彭亞娟

(四川省建筑科學研究院，四川成都 610081)

[定稿日期]2017-10-18

建筑節(jié)能具體指在建筑物的規(guī)劃、設計、新建(改建、擴建)、改造和使用過程中，執(zhí)行節(jié)能標準，采用節(jié)能型的技術、工藝、設備、材料和產(chǎn)品，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調(diào)制冷制熱系統(tǒng)效率，加強建筑物用能系統(tǒng)的運行管理，利用可再生能源，在保證室內(nèi)熱環(huán)境質量的前提下，減少供熱、空調(diào)制冷制熱、照明、熱水供應的能耗。建造過程中的能耗，包括建筑材料、建筑構配件、建筑設備的生產(chǎn)和運輸以及建筑施工和安裝中的能耗。使用過程中的能耗，包括房屋建筑和構筑物使用期內(nèi)采暖、通風、空調(diào)、照明、家用電器、電梯和冷熱水供應等的能耗。

我國是一個發(fā)展中大國，又是一個建筑大國，每年新建房屋面積高達17～18×108m2，超過所有發(fā)達國家每年建成建筑面積的總和。隨著全面建設小康社會的逐步推進，建設事業(yè)迅猛發(fā)展，建筑能耗迅速增長。所謂建筑能耗指建筑使用能耗，包括采暖、空調(diào)、熱水供應、照明、炊事、家用電器、電梯等方面的能耗。其中采暖、空調(diào)能耗約占60 %～70 %。我國單位面積采暖所耗能源相當于緯度相近的發(fā)達國家的2～3倍。這是由于我國的建筑圍護結構保溫隔熱性能差，采暖用能的2/3白白跑掉，而每年的新建建筑中真正稱得上“節(jié)能建筑”的還不足1×108m2。

由于我國是一個發(fā)展中國家，人口眾多，人均能源資源相對匾乏。國民經(jīng)濟要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，推行建筑節(jié)能勢在必行、迫在眉睫。目前，我國建筑用能浪費極其嚴重，而且建筑能耗增長的速度遠遠超過我國能源生產(chǎn)可能增長的速度，如果聽任這種高耗能建筑持續(xù)發(fā)展下去，國家的能源生產(chǎn)勢必難以長期支撐此種浪費型需求。在建筑中積極提高能源使用效率，就能夠大大緩解國家能源緊缺狀況，促進我國國民經(jīng)濟建設的發(fā)展。減少建筑的冷、熱及照明能耗是降低建筑能耗總量的重要內(nèi)容，一般可從以下幾方面實現(xiàn)。

1 氣候地理環(huán)境條件與節(jié)能設計

進行節(jié)能建筑設計，就應先做好準備工作，對建筑所在地的氣候條件、地形地貌、地質水文資料進行調(diào)查和了解。根據(jù)調(diào)查的結果決定節(jié)能設計的基本方案。因為我國許多地區(qū)都是夏熱冬冷，地理環(huán)境的復雜多樣性，因此，節(jié)能建筑的設計首先應該考慮如何充分利用建筑所在地區(qū)的自然環(huán)境資源和條件，在減少常規(guī)能源利用的前提下，按照節(jié)能的設計方法和建筑技術措施，創(chuàng)造出有利于人們生活和工作的居住環(huán)境。

(1) 氣候條件的影響。由于建筑所在地理環(huán)境的特殊性，建筑具有一定的地域性特征，而其中氣候條件所起的作用最為重要。所以，要制定出科學的節(jié)能建筑設計方案，就必須要了解當?shù)靥栞椛鋸姸取⒍救照章?、降水、冬夏兩季主導風向頻率等氣候因素，并了解建筑所在地小區(qū)域環(huán)境的微氣候條件。通過對這些氣候條件的了解掌握，設計出與當?shù)貧夂蛳噙m應的節(jié)能建筑。

(2)地形條件的影響。一般來說，建筑所在地區(qū)的地形地貌，會直接影響建筑室內(nèi)外熱環(huán)境和空調(diào)能耗的大小，進而影響建筑的能源消耗情況。因此，對不同地形地貌的建筑環(huán)境要區(qū)分對待，設計出不同的節(jié)能方案。

如在江河湖泊環(huán)境下，因為地表水陸分布、地勢起伏、表面覆蓋材料等不同，受太陽輻射作用下和地表長波輻射的影響，會產(chǎn)生水陸風，進而形成氣流的流動，影響到建筑的受能情況。因此，在設計時要充分水陸風的影響，以取得建筑穿堂風的效果為設計的重要環(huán)節(jié)之一，這可以改善夏季熱環(huán)境對建筑的影響，節(jié)約空調(diào)能耗。如果在山區(qū)地帶，就要充分考慮該地區(qū)的山谷風現(xiàn)象，因為通常情況下建筑周圍的種局地熱力環(huán)流表現(xiàn)得較為明顯。因此，在設計時應重點考慮夏季防熱、通風，兼顧冬季向陽、避風。在建筑的選址朝向上，要盡量選擇通風的位置。合理地利用山谷風這一自然能源以實現(xiàn)建筑節(jié)能的最大效果。

(3)地表環(huán)境的影響。一般來說，居住區(qū)表面覆蓋的植被或水泥地面都直接影響到建筑采暖和空調(diào)能耗的大小。在通常情況下，市區(qū)大氣透明度遠小于郊區(qū)，市區(qū)中直接輻射量小，而散射輻射量增大，造成總輻射量下降。而且，市區(qū)覆蓋層的太陽輻射反射系數(shù)小，加上市區(qū)建筑物會對反射率造成一定的影響，大大降低了居住區(qū)覆蓋層長波輻射與天空的熱量交換量，使得大部分熱量仍留在地表和居住區(qū)近，地下墊面內(nèi)。而城市居住區(qū)植被少，地表長波向上輻射受到限制，大氣長波輻射向下而產(chǎn)生大氣逆輻射，就有可能造成市區(qū)溫差變小，平均溫度上升。此外，由于建筑物和鋪砌的堅實路面大多為不透水層，降雨后雨水流失快，雨水蒸發(fā)到空氣中，形成高溫高濕悶熱氣候，居住區(qū)的建筑為降溫就會大量使用常規(guī)能源，造成能源的大量消耗。因此，節(jié)能居住小區(qū)規(guī)劃設計時，應有足夠的綠地和水面，嚴格控制建筑密度，盡量減少水泥地面，利用植被和水域減弱熱島效應，進而改善居住區(qū)的濕熱環(huán)境，減少因降溫所需的能源消耗量。

2 利用太陽能是建筑節(jié)能的重要途徑

根據(jù)我國太陽能資源的利用的三級區(qū)劃，即以地區(qū)總輻射年總量為分區(qū)指標的一級區(qū)劃；以各月日照時數(shù)大于6 h的天數(shù)這一要素為指標的二級區(qū)劃；以太陽能日變化的特征值為指標的三級區(qū)劃。建筑節(jié)能設計應該根據(jù)建筑所在地的太陽能資源劃分，進行科學的研究分析，采用較為科學的設計方案。日照環(huán)境的設計主要是對建筑的日照間距和建筑適宜的朝向來確定的。

(1) 建筑的日照間距為保證陽光不受遮擋，并可以直接照射到建筑室內(nèi)，在建筑的規(guī)劃設計中，就必須在建筑物之間留出一定的距離，也就是建筑物的日照間距。影響建筑物的日照間距的因素有許多方面，包括當?shù)厝照諛藴省⒌乩砭暥取⒔ㄖ?、建筑物的高度、長度以及建筑用地的地形等。 因此，在建筑節(jié)能設計時，在節(jié)約用地的前提下，應該綜合考慮各種因素來確定建筑的日照間距。根據(jù)以往經(jīng)驗，夏熱冬冷的地區(qū)建筑要保證日獲得日照l h的要求，日照間距系數(shù)就應該控制在1.2以上，按2 h的標準則日照間距系數(shù)應大于1.3。由于不同城市的緯度、土地資源及經(jīng)濟發(fā)展水平等條件的不同，規(guī)定日照間距的標準也有所差異，但是總體上是控制在1.1～1.3H(H為建筑高度)，即日照間距系數(shù)為1.1～1.3的范圍以內(nèi)，以保證建筑的采暖。在居住區(qū)平面規(guī)劃中，要保證建筑群體錯落排列，以利于改善日照時間。具體來說，可以把建筑設計成高層點式住宅，一是加大建筑的南北進深，增加電梯服務量，減少交通面積，二是縮小建筑物之間的間距系數(shù)并能充分保證采光日照量，達到節(jié)約用地、節(jié)約能源的目的。

(2) 適宜的朝向。建筑物主立面的方位角稱為朝向，一般由建筑與周圍道路之間的關系確定。建筑朝向的選擇要考慮兩個方面，首先是在冬季能獲得足夠的日照，主要房間要避開冬季風向，其次，在夏季能有效防止太陽輻射與暴風雨的襲擊。

3 建筑外墻保溫系統(tǒng)優(yōu)缺點及保溫材料在建筑中的應用

3.1 墻體保溫形式

墻體保溫通常有三種形式，即外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫和夾心保溫。

3.1.1 外墻內(nèi)保溫優(yōu)缺點

外墻內(nèi)保溫優(yōu)點：(1)將保溫材料復合在承重墻內(nèi)側，技術不復雜，施工簡便；(2)絕熱材料強度要求低，技術性要求比外保溫低；(3)造價相對較低。

外墻內(nèi)保溫缺點：(1)難以避免“熱橋”的產(chǎn)生。墻體內(nèi)表面易產(chǎn)生結露、潮濕、甚至發(fā)霉現(xiàn)象；(2)防水和氣密性差；(3)不利于建筑物維護結構的保護；(4)內(nèi)保溫板材出現(xiàn)裂縫是一種普遍現(xiàn)象。

3.1.2 外墻外保溫優(yōu)缺點

外墻外保溫優(yōu)點：(1)適用范圍廣；(2)保護主體結構，延長建筑物壽命；(3)基本消除了“熱橋”的影響；(4)使墻體潮濕狀況得到改善；(5)有利于室溫保持穩(wěn)定，改善室內(nèi)熱環(huán)境質量；(6)有利于提高墻體的防水和氣密性；(7)便于對舊建筑的節(jié)能改造；(8)可相對減少保溫材料用量；(9)增加房屋使用面積。

外墻外保溫缺點：(1)保溫層在墻體外側，所處環(huán)境惡劣，對保溫體系各材料要求較嚴格；(2)材料要求配套及彼此相容性好；(3)對保溫系統(tǒng)的耐候性和耐久性提出了較高要求；(4)施工難度大，要有素質較好的施工隊伍和技術支持。

3.1.3 夾心保溫優(yōu)缺點

夾心保溫優(yōu)點：(1)將絕熱材料設置在外墻中間，有利于較好的發(fā)揮墻體本身對外界的防護作用；(2)對保溫材料的強度要求不嚴格。

夾心保溫缺點：(1)易產(chǎn)生熱橋；(2)內(nèi)部易形成空氣對流；(3)施工相對困難；(4)墻體裂縫不易控制；(5)抗震性差。

3.2 保溫材料

雖然市場上外墻保溫材料產(chǎn)品種類豐富， 但是無機活性保溫材料除了A級不燃的防火性能及良好的保溫隔熱效果，還具有優(yōu)異的無網(wǎng)保溫系統(tǒng)構造。產(chǎn)品在施工簡便、與建筑物同壽命、抗水抗裂抗空鼓等領域占據(jù)著越來越重要的地位。

3.2.1 無機保溫材料

無機類保溫材料的性能整體來說保溫效果差，吸水性高，容重較大。

(1) 陶瓷保溫板：導熱系數(shù)0.08～0.10，A級防火，容重大，強度高，不吸水，保溫效果差。

(2) 珍珠巖等漿料：導熱系數(shù)0.07～0.09，防火性好，耐高溫，保溫效果差，吸水性高。

(3) 發(fā)泡水泥：導熱系數(shù)在0.05～0.07，強度低，低質量發(fā)泡水泥板一捏就碎，吸水率較高，易收縮、開裂，保溫系統(tǒng)易發(fā)生開裂、滲漏甚至脫落等質量通病。

(4) 巖棉板：導熱系數(shù)0.041～0.045，A級防火，強度低，吸濕性大，一旦墻體滲水，保溫層會形同虛設，巖棉板在施工的時候需要穿防護服，否則會皮膚過敏，所以人工費較高。

3.2.2 有機保溫材料

有機類保溫材料的性能整體來說保溫效果好，防火等級差，有機保溫材料最多只能達到A2級防火，不可能達到A1級。

(1) 膨脹聚苯板(EPS板)：導熱系數(shù)0.037～0.04，價格便宜，強度稍差。

(2) 擠塑聚苯板(XPS板)：導熱系數(shù)0.028～0.03，強度高，耐潮濕，價格較貴，施工時表面需要處理。

(3) 膠粉聚苯顆粒保溫漿料：導熱系數(shù)0.06～0.08，阻燃性好，廢品回收，對基層平整度要求不高，可節(jié)省找平工序，施工時每次抹灰厚度不宜超過20 mm。

(4) 聚氨酯復合板：導熱系數(shù)0.02～0.024，防水性非常好，保溫效果為目前所有保溫材料中最好的一種，強度高，遇火碳化，無滴落物，但價格也是最貴的。

(5) 酚醛樹脂復合板：導熱系數(shù)0.024～0.028，遇火碳化，無滴落物；但是酚醛樹脂板表面強度非常低，不利于保證其粘結的可靠性，而且酚醛板又比較脆、易粉化等，不利于外保溫體系的抗裂性。若采用錨栓，將會開裂破壞酚醛泡沫板的整體性，目前未找到較好的解決方法，很多地方已禁止使用酚醛板。

4 室內(nèi)裝飾中的技術性節(jié)能措施

解決現(xiàn)代室內(nèi)裝飾中的節(jié)能問題,離不開新技術手段的支持。在美國的建筑中,應用現(xiàn)有技術的氣候敏感設計,可以減少采暖和供冷能耗的60 %,以及照明能量需求的50 %以上[3]?？梢?利用采光與照明、空氣調(diào)節(jié)與通風、保溫與隔熱等專業(yè)的現(xiàn)代科學技術最新成果,并結合傳統(tǒng)節(jié)能技術,采取綜合的節(jié)能技術措施是十分必要的,也是可行的。

4.1 采用節(jié)能設備,智能化管理,回收再利用能量

4.1.1 新型太陽能集熱裝置

用于營造室內(nèi)人工環(huán)境設備的能量轉化效率的高低,是影響節(jié)能效率的關鍵。目前,很多家用太陽能裝置存在較多缺點,如所需照射時間長、水溫比較低、容易受到外界自然氣候的影響(如陰天、冰雹砸擊、冬季爆管)。而最新研發(fā)出的新型太陽能集熱裝置—HSE-TJ太陽能集熱蒸汽節(jié)能系統(tǒng),利用光學原理將凸透鏡和凹面鏡完美結合,完全克服了傳統(tǒng)太陽能裝置的以上缺點,實現(xiàn)穩(wěn)定提供高溫熱水或蒸汽的功能,是一種新型的能源設備。太陽能采集過程中,陽光先經(jīng)過凸透鏡折射,聚焦在集熱環(huán)上,另外一部分散射光經(jīng)過凹面鏡的反射,也聚焦在集熱環(huán)上。經(jīng)過這樣兩次聚焦,可以充分利用太陽能,集熱環(huán)上的溫度可以達到500℃以上。

自來水經(jīng)銅管流過高溫集熱環(huán)加熱后迅速升溫,在太陽輻射強烈時段產(chǎn)生高溫蒸汽,在其他時段可以產(chǎn)生高溫熱水。高溫蒸汽可以直接輸往用汽場所,熱水可以儲存在熱水箱中或者直接輸往用熱水場所。在太陽跟蹤器的自動控制下,太陽能采集裝置的集熱面就可以在白天自動地正對太陽輻射線,保證集熱面能始終垂直于太陽輻射線,使太陽能的利用率最高。

4.1.2 能量回收

說到家庭節(jié)能,大家往往會想到太陽能熱水器等,但是很少有人會想到,沐浴、洗碗等過程流失掉的熱水中所蘊含的熱能也可以回收。這種節(jié)能環(huán)保的新技術叫“雙向集熱技術”,核心技術是自主開發(fā)的特殊熱能交換器。就是把沐浴后廢水中的余熱收集進熱能交換器中,新的冷水流經(jīng)熱能交換器時,熱量傳遞到水中,溫度升高,從而節(jié)省把冷水加熱過程中消耗的能源,此技術可以讓衛(wèi)浴設備有效節(jié)能50 %以上。

4.2 利用再生能源

利用可再生能源代替礦物能源為室內(nèi)環(huán)境提供能量，室內(nèi)裝飾設計與施工過程中,應采取相應配套措施,優(yōu)先考慮采用太陽能、風能、水能等這類清潔的、可再生的能源?？稍偕茉床坏梢栽谑覂?nèi)營造更加潔凈和舒適的環(huán)境氛圍,而且不會對室外環(huán)境產(chǎn)生危害,從而間接地實現(xiàn)室內(nèi)節(jié)能和營造室內(nèi)環(huán)境兩者之間的良性互動關系。在當今比較前衛(wèi)的生態(tài)實驗建筑里,建筑師們積極開發(fā)了許多利用水的可能性，把水作為能量輸送和儲存載體。例如在英國康沃爾的零能耗住宅,住宅地下室的水槽被用來儲藏熱量。而在廣州某餐館設計中,一道別致的水墻既成為建筑新奇的皮膚,也對屏蔽太陽熱輻射和降低環(huán)境溫度起到了決定性作用。

4.3 室內(nèi)裝飾中積極采取節(jié)能建筑技術措施

4.3.1 陽光照明技術

陽光照明技術當建筑物進深較大時,僅靠側窗采光是不能滿足內(nèi)部采光要求的,這就要通過一定的技術手段把太陽光引入房間內(nèi)部。另外考慮到人體健康等原因,地下建筑也需要天然光的引入,可采取以下技術措施來實現(xiàn)。

(1)采光擱板：采光擱板從某種意義上講是水平放置的導光管,它主要是為解決大進深房間內(nèi)部的采光而設計的。它的入射口起聚光作用,一般由反射板或棱鏡組成,設在窗的頂部,與其相連的傳輸管道截面為矩形或梯形,內(nèi)表面具有高反射性的反射膜,這一部分通常設在房間吊頂?shù)膬?nèi)部,尺寸大小可與管線、結構等相配合。為了提高房間內(nèi)的照度均勻度,在靠近窗口的一段距離內(nèi),向下設有出口,而把光的出口開在房間內(nèi)部,這樣就不會使窗附近的照度進一步增加。實驗證明,配合側窗,采光擱板能在一年中大多數(shù)時間提供充足(大于100 lx)均勻的光照。若房間開間較大,可并排地布置多套采光擱板系統(tǒng)[4]。

(2)反射高窗：反射高窗是在窗的頂部安裝一組鏡面反射裝置。陽光射到反射面上經(jīng)過一次反射,到達房間內(nèi)部的天花板,利用天花板的漫反射作用,反射到房間內(nèi)部。反射高窗可減少直射陽光的進入,充分利用天花板的漫反射作用,使整個房間的照度和照度均勻度均有所提高。太陽高度角隨著季節(jié)和時間不斷變化,而反射面在某個角度只適用于一種光線入射角,當入射角度不恰當時,光線很難被反射到房間內(nèi)部的天花板,甚至有可能引起眩光,因此反射面的角度一般是可變的。

4.3.2 遮陽技術

遮陽技術陽光在帶來光明的同時也帶了熱量,在平均天空條件下,天然光每提供150 lm的照度,就會帶入1W的熱量。因此在夏季室外溫度高的地區(qū),白天太陽輻射強度高,且超出舒適范圍的時間,需要設遮陽板或遮陽卷簾。這樣既能防止夏季陽光直射而使室內(nèi)溫度過高,同時又能滿足室內(nèi)自然光度的要求。

4.3.3 特種玻璃技術

特種玻璃技術現(xiàn)在的科技進步為設計師提供了更多可 選擇的玻璃種類,電子玻璃能夠根據(jù)照射到它表面的光強度自動改變透明度。使用防紫外線膠片制作的光致變色玻璃,可阻擋99%以上的紫外線進入室內(nèi),當這種玻璃能在商業(yè)規(guī)模上取得普及時,遮陽百葉可能就不再需要了。在既有建筑門窗及玻璃幕墻節(jié)能改造中,玻璃貼膜被廣泛應用。以威爾斯頓系列功能膜為例,它具有隔熱率高、節(jié)能環(huán)保的特點。與窗簾和百葉窗不同,一層威爾斯頓功能膜相當于30cm磚墻的隔熱效果,阻隔高達50%～90%可能通過玻璃窗戶進入屋內(nèi)的熱量。

實驗證明,在室外溫度38～39 ℃時,應用威爾斯頓系列功能膜的房間比普通玻璃房間的室內(nèi)溫度低4～6 ℃。威爾斯頓系列功能膜夏天可阻隔50 %以上的太陽光輻射熱,冬天阻止室內(nèi)熱能散發(fā)外流,從而節(jié)省開空調(diào)或暖氣耗電所帶來的高額電費,是全球最新一代優(yōu)質材料。

5 結束語

環(huán)保低碳是現(xiàn)代生活的主調(diào)，房屋建筑作為人類生活的必要場所，在綠色環(huán)保的趨勢下，也必須向節(jié)能環(huán)保低碳方向發(fā)展。為此，在房屋建筑設計中加入節(jié)能環(huán)保的設計，就成了當前房屋建筑設計的重要理念之一。設計者應該從各個方面進行節(jié)能的規(guī)劃和設計，保證建筑的節(jié)能保溫低碳。

[1] 楊善勤.民用建筑節(jié)能設計手冊[M].北京: 中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[2] 付祥釗.夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能技術[M].北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2002.

[3] [美]美國公共工程技術公司. 綠色建筑技術手冊[M].王長慶,譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[4] 李勝才,劉建榮.建筑節(jié)能與室內(nèi)裝飾[J].建筑學報, 2001(11): 24-27.

[5] 王愛英,沈天行.天然光照明新技術探討[J].燈與照明, 2002(10): 1-3.