重庆市建筑的节能潜力及效益分析

宋明健，沈晋明，丁晓波，黄会军

(1．中国十九冶集团有限公司，四川成都610031;2．同济大学，上海200092)

近年来，我国在推行节能建筑的同时，也逐渐在法规和制度上对建筑的节能性能进行约束完善［1］。1998年1月1日起施行的《中华人民共和国节约能源法》规定［2］:“固定资产投资工程项目的设计和建设，应当遵守合理用能标准和节能设计规范。达不到合理用能标准和节能设计规范要求的项目，依法审批机关不得批准建设;项目建成后，达不到合理用能标准和节能设计规范要求的，不予验收。”2001年10月建设部颁布实施《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》［1］。《民用建筑节能设计标准》要求建筑物采暖能耗比20世纪80年代的标准降低50%，进一步对建筑物围护结构材料和门窗的传热系数提出了新的要求［3］。

据《重庆市现有公共建筑能耗状况调研报告》表明［4］，重庆地区95%的既有建筑节能“差”，普通居住建筑全年能耗大约为20 kWh/m2，全市公共建筑全年能耗平均指标167.15 kWh/m2，大于武汉的103.51 kWh/m2和北京的150 kWh/m2。就办公楼能耗密度而言，重庆132 kWh/m2的指标高于深圳市机关办公楼的117 kWh/m2，更高于美国纽约的66 kWh/m2。而且大量的公共建筑空调、照明耗能逐年递增。

所以，大力推行节能建筑及节能标准，对重庆地区建筑的节能具有重要的意义。

1 建筑能耗影响因素

建筑能耗的影响因素，主要包括以下几个方面［5～9］。

1.1体型系数

体型系数反映了单位体积建筑暴露于空间的表面积大小，而建筑物的表面是建筑体内部与外界之间能量传输的主要通道，是建筑内外能量传输的主要途径。因此，体型系数是影响建筑节能的关键参数。

民用建筑节能设计标准要求节能建筑体型系数(S)宜控制在0.3或0.3以下，否则对于建筑节能不利。近几年来，由于规划部门及建筑(开发)企业对新建筑外观的要求，不少高层建筑外观较为复杂，加上现行提倡坡屋顶等因素，使建筑体型系数很难控制在0.3及其以下的水平。

1.2 窗墙面积比

窗户位于建筑体表面，因其结构较之墙体单薄，隔热性能差，有时甚至直接作为室内外空气流动的通道，是建筑保温的薄弱部位。窗墙比为50%的房间与窗墙比为30%的房间相比，空调运行负荷要增加25%左右。

民用建筑节能设计标准要求窗户不宜过大，北朝向的窗墙面积比不应超过0.25，东、西朝向的窗墙面积比不应超过0.3，南朝向窗墙面积不应超过0.35。个别建筑采用落地窗、飘窗等形式，窗墙面积大大超过标准要求。

1.3 建筑材料

建筑物是被建筑材料经排列堆砌后所包围的空间体。建筑材料的特性，直接决定了建筑物的保温性能。尤其是建筑外墙和门窗的材料选择，对建筑保温节能是异常关键的。

但目前对围护结构使用的墙体材料、保温材料及窗户质量要求并不明确。多是从强度、变形控制以及耐久性的角度，对墙体和门窗材料及材料的布置性质给予了一定的说明。

1.4 结构布局及高程

建筑物的空间布局和高程，对建筑能耗亦有一定的影响，同样建筑面积的建筑物，东西比南北朝向的建筑物能耗要增加5.5%左右，采取异型结构，其保温节能性能即有差异。通过门窗缝隙的空气渗透损失的热量也与朝向有关。楼层高度不一样，其保温节能性能亦不一样。

1.5 区域气候

建筑物所在区域的气候特征，对建筑能耗影响较大，地区的风向、风量及降雨等对建筑能耗均有直接的影响。同一建筑，位于冬冷夏热地区和冬冷夏暖地区，引起的全年建筑总能耗亦有较大差异。

建筑物的结构布局、窗墙面积比及高程等，和建设规划要求以及设计人员的设计风格有关，区域气候是自然因素，以上因素均不能做出合理的控制指标以进行对比。因此，下面主要从所选用的墙体和门窗材料角度，对节能建筑之节能效益、经济效益及环保效益进行分析。

2 节能建筑材料类型

墙体材料在房屋建材中约占70%，是建筑材料的重要组成部分。就其品种而言，新型节能型墙体材料主要包括砖、块、板等，如粘土空心砖、掺废料的粘土砖、非粘土砖、建筑砌块、加气混凝土、轻质板材、复合板材等。节能建筑所倡导的墙体材料类型主要为多孔钻和空心砖，表1为目前节能建筑常用砖体热工性能及造价对比。

表1 常用砖体材料热工性能及造价［9］

窗体材料以PVC塑料窗为主。最早由德国于20世纪50年代首先开发成功，经过50来年的努力和产品技术水平的不断提高，塑料门窗以其保温、隔热、隔音、耐腐蚀等诸多优势，在欧洲乃至全世界迅速推广应用。表2是国内所使用的各类型窗的传热系数和节能效果的对比。

表2 常用窗体的热工性能及节能效果［8］

表3 各节能窗墙材料节能效益计算

从表1、表2可看出，双玻PVC塑料窗的节能效果比较显著，能达到民用建筑设计标准中全国大部分地区住宅采暖节能50%的要求。墙体材料方面，空心砖和多孔砖具有较好的保温节能性能，尤其是空心砖，其节能性能较之以往的实心砖能提高近50%。

3 建筑节能效益

2008年重庆市主城区建成面积443.6km2，较之2007年增加5.02%，按此推算，2010年，重庆市主城区将完成建成面积约489.26km2，约合4.8 926亿m2。假设其中建筑面积占32%，则主城区建筑用地面积约1.5 656亿m2，按平均层高6层且每层高3.5m计算，则总建筑面积约9.3 937亿m2，总外墙面积约32.878亿m2。一般建筑的窗墙面积比为0.30～0.45，假定平均窗墙面积比约0.30，则主城区建筑物总窗户面积约9.86亿m2，总净外墙面积约23.018亿m2［4］。

则，夏季制冷期为减小冷负荷损失时，墙体、窗户的年节能量可通过公式(1)计算:

式中:QS为墙体或窗户夏季的节能总量，kWh;ns为重庆地区夏季需提供制冷调节的天数，d，取52;Kp为非节能型材料的传热系数，W/(m2·K);Ks为节能型材料的传热系数，W/(m2·K);tn为重庆地区需制冷月平均室外温度，℃，取3.5;tp为制冷期室内拟达到的目标温度，℃，取18;F为墙体或窗户面积，m2。

冬季采暖期为减少热量损失时，墙体、窗户的年节能量可通过下式进行计算:

式中:QW为墙体或窗户冬季的节能总量，kWh;nw为重庆地区冬季需进行采暖调节的天数，d，取116;t'n为需采暖时室内平均温度，℃，取32.5;t'p为需采暖时室外的平均温度，℃，取26;其他符号意义同前。

根据前述，采用各墙窗材料时，冬、夏季节能总量计算如表3所示。在表3的计算中，墙体为相对于常用的实心砖比较的节能量，窗体为相对金属单框窗而比的节能量。

从表3可以看出:

(1)节能墙体材料和窗体材料，其节能潜力均非常巨大;

(2)采用空心砖较之采用多孔钻做为墙体的主要材料时，节能效果将近翻了一倍;

(3)在所有窗体节能形式及材料中，采用PVC双玻窗的效果是最明显的，其次是铝塑和钢塑;

(4)窗户面积较之墙体面积尽管不大，但却是潜在的耗能大户，采用节能的窗体材料，由此而引起的节能效益，比墙体采用节能材料所带来的节能效益还大。

续表3

4 节能的经济环保效益

以“空心砖+PVC双玻窗”为墙窗材料进行以下分析。

由表3可以看出，和传统材料相比，采用空心砖作为墙体材料时，全年节能约33.05亿kWh，采用PVC双玻窗作为窗体材料时，全年节能约63.25亿kWh，两者合计约96.3亿kWh。

若该部分能量全部通过电能无损耗的转换，取重庆地区平均民用电和工业用电单价为0.65元/kWh，则，一年可以节省电费为M=96.3×108×0.65=62.595亿元。

若该部分电能全部通过火力发电来补偿，我国目前的大部分火力发电，每生产1 kWh的电需燃煤平均0.35 kg［8］，则共燃煤 G=96.3×108×0.35/1000=3.3705×106t。而采取燃煤发电，将产生大量的 CO、CO2、NO2、SO2、悬浮物、煤灰渣等［8］，严重污染环境。

5 结束语

现有建筑能耗巨大，采用节能型材料，如采用空心砖、多孔砖代替以往的实心砖，采用PVC双玻窗、铝塑或钢塑双玻窗，代替以往的金属单玻窗，建筑节能效益显著。

但我国的节能标准，距离发达国家还有较大差距，比如发达国家的节能建筑，其外墙的传热系数能达到0.6 W/m2·K以下。故我国的节能建筑材料及其形式，还需要大量的工作以进一步完善和提高。

［1］ JGJ 134－2001夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准［S］

［2］ 中华人民共和国节约能源法［S］

［3］ JGJ 26－95民用建筑节能设计标准［S］

［4］ 重庆市人大城环委，市建筑节能协会．重庆市现有公共建筑能耗状况调研报告［R］．重庆，2007

［5］ 暖通规范管理组．暖通空调设计规范专题说明选编［M］．北京:中国计划出版社，1990

［6］ 建设部建筑节能办公室．建筑节能技术标准规范汇编［M］．北京:中国建筑工业出版社，2003

［7］ GBJ 19－87采暖通风与空气调节设计规范［S］

［8］ 宋明健，宋代学，夏永阁．湖南地区应用塑料窗的节能与经济效益分析［J］．能源工程，2006(2):62－66

［9］ 张源，何嘉鹏，高寿云．内插保温层混凝土空心砌块热工性能数值模拟分析［J］．能源工程，2008，36(2):22－25，37