江蘇 王凌杰 岳嶺

引言

建筑能耗包括空調(diào)、采暖、生活熱水供應(yīng)、照明、電器、電梯等方面的能耗，建筑節(jié)能的中心就是減少建筑耗能，即在保證建筑熱環(huán)境舒適性和工藝性要求的條件下，合理使用能源、提高能源利用效率。在我國建筑業(yè)快速發(fā)展的同時，建筑能耗的總量也在逐年上升。國家建設(shè)部科技司研究表明，伴隨城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的改善，我國建筑能耗占全國總能耗的比例最終將上升至35%左右，龐大的建筑能耗比重已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的阻礙。我國目前每年建成的房屋97%以上是高能耗建筑，如果不注重降低建筑能耗，將直接加劇能源危機(jī)，因此，要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境必須實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。

建筑節(jié)能應(yīng)該主要從優(yōu)化建筑設(shè)計、采用新型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、提高終端用戶用能效率、提高總的能源利用效率等方面著手，鑒于空調(diào)系統(tǒng)的能耗在建筑能耗中占有較大的比重，本文擬以空調(diào)的觀點(diǎn)論述建筑節(jié)能幾個方面的實(shí)用技術(shù)措施。

1 節(jié)能型建筑材料的選擇與應(yīng)用

在建筑的熱量組成中，外界環(huán)境通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲入室內(nèi)的熱量在總熱量中占比較大，通過改善建筑材料結(jié)構(gòu)的熱工性能，夏季可減少室外熱量傳入室內(nèi)，冬季可減少室內(nèi)熱量的流失，使建筑熱環(huán)境質(zhì)量得以改善，從而降低配置空調(diào)機(jī)組的功率。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)部件(屋頂、墻、地基、隔熱材料、密封材料、門和窗、遮陽設(shè)施)材料的選擇與設(shè)計對建筑能耗、環(huán)境性能、室內(nèi)空氣質(zhì)量與用戶的熱舒適環(huán)境有根本的影響。

1.1 選擇節(jié)能型墻體材料

節(jié)能型墻體材料主要是以砂石、頁巖、工業(yè)固體廢渣、建筑余土等非粘土資源為原材料，具有保護(hù)土地、節(jié)能利廢、保溫、隔熱、輕質(zhì)高強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)適用等特性，用于建筑墻體的材料。節(jié)能型墻體材料改善了傳統(tǒng)砌筑材料導(dǎo)熱系數(shù)大、吸濕性強(qiáng)等方面的缺點(diǎn)。

墻體材料主要包括磚、板、塊三大類，比較實(shí)用的砌塊一般有加氣混凝土砌塊、石膏砌塊、混凝土小型砌塊等。墻板主要產(chǎn)品有GRC板、蒸壓加氣混凝土板、輕集料混凝土條板、鋼絲網(wǎng)架夾芯板、石膏墻板、金屬面夾芯板、復(fù)合墻板等。

加氣混凝土砌塊作為一種新型的建筑材料，具有重量輕、保溫隔熱性能優(yōu)良、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。使用這種材料，可以使整個建筑的自重比普通磚混結(jié)構(gòu)建筑的自重降低40%以上，不僅抗震能力高，而且保溫隔熱性能好。加氣混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.128～0.209W/（m·K），僅為粘土磚和灰砂磚的1/4～1/5（粘土磚的導(dǎo)熱系數(shù)為0.464～0.673W/（m·K）；灰砂磚的導(dǎo)熱系數(shù)為0.612W/（m·K）），為普通混凝土的1/6左右。實(shí)踐證明：200mm厚的加氣混凝土墻體的保溫效果相當(dāng)于490mm厚的粘土磚墻的保溫效果，隔熱性能也大大優(yōu)于240mm磚墻。

石膏類墻體材料具有可循環(huán)使用性，無毒無害、具有良好的耐熱、耐火性，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.404W/（m·K）左右，也是一種良好的砌筑材料。

國內(nèi)自主研發(fā)新型復(fù)合自保溫砌塊，是由主體砌塊、外保溫層、保溫芯料、保護(hù)層及連接主體砌塊與保護(hù)層并貫通保溫層的“保溫連接柱銷”組成，具有優(yōu)異的保溫性能和性價比。其導(dǎo)熱系數(shù)為0.21W/（m·K），240mm厚時即可滿足節(jié)能50%～85%的要求。

泡沫玻璃是采用玻璃纖維下腳料或平板玻璃磨成粉狀與發(fā)泡劑（石墨、碳黑）混合后，經(jīng)烘干在發(fā)泡爐內(nèi)發(fā)泡，再緩慢退火而成。其密度約為150～220kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)約為0.042W/（m·K）左右，結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙完全封閉，不易受潮，既能承重又能隔熱防潮，是節(jié)能型建筑最理想的材料之一。

1.2 墻體保溫措施

墻體保溫分為外墻面保溫與內(nèi)墻面保溫，由于外保溫墻體控制裂縫的產(chǎn)生要比內(nèi)保溫墻體控制裂縫容易得多，因此，國內(nèi)大多數(shù)建筑均采用外墻面保溫。徹底的外墻外保溫可使建筑物完全處于室內(nèi)的溫度環(huán)境下，年溫差一般波動不大，受環(huán)境溫度影響較大的只是外保溫層的外表面。

目前施工的建筑中，保溫材料的使用以擠密苯板、聚苯板保溫材料為主。擠密苯板具有密度大，導(dǎo)熱系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，它的導(dǎo)熱系數(shù)為0.029W/（m·K），而抗裂砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)為0.93W/（m·K），兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)相差32倍。聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)為0.042W/（m·K），與抗裂砂漿相差22倍。

實(shí)際建筑施工中還可以采用硅酸鹽復(fù)合絕熱砂漿，這是一種新型墻體保溫材料，保溫隔熱性能好，不僅可以直接涂抹，還解決了板材拼接處罩面層開裂現(xiàn)象。

1.3 采用節(jié)能門窗和節(jié)能玻璃

目前我國市場上的節(jié)能門窗主要有：PVC門窗、鋁塑復(fù)合門窗、玻璃鋼門窗等。玻璃鋼門窗的型材具有極高的強(qiáng)度和極低的膨脹系數(shù)，且熱工和物理性能優(yōu)良，具有廣闊的發(fā)展前景。

玻璃的性能對門窗節(jié)能性影響最大。目前國內(nèi)外研究并推廣使用的節(jié)能玻璃主要有：中空玻璃、真空玻璃和鍍膜玻璃等。真空玻璃在節(jié)能方面要優(yōu)于中空玻璃，從節(jié)能性方面比較，真空玻璃比中空玻璃節(jié)電16%～18%；熱反射鍍膜玻璃不僅具有節(jié)能和裝飾作用，還可起到防眩、單面透視和提高舒適度等效果，可有效降低空調(diào)的運(yùn)營費(fèi)用；鍍膜低輻射玻璃又稱Low-E玻璃，這種玻璃對380nm～780nm的可見光具有較高的透射率，同時對紅外光（特別是中遠(yuǎn)紅外光）具有較高的反射率，既可以保證室內(nèi)的能見度，又能減少冬季室內(nèi)熱量的向外發(fā)散，還能控制夏季戶外熱量過多地進(jìn)入室內(nèi)。Low-E中空玻璃和真空玻璃的熱工性能比較好，可以在條件具備的建筑項(xiàng)目上優(yōu)先采用。

從實(shí)際應(yīng)用來看，中空玻璃窗保溫性能明顯優(yōu)于單玻窗，即使是保溫性能好的PVC塑料單玻窗的傳熱系數(shù)值也可能高達(dá)4.8W/（m2·K），而PVC塑料中空玻璃窗傳熱系數(shù)值在2.1～2.7W/（m2·K）之間，鋁合金斷熱中空玻璃窗的K值在2.8～3.5W/（m2·K）之間；PVC塑料Low-E中空玻璃窗傳熱系數(shù)的最小值可達(dá)1.4W/（m2·K），鋁合金斷熱Low-E中空玻璃窗的K值可降到1.9W/（m2·K）。

2 太陽能制冷技術(shù)的應(yīng)用

在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境方面，太陽能的利用起著至關(guān)重要的作用。目前我國對太陽能的利用主要是采用太陽能熱水器提供生活熱水和采暖。而在建筑節(jié)能方面，太陽能制冷技術(shù)將是今后主要的節(jié)能方向。

目前實(shí)現(xiàn)太陽能制冷有兩條途徑：一是太陽能光電轉(zhuǎn)換，將太陽能轉(zhuǎn)變成電能驅(qū)動制冷機(jī)工作，如光電制冷，熱電制冷等；二是光熱轉(zhuǎn)換，將太陽能轉(zhuǎn)變成熱能，利用熱能進(jìn)行制冷，如吸收式制冷、噴射式制冷、吸附式制冷等。以熱制冷主要的應(yīng)用方向是太陽能吸收式制冷。吸收式制冷以氨或水為制冷劑，是利用溶液濃度的變化來獲取冷量的裝置。稀溶液在被太陽能加熱濃縮成濃溶液的情況下蒸發(fā)出制冷劑，制冷劑經(jīng)冷凝、節(jié)流后，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)的熱量而蒸發(fā)，濃溶液吸收制冷劑蒸氣再次變成稀溶液，周而復(fù)始地完成這一循環(huán)過程，即可獲取冷量。

但該系統(tǒng)存在一些問題，如蒸發(fā)溫度不能低于0℃，要降低系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度必須提高驅(qū)動熱源的溫度；在太陽能供給不足或不穩(wěn)定的情況下要使系統(tǒng)運(yùn)行，需要其它熱源進(jìn)行加熱，此時系統(tǒng)的效率將會變得非常低。一種新型的太陽能吸收制冷系統(tǒng)，可使這些問題得到改善和解決，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

該吸收式制冷系統(tǒng)在太陽能供給不充足時仍可高效地運(yùn)行。太陽能主要用于對壓縮制冷系統(tǒng)的制冷劑進(jìn)行過冷，同時壓縮制冷系統(tǒng)的高溫高壓的制冷劑可有效地使吸收制冷系統(tǒng)的稀溶液的溫度得到提升，從而對能量進(jìn)行回收。這一制冷系統(tǒng)由于有了過冷部分的存在，比起常規(guī)壓縮制冷系統(tǒng)來說，也可節(jié)約一些能源。在完全沒有太陽能的情況下，系統(tǒng)相當(dāng)于普通的水冷式壓縮制冷系統(tǒng)，較之常規(guī)空冷式制冷系統(tǒng)，仍具有極高的能效比。

太陽能吸收式制冷技術(shù)與蓄冷技術(shù)結(jié)合，可改造成太陽能蓄冷系統(tǒng)，尤其適用于民用住宅。白天在太陽能充足的情況下，制冷系統(tǒng)運(yùn)行將冷量儲存起來（儲冰或儲存冷水），在夜晚，冷量可以逐步釋放出來調(diào)節(jié)房間的溫度。這將是今后太陽能制冷技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的方向之一。

3 采用水源熱泵、土壤源熱泵技術(shù)

水源熱泵、土壤源熱泵是近年來應(yīng)用較快的熱泵新技術(shù)，與空氣源熱泵不同，水源熱泵、土壤源熱泵基本不受大氣條件的影響，具有運(yùn)行工況穩(wěn)定、效率高等特點(diǎn)。

水源熱泵主要包括地下水源熱泵、地表水水源熱泵與水環(huán)熱泵，它利用江、河、湖、海、地下水來作為水源熱泵的冷熱源，這些水源溫度穩(wěn)定，冬季水溫在10～22℃，高于大氣溫度，夏季水溫18～35℃，低于大氣溫度。水源熱泵的制冷、制熱性能系數(shù)可達(dá)3.5～4.4，高于空氣源熱泵。

土壤源熱泵則是利用土壤作為冷熱源。在地下的一定深度下，土壤的溫度變化很小，夏季比大氣溫度低，冬季比大氣溫度高，因此土壤源熱泵工況穩(wěn)定、制冷、制熱性能系數(shù)較大。土壤源熱泵一般不將制冷系統(tǒng)的冷凝器（或蒸發(fā)器）直接埋入地下，而是通過地下?lián)Q熱器與大地進(jìn)行熱量交換，通過水循環(huán)實(shí)現(xiàn)地下能量與制冷劑的能量交換。土壤源熱泵系統(tǒng)地埋管的形式、分布、循環(huán)介質(zhì)流量、土壤的地質(zhì)狀況等因素，直接影響埋管換熱器的工作性能，故土壤源熱泵地埋管的設(shè)計與施工是該熱泵技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。土壤源熱泵還可以與太陽能集熱器組合成混合地源熱泵系統(tǒng)，在供熱過程中更加節(jié)能。

4 空調(diào)系統(tǒng)能量回收利用

在建筑空調(diào)系統(tǒng)中，能量的回收利用也是一項(xiàng)重要的節(jié)能措施。如制冷機(jī)組冷凝熱回收、排風(fēng)顯熱回收、冷凝水回收利用等，由于這些節(jié)能措施投入成本低，且易于實(shí)現(xiàn)，故此在建筑節(jié)能中應(yīng)用廣泛。

例如北京國家游泳中心—水立方空調(diào)系統(tǒng)對制冷機(jī)組冷凝熱進(jìn)行了回收，該空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置了一臺小型冷凝熱回收型冷水機(jī)組將冷凝熱用于生活熱水的預(yù)熱和休閑池池水加熱。此外，為比賽大廳、跳水池廳、熱身池廳、戲水池廳、俱樂部池廳等常年要求的高溫高濕區(qū)域服務(wù)的空調(diào)機(jī)組采用了低溫?zé)峁苁斤@熱回收空調(diào)機(jī)組，回收排放的預(yù)熱，用于預(yù)熱新風(fēng)。這些措施的采用都大大得減少了電能的消耗。

對冷凝水回收利用的方法主要是：對水冷機(jī)組，空調(diào)冷凝水回收后，利用動力泵將其輸送至水冷冷凝器進(jìn)口處，使溫度較低的冷凝水與冷卻水混合，有效降低冷卻水的溫度，從而提高制冷系數(shù)。對于風(fēng)冷機(jī)組，則可利用噴嘴將冷凝水噴灑在翅片盤管式冷凝器的表面，利用冷凝水的蒸發(fā)吸收部分冷凝熱。實(shí)驗(yàn)表明，采用以上冷凝水回收利用的措施，可使制冷機(jī)組的性能系數(shù)提高5%～10%。

5 蒸發(fā)冷卻方法的應(yīng)用

在我國，屋頂綠化工程作為一項(xiàng)重要的節(jié)能技術(shù)，越來越多地應(yīng)用于現(xiàn)代建筑。由于濕潤土壤的水分蒸發(fā)，可使土壤層的溫度維持在15℃～25℃，可有效減少建筑屋頂室內(nèi)外溫差傳熱（耗散）熱量。

本文提出的蒸發(fā)冷卻方法也可以應(yīng)用于屋頂。在屋面的保溫隔熱、防水處理完畢后，考慮在屋面上方布置水管網(wǎng)，各支水管下方安裝噴嘴，自來水（或其它硬度符合要求的水）通過噴嘴被分散成細(xì)小的水滴，均勻噴灑在屋面上。在炎熱的夏季，通過水的蒸發(fā)吸熱可將屋面冷卻，使其表面溫度保持在25℃以下，減少由于太陽輻射傳入建筑物內(nèi)部的熱量，降低空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷。蒸發(fā)冷卻方法也可應(yīng)用于建筑物的外墻面。如果從建筑美觀方面考慮，也可考慮在屋面上進(jìn)行水循環(huán)，將水直接輸送至屋面中間，水在重力作用下流向整個屋面，并在屋面上形成水膜，保證水的蒸發(fā)速度。

上海世博會期間，美國館的一面景觀外墻設(shè)計成與地面傾斜一定角度，循環(huán)水由墻體上部呈水膜狀流下。該墻面的表面溫度與其它墻面的溫度相差近20℃，與室內(nèi)環(huán)境溫度相差僅3～5℃，通過景觀墻滲入室內(nèi)的熱量極少。美國館室外排隊(duì)等候區(qū)采用的也是霧化水冷卻空氣技術(shù)，保證了參觀者在炎熱的室外不致中暑?？梢哉f，美國館是蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用的典型。

另外，蒸發(fā)冷卻技術(shù)也可應(yīng)用于置換通風(fēng)工程。置換通風(fēng)是將新鮮空氣直接送入工作區(qū)，并在地板上擴(kuò)散形成一層較薄的空氣湖，室內(nèi)熱源產(chǎn)生向上的對流氣流，新鮮空氣隨對流氣流向室內(nèi)上部流動，形成室內(nèi)空氣運(yùn)動的主導(dǎo)氣流，房間頂部設(shè)置排風(fēng)口，將污染空氣排出。熱源引起的熱對流氣流，使室內(nèi)產(chǎn)生垂直的溫度梯度。送風(fēng)口送入室內(nèi)的新鮮空氣的溫度通常低于室內(nèi)工作區(qū)的溫度，且其送風(fēng)速度約為0.25m/s，動量很低，對室內(nèi)主導(dǎo)氣流不產(chǎn)生實(shí)際的影響。夏季，當(dāng)室外新鮮空氣的溫度較高時，可以使空氣首先通過蒸發(fā)冷卻箱，與霧化的水（可以是自來水或深井水）進(jìn)行熱濕交換，降低溫度后再送入室內(nèi)。

6 結(jié)束語

建筑節(jié)能在其它方面還有很多方法可以利用，如增加綠化面積，通過植被的光合作用和蒸騰作用使太陽輻射熱能轉(zhuǎn)化，降低環(huán)境溫度；采用熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、空調(diào)蓄冷技術(shù)，提高系統(tǒng)性能及建筑節(jié)能效果；在太陽能制冷方面，還有太陽能吸附式制冷與太陽能噴射制冷，但這些制冷技術(shù)正處于實(shí)驗(yàn)階段，全面推廣應(yīng)用尚需時日。

我國建筑節(jié)能起步較晚，建筑能耗要比發(fā)達(dá)國家高很多，另一方面，也意味著降低建筑能耗的空間也很大。為此，不斷地開發(fā)和利用建筑節(jié)能技術(shù)，提高建筑物的能源利用效率至關(guān)重要。

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