中国建筑节能技术概述

陈 忠 民

(内蒙古第六地质矿产勘查开发院，内蒙古 海拉尔 021008)

中国建筑节能技术概述

陈 忠 民

(内蒙古第六地质矿产勘查开发院，内蒙古 海拉尔 021008)

在全球气候变化和能源短缺的背景下，从建筑围护结构的节能、建筑设备的节能、可再生能源的应用、建筑能源管理等角度出发，总结了我国已有的建筑节能技术，为建筑节能技术的进一步研究提供了参考借鉴。

建筑节能，围护结构，设备，能源，管理

0 引言

面对日益严峻的全球气候变化和能源短缺的局势，近些年来，世界各国开始广泛关注建筑节能，并研发了大量的简单易行并且经济效益高的建筑节能技术。建筑节能的主要原则包括减少采暖、制冷和照明负荷，选择高效的设备和系统，使用有效的控制战略等等。总体而言，中国的建筑节能技术可从四个方面来进行归纳，即建筑围护结构的节能技术、建筑HVAC系统的节能技术、可再生能源的应用与建筑能源管理。

1 建筑围护结构的节能技术

围护结构节能技术是指通过改善建筑物围护结构的热工性能，达到夏季隔绝室外热量进入室内，冬季防止室内热量逸出室外，使建筑物室内温度尽可能接近舒适温度，以减少通过辅助设备如采暖、制冷设备来达到合理舒适室温的能源负荷，最终达到节能的目的，建筑物的围护结构节能技术可分为：新型墙体节能技术、门窗节能技术、屋面节能技术。

1.1 墙体节能技术

墙体节能所采用的方法主要为通过改善墙体材料的热工性能来达到节能的目的，包括单一墙体保温技术和复合墙体保温技术两类。目前，常用的墙材中加气混凝土、空洞率高的多孔砖或空心砌块可用作单一节能墙体，由于单砌筑的墙体结构导热系数往往不能满足建筑节能设计标准的要求，为此，在新型墙材的基础主墙上增加保温隔热材料，形成复合节能墙体。目前，在中国市场上主流的墙体节能方法主要为外墙外保温技术，每年大约要新增1亿m2的外墙外保温建筑面积[1]。该技术能有效的增加室内建筑面积达1.8%～2%，并能避免墙体产生热桥，故经济效益和保温效果明显。此外，中国广泛使用的墙体节能技术还包括膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统、胶粉聚苯颗粒保温浆料外墙外保温系统等。

1.2 门窗节能技术

在建筑围护结构的门窗、墙体、屋面、地面四大围护部件中，门窗的绝热性能最差，是影响室内热环境质量和建筑节能的主要因素之一。因此，增强门窗的保温隔热性能减少门窗能耗，是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的重要环节。

多玻节能窗、低导热玻璃、低辐射玻璃、吸热玻璃等在中国市场中被逐渐推广应用。此外，玻璃窗膜，由一些稀有金属所制成，如钛、镍、金等，在中国的某些发达城市如上海和广东也开始获得越来越多的应用。

1.3 屋面节能技术

屋面作为一种建筑物外围护结构，所造成室内外温差传热耗热量大于任何一面外墙或地面的耗热量。因此，提高建筑屋面的保温隔热能力，能有效地抵御室外热空气的传递，减少空调能耗，也是改善室内热环境的一个有效途径。近些年来，大量的新型屋面保温材料被研究开发出来并获得了广泛的应用，如膨胀珍珠岩、聚苯乙烯泡沫、加气混凝土、刚性聚氨酯泡沫塑料等[2]。

此外，中国还研发了一些新型的屋面节能技术，如通风屋面、种植屋面、蓄水屋面等。通风屋面的结构为两层板之间形成一个通风层，这种结构形式能极大地削弱太阳辐射对室内环境的影响，从而能保持室内温度接近外界温度。通风屋面在中国夏热冬冷地区广泛采用，尤其是在气候炎热多雨的夏季，这种屋面构造形式更显示出它的优越性。在我国夏热冬冷地区和华南等地过去就有“蓄土种植”屋面的应用实例，通常称为种植屋面。利用屋顶种一些植物，在遮挡太阳辐射热的同时还吸收这些热量用于植物的光合作用、蒸腾作用和呼吸作用，把照射到屋顶的太阳辐射热转化为植物的生物能量和空气的有益成分，实现太阳辐射热的资源性转化。因此，屋面温度变化比较小，隔热保温性能优良，是一种生态型的节能屋面，并逐步在广东、广西、四川、湖南等地被人们广泛应用。到2010年为止，山东临沂市和四川成都市已经分别建成了140万m2和200万m2的种植屋面。蓄水屋面是在刚性防水屋面上蓄一层水用来提高屋顶的隔热能力。这种屋面利用了水比热大的特点，主要是水在蒸发时要吸收大量的汽化热，能有效地减弱屋面的传热量，降低屋面的外表面温度。但由于蓄水屋面对屋面防水的要求很高，故在中国的应用较少。

2 建筑设备的节能

建筑能耗，主要是指各类设备的电力消耗及燃料消耗，而设备的能源转换效率直接影响着建筑能耗，建筑物内主要的耗能设备为采暖、通风和空调(HVAC)系统。

大量文献对减少HVAC系统的能耗做出了广泛深入的研究，美国能源署在2002年发布的一份报告中指出，目前主流的HVAC节能技术主要有55种[3]。值得注意的是，这些节能技术是基于美国的国情所提出来的，中国有其本国的节能技术特点，如在进行HVAC系统设计时提倡采用间歇式采暖和制冷，优先选择自然通风而不是机械通风等等。《采暖通风空调系统设计标准》对HVAC系统的设计要求给出了详细的说明，此外，《绿色建筑评价标准》也对HVAC系统的节能设计进行了详细的规定，如设置能源回收系统和选择高效率的设备等等措施均能获得相应的绿色得分。

3 可再生能源的应用

自“六五”规划以来，中国政府就把可再生能源利用技术的研究列入国家能源规划当中，以期推动中国可再生能源技术和产业的发展。1997年，中国政府颁布了《中华人民共和国节约能源法》，该法律的颁布极大地激励了可再生能源的开发和使用；2006年，中国政府颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，并于2010年对该法律进行了修订，在该法律中，可再生能源的开发应用被放到了“增加能源供应、确保能源安全、改善能源结构、保护环境和实现经济和社会的可持续发展”的战略高度。此外，在中国的可再生能源长期发展规划中，中国政府提出了要确保到2010年可再生能源占中国总能源结构的10%，到2020年可再生能源占中国总能源结构的16%的总体目标。在2007年召开的建筑节能减排大会上，建设部相关人员指出在“十二五”规划期间，中国政府应全面推动可再生能源在建筑中的应用，进而转变城乡发展模式和建筑节能模式，并解决国内建筑能耗高、能源结构不合理的难题[4]。在建设部和财政部共同发布的《关于推动建筑内可再生能源应用的通知》中指出，到2015年止，中国可再生能源在建筑中的应用面积将达到12亿m2，可再生能源对传统能源的替代量达到30 Mtce。

中国建筑内可再生能源的应用种类主要包括太阳能、地热能、风能和生物质能。

1)太阳能。太阳能利用技术是指通过转换装置将太阳能源转换成热能、电能，并全方位地解决建筑内热水、采暖和照明用能的技术。

太阳能热水器是利用太阳能把水加热的装置，是目前实际应用最多、技术最成熟的太阳能利用系统。中国在太阳能热水器的基础理论研究、工艺材料研究、应用研究、技术标准、制造水平、产品质量等方面，总体处于国际先进水平，多个指标在国际领先。现在中国已成为世界上最大的太阳能热水器生产、销售和持有国[5]。

太阳能光伏发电技术也开始逐渐成熟。在国外，光伏技术被运用于建筑屋顶，将大型光伏组件建造在屋顶上，组成屋顶光伏发电系统；在中国，光伏技术经过40年的努力，已具有一定的水平和基础。光伏并网发电系统正在悄然兴起，屋顶并网光伏发电系统的研制和示范已被列入国家重点科技攻关项目。在“十一五”规划期间，中国已在经济发达的、城市现代化水平高的大中城市如北京、上海、江苏、广东等，建成了大量的建筑光伏一体化的示范项目。到2010年止，中国已安装1 000个屋面光伏发电系统，总装机容量达5万kW，据预测，到2020年，中国的屋面光伏发电系统将达到2万个，总装机容量将达100万kW。

2)地热能。地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水)的既可供热又可制冷的高效节能设备。中国自1997年正式引进推广地源热泵这项技术以来，现在在地源热泵的研究上已获得了长足的进步，并成为了建筑节能领域内的重要研究课题。到2005年为止，中国地源热泵的装机容量达到631 MWt。在最近几年里，地源热泵系统的应用和发展更为显著，以北京为例，到2008年6月为止，北京已有103个工程安装了地源热泵系统[6]。

3)风能。中国总的风能储量约为3.226×109kW，到2010年，中国的风力发电量达到33 800 MW，使得中国成为全世界第二大风力发电国[7]，此外，中国未来风力发电的潜力巨大。建筑物内风能的主要利用方式包括水平风力涡轮机和纵向风力涡轮机等等。由于风力发电具有很大的不确定性，故与太阳能和地热能相比，风能在建筑中的应用并不十分广泛，经常将其与太阳能光伏电池联合起来安装在建筑物上，珠江塔作为一个典型的示范性建筑，是世界上首座安装风力发电机和太阳能光伏发电系统的零能耗超高层建筑。

4)生物质能。中国蕴含着丰富的生物质能源，据初步估计，中国可开采的生物质能大约为5亿t标煤当量。尽管其含量丰富，但是尚未被人们合理利用，在中国，生物质能主要在农村地区应用，以湖南省为例，在2005年，农村住户的非商品能源消耗总量大约为1 110万t标煤，而其中秸秆和木材就占了98.1%[8]。

4 建筑能源管理

建筑能源管理，即在保证建筑物使用功能和室内环境质量的前提下，通过规划、组织、监测和控制等一系列方法来确保建筑运行的效率和性能最优化，如基于能源审计的结果，来计算分析建筑设备系统分系统和分项能耗，进而通过对建筑物构造的模拟及室内外环境的优化来找出建筑分项系统的节能潜力。

一般来讲，建筑能源管理的模式有以下三种：1)减少能耗型能源管理。其主要措施是限制用能，例如非高峰时期停开部分电梯，无人情况下关灯等。2)设备改善型能源管理。即针对建筑在运行中的实际情况，不断改进和改造建筑用能设备，这种管理方式的底线是所掌控的资金量能否满足节能改造的需要。3)优化管理型节能管理。这种管理方式主要包括连续的系统调试、对负荷进行动态追踪管理、基于成本来制定运行策略和对用户行为节能进行启发和引导等。

建筑物能源管理系统的节能潜力巨大，最多可达到27%左右。节能服务公司(ESCO)，是一种基于合同能源管理机制运作的，以赢利为目的的专业化公司。ESCO与愿意接受能源管理服务和进行节能改造的客户签订节能效益合同，向客户提供能源和节能服务，通过与客户分享项目实施后产生的节能效益、或承诺节能项目的节能效益、或承包整体能源费的方式为客户提供节能服务，获得利润，滚动发展。1995年3月，中国政府与世界银行就中国加快引入以市场为导向的能源机制达成共识，从1996年开始，世行与国家经贸委共同合作实施“世行/GEF中国节能促进项目”，项目分两期实施，项目一期分别在北京、山东、辽宁建立了三个示范节能服务公司，示范公司三年来的实践证明，合同能源管理这一节能新机制在中国是可行的。此外，中国政府还颁布了一系列的政策来推动建筑能源管理系统的发展，如国家发展改革委员会印发的《关于加快推行合同能源管理，促进节能服务产业发展的意见》和《合同能源管理财政奖励资金管理暂行办法》等。

5 结语

通过从四个方面对中国建筑节能技术的总结，可以看出目前中国建筑节能技术已比较成熟，研究开发了大量的适用技术，尤其是可再生能源在建筑中的应用。当然，在建筑能源管理等方面也存在着一些不足之处。

[1] 北京振利节能环保科技股份有限公司.墙体保温技术探究[M].北京：中国建筑工业出版社,2011.

[2] 艾红梅,白雪娇.我国建筑屋面保温板的研究与发展[J].建筑节能,2010(8):1-6.

[3] Kurt W.Roth.Energy Consumption Characteristics of Commercial Building HVAC Systems,Volume Ⅲ:Energy Savings Potential.Building Technologies Program of DOE,2002.

[4] 国家发展改革委员会.可再生能源中长期发展规划[Z].2007.

[5] Worldwatch Institute.Renewables 2007 Global Status Report[R].2007.

[6] 江西省地质学会.京津地区浅层地热能开发利用考察报告[R].2009.

[7] Wald,Matthew L.China’s Galloping Wind Market.The New York Times.

[8] S.Q.Chen.Contrastive study between the biomass energy utilization structure and the ecotype energy utilization structure in rural residences-A case in Hunan province,China.Renewable Energy，2009(34)：1782-1788.

[9] 马丽丽.谈建筑设计与环保节能[J].山西建筑，2014，40(13)：215-216.

AnoverviewofChina’sbuildingenergysavingtechnologies

CHENZhong-min

(TheSixthofGeologyandMineralResourcesExplorationDevelopmentinInnerMongolia,Hailaer021008,China)

Under the background of global climate change and energy shortages, from the energy saving of building envelope structure, building equipment energy saving, renewable energy application, building energy management etc., summarizeds the existing building energy saving technology in our country, provided reference for further research on for building energy efficiency technology.

building energy efficiency, envelope structure, equipment, energy, management

1009-6825(2014)33-0187-03

2014-09-11

陈忠民(1971- )，男，工程师，二级建造师

TU111.4

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