既保持冬季生产的优势，又提高温暖季增产增收能力。
四是优化温室建设性价比，改变由农民建造日光温室为工厂化制造和现场组装，同时，提升温室装备的现代化技术水平，增强温室环境的调控功能，减轻温室运营者的劳动强度。
性能指标
太阳能双效温室与现有第二代日光温室相比，土地利用率提高30%，太阳光热利用率提高40%，保温能力提高5 ℃，室内最低气温维持在12 ℃，自动调控室内空气温湿度在适宜范围，具有良好的建设性价比。第二代日光温室改造提升的太阳能双效温室每667 m2投入2～3 万元，工厂化制造的太阳能双效温室每667 m2建造成本12～15 万元。温室主体和设备的使用寿命达到15 年以上。
设计方法与技术路线
设计方法与技术路线见图1。
太阳能双效温室主体结构设计
现有第二代日光温室改造提升为太阳能双效温室
在现有第二代日光温室结构、材料基本不变的条件下，室内安装太阳能双效热泵系统；将墙体内面改为蜂窝状，提高墙体蓄放热能力。降雨、连阴天多的地方取消日光温室后屋面，使采光屋面的顶部直接搭放在后墙头，增强日光透射率，在后墙3 m高度安装支架，用于铺设水袋式太阳能集热器。
工厂化制造组装的太阳能双效温室
工厂化制造与组装的温室取消了日光温室原有的墙体与后屋面，采用了全钢架结构，温室分为内保温组装式和外保温组装式二种基本结构分类。外保温组装式太阳能双效温室的主要特点是：第一，墙体为双PC板20 cm夹层结构，冬季填充轻质高效保温材料提高保温性能，暖季抽出保温材料提高日光照度；第二，装备了太阳能集热系统和太阳能双效热泵机组；第三，温室具有较高的现代化水平。如图2。
太阳能热泵双效系统设计
该系统由太阳能集热器、热泵机组、蓄热池及自控装置等组成，以水为热媒。集热器把温暖季节及冬季晴天的太阳能收集转化为热能蓄存在温室，冬春低温连阴时向温室空间供热。当蓄热池不能连续供热，启动热泵把蓄热池中的低品位热量提升为高品位热量，向空间供热；同时，热泵还可将空气中的水蒸气及富余热量转为热水送入蓄热池，实现自动调控空气温度、湿度。主要设计内容如下：
太阳能集热器设计
为了经济实用，设计了既能集热又能散热的水幕式太阳能集热器与水袋式太阳能集热器。早上启动集热器，开始集热并蓄热，当室内气温低到设定值时由集热转为放热，当蓄热水池水温低于空气温度时，系统自动停止运转。
水幕式太阳能集放热器经过3 次试制定型为长2.5 m、高1.8 m、面积4.5 m2、厚度45 mm的模块化结构，由透明PC板、黑色PC板、挤塑保温板、PC龙骨组成。每667 m2太阳能双效温室安装28 个模块，集热总面积126 m2。循环水泵驱动功率0.75 kW。
水袋式集热放器是闷晒式水袋，采用黑色或蓝色筒状塑料薄膜制成，水平宽度1 m左右，长度比温室长度少1～2 m，水层厚度5 cm左右。水泵驱动功率为0.5 kW，水袋的水流速0.5 m/s。在11：00～15：00，气温-1～-9 ℃范围，水袋的静态水温达到47 ℃；当水池水温7 ℃，水袋的动态水温达到17 ℃。
就甘肃省环境条件而言，每667 m2太阳能双效温室中配置水幕式与水袋式两种集热器的总集热面积为160 m2。水幕式和水袋式太阳能集热器换热水流量3000 kg/h、流速0.1 m/s。温室外平均光照度80 kLx，温室内平均光照度50 kLx，平均集热时间6.5 h，蓄热水池27 吨蓄热水的平均温升7 ℃，日集热量达到792 MJ。
地下蓄热水池设计
蓄热水池容量是按太阳能双效温室抵御7 天以上低温连阴天，维持12 ℃室温所需要的热量配置。设计蓄热水池容量为30 吨/667m2。蓄热水池为地下建造，采用钢板焊接安装式、塑料板焊接安装式和钢筋砼现浇式，采取500 MJ厚三七灰土夯实保温和基础加固。蓄热水池与太阳能集热器、热泵的双效系统联合作业，设计日提升水温20 ℃，蓄放热温差40 ℃，蓄热总量5000 MJ，完全供热时间100 h。
太阳能双效热泵机组设计
热泵是国际公认的高效节能环保设备。太阳能双效热泵具有被动式与主动式太阳能双效特性，空气源热能与水源热能重复利用双效特性，调温与调湿双效特性。如图3。
热泵机组采用R410A冷媒。我们采用了自主创新并获中国发明专利的“套管反馈式液压外平衡通道和隧道射流流口双向双通道热力膨胀阀”（以下简称双向膨胀阀），蒸发温度范围-40～+60 ℃，过冷度与过热度同步调节，反应时间小于3 s，压力与温度的波折度小于5%，压力、流量、时间调节曲线圆滑、无突变，高质量调节。根据提取河水制热实验，河水流量约0.5 m3/s，河水水温2 ℃，外界气温-7 ℃，采用该热泵风机出风温度21 ℃，温室室温达到12 ℃。
太阳能热泵双效机组主要由空气换热器、仪器仪表、主机室组成，全部集成于立式机柜内。主机室则由压缩机、水换热器、双向热力膨胀阀等组成。太阳能热泵双效机组使用R410A冷媒往复式压缩机，采用分离式温差控制仪，空气换热器采用大风量管板式结构，水换热器采用不锈钢钎焊板式换热器，机体采用冷轧板烤漆防水、防腐制造。依据甘肃省地理、气象、种植三项主要条件，在保持温室适宜温度条件下的温差20～30 ℃范围内，每667 m2温室供热量50～100 MJ之间；因此，热泵机组定制规格为换热量72 MJh/台（MJh为兆焦时，以下同）。
① 设计基础资料 太阳能热泵双效机组按甘肃省环境设计的基础资料为：甘肃省位于北纬32°31′～42°57′、东经92°13′～108°46′之间，全省居人区域的海拔高度在1000～3800 m，年平均气温0～14 ℃，降雨量130～800 mm，年日照时数1700～3300 h，年太阳辐射强度5000～6500 MJ。
② 空气换热器配置 空气换热器用于温室内空间换热和供热。
备注：tm表示对数温差，Kc表示换热系数，Qh表示热泵空气冷凝器热交换的热量密度，Ar表示空气换热器的换热面积，Gf表示风机换热器单位时间换热流量。
③ 水换热器配置 水换热器用于空间与水之间的热转换。
备注：tm表示对数温差，Kc表示换热系数，Qh表示热泵空气冷凝器热交换的热量密度，As表示水换热器的换热面积，Gs表示水换热器单位时间换热流量。
④ 压缩机配置 温室在低温条件下需要保暖的启动温度设为12 ℃，热泵在温室高温条件下换热的启动温度设为25 ℃。
备注：h1～h4分别表示R410A冷媒的蒸发热焓、压缩热焓、冷凝热焓、节流热焓。
太阳能双效温室建造与测试
永昌试验温室
永昌县地处河西走廊中部，年平均气温5.3 ℃，极端最低气温-28.3 ℃，年日照2880 h，年日照率66%，年降水量210 mm。永昌试验基地位于金昌市永昌县城西4 km，海拨2008 m。
这是第一座太阳能双效温室，为外保温组装式的太阳能双效温室，跨度7.4 m，长62 m，脊高4.2 m，空间1960 m3，全钢架结构，PC板夹层式墙体。建造冷轧板焊接蓄热水池2 座，分别为高温水箱和低温水箱，尺寸与容积均为2.5 m×2.5 m×2.5 m和15 m3。测试时高温水箱存水11 吨，低温水箱存水10 吨。
温室装备了太阳能热泵双效系统1 套。配置3 种类型的太阳能集热器，即：面积58 m2整体型水幕式太阳能集放器，面积57 m2水袋式太阳能集放热器，面积10.44 m2真空管太阳能集热器。配置日本三菱R410A热媒涡旋式高温型压缩机1 台，风量4000 m3/h、换热面积36 m2空气换热器1 台，流量3500 kg/h钛管式水换热器1 台。
温室于2012年2月建成，因电压低，热泵机组不能运行。3月24～25日对3 种太阳能集热设备进行集热效果测试。测试结果表明，水幕式与水袋式太阳能集热器集热效果优于真空管式太阳能集热器。
在平凉建造了一座代表陇东生态类型的太阳能双效温室（图4）。该地海拨1120 m。平凉年平均气温10.8 ℃，年日照2380 h。温室跨度7.5 m，长50 m，脊高4.2 m，空间1280 m3。温室提高了后墙，将前屋面延长到后墙顶端，增加光热。在后墙3 m高设置水袋式太阳能集热器支架，水袋有效面积40 m2。温室其他结构不变。
平凉试验温室装备20 MJh太阳能热泵双效系统1套，装备美国康泰R410A冷媒高温型往复式压缩机1台，3400 m3/h轴流式风机1台、28 m2管板式空气换热器1台，2000 kg/h钛管式水换热器1 台。建设现浇钢筋砼地下蓄热水池1 座，有效容积15 m3。
3月22～23日测试。水池存水27.5 吨，气温4～16 ℃，上午多云间晴、下午晴间少云，室温8.3～34.2 ℃，对照温室的室温6.1～31.8 ℃。热泵运行8 h，冷凝温度57～73 ℃，水池水温上升3 ℃，计算得热量345.7 MJ。平均电压350 V，计算电耗29.1 kWh。计算换热效率为345.7MJ÷（3.6 MJh×29.1 kWh）=330%。
榆中试验温室
榆中试验温室建造了外保温组装式太阳能双效温室（图5），建设地点位于甘肃中部兰州市榆中县城郊，海拔1850 m，年无霜期180 天，年平均气温6.8 ℃，冬季极端最低气温-19.7 ℃，年日照时数2600 h，年太阳辐照量5600 MJ。
该温室长66 m、跨度10 m，面积660 m2，空间2290m3。结构为特型槽钢棚架，PC板夹层式墙体，夹层厚度20 cm。夹层中间充填专制的高效环保保温蓄热材料。
保暖负荷
以气温-19.7 ℃、维持室温12 ℃为条件，保暖热负荷为95.3 MJh。根据当地极端低气温和连阴天等气候特征，设计保暖运行的累计时间为36 h，蓄热水池的蓄放热温差为40 ℃，总蓄热量4000 MJ。
主要配置
① 地下蓄热水池 镀锌钢板焊制，容水量25吨，埋深3 m。
② 太阳能热泵双效机组 配置2台机组分别安装在温室东西两端。总换热量150 MJ/h，总换气量26，000 m3/h，总输入功率9.36 kW。
③ 太阳能集热器 配置水幕式太阳能集热面积80 m2，驱动功率0.75 kW。水袋式太阳能集热面积55 m2，驱动功率0.5 kW。
换热效率测试
榆中试验温室的太阳能双效温室，测试的太阳能热泵双效机组，在温室高温、高湿条件下的运行情况：地下蓄热水池存水17 吨，热泵给水池蓄热的启动室温27.2 ℃，相对湿度87%，热泵装机功率7350 W；蓄热水池的水温上升1 ℃所用的时间为45 min；此时，室温降至24.7 ℃，相对湿度降至71%，蓄热水池的蓄热量Qr=4.19G（tq-tn）=71 MJ，式中，4.19表示水的比热容，单位kJ/（kg.K）；G表示蓄热水量；（tq-tn）表示蓄热水蓄热前后的温差，即：温差为1 ℃。平均电压370 V、总电流13 A，电度表显示功耗5.6 kWh。使用蓄热量与功耗计算，太阳能热泵双效系统换热效率为352.2%。
皋兰试验温室
兰州市皋兰县水阜乡长川村建造了第二代日光温室改进的太阳能双效温室2 座。如图6。这里海拔1614 m，年平均气温7.2 ℃，极端最低-25.4 ℃，年平均日照时数2768 h，年平均降水266 mm，秋季干爽，冬季干冷。温室跨度8 m、长80 m，脊高4.5 m，空间2292 m3，温室地面下沉0.4 m，砖包土墙钢架结构。温室主体结构村料仍属第二代日光温室。室内配置水幕式太阳能集放器、地下蓄热水池、双效热泵机组及自动控制装置等。水幕式太阳能集放热器为模块式结构，垂直安装在温室后墙前，安装面积140 m2，共用28 个模块，供回水管采用DN40钢丝软管连接。蓄水池有效容积36 m2，总埋深3.45 m，池顶距地面1.4 m，为现浇钢筋混凝土结构，池壁采用防水砂浆五皮防水处理。共配置3 台双效热泵机组，分别安装在东、西山墙位置。每台机组配置1 台5HP涡旋式高温型压缩机，设计单位面积装机功率为8 W/m2，因此，装机总功率 11.03 kW，总排气量42.66 m3/h，总换气量39000 m3/h；总换热水量10 t/h。该二座温室将于2012年11月中旬峻工。
天水试验温室
天水试验现场是工厂化制造的内保温组装式太阳能双效温室。如图7。地处海拨为1230 m；年平均气温11 ℃，冬季极端最低气温-17.4 ℃；年降水量600 mm；年日照时数2520 h。天水试验现场是农业企业，共建4 座温室，其中2 座单栋、2 座连栋。单栋温室东西长60 m，南北宽11 m，建设面积660 m2；连栋温室为十连栋，每座东西宽48 m，南北长84 m，建设面积4032 m2；总建设面积约0.94 公顷。
太阳能集热器的配置：单栋温室只配水袋式，放置在温室南北两边，长度为温室东西长度（60 m），宽度为1 m，水层厚度50 mm，水袋四周用120砖砌围埂，底部土壤夯实后用两层塑料泡沫包装软膜隔热保温。连栋温室北、西、南三面墙边设水幕式太阳能集热器，东面设水袋式太阳能集热器。水袋式设置方法与单栋温相同。水幕式为单元整体型，每单元高2 m、厚0.45 m、长20 m，共配置16 个单元，有效总集热面积576 m2。在2号连栋温室修建总水站，建了6 个钢筋混凝土现浇水池，总容水量120 m3。水站集蓄水、蓄热、灌溉为一体。同时，又将该试验农场东边一条小河的河水引入温室，通过太阳能双效热泵机组转换河水中潜热热能，用于温室保暖。
太阳能热泵双效机组配置：共配置11 台太阳能双效热泵机组，总换热量500 MJh，总换气量143 K・m3/h，总循环水量55 t/h，含太阳能换热循环水泵、热泵机组循环水泵、河水提水水泵、灌溉用水泵，以及热泵机组在内，总装机功率57 kW。
天水试验现场已于2012年10月开始育苗和栽培。
天水试验现场的测试：2012年10月28日，实测气温3～24 ℃，北风1～3级，晴间多云；室外平均日照900 kLx，室内平均日照700 kLx；四台热泵机组同时加热地下蓄热水池的 20 吨水，机组总装机功率14.7 kW，水泵功率1.5 kW；运行6.5 h水温由10 ℃提升至27 ℃，机组与水泵总耗电 110.6 kWh；不考虑地下水池散热之影响，17 ℃温升共获得热量 394.4 kWh，耗电110.6 kWh的换热效率为 356%。平均每吨水、每提升1 ℃耗电0.05 kWh。
讨论
本项研究获得的研究经费较少，还不够建造1 座工厂化制造组装的太阳能双效温室。目前的9 座占地约13，000 m2的太阳能双效温室系科研单位与龙头企业及农民专业合作社自筹资金建造。这表明，太阳能双效温室设计建筑方案已初步被人们所认同。有关领导部门也十分关注与支持，《太阳能双效温室建造技术试验示范》已被列入2012年度甘肃省农业科技创新项目。
温度虽然很低，但天开云散，阳光灿烂，持续了2个多月的阴霾终于告别了北京。早就听说北京顺义有个滑盖式日光温室，一直希望有机会去看看。为了实地观察、学习这种温室结构，一大早我就约了北京卧龙农林科技有限公司的总经理李晓明，想在北京最冷的这一天着重探究一下滑盖式温室的保温性能。
温室建筑结构
滑盖式日光温室发源于辽宁，发明的初衷是想颠覆传统日光温室土（砖、石）墙结构被动式储放热：一是将温室结构改变为完全组装式结构，提高温室结构构件的标准化生产程度和温室的建设速度；二是将日光温室的柔性外保温被改变为刚性彩钢保温板，彻底解决柔性外保温被防水性能差、密封性不好、不耐老化、使用寿命短、易结冰等问题，提高温室的保温性能；三是改变传统日光温室主要依靠墙体被动式储放热的思想，完全采用主动集热、储热和放热的理念，实现对温室环境的人工自主控制，保证温室的运行效果。
基于上述理念，滑盖式日光温室从形式上也采用了传统日光温室由南向采光面和北向保温面组成的东西延长单跨温室结构（图1）。但与传统日光温室不同的是该温室结构采用了落地式非对称圆拱形大棚结构，大棚的北屋面采用了永久覆盖材料轻质保温彩钢板（图1b），从而替代传统日光温室后墙和后屋面。而南屋面为采光面，覆盖透光塑料薄膜和夜间保温板，其中保温板采用了与北屋面相同的覆盖材料，白天打开、夜间覆盖，完全替代了传统日光温室活动保温被（图1a）。除此之外，温室的两侧山墙也采用了与温室屋面相同的轻质保温材料，并将南侧半面设计为可推拉开启的模式（图1c），东侧山墙上午打开采光，下午关闭保温。同理，西侧山墙上午关闭保温，下午打开采光，可有效提高
温室的进光量和室内长度方向光照的均匀度。
由于温室墙体材料、保温材料以及温室建筑形式的变化，温室承重结构也相应发生了改变。一是采用了完全组装式落地拱形式，彻底改变了传统日光温室墙体占地面积大、施工速度慢的局面，有效提高了日光温室的土地利用率、温室建造速度以及构件工厂化制造标准化程度；二是采用保温彩钢板做温室围护结构，大大提高了温室的保温性能和密封性，并且基本解决了围护材料的防水问题，保温材料的使用寿命也得到大幅度的延长。
这种温室结构采用了非对称半拱形落地拱，而且新增的拉动保温滑盖的传动机构对结构增加了额外压力，所以该温室结构的用材也较传统日光温室桁架或单管屋面拱架有所改进。目前，这种结构采用的拱架形式主要有两种：一种是用和传统日光温室前屋面拱架相同的平面桁架结构，间距1m（图2b）；另一种是在传统平面桁架间增设加强屋架（图2a），两榀屋架间设置3道平面桁架。显然，后者的承载能力高于前者，但其用钢量和造价也相应提高。在实际推广应用中，我们应结合建设地区的风雪荷载，精准分析其结构内力，从而选择经济有效的温室结构和用材。
保温滑盖板驱动系统
保温滑盖板驱动系统是该温室的核心技术。为了驱动前屋面保温滑盖板，该设计采用了钢缆驱动系统（图3）。系统由电机减速机、钢缆驱动轴、驱动钢缆、保温滑盖板、滑轨及换向/导向轮等组成。电机减速机安装在沿温室长度方向中部的屋架上，在温室跨度方向的位置基本在接近屋脊的南侧位置，1栋60m长的温室安装1台电机减速机。电机减速机采用双轴动力输出方式，以电机减速机为中心，沿温室长度方向双向设计动力输出轴。电机减速机的双轴输出轴分别连接沿温室长度方向布置的钢缆驱动轴，每2榀或3榀拱架（桁架/屋架）布置1组驱动钢缆，驱动钢缆的两端都固定在驱动轴上（两个端点紧邻，但不在同一个位置，图3b）。驱动钢缆的一端绕过驱动轴伸向温室的后屋面，到达温室后屋面的下部（滑盖外边缘在后屋面可能到达最低位置以下、温室基础顶面标高以上位置）后通过导向轮变向后穿过后屋面固定保温板（图4a），在后屋面的外部再通^换向轮变向（图4b）后连接到滑盖（活动式前屋面保温板）的下边沿（后缘）；驱动钢缆的另一端反向绕过驱动轴伸向温室的前屋面，到达前屋面的基部后通过导向轮变向后穿过前屋面（图5），在前屋面外部再通过换向轮变向后连接到滑盖的前缘。滑盖和前后两根驱动钢缆形成一个闭合传动系统。通过电机减速机的正反向转动，带动钢缆驱动轴正反向运行，从而拉动保温滑盖在温室屋面上的运动，实现滑盖的开启和关闭。
为保证密封，钢缆穿过温室后屋面和前屋面时，应用现场发泡的聚氨酯密封孔洞（图4、图5）。
钢缆在室内的走向基本沿骨架的方向布置，在温室骨架上安装导向轮，以适应骨架的弧形变化，保证驱动钢缆线不影响室内作业。室内导向轮有2种：一种是常规的支撑滚轮式导向轮（图6a），主要安装在温室较高位置，钢缆线无须精确导向到设定的方向和位置；另一种是长筒形导向轮（图6b），可以将钢缆精确导向到指定的位置和方向，主要安装在温室内钢缆可能影响温室作业的下部位置以及钢缆穿越温室前后屋面的位置（图4a?图5a）。
钢缆在室外的走向则是内嵌在滑盖滑轨内（图1a、图5b）。滑轨为C形钢，滑盖下部沿滑轨方向安装若干滚轮，滚轮在滑道内运动。随着滑盖的上下运动，钢缆也在滑轨内往复运动。
对屋面滑盖的设计有的采用1块整体板，有的采用了2块板。后者的灵活性更大，如图7所示（图中N为固定不动保温板，W、Z为可活动滑盖板），当W、Z两块滑盖板全打开时（此时，W、Z、N3块保温板全部叠落在一起（图7a），温室的采光面面积加大，后屋面在温室中基本不会形成阴影。而在早晚时段，室外温度较低，可将2块滑盖板中的其中1块滑动到保温位置，使前屋面部分采光，既减少了温室的散热，也延长了温室的采光。
为节约建造成本，两侧山墙的滑板采用人工推拉的方法启闭（图1c）。
温室通风系统
该温室的通风系统采用了日光温室常用的自然通风
系统，由屋脊通风口和前屋面通风口组成。屋脊通风口沿温室屋脊方向通长设置，采用齿轮齿条开窗机构，由电机减速机驱动，可自动控制（图2a）。温室前屋面通风口有两种形式：一种是间隔设置在前屋面中下部的内翻窗（图8a、图8b）。这种通风窗采用齿轮齿条和电机减速机驱动，能自动控制。通风窗口外设置固定的防虫网，可有效防止害虫进入温室。但这种开窗通风方式的通风口面积小，并且由于窗扇为下旋开启，雨雪天气开窗时雨水容易通过窗口进入温室。这种开窗方式适合冬季室外温度较低的地区。另一种是安装在前屋面底脚沿温室长度方向通长开启的手动通风窗（图8c）。这N通风窗增大了温室通风口面积，通风时进风均匀，但需要人工手动启闭，操作费时费力，容易导致通风不及时。而且该方式的温室进风口在前屋面最低处，进入温室的冷风直接吹袭作物，容易引起温室前部的作物受冻。此外，开窗齿条在窗户关闭后会伸进温室内，在一定范围内影响温室作业。这种开窗方式也可以加装电机减速机电动控制，实现自动控制，适合在温室运行期间室外温度较高的地区使用。
温室保温与采暖系统
由于没有传统日光温室被动储放热系统，该温室在注重保温的基础上采用了太阳能集热器集热热水供暖和室内热空气地中热交换提升地温等加温方式。在极端低温情况下，还使用了生物炭临时加温技术。
温室保温系统
该温室的保温系统包括采光面的滑盖保温和保温面的固定保温两部分。采光面滑盖保温就是用聚苯板保温彩钢板材料，按照温室采光面的弧形制作成弧形板，替代传统日光温室的保温被。这种材料强度高、保温性能稳定、热阻大、防水防潮、使用寿命长，其综合性能优于柔性保温被（包括草苫、闭孔发泡聚乙烯、针刺毡保温被等），而且不使用卷帘机，节约了温室室外空间。
保温面固定保温是在使用聚苯板保温彩钢板材料的基础上，室内再增加一道附加保温措施，进一步提高温室的保温性能。后屋面室内附加保温的措施有2种形式：一种是在固定彩钢板的内侧粘贴柔性岩棉等保温材料，并在柔性保温材料的外侧张挂反光铝箔（图9a）。这种保温方法可根据温室建设地区冬季室外温度的高低来增加或减少柔性保温层的厚度。室内铝箔反光幕不仅保护了柔性保温材料，提高了温室保温层的密封性，还有效改善了温室后部的光照环境，因此温室的综合光温环境变好，但总体建设成本也相对提高。另一种是用塑料薄膜完全遮盖固定保温彩钢板，避免彩钢板接缝处的冷风渗透。在此基础上，再安装一套完全脱离固定保温彩钢板的手动卷膜二道幕保温系统（图9b）。这种方法建设成本低，温室保温密封性能高，在二道幕和温室固定保温板之间还能形成一个空气间层，利用空气的隔热能力来提高温室的保温性能，也是一种不错的选择。
太阳能集热器集热热水采暖系统
该系统在日光温室北侧沿温室长度方向独立设置了2排太阳能集热器（图10a），白天太阳能集热器接受太阳能，并通过水媒介质，把太阳能转换为热能保存在热水中，并将热水循环储存在日光温室西侧的热力房（图10b）中的储热罐中（图10c）；夜间关闭太阳能集热器和热水储存罐之间的循环回路，开启热水储存罐和温室内散热器（图11）之间的循环回路，将储热罐中的热量通过散热器释放到温室中，实现对温室的加温。
空气循环地中热交换地温提升系统
太阳能集热系统主要是提升温室的空气温度。为了进一步提升温室的地温，该温室配置了一套空气循环地中热交换系统（图12）。在靠近温室屋脊的后部位置按照一定的间隔设置收集热风的送风管（图12a），送风管的进风口安装送风风机（图12b），将室内高空热空气送入送风管，送风管沿着温室后墙竖直布置，将热空气导流到埋设在沿温室长度方向布置的后走道下的垂直气流分配主管中。垂直气流分配主管按照一定间隔沿温室跨度方向设置气流分配支管，将热空气均匀导流到温室土壤中，通过支管和土壤之间的对流换热将空气中的热量传导到土壤中，从而提高温室的土壤温度。气流分配支管的末端安装弯头将支管内的气流从地下导出地面，再通过末端三通（图12c）将尾气扩散到温室的前底脚，最终释放到温室中，从而形成完整的气流回路。
白天，当室内空气温度达到设定上限温度后启动系统运行，将室内空气中的多余热量储存到温室地面土壤中，提高温室地温；到夜间，当室内温度降低到设定下限温度后，启动系统运行，也可将温室地中热量回抽到温室中，起到提高室内空气温度的作用。实际管理中，可视地温和空气温度的高低合理开启风机，从而使温室达到理想的空气温度和地温。
生物质型煤应急加温系统
温室虽然配备了太阳能热水加温系统和空气循环地中热交换系统，但在遇到连续阴天等没有太阳光或太阳能不足以满足温室热损失时，为保障温室的正常运行，该温室还配备了应急加温系统，就是在温室的走道上，每隔15～20 m，用砖铺地，在其上放置2块生物质型煤（图11），每组型煤可持续燃烧达4 h左右，只要在半夜更换1次型煤即可获得温室一夜的供热。100 m长的温室，按照20 m间距布置，共需要布置5组，每夜需要燃烧型煤20块。这种措施，可以用在任何形式的日光温室中进行临时应急加温。但由于生物质型煤内含有较多的蜡质，燃烧后室内石蜡气味很浓，白天应及时通风换气，否则会影响操作人员和植物的健康。
作物栽培系统
据种植者介绍，2015年底到2016年初的雾霾严重影响了温室的生产，当前温室内种植的作物是在上一茬作物受冻后重新定植后移栽的。
温室内种植方式采用了基质盒栽的方式（图13a），并采用滴箭滴灌的灌溉方式，即每个盒内插2支滴箭，供水主管沿温室长度方向布置，支管沿温室跨度方向布置，滴箭安插在支管上。
为了避免作物直接吊挂在温室骨架上引起骨架变形，进而影响温室滑盖系统的平稳运行，温室作物支撑系统单独设立了一套支架系统，在支架上安装纵横两级吊线，吊挂作物（图13b）。
一、系统特点：
该系统是在温室外(温室顶部)安装遮阳网。其主要作用是夏季的遮阳、降温，使阳光漫射进入温室，保证室内作物免遭强光灼伤，同时能降低室内温度4℃～6℃。通过选择不同遮阳率的遮阳网和调节幕网的开合位置，以满足不同作物对阳光的需求。在外网选择方面除了考虑使用寿命、强度、保温、节能效果外，尽量选择遮阳率高的遮阳网，以使降温效果更好。外网一般选用黑色平网或折叠网。
二、系统类型与基本组成：
系统类型按驱动方式可分为钢索驱动机构和齿轮、齿条驱动机构。钢索驱动机构主要由减速电机、驱动轴、轴承座、驱动线、上、下幕线、换向轮等组成。齿轮、齿条驱动机构主要由减速电机、驱动轴、轴承座、齿轮、齿条、推杆、支撑滚轮等组成。
电控箱控制遮阳网的展开与收拢。通过行程限位开关实现自动停车，也可手动开停，还可配备温控、时控、光控设备，与气象站系统联机，实现微机自动控制。
遮阳网按外形有平网和折叠网，按材料又分为纱网、铝箔网、镀铝网等。外遮阳网一般选择黑色纱网。
内遮阳系统
一、系统特点：
该系统是在温室内部安装遮阳网。夏季在室内阻隔多余的太阳辐射，并使阳光漫射进入温室，均匀照射作物，保护作物免遭强光灼伤，同时降低室内温度。若与湿帘风机降温系统进行配合使用，更能大大提高降温效能，使室内降温换气的空气体积更少，气流更加通畅。在冬季和夜间，该系统可以有效地阻止红外线外逸，减少热量流失，缩小加温空间，减少热能消耗，从而降低温室的运行成本。
选择不同的遮阳网和调节遮阳网的开合位置，可形成不同的遮阳降温效果。该系统能有效保持适宜的室内空气湿度及防流滴功能，减少灌溉用水，以满足不同作物对阳光的要求和作物在形态结构和生理机能上形成各自的特殊要求，从而提高作物的品质和效益。
二、系统类型与基本组成：
该系统类型与基本组成和外遮阳系统基本一样，但在遮阳网选择方面有所区别。
遮阳网：分透气型和保温型。
透气型遮阳网是在保温型遮阳网上去掉了聚酯薄膜条，直接由铝箔条和纱线交错编织而成，从而形成开孔结构，空气能自由地穿过幕布而不影响通风，主要用于自然通风温室及炎热气候环境下的温室降温。其良好的透气性即使在系统闭合状态下，也能保持良好的效果，最大限度地降低室内温度。
关键词 温室气体排放; 清单研究; IPCC; 重庆市
中图分类号 Q148:X321 文献标识码 A
文章编号 1002-2104(2012)03-0063-07 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2012.03.011
中国目前正处于高速的工业化和城市化进程中，经济发展与能源资源约束的矛盾越来越突出，加上全球温室气体减排带来的巨大外部压力，使得中国必须转变经济增长方式，走低碳发展之路。城市是低碳发展的主要执行单元，因此，探索低碳发展的路径，积极推进低碳城市建设，不仅符合全球“低碳化”的发展趋势，也是落实国家提出的温室气体减排目标的必然要求。2008年初，国家建设部与WWF（世界自然基金会）已联合推出“低碳城市”模式，并以上海和保定两市为试点。迄今为止，北京、河北、上海、江苏、浙江、广东、山东、四川等多个省市也纷纷提出了低碳城市建设规划。
重庆市作为中国西部地区唯一的直辖市，也是全国统筹城乡综合配套改革试验区，在促进区域协调发展和推进改革开放大局中具有重要的战略地位。但是重庆市仍处在工业化发展中期，城市化水平较低，面临的发展压力相对全国总体而言更大，未来相当长时期经济发展对能源需求的高速增长与温室气体减排的矛盾将会更加突出。与地处东部、经济相对发达的城市相比，探索重庆这一老工业基地的低碳经济实现模式对于广大的西部地区而言具有更强的示范意义。因此，对重庆进行温室气体排放核算与评价具有重要的理论与实践意义。
本文从定量的角度入手，全面制定了重庆市温室气体排放清单以掌握温室气体排放结构。温室气体清单核算范围在传统能源过程、工业过程和碳汇三大过程的基础上，添加了农牧业过程、湿地过程和废弃物处置三大过程。通过对城市温室气体排放量的核算，掌握城市温室气体的排放现状和主要排放源，并提出有地方特色的减排和政策措施。本研究第一部分对城市尺度温室气体排放的相关研究进行了整理，从国内和国外两个方面进行总结，为重庆市温室气体排放核算提供借鉴；为了对温室气体排放现状进行系统分析，第二部分编制了重庆市详细的温室气体排放清单；第三部分根据编制的排放清单对重庆市温室气体排放量进行了综合测算，并分析了主要碳源和碳汇；针对重庆市温室气体排放评价结果，最后给出了针对重庆市“十二五”规划的温室气体减排建议。
1 城市尺度的温室气体排放研究综述
目前在西方发达国家已经建立了以排放为中心和以需求为中心的两种方法，对城市尺度的温室气体排放的清单进行研究［1］。其中，以排放为中心的温室气体排放模型研究还没有建立起一个普适的方法，目前一般采用IPCC确定的温室气体排放模型。该模型排放量计算复杂程度取决于许多因素，包括①排放者数量及在该地区发挥的功能，数据的可得性和准确性；②估算的范围，即直接温室气体排放、间接温室气体排放和全生命周期排放。加拿大ICLEI［2］开展了城市编制气候行动计划，目前已有700多个城市参加了这项计划，且开发了广泛应用的城市清单法，包括两个层面三个范围。其中两个层面主要是指政府管理层面和社区管理层面，三个范围则包括直接温室气体排放、电力、热力间接排放和活动上下游排放（类似于全生命周期排放）。以需求为中心的温室气体排放模型，不仅仅关心城市的空间范围内排放量，而且将城市作为一个能源和材料需求的中心。Kennedy等［3］开发了以需求为中心的混合生命周期方法，该方法以需求为中心，既考虑最终能源使用相关的城市直接温室气体排放，又兼顾与支撑城市的主要物质相关的间接温室气体排放，是一种混合温室气体清单方法。
国内针对城市的温室气体清单编制仍处于研究层面。蔡博峰等［4］系统介绍了现今国际上主流城市温室气体清单研究的思路、方法和原则，并完成了北京市温室气体排放的案例研究。郭运功［5］对各种温室气体排放系数进行总结，构建特大城市温室气体排放量的测算方法，以上海为例对能源利用情况进行梳理，核算上海温室气体排放总体情况，并运用STIRPAT模型分析人口、经济、城市化和技术对排放的影响。李风亭［6］等采用IPCC推荐的系数法对上海市的碳排放和碳吸收进行定量计算，并将上海市碳排放与国内外类似地区和城市进行比较，确定了上海市碳排放水平。朱世龙［7］核算了北京市历年温室气体排放，并与29个省份的温室气体排放及外国典型区域温室气体排放比较，分析了北京市温室气体排放现状。袁晓辉和顾朝林［8］借鉴ICLEI 2009温室气体清单方法，从直接温室气体排放层面梳理了北京温室气体排放清单，研究北京温室气体排放现状。徐思源［9］参照IPCC清单指南方法对重庆城市区域层面2007年的CO2排放进行了测算，根据对数平均迪氏分解法（LMDI）分析了重庆市能源消费CO2排放的驱动因子。Yang 和 Chen［10］运用LMDI方法对重庆市2004-2008年工业部门碳排放的影响因素分解为4部分：能源结构、工业结构、碳强度以及工业产出，深入分析各部分对工业部门碳排放的影响。
本文在以往排放研究的基础上，拟通过温室气体排放清单的编制，全面核算城市尺度的温室气体排放量。温室气体排放的核算不仅仅限于CO2，还包括N2O和CH4的排放；除了主要能源活动和工业过程以外，还核算了废弃物处置过程、农业过程、畜牧业过程以及湿地过程的温室气体排放。研究结果对重庆市各种排放源和碳汇的全面核算对于重庆市的低碳经济发展具有一定参考价值。
2 重庆市温室气体排放清单研究
2.1 碳源分析
碳源（Carbon Source）指造成温室气体排放的任何过程或活动，其数量用二氧化碳当量CO2e表示。本研究中，城市区域核算时，主要考虑化石燃料燃烧和逸散过程、工业过程 、农牧业过程、废弃物处置以及湿地过程五大过程产生的CO2、CH4、N2O这3种温室气体。
2.1.1 能源活动
重庆一次能源主要是煤炭、天然气和水电。重庆自身没有石油资源，主要是从外省调入，这在很大程度上限制了油料消费水平，使其在能源消费结构中的比重较低。重庆能源消费结构长期以煤炭为主，煤炭所占比重基本维持在75%左右。重庆市油料消费的增长幅度在近10年内增长了3倍以上，但是石油消费比重和全国25%的平均水平有很大差距。天然气消费比例占14.82%，远高于2.7%的全国平均水平。截止2008年底，重庆全市发电装机容量共1.1×107 kW（含企业自备电源），其中水电装机4.2×106 kW（占37.7％），火电装机6.9×106 kW（占62.1％），新能源2.4×104 kW（占0.2％）。统调电网装机容量共8.6×106 kW，其中水电装机2.5×106 kW（占29.59%），火电装机6.0×106 kW（占70.12%），新能源2.4×104 kW（占0.29%）。目前，重庆市的电力供应尚不能满足国民经济发展的需求，每年仍需要大量外购电，外购电量主要来自四川、二滩、三峡、贵州、华中地区。
2.1.2 水泥产量
水泥是国民经济发展的重要基础原料，水泥工业与经济建设密切相关，在未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要建筑材料。由于重庆工业化和城镇化进程的加快，基础设施建设的持续推进，水泥消费继续保持较高的水平。10年来，重庆水泥工业产量从1997年8.6×106 t增长到2008年3.2×107 t，年平均增长率为25%。消费也同步增长，从1997年8.6×106 t增长到2008年3.2×107 t，增长了2.75倍左右。水泥工业技术进步，可靠性提高，其中新型干法水泥占全市水泥总产量的29.8%。
2.1.3 农牧业活动
水稻是重庆市第一大粮食作物。水稻生产的发展对重庆市农业发展、农村经济增长、农民增收及满足社会需求等具有重要意义。近年，重庆水稻种植面积比较稳定，2008年约为67万hm2。直辖以来，重庆市畜牧业发展整体稳定。除猪的养殖数量偶有波动之外，其他品种数量基本稳定。重庆市在“十二五”期间，将以荣昌为核心，加快建设重庆市现代畜牧业部级示范区，发展现代畜牧业。
2.1.4 废弃物
1997年以来，重庆市生活污水化学需氧量产生量比较稳定，工业废水化学需氧量排放量呈现先上升后下降的趋势。重庆市工业固废产生量呈现不断上涨的趋势，但因固废综合利用率提高，工业固废处置量却呈现下降趋势。根据“十二五”规划，重庆市2020年工业固废综合利用率将达到90%左右。此外，城市垃圾主要包括生活垃圾、花园垃圾、商业垃圾，因此可降解有机碳含量较高，而工业固废主要是橡胶、建筑拆除物、溶剂等，可降解有机碳含量较低。由此可以看出，生活固体废物可降解有机碳含量占有绝对优势。
2.1.5 湿地
重庆市湿地分为天然湿地和人工湿地两类。天然湿地主要有河流湿地、湖泊湿地，人工湿地主要包括库塘湿地。据中国林业统计年鉴多年数据显示，重庆市湿地面积（不包含水稻田面积）为4.3×104 hm2。其中河流湿地（含三峡库区）的面积为3.2×104 hm2，占全市湿地面积的73.19%；天然湖泊湿地面积278 hm2，占全市湿地面积的0.64%；人工库塘湿地面积1.1×104 hm2，占全市湿地面积的26.16%。
2.2 碳汇分析
重庆市历来重视林业建设与生态环境保护，积极推进退耕还林、天然林管护等重大工程建设，森林碳汇能力得到明显增强。到2008年底，重庆市林业用地面积3.3×106 hm2，森林蓄积量1.2×108 m3，森林覆盖率33%。重庆市累计共建成自然保护区51个，面积9 131.3 km2，占重庆市面积的11.1%；建成森林公园69个，面积1 928.31 km2，占重庆市面积的2.3%。主城建成区绿化覆盖率达36.31%，人均公共绿地9.92 m2。重庆市生态状况良好，对保证三峡库区的安全、改善人居环境、调整农业结构发挥了重要作用。
同时，重庆市从2008年起全面实施森林工程。预计到2020年，将完成新造林1 100万亩，改造低效林1 000万亩，建设城市绿地18万亩；森林覆盖率达到45%，城市建成区绿化覆盖率达到37%，绿地率达到33%，道路绿化率达到80%，水系绿化率达到80%。将都市（主城九区）建成国家森林城市，非都市区31个区县建成市级森林城市；建成95个森林生态镇和3 000个绿色村庄；实现全市山地森林化、农田林网化、社区园林化、庭院花果化，把重庆建成长江上游生态优美的经济中心［11］。
2.3 温室气体排放清单
本文通过重庆市碳源和碳汇的分析，结合现有资料，编制重庆市温室气体排放清单。清单主要包括能源活动、工业过程、农业生产、废弃物处置、林业碳汇以及湿地过程几个大类。其中，能源活动的核算主要包括农林牧副渔业、建筑业、交通运输、仓储及邮电通讯业的能源消费，工业生产的能源消费以及居民生活的直接能源消耗产生的温室气体排放；工业生产主要核算水泥的生产过程中产生的温室气体；农业活动的包括种植业和畜牧业（主要是动物反刍）的CH4排放；废弃物的温室气体排放核算包括工业和生活废弃物两大类别；湿地包括全年或一年中部分时间被水覆盖或浸透、且不属于林地、农田、草地等其他类别的任何土地，主要有泥炭地和水淹地两大类型；此外，林业碳汇的变化也会对温室气体排放量产生影响，包括生物量变化和土地使用类型转换引起的碳汇变化。
3 重庆市温室气体排放核算
3.1 核算方法
根据编制的重庆市温室气体排放清单，本研究采用IPCC国家温室气体核算方法，分析重庆市1997-2008年温室气体排放结构与变化量。温室气体的排放核算主要包括能源活动、工业活动、农业活动、废弃物处理以及林业、湿地过程温室气体排放的估算，具体核算方法如下：
能源燃烧的温室气体排放核算主要根据《2006 IPCC国家温室气体清单指南》［12］中推荐的缺省方法一。其中化石燃料燃烧产生的温室气体包括燃烧过程排放的CO2和火力发电过程排放的N2O，此外，还对生物质燃烧CH4排放和燃料溢散过程CH4排放进行了估算。
工业过程中非化石燃料燃烧引起的排放，主要来自水泥、钢铁生产过程的化学反应。水泥的生产过程碳排放量是最大的［13］，因此，本研究中主要考虑水泥生产过程碳酸钙的分解产生的温室气体，温室气体种类此处主要考虑CO2的排放。根据中国气候变化国别研究组［14］提供的方法进行计算。
农业活动中温室气体来源主要包括反刍动物消化道、动物粪便管理过程和稻田的CH4排放，以及农田及动物粪便施用过程中N2O的排放。本研究中主要考虑反刍动物消化道、水稻田的CH4排放。采用的方法包括06指南推荐的方法一［12］。
固体废弃物处置过程中CH4的排放主要考虑四个方面：城市生活固体废弃物处置、工业固体废弃物处理，城市生活污水和工业生产废水。其中生活污水和工业废水的核算方法主要根据《06指南》推荐的方法一［12］；由于国内主要以填埋作为废弃物处理方式，城市生活和工业固体废弃物CH4排放的估算主要计算的是废弃物填埋过程的温室气体CH4的排放。采用IPCC推荐的基于一阶衰减的方法［12］。
林业温室气体碳汇主要包括三部分，林地土地利用类型不变的前提下，生物量增长引起的碳汇增加，其它土地使用类型转换为林地时的碳汇变化和生物量减少造成的碳汇损失［12］。本研究中假设转换为林地的其他土地适用类型都是耕地。
湿地包括全年或一年中部分时间被水覆盖或浸透，且不属于林地、农田、草地等其他类别的任何土地。对于湿地生态系统而言，进出大气层的净碳流量来自光合作用从大气中摄入的碳和分解作用释放的碳之间的差额；而且不同湿地的碳摄入和衰减损失的速率受气候、可获养分、水浸透或可获氧分等众多因素的影响，具有明显的时空差异。一般而言，湿地主要分为泥炭地和水淹地两大类型来讨论其温室气体排放。通常做法是将湿地面积与排放因子相乘得到温室气体排放量。
3.2 数据来源
3.2.1 碳源数据
本研究中一次能源数据来自《重庆统计年鉴1998-2009》［15］和《中国能源统计年鉴1998-2009》［16］。电力方面，按照重庆水电和火电的装机容量比，得出各部门最终消费火电的比例，并假设外省调入的电力都是火电，电力无出口。部门分类采用《重庆统计年鉴1998-2009》［15］分类法。水泥生产和消费的数据均来源于《重庆统计年鉴1998-2009》［15］。稻田数据来源于《重庆统计年鉴1998-2009》［15］，重庆市水稻分为早稻、中稻和一季晚稻、双季晚稻，以中稻和一季晚稻为主，所以假设重庆种植的水稻都是中稻和一季晚稻（种植期120-150日）。反刍动物的数据来源于《中国农村统计年鉴1998-2009》［17］。城市生活垃圾和工业处置废弃物数据来源于《重庆统计年鉴1998-2009》［15］。湿地数据来源于《中国林业统计年鉴1998-2009》［18］。
3.2.2 排放因子数据
一次能源的CO2排放缺省因子采用IPCC（1996）［19］的赋值。在本研究中，考虑到从电力和供暖最终消费时没有产生CO2，对电力估计采用实际能源消耗原则［20］。该原则考虑能源的实际使用，也就是说，电力和热力能源最终消费是基于生产地区的能源投入来估计。假设火电的一次能源消耗全是煤炭，那么排放量是基于供电标准煤耗校正因素366克标准煤/千瓦时（中国平均值）［21］和火电比例71.5％（重庆平均值）计算的。可再生能源的CO2排放因子被认为是零。火电厂N2O的排放系数采用IPCC［19］的缺省排放因子。
逸散过程采用IPCC［19］的缺省排放因子。天然气生产过程中CH4的排放因子取值为0.012 19 Gg/106 m3气体产量，天然气输送过程中CH4的排放因子取值为0.000 633 Gg/106 m3可售气体；油料生产过程中的逸散排放因子取值为0.002 2 Gg/103 m3，运输CH4排放因子为2.5×10-5 Gg/103 m3运输的油料。对于矿深为200 m-400 m的矿井，煤矿开采过程中CH4的缺省排放因子为18 m3/t，煤炭开采后CH4的缺省排放因子为2.5 m3/t，废矿CH4排放因子为1.035×106 m3/矿，常温常压下（即20℃、1个大气压）CH4由体积转化为质量的转换因子为0.67× 10-6 Gg/ m3。水泥生产过程CO2排放采用中国平均水平0.38 tCO2/t水泥［14］。
各种圈养牲畜消化道发酵CH4的排放因子，采用IPCC 06指南的缺省排放因子［12］；水稻田的排放因子参照重庆的土壤类型、水稻品种、气候等特点，采用IPCC 06指南的缺省排放因子［12］，不含有机添加物的持续性灌水稻田CH4的基准排放因子取值1.3 kg/hm2/日，不同水分状况的换算系数取值0.78，种植期前季前不同水分状况的换算系数取值1.22，有机添加物类型和数量变化的换算系数取值1，土壤类型、水稻品种等换算系数取值1。
废水处理采用IPCC的《06指南》推荐的方法一［12］，缺省最大CH4产生因子取值0.25 kgCH4/kg COD。固体废弃物参照IPCC的《06指南》［12］亚洲和中国缺省因子。
依照不同类型的水淹湿地，采用缺省数据河流水面和淡水湖泊温室气体排放因子的平均值为0.036 1 g CH4/m2•d，0.066 2 g CH4/m2•d［22］；温带水库的排放因子为1.394 g CH4/m2和7.605 mgCH4/m2［23］。
3.3 温室气体排放现状分析
根据3.1所述方法，计算得到重庆市1997-2008年温室气体排放量（见表1）。可以看出1997-2008年重庆市总温室气体排放量呈现出上升趋势，由1997年的6.64×107 tCO2e（吨二氧化碳当量）上升至2008年的1.53 ×108 tCO2e。尤其是2002年以后，增长速度不断加快，说明随着城市化率的不断上升，温室气体的排放呈现正比增长的趋势。此外，各种温室气体排放过程中，增长幅度较大的依次是外购电力、工业过程、能源消费过程。废弃物处置过程和农牧业过程温室气体排放量略微下降。碳汇吸收CO2能力比较稳定，未出现较大波动。
另外，一次能源燃烧过程占据碳源排放的绝大部分，是最大的温室气体排放源，2008年其比例达到65.31%（见图1）。其次是废弃物排放过程，占8.61%；工业非能源过程，占7.92%。排放量最小的是湿地过程。可以看出传统核算能源消费温室气体排放的方法明显低估了城市温室气体排放量，其他过程不可忽略。从温室气体排放种类而言，2008年CO2排放量占总排放的80.39%，是主要温室气体，但CH4（折合为CO2E）占19.53%，同样不可忽略。此外还有0.08%的排放来自N2O。工业过程中，水泥生产过程温室气体排放是工业过程最大排放源，占据工业过程的绝大部分，2008年达到92.01%。其次是钢铁排放，约为7.89%，还有1.11%来自电石生产。
由图2可以看出，与重庆市温室气体排放总量的变化趋势相反，万元产值温室气体排放量从1997-2004年持续降低，主要是由于能源消费增长速度始终小于经济增长速度，能源消费强度不断降低，而重庆市能源消费导致的温室气体排放占总排放量的比重最大，因此导致碳排放强度不断降低。2005年单位产温室气体排放量出现了较为明显的反弹，是由于2005年能源消费量大幅增加，能源消费强度出现了明显反弹，表现为第二产业比重增加以及居民生活消费快速增长。其中， 2005年第二产业比重41.0%，比2001年上升了2.0个百分点，尤其是工业比重为33.3%，比2001年上升了1.6个百分点；另外，煤气和天然气在居民家庭中的广泛使用导致居民能源消费增长加快。2006年以来，重庆市节能降耗工作取得了一定实效，能源消费弹性系数和能源强度不断下降，导致碳排放强度不断降低。因此，在重庆市未来发展低碳经济的过程中应继续围绕国家2020年单位GDP的CO2排放比2005年下降40-45%的目标，设定相应的碳强度减排目标。
4 结论与展望
本文从定量的角度入手，制定城市温室气体排放清单，掌握了温室气体排放结构，并采用温室气体排放清单方法核算重庆城市区域层面温室气体排放现状，确定重庆排放水平。在本研究中，温室气体排放的核算不仅仅限于CO2，还包括N2O和CH4的排放；除了主要能源活动和工业过程以外，还核算了废弃物处置过程、农业过程、畜牧业过程、湿地过程的温室气体排放，无论是核算的温室气体种类还是活动类别都更为详细，对重庆市低碳发展具有一定参考价值。
核算研究结果显示，1997-2008年重庆市总温室气体排放量呈现出上升趋势，由1997年6 636.43万 tCO2 e上升至2008年的15 338.39万 tCO2e，说明伴随着重庆市城市化进程的发展，温室气体排放量呈现正比增长，重庆市面临巨大的减排压力。同时，重庆市单位产值温室气体排放量却不断降低，说明节能减排工作目前已取得了一定成效。在温室气体的排放类别中，增长幅度较大的是一次能源消费过程、外购电力和工业非能源过程，尤其是一次能源燃烧排放。因此改变能源结构应成为重庆市低碳发展的重要方向。
根据重庆市1997-2008年温室气体排放的变化情况，可以明确重庆市未来发展低碳经济的工作重点，做到减少碳源排放和增加碳汇面积并重。“十二五”期间政策建议主要有：①改善能源结构，大力发展清洁能源，尤其是天然气、核电、水电、风电和太阳能，逐步扩大清洁能源在能源消费中的比例，从而减少一次能源尤其是煤炭燃烧产生的温室气体排放量。②减少工业过程温室气体排放，尤其是控制六大高耗能产业的排放，限期淘汰落后产能和高能耗生产设备，提高行业准入门槛；加强高新技术产业园区建设，大力发展信息、生物材料、新能源等高新技术产业，逐步替代传统重化工业，从而减少第二产业尤其是工业生产的温室气体排放量；推进重点企业的燃煤锅炉改造、热电联产、电机节能等重点节能工程的节能降耗工作，降低单位产品的能耗、实现能源梯级利用和热电联产项目，以提高工业能源利用效率。③依托重庆原有林业资源优势，通过造林和再造林、加强森林管理等措施增强森林碳汇；同时，健全重庆森林生态效益补偿机制，采取有效措施保障林业碳汇工程建设，制定市场化准入标准，通过引入碳汇交易强化重庆市森林碳汇的发展与完善；大力发展CCS技术。④使用推广低排放的高产水稻品种和水旱轮作栽培技术，提高水稻收获指数；实施以推广秸秆还田、免耕及少耕为主的沃土工程，有效降低作物的CH4排放量；科学饲养畜禽，推广集约、高效、生态畜禽养殖技术；改善反刍动物的营养成分，降低畜产品生产的CH4排放强度。
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Greenhouse Gas Inventory and Emission Accounting of Chongqing
YANG Jin JU Liping CHEN Bin
(State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)
Abstract Nowadays, irrational energy consumption and GHG emission in China have exerted great pressure on the task of energy saving & consumption reduction and restricted the harmonious development of urban areas. Thus, the building of lowcarbon city is regarded as a promising way to cope with these issues. As Chongqing City is the only municipality in West China and one of the pilot low carbon cities, it is of great theoretical and practical importance to research into the status of GHG emission in Chongqing. The paper considered the emissions from energy activities, industry processes, waste disposal, cropping and breeding industry and carbon sink of wetland and forest to monitor the performance of greenhouse gas in Chongqing. Results showed that there was an uprising trend of greenhouse gas emission in Chongqing from 66.36 million tCO2e to 153.39 million tCO2e in the study period. However, with the increase in GHG emissions, there was a decreasing trend in CO2 emissions per GDP in Chongqing. In addition, primary energy consumption and purchased electricity have made up the largest proportion of GHG emission. Based on the analysis of the results, policy implications of reducing emission and increasing forestry land in the Twelfth Five Year Plan Period of Chongqing are given finally to guide the development of lowcarbon economy.
摘要：
从节能降耗的设计思路出发，对涂装车间烘干室进行优化设计研究，同时考虑设备的耐用性、清洁方便、可维护等方面，得到新型烘干室结构；用有限元仿真软件进行烘干室内流场仿真分析，验证设计的可行性；根据按照设计及仿真优化结果的烘干室进行实际运行结果，对比传统烘干炉，验证了新型烘干室的高效节能。
关键词：
烘干室；高效节能；理论分析；数值模拟；对比分析
随着清洁生产和精益化生产要求的进一步提高，汽车涂装线的设计过程和生产过程都越来越注重能耗的减少和污染物排放的降低，因此必须应用有关的先进工艺设备和技术为汽车生产线服务。作为汽车生产流程中重要的一环，涂装车间的节能减排具有非常重大的意义。烘干炉作为涂装生产线的能耗大户，节能减排的观念必须融入到设计研究中的每个环节。烘干炉系统是涂装生产线的重要设备之一，其主要作用是对喷涂后的车身进行高温烘烤，使得附着在车身表面的湿漆膜在高温条件下交联固化，形成性能优异的漆膜。烘干炉热源一般采用天然气，通过加热装置对炉体内的循环空气进行加热，并使其升温至工艺温度，该工序最大的特点是工作温度高，同时排放废气中夹杂着油漆高温烘烤过程中的挥发成分，对环境有较大危害，具有能耗高和废气污染的双重特征。
1烘干室简介
烘干炉系统一般包括：烘干室、加热系统、排废气系统、废气处理系统、冷却系统，输送系统，控制系统。烘干室是烘干炉的主体设备，工件烘干在烘干室内完成，烘干室又分为外部室体和内风管，内风管通常按照工作阶段分成多个区。外部室体的内部壁板密封焊，外部一般为波纹板，中间设有保温层，保温壁板考虑减少热桥。工件在烘干室内，根据油漆烘烤要求需要较高的温度，因此烘房通道考虑烘烤特性外，还需考虑设备热胀冷缩、设备易于检修、更换耗材、方便清洁等特性。为使被涂物工件加热均匀，在整车涂装领域，对流烘干室应用非常广泛。对流烘干室是利用热空气为载热体，通过对流的方式将热量传递给工件涂层，使涂层得到干燥。常规烘干炉采用工件两侧送风，而工件的底部通常是结构复杂，升温速度较慢的区域，为了使工件各个位置都满足烘烤要求，通常需要提供烘干的环境温度。如何突破常规结构烘干炉的性能瓶颈，降低烘干炉运行温度，更有效地达到提升烘烤效果又能降低热量消耗是对烘干室优化设计的目的。
2高效节能烘干室的设计思路
2.1室体通道截面仿形设计
传统烘干室通道为矩形结构设计，底部留有机械化运输空间，顶部留有回风通道空间，如图1左所示，这种非仿形的设计导致烘干室通道容积相对较大。按12m长工艺区段来计算，通道内高3m，内宽2.6m，通道容积为93.6m3。而烘干室内部通道采用车体仿形结构设计后，按同样的工艺区段长度计算，通道容积为70.4m3。新型烘干室内部通道采用仿形设计，通道内体积仅为传统烘干室的75%，对应加热功率也随之降低，在循环风量不变的情况下，提高了炉内热风循环次数，提高加热复杂结构的厚板件的能力。
2.2内部风管喷嘴按车型排布
（1）由于车体本身并不是连续的室体，存在车窗等空腔部位，且车体不同部位钢板厚度不一致。如图2左所示，传统的喷嘴布置会使得整个通道内高温气流与车体的均匀对流换热，反而会造成车体温度不均匀，出现过烘的情况。采用如图2右所示的喷嘴布置，将内部风管喷嘴对准不易加热的车体区域，加强局部区域的换热系数，增加不易加热的车体区域与循环风的换热量，最终达到减小车体温差的效果[1]。
（2）汽车生产的发展方向为个性化定制、柔性化生产，为保证不同车型的烘干需求，可采用烘干室通道内多设置喷嘴，针对不同车型进行喷嘴的封堵，保证将喷嘴对准不易加热的车体区域达到相应的效果。
2.3新型车身输送装置
（1）传统烘干室内的车体输送设备直接安装于烘炉内底部，如图3左所示，输送装置使得在炉内通道高度增加，通道总容积变大；同时，输送装置在烘干室升温过程中需要吸收大量热量，运行过程中也会产生一定的热损耗[2]。新型烘干室将车体输送装置隐藏于底部腔体中，将电机与传动装置置于烘干室外，仅露出需要与车体接触的辊子结构。这种结构输送设备在炉内重量仅为传统结构的20%，同时有效地降低了炉内高度，减小了通道的总容积，同样按12m长工艺区段来计算，加热炉通道总容积减少了9.6m3，占13%。同时极大的减小了输送装置在烘干室升温过程吸收和运行过程损耗的热量。
（2）输送设备传动部分隐藏于底部，同时将动力部分置于室体外部的设计，不仅减少了能耗，也降低了输送设备因受热产生机械疲劳的风险。
（3）传统烘干室的车体输送需持续加注高温油，设备易积污，且结构复杂，造成清洁难度大；新型烘干室的输送设备在炉内结构简单，且隐藏于底部，不宜积污，清洁也非常方便。
（4）传动装置和驱动电机布置在炉外，彻底解决高温链条难题，维修与保养时较为方便，不需要进入室体通道内造成维修的困难和对炉内的污染。
2.4烘干室体底部送风
（1）车体在炉道内烘烤过程中，车身底部、车门内部等都有烘烤要求。传统烘干室由于机械化输送的限制，无法做到底部直接送风，往往采用室体底部喷嘴斜向车体底部送风的方法，或者改变室体底部为倾斜面结构，设置喷嘴专门进行底部斜向送风，如图4左所示。而实际生产中以上两种方法效果并不理想。采用新型烘干室结构，由于车体输送设备隐藏在室体底部，如图4右所示，实现在室体底部设置送风喷嘴，热风直接与车体底部进行热交换，避免车底温度偏低，影响漆膜质量的情况出现。同时由于实现了烘干室内车体各部位的均匀升温，无需为难烘烤部位提高烘干温度，整体耗热量降低。
（2）烘干室的底部送风同时也实现了室内通道无流场死角，减少内部死角和积油，提高烘干室内部的清洁效率。
3烘干室的模拟仿真数值计算
烘干室内部流体介质的流动和传热是相当复杂的过程，计算设计任务比较繁重，随着人们对计算流体力学和数值传热学的不断深入研究，基于CFD软件的数值模拟分析已成为研究复杂传热过程的主要途径[3]。采用数值模拟分析可以模拟不同工况下的流体流动状态、温度场、压力场等，用数值模拟技术进行流场换热参数设计分析具有求解速度快、可操作性强、可重复性高等优点，可以通过改变模型结构参数和初始边界条件来模拟不同工况下的流场及温度场，进而对不同操作工况的求解结果进行对比分析，得出最佳的参数。本次研究通过对传统烘干室与优化后的新型烘干室建立仿真模型，按实际生产情况设置流体温度与速度参数，对比研究车体在不同烘干室内的温度变化情况。
3.1建立几何模型
对传统及新型烘干室建立几何模型，如图5、图6所示。两模型外部尺寸与内部车体尺寸一致，送回风管道入口位置与大小一致。新型烘干炉模型相比较传统烘干室模型采用了室体通道仿形、喷嘴按车型排布、新型车身输送装置、室体底部送风的优化措施，其中车身输送的优化在模型中体现为车身距离室体底部高度的降低。为简化集合模型，烘干室内所有平面均为光滑平面，喷嘴采用圆柱型的简化结构，车身采用与实际车身主要外形尺寸一致的简化模型，不表达车身复杂的钣金与开孔等结构，保留车窗等所有流体流通通道。
3.2仿真参数与条件设置
（1）模拟假设
在烘干室中的换热过程主要是介质与车体表面换热，包含导热、对流、辐射的复杂传热过程，为了简化计算作出如下假设：烘干室的入口风速处于稳态；室体壁面的黑度各处均匀；忽略车身表面漆膜的物理属性；烘干室内的气体认为是不可压缩流体。
（2）控制方程
在本次烘干室模拟仿真中，连续相的流动与换热是基于连续性方程、动量方程、能量方程和计算湍流的方程进行数值模拟。
（3）初始与边界条件
入口为速度入口边界条件，热风循环量为30000m3/h，对应风速为8.5m/s，热风进口温度为140℃。出口条件为压力出口边界条件。烘干室体外部设置为壁面条件，与外界以稳定的对流换热系数散热；烘干室内部设置为壁面条件；内风管过滤器采用多孔介质设置，保证循环管风量为30000m3/h时压降为200Pa左右；车身设置为壁面条件，壁面根据实际车身不同部位的厚度与间隙设置为不同的厚度。不考虑烘干室前后流场的影响，设置烘干室前后出口为壁面条件。
（4）计算方法
采用瞬态模型，模仿升温区升温过程，设置热风加热时间为5min，每10s记录一次烘干室模拟仿真结果。
3.3仿真结果对比分析
模拟仿真结果如图7、图8所示，关注的是车身平均温度随时间的变化曲线，及车身最大温差随时间的变化曲线。从仿真结果中提取对应的参数，得到以下两张温度随时间变化的曲线图。从图9可以看出，新型烘干炉相比较传统烘干炉，车体温升速度快，在5min内车体平均温度接近120℃，传统烘干炉在同样时间车体平均温度只达到110℃；同时，由图10可以看出，由于喷嘴的仿形排布与底部喷嘴的作用，新型烘干炉的最大温差远小于传统烘干炉。
4新型烘干室运行效果
新型烘干室制作安装完成情况见图11。目前，根据理论优化设计与模拟仿真验证后的烘干室已制作完成并投入实际生产，烘干炉按工艺分四个工作区，烘干炉运行情况良好，根据炉温曲线如图12所示，包含空气温度及车体关键点的温度变化曲线，从图中可以看出，无论是在升温区，还是在保温区，新型烘干室内车身都存在升温响应迅速，温差较小的优点。对新型烘干室对应的烘干炉系统进行整体能耗测量，包括天然气耗量、用电量、废气流量与温度、室体表面温度等参数，相比较传统烘干室，节能约20%，符合高效节能烘干室的设计初衷。
5结语
节能降耗是涂装设备设计一贯追求的目标，传统烘干室存在空间布局不合理、运行成本高、清洁维护困难等问题，本次研究专注于烘干室这个单一设备，通过理论分析、模拟仿真和运行验证，最终解决了上述问题，得到高效节能的烘干室，收到了良好的效果，在行业内具有推广价值。由于烘干室、车身与输送设备的结构复杂性，以及设备试制的时间与成本问题，在理论研究基础上进行模拟仿真是今后的主要方向。本次研究没有考虑烘干室前后流场的影响，且对车身进行了较大的简化，模拟仿真的结果局限于进行对比研究，能够做到模拟结果与实际生产过程相一致，指导调试与生产是今后研究的方向。
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【关键词】节能设计；建筑结构；问题探讨？
引言：加强建筑节能意识，重视建筑节能设计，从而避免能源危机的不断加剧。在不影响建设使用舒适度的基础上，减少耗能、提高建筑能源的利用率是当前我国建筑节能设计的主要任务，设计人员不断创新节能型建筑的设计方法，认真做好建筑节能设计工作。？
1.关于建筑结构的总体规划设计上节能所要考虑的因素？
1.1 在建筑选址上。建筑基地应避免选择在凹地、洼地、山谷等处，因为冷气流在凹地里会产生“霜洞”效应，为确保建筑物的底层的室内温度，会造成更多能量的消耗。因此，应尽量选择避风、向阳地段作为建筑基地。？
1.2 在建筑布局上。建筑布局应充分、综合考虑以下要素：当地的气候特征、自然环境、人的活动特点、建筑物功能、生态平衡。设计合理的楼体排布的方案，应坚持以下原则：争取和利用日照条件、组织气流、减少热损耗、防止出现风漏斗、考虑冬夏两季的寒冷和高温气候影响。在实际的建筑布局规划时，还可以通过相关建筑手法来改善和提高日照条件，比如利用山墙空隙；多排多列楼栋进行错位布置；点式住宅在朝向好处布置，条式的布置在点式后面，争取日照。？
1.3 在建筑形态形态上。节能建筑的形态的要求很高，一是体型系数小、二是夏季日辐射得热少、三是有利于冬季避寒风。而实际上符合这三种需求的建筑形体一般都不相同，所以必须考虑各种制约因素的影响，包括当地气温、建筑朝向、日照辐射、围护结构的实际保温效果、环境因素等，通过对得热、失热情况的分析对比，优化和重新组合各因素，就可以得到最佳需求。如果只从夏季得热方面分析，把建筑的进深从8米加大到14米，能够降低11%至33%的建筑耗热指标，所以对于面积大于1000平方米小于8000平方米的住宅，控制进深为12米到14米对建筑节能起到很好的积极、有利作用。？
1.4 在建筑间距上。合理的建筑间距，能够提高建筑的室内日照水平，保证充足的日照量，提高室内温度，同时对人身体健康、心理健康也有积极影响作用。斜屋顶方法是确保建筑的日照要求满足的基础上能尽量缩小建筑间距。？
1.5 在建筑朝向上。选择建筑朝向时，应充分考虑以下因素的影响：一是高温季节减少太阳对卧室外墙和室内的直射；寒冷季节保证室内有适量日照；夏天的通风良好，冬天能防止冷风吹袭；节约用电；考虑当地地形条件；尽量满足组合建筑需求。？
2.关于建筑单体设计上要考虑的因素？
2.1 合理控制体形系数？
通常情况下，建筑的体形系数应控制在小于0.3。因为建筑表面积越小，则热损失越小，对建筑节能就越有利，因此应控制建筑的平面、立面尽量减少凸凹面的存在，当然，个别部位的点缀并不碍事。在这里处，平面型通常都是长方形，表现为行列式，能增加冬天室内的阳光照射，减少夏天的强烈太阳辐射，此外，通过合理科学组织穿堂风，也能促进空气对流，小范围内制造出适宜的气候，减少能源的消耗。？
2.2 门窗、屋面的节能设计？
首先，窗户对住宅建筑具有很大的影响，不但是太阳辐射热量的来源处，也是失去室内热量的关键位置。满足住宅的采光和通风基础上，节能住宅应尽量扩大南向开窗面积，减少北向开窗面积。其次，由于门口和阳台有大量的冷风渗透到屋内，为减少热量损失，节能建筑可以选择安装保温门。再次，虽然屋面热量占整个建筑物并不大，只有9%，但它直接影响着住宅顶层房间的室内热环境条件，出现冬冷夏热现象。因此，提高屋面结构的保温效果也是降低能耗的主要措施。？
2.3 新型节能材科的应用？
实用粘土砖的保温性能差、耗能高还浪费土地，如今已经被国家限制使用，同时推广加气砖、石膏板、轻质板材等。门窗的材料也越来越环保和节能，不再是过去的钢和木，目前最流行的是塑钢制品，在施工时还加入嵌入式的橡胶密封胶条，有效减少了窗户的空气渗透量，大大提高了气密性。？
3.加强建筑节能技术的应用范围？
3.1 墙体节能？
3.1.1 建筑保温节能设计？
建筑的保温设计主要有内保温、外保温两种。建筑内保温主要是指在建筑外墙结构的内部加做保温层，优点是施工方便简单、施工速度快、施工技术比较成熟，而且不用加防水层、保温材料不受室外雨水的影响、保温效果良好。建筑外保温是指在建筑外墙的外表面做保温层，然后在上面覆盖防水层。优点很多，分别有：一是保温层设置在建筑结构外侧，等于为建筑物加了一层保护衣，能够有效避免太阳辐射对外墙砌体的影响，减少墙体的应力损害，保护建筑物的主体结构，延长建筑的使用寿命；二是能够避免外墙的梁、柱、门窗之间形成散热通道，减少热桥的产生。三是增加了建筑使用面积。四是保温效果很好，能够大大减少室内温度的波动。五是在气温很高的夏季，外保温材料能够很好的发挥其强大的隔热作用，防止墙体升温过快，降低内表面的温度，增加室内舒适度。？
3.1.2 建筑隔热节能设计？
建筑的隔热设计，不仅要在建筑的外墙部位设置，而且要在屋顶设置，因为屋顶是建筑结构中受太阳辐射影响最大的部位。隔热设计也有两种方式，分别是隔热构造隔热以及使用隔热材料隔热。常见的隔热材料有热反射类、板块类、填充类。空气层的隔热是目前比较常用、价格低廉而且隔热性能良好的隔热方式，是一种把“空气”当作隔热材料的特殊方法，其隔热原理是降低传热从而实现隔热，像空气间层的厚度和密闭程度、热流方向、两侧表面的光洁度等因素都会对其隔热性能造成影响。空气层的隔热目前主要运用在炎热气候地区的双层窗、墙体和屋面，隔热效果很不错，同时设置在墙体部分的空气间层还能起到保温和隔热的双重效果，但水平构件是只能隔热的。？
3.2 屋面节能？
常用节能屋面有架空型保温屋面、高效保温材料屋面、倒置型保温屋面以及浮石砂保温屋面。平屋顶一般都是使用加气混凝土保温，把厚度增加到50毫米到100毫米。50～100mm。其他还有用浮石砂、水泥珍珠岩、水泥聚苯板保温。而坡屋顶通常会在天棚上铺设绝热材料。？
3.3采暖节能？
常见的采暖节能技术是水源热泵技术，主要是利用地下水、湖泊、河流等地表浅层水源中的地热能和太阳能所形成的低温低位热能资源，运用热泵原理，输入少量的高位电能，实现低位热能的转移。其中，地下水的温差波动小，在外界气温对比下，直接表现是冬暖夏凉，是很好的空调冷源和热泵热源。？
4.结语？
综上所述，？针对我国当前建筑结构能耗的现状以及建筑规模的不断扩大与能源资源越来越紧张的矛盾，我国的建筑结构设计需要做好相关的整体规划设计与单体设计工作，促进节能设计在建筑结构设计中的应用，进一步促进我国建筑行业的节能化发展，最终更好地服务于我国的可持续发展战略。
参考文献
[1]柯晓灵.浅谈绿色建筑的结构设计方案[J].科技与企业，2012（13）.？
【关键词】民用；建筑；节能
0.序言
目前我国现状而言，建筑能耗占社会总能耗的26.7% ，单位建筑面积能耗是发达国家的3倍，新增建筑80% 以上是高能耗的。应该说，建筑节能已迫在眉睫。我国北方住宅建筑，如若不采取保温节能措施，建筑物室内各部位能耗所占比重为：屋面热能损耗约为总能耗的12%，地面约为5%，门窗约为40%，外墙最大，约为43%。现在我国要全面实施建筑节能50%（不含北京、天津等城市）的目标，建筑物维护结构是热能损耗最大的部位，采取外墙保温是一项最重要的节能措施，研究证明采用适当的外墙保温技术可以将建筑外墙能耗降低到8%左右，即节能约35%，节能效果显著 。哈尔滨属严寒地区，必须充分满足冬季保温问题，一般可不考虑夏季防热。现就建筑结构的保温隔热措施加以介绍。
1.墙体保温
1.1墙体保温技术
目前，根据当地条件推广的建筑节能技术有：
1.1.1外墙外保温技术
多种内保温复合体在节能工程中较为广泛应用，应选用性能价格较好、表面不致产生裂缝的技术。用KF嵌缝腻子及玻璃纤维网带作板间嵌缝，可以避免裂缝，也可用网布加强的饰面石膏面层的聚苯板保温。其类型有EPS板薄抹灰外墙外保温系统、胶粉EPS颗粒保温浆料外墙外保温系统、EPS板现浇混凝土外墙外保温系统、EPS钢丝网架板现浇混凝土外墙外保温系统、XPS板薄抹灰外墙外保温系统、岩（矿）棉板外墙外保温系统、硬泡聚氨酯喷涂外墙外保温系统、泡沫玻璃外墙外保温系统、砂加气块外墙外保温系统等。
1.1.2空心砖墙及其复合墙体技术
空心砖墙主要有粘土空心砖、粉煤灰砖、灰砂砖等，空心砖墙保温效果优于实心砖墙，且节约制砖能耗。如再与高效保温材料复合，节能效果更佳。
1.1.3加气混凝土技术
加气混凝土砌块是以硅质和钙质材料为主要原料，具有轻质、保温、防火、导热系数低等特点，并具有加工性能好、可锯、可刨的优点。宜推广，应用于框架填充墙及底层建筑承重墙。在确保砌块耐久性的条件下，也可做多层建筑外墙使用。
1.1.4轻集料混凝土小型空心砌块墙技术
轻集料混凝土小型空心砌块使用轻集料混凝土制成的一类小型空心砌块，通常是以水泥为胶凝材料，火山渣、浮石、膨胀珍珠岩、煤渣、水淬矿渣、自然煤矸石以及各种陶粒等骨料，经搅拌、振动等工艺成型，并经养护而成。并用保温砂浆砌筑，有节能、节地效果。
1.2墙体保温类型中的外保温
根据绝热材料在墙体中的位置.这类墙体又可分为内保温、外保温和中间保温3种形式.其中内保温和外保温2种保温方式是复合墙体的主流。而外墙外保温与内保温比较，有以下几个优势：
（1）保护主体结构，延长建筑物寿命采用外保温技术，由于保温层置于建筑物围护结构外侧，缓冲了因温度变化导致结构变形产生的应力，避免了外界恶劣气候条件对结构的破坏，减少了空气中有害气体和紫外线对围护结构的侵蚀，使墙体产生裂缝、变形和破损的可能性减少，建筑物使用期延长。
（2）基本消除“热桥”的影响采用外保温在避免“热桥”方面比内保温和夹心保温都有利，如在内外墙交界处，外墙与楼板、外墙角、构造柱、框架梁、柱、门窗洞口以及屋顶与外墙交界处所产生的“热桥”。经统计：底层房间“热桥”附加热负荷占总热负荷的23.7%；中间房间占21.7%：顶层房间占24.3%。可见“热桥”影响还是较大的。“热桥”对内保温和夹心保温而言，几乎难于避免，而外保温既可防止“热桥”部位产生的凝结水，又可消除“热桥”造成的额外损失。
（3）使墙体潮湿情况得到改善一般情况下，内保温须设置隔汽层，而采用外保温时，由于蒸汽渗透性高的主体结构材料处于保温层的内侧，一般不会发生冷凝现象，故无需设置隔汽层。通过提高结构层整个墙身的温度，进一步改善了墙体的保温性能。
（4）有利于保持室温的稳定 建筑自身遮阳外保温墙体由于蓄热能力较大的结构层在保温层内侧，当室内受到不稳定热作用时，墙体结构层能够吸收或释放热量，有利于保持室温稳定。
（5）有利于改善室内热环境质量室内环境质量受室内空气温度和围护结构表面温度的影响，提高围护结构内表面温度，而适当降低室内空气温度，也能获得室内舒适的热环境。因此，在墙体外侧附加了保温层之后，其内表面温度必然得到提高，这就有可能在不降低室内热环境质量的前提下，可以减少热负荷。
2.屋面的节能
在多层建筑围护结构中，屋顶所占面积较小，能耗约占总能耗的8%-10%。加强屋顶保温节能对建筑造价影响不大，节能效益却很明显。而无眠的保温隔热的材料宜选用密度大、导热系数小、憎水或吸水率较小的材料{如膨胀型泡沫聚苯板}。采用倒置式屋面将憎水性保温材料设于防水层上，可有效防止传统屋面构造中防水层容易老化从而影响保温隔热效果的问题。此种方法施工简易，可广泛采用。另外，利用屋顶种植花卉、灌木等植物形成生态型屋面，既可阻挡热源，减少温室气体的排放，达到保温隔热的效果：又可美化环境，改善城市气候，做到一举两得。此外，采用平坡屋顶结合的构造形式，在屋面保温隔热层上做架空层，通过空气流通来散热也是个不错的办法。
3.住宅门窗的节能
在维护结构中虽然门窗的比例不如墙面大，普通窗户和玻璃外门的传热系数远大于墙体的传热系数。即通过窗户的传热损失远大于墙体，是围护结构中热量损失的另一大户。建筑门窗的热工性能最差，加强门窗的保温隔热性能，减少这些部位的热量损失，是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的非常重要的环节。合理确定窗墙面积比是节能的重要措施之一。对于住宅设计应尽量少做落地窗、飘窗等。外墙门窗设计除满足自然通风外，设计中应该强调东西南北向开窗有别，不同功能房间开窗有别。面对冬季主导风向的立面，应尽量减少开窗面积。设置外窗部位，应提高外窗的密封性能（如选用胶条密封而不是毛条），选用好的窗型（如平开窗气密性相对较好）和门窗配件，提高窗框的隔热性能（如采用塑料型材、铝合金断热型材、玻璃钢型材等），减少窗框的外露面积，采用保温隔热性能好的玻璃（如中空玻璃、镀膜玻璃等）。根据国内外大量应用经验证实，采用双层玻璃塑料钢窗是较好的选择。