泛广义建筑节能

1 概述

建筑能耗有广义和狭义之分，广义建筑能耗是指从宏观角度出发，包括建筑材料制造、建筑施工、城市环境直至建筑使用全过程的能耗；而狭义建筑能耗或建筑使用能耗指的是维系建筑功能所必须损耗的能量。这些能耗包括以下几个主要方面：①照明；②供暖；③空调；④电梯；⑤热水供应；⑥烹调；⑦家用电器；⑧办公设备等。从一般意义上来说，建筑能耗指的就是使用能耗。作为社会总能耗中不容小觑的重要组成部分之一，建筑能耗随着国家和地区发展情况的不同而表现出特定差异，在整个社会能耗中占比也会存在差异。根据相关统计显示，我国建筑能耗是相同气候条件发达国家的2～3倍，我国建筑能耗约占社会总能耗的1/3（图1）。

1.1 建筑节能发展现状

图1 1996～2014年我国建筑能耗比例

所谓建筑节能理念，通常是指人们对建筑节能的看法，属于抽象观念形态的范畴。建筑节能理念是人们在实践中通过长时间的思考以及社会实践不断总结、归纳所研究出的，属于系统、成熟的思想和观念，同时，在通过由点及面传播下逐渐被社会公众所认同，进而成为一种社会普遍认可的思想[1]。在建筑设计的过程中，必须同时兼顾高品质以及高效率原则，并在此基础上设计出同时满足时代性、民族性以及地方性特征的建筑，进而使工程的各方效益持续提升，最终达到改善人民生活的目的。张钦楠提出，建筑设计的任务由4个因素构成，分别为： 适用、安全、经济、美观。同时，所设计出的建筑应当满足3个属性，分别为：时代性、民族性、地方性。各方效益由3方面构成，分别为：经济效益、社会效益、环境效益[2]。这些理念全面、系统地将实践要点囊括在内。不仅如此，节约、健康、高效等一系列绿色建筑理念，无论是住房和城乡建设部颁布的《绿色建筑技术导则》，还是新出台的《绿色建筑评价标准》，无不提及这些观点。曹伟教授在2008年发布了《广义建筑节能—太阳能与建筑一体化设计》一书，提出了广义建筑节能的战略思路，研究了建筑节能的历史渊源和发展形势，以及国内外太阳能的利用和建筑节能的现状。鉴于能源和能效的广义建筑节能理念以及具有技术策略的广义建筑节能方法，提出了太阳能和建筑一体化的策略和设计方法。

1.2 泛广义建筑节能

泛广义建筑节能是本文提出的一种整体的建筑节能理念，其从环境可持续发展宏观的角度出发，从环境整体、建筑节能的可持续发展体系，从城市环境、建筑能源规划到建筑单体的节能，从节能整体概念掌控到单体建筑节能的设施建设[3]（图2）。

传统建筑节能常常在建筑本身的立场上进行思考，往往是在建筑已经搭建成型后方才将节能性问题考虑进去，并利用传统的节能方式加以改造。如此一来，不仅影响有效实现预期的节能效果，同时实施节能改造从某种程度来说本身也是一种能量的耗费，且付出的资金较大。泛广义建筑节能在设计伊始已经把节能因素规划进去，与只是在建筑范畴里推行各种节能措施的传统建筑节能不同，从泛广义上分析，建筑节能是一种集城市环境规划与保护为一身，具有综合性特征的设计理念，包含多方面内容：①建筑节能材料；②以太阳能、风能等代表的新能源；③环保；④建筑节能改造等。本文总结并提炼出广义性建筑节能的理念和方式，系统地论证如何开展建筑节能，其目的在于将绿色建筑理念始终贯穿于建筑设计、规划以及建造的过程中。

图2 泛广义建筑节能结构体系图

2 绿色建筑

2006年3月，我国建设部对外颁布了《绿色建筑评价标准》，并在这一标准中明确给出绿色建筑的概念。所谓绿色建筑，指的是在建筑整个寿命周期内，有效地对能量、材料、水源的资源实施节俭活动，尽可能对环境加以保护，避免污染的发生，想方设法为人民设计出一个健康且适宜居住的空间。同时，这个空间应该和自然界产生和谐共生的联系[4]。依照《绿色建筑评价标准》，绿色建筑的概念具有综合性的特征，主要包括了4个重要内涵：首先，明确了建筑整个寿命周期的过程；其次，尽可能降低对环境的破坏以及尽可能压缩能耗，这一点属于绿色建筑的基本要求以及评判标准；第三是统筹考虑建筑的室内外环境，要求建筑满足舒适度高且利用率高的标准；第四是同自然和谐相处，建筑在建设时不应当将牺牲环境作为代价，而是应当和自然和谐相处，达成人和自然、建筑的和谐统一。

2.1 整体节能

绿色建筑的构建应该从整体规划设计入手，考虑环境气候因素从而解析气候的决定性因素(例如大气环流、太阳辐射因素、地域特征等)的利弊影响，经过单体建筑的规划部署，在区域范围的建筑群内建立节能并且舒适的微气候环境[5]。从以下层面进行整体设计：建筑设计和道路布局，建设项目选址，建筑朝向、间距、体型，建筑区域内的太阳辐射、风环境、内外部建筑空间环境的构成体系等。不只限定在建筑本身，联系环境的因素，依托节能技术使建筑和气候协调一致，让节能效果到达更好[6]。

通过不同体量的建筑互相搭配，高低不同建筑错落有致的排列来使室内得到最佳天然采光，节省人工照明，同时加上合理的建筑间距、朝向、体量，使小区气流流动更合理。建筑周围合理的风环境可以加强建筑的自然通风能力，降低空调的能耗。因此在设计时，有助节能就需要全局考虑节能规划、平面规划、采光通风，环境和能源都能够得到改进[7]。

2.2 绿色建筑节能评估

绿色建筑评价已经成为对绿色建筑进行推广的重要方式之一。我国现已构建了相应的“绿色建筑评价标识”制度，是依照《绿色建筑评价标准》对绿色建筑的等级加以判断，同时加以信息性标识。我国绿色建筑评价标识活动的组织者为国家，在政府的主导下，全体公民自愿参与进来（图3）。当前，绿色建筑评价标识主要分为两种：一种为绿色建筑设计评价标识；另一种为绿色建筑评价标识。绿色建筑设计评价标识的对象为已结束施工设计图审查的住宅或是公共建筑，通常该标识仅有1年有效期。绿色建筑评价标识的对象则为已竣工并使用超过1年的建筑，该标识有3年的有效期。从2010年出台的《绿色工业建筑评价导则》来看，绿色建筑的标识评价工作发展前景良好，从原本的住宅和公共建筑领域开拓到工业建筑领域。《绿色工业建筑评价导则》的出台，表明我国绿色建筑的评估工作已迈向细分化的阶段，并为当前我国工业建筑规划设计等一系列工作奠定坚实的基础。不仅如此，2010年，我国还颁布了建筑行业的两个重要标准：一是国家标准，即《建筑工程绿色施工评价标准》（GB/T50640—2010）；二是行业标准，即《民用建筑绿色设计规范》（JGJ/T229—2010）[8]。这两大标准不仅有效指导了绿色施工评价工作的开展，同时也填补了原本绿色建筑标准规范中缺乏设计规范的缺陷，能够在建筑进行规划的过程中，为打造绿色建筑提供重要的技术依据。

图3 2008～2014年绿色建筑评价标识项目数量

2.3 空间调节

提高舒适度、减少能耗是“绿色建筑”的主要目标。在能耗和舒适性之间，当节能重点放在“供给侧”的时候，就是在能源供应和分派中降低损耗，提升效能，重心在“需求侧”的时候，前提是保证舒适度，对形体和空间进行恰当的设计，降低能量的需要。因此，提出了一种建筑设计“空间调节”策略，此策略相对于设备系统为核心的环境性能“空气调节”，在建筑设计中经过有效的空间组织、恰当的功能和体型设计，用空间自身的组织情况与形态去完成对室内外环境舒适度、能耗和碳排放的功能控制[9]。以形态和空间设计为先河，“空间调节”是一种主动的，通盘筹划各项专业目标、方法和过程，尽量不耗能或者少耗能的方法完成节能减排的绿色建筑被动式设计思想和计策。

2.4 既有建筑节能改造

对于既有建筑的绿色节能改造，在建筑规划方面，建筑的朝向、布局、形态和间距等已经不能改变，所以节能只能进行改造，从围护结构、暖通空调和可再生能源运用入手[10]。在原有基础上，根据既有建筑保护的原则，把既有建筑利用水平实行分类。第一类是历史建筑，包含历史建筑、文保单位、具有历史的建筑物和具有文化特征的建筑物。历史建筑的价值首要的是历史文化，其次才是用途，对历史建筑进行规划的意义在于保护，经过合理的修葺、保护延长建筑的寿命。第二类是普通建筑，就是所谓能够使用的建筑，结构优良，水电气这类数据均正常，居于功能寿命期内，对此类建筑的规划是维持现状，优化功能，能够依照分布和功能总结数据，关注空间分布的关系、城市结构和环境质量。第三类是低效建筑，水电气数据在建筑使用期内，比正常值低，需要完善数据分析，结合产权数据、基础设施数据和税收数据等[11]。

2.5 建筑材料节能

为确保新节能环保建筑材料在实践中得以有效推广和应用，必须通过科学手段对材料的安全性加以甄别，同时制定相应的标准，为材料的选择提供依据。从当前的发展情况来看，防水建筑材料主要选择趋势为以下几种：①沥青防水卷材；②聚氨酯防水涂料；③聚氨酯密封涂料；④硅酮等。建筑保温材料主要选择趋势为以下几种：①玻璃棉制品；⑵矿物棉制品。建筑装修材料主要选择趋势为以下几种：①丙稀酸乳胶漆；②环保复合式地板等。建筑门窗材料主要选择趋势为塑料或塑钢等型材门窗。水管道材料主要选择趋势为UPVC 管材。除此之外，还有一部分其他的无机非金属材料都有待通过科学实验加以甄别，只有得到市场认可才能全面推广。

要切实构建起一个节能、环保型的社会，仅仅依靠科学技术的提升是远远不够的，人们的环保理念也必须不断革新。只有人们树立起节能环保的意识，切实了解节能环保的重要性和紧迫性，并在生活实践中贯彻落实，才能够达成构建节能环保型社会的目标。我们必须积极鼓励以下多项举措：一是尽可能运用那些可重复、可循环、可再生的材料；二是加大宣传，让更多企业和个人使用国家环保标志材料，让人们切实了解无毒无害环保材料的优势；三是加强新技术的应用，让新型材料具有更多的优势，如更易维护、更耐用等等；四是加强研究废弃物再加工技术，想方设法降低传统资源的损耗率。不仅如此，还应当加大对复合功能材料的研究投入，使得一材多用，即节能环保又增添功能。

3 新能源

所谓新能源建筑，指的是在建造建筑物的过程中，通过以太阳能为代表的一系列可再生、可反复或者可循环的新能源取代常规能源，进而为建筑设施提供照明、通风、采暖等作用，对人们正常的生活或是生产奠定坚实基础（表1）。常见的新能源建筑有：①太阳能建筑；②风能建筑；③生物质能建筑；④地热能建筑；⑤综合性新能源建筑等[12]。

3.1 能源岛－分布式电热冷供能系统

“能源岛”又称分布式能源系统，是国际上近几年发展起来的全新的能源供给模式，被称为21世纪的能源革命。其将目前全世界最新的小功率微型燃气轮机科技当作重点，建立分布式节能型的供能系统，保证系统的能源综合利用率可以到达80%[13]。能源岛运行的重点技术和优秀的系统工程控制方案成为未来全球集成供能系统的一个重要发展趋势。

“能源岛”指的是由微型汽轮机、制冷机以及回热设备等形成的电、冷以及热等设施。借助分布式供能设施，实现零距离传输，有效降低电路中的各种损耗，使用电厂的余热来提高能源的利用率，有效提升资源利用率。“能源岛”模式能够用于汽油、柴油以及乙醇等多种燃料，有利于交通欠发达地区构建供能体系。这种模式最大的特点为：占地面积小、质量轻、高集成度等，因此，能够用于备用电源、移动电源以及辅助性电源等。

3.2 太阳能的应用

我国为了社会的不断发展，全面倡导应用和建筑互相联结的可再生能源。太阳能是清洁的可再生能源，其建筑能耗需求和能源品位相互契合，有分布不受地域影响的特点，已然成为中国常规石化能源的主要替代能源，是节能环保、减少温室气体排放的重要技术措施[14]。一般情况下，太阳能建筑技术划分为两大类：主动式与被动式。

其中，被动式太阳能技术指的是利用简单的设施与控制系统高效收集太阳能，方便储存与收藏，直接、间接获取技术和混合式技术是获得的形式（图4）——直接获取技术：冬季，白天的时候运用大面积朝南窗户让阳光射入，当夜间来临，保温窗帘和保温板用来遮蔽窗口，屋内的地面要运用蓄热能力较强的材料；间接获取技术：为了把热量传入室内，需要经过集热蓄热墙、双层呼吸式玻璃幕墙、运用透明隔热材料的墙体等；混合式技术：经过附加阳光间式、蓄热屋顶式和对流环路式的方式获得太阳能[15]。采光面或收集器、热吸收装置、蓄热材料、控制装置和输送系统是需具备的5个根本因素。

运用集热器、蓄热器、管道、风机和泵等装备来搜集、存储和传输配送太阳能，并且把建筑获得的技术和太阳能设施和建筑一体化称为主动式太阳能建筑技术。重点运用于太阳能供给热水、室内采暖、对通风空气实行预热、室内降温(比较罕见)和除湿(同干燥剂一起使用)等。

4 环境保护

国内的大气污染取决于能源的具体结构，为典型的煤烟型污染。中国属于传统能源大国，超过3/4的原料为煤。全国范围内空气中硫含量严重超标，酸雨成为常见现象，全国50%以上的地区出现酸雨。污染物主要来源于可吸入颗粒，全国约2/3的地区可吸入颗粒物污染远超国家二级标准，剩下的基本上超过国家三级标准，重点污染区域为华北地区与西北地区。最近几年，机动车已经成为主要的交通工具，交通带来的污染危害人类的发展。国家确定未来交通重点发展趋势为轨道交通与电动车，将会有效解决交通能耗污染问题。

表1 我国未来能源可能的供应能力（亿tce）

图4 被动式太阳能利用

4.1 建筑水环境

我国环境污染问题严重，大气污染是其中最为严峻的难题之一，大气污染物的首要根源是工业生产的废气和机动车的尾气。在城市生态系统中，城市的绿化植被和水体具备还原功能，经过世界各国的城市发展实践已经得到证实。城市绿化和水体的基础功能在于调剂小区气候, 改进城市的生态环境[16]。

（1）空气的净化。水体可以阻隔污染源形成的废气、粉尘等污染物，比如PM2.5，尤其是水体和空气中的分子发生撞击时可以形成负氧离子。世界卫生组织对此也有标准，清新空气中负氧离子含量需1m3空气中至少不低于1 000～1 500个。空气中负氧离子的多少决定了空气的质量。良好的空气质量可以改善人类身体健康，有效缓解由于净化空气而带来的经济压力。

（2）调节局部气温和湿度。当单位空间内水体含量超过特定标准时，受到水体本身特征、导热率以及热容等干扰，改变了热交换的现状，导致水体周边气温稳定，而且湿度有所上升，进而改变水域周边的气候，变得更加舒适，更加适合某些植物生长。建筑设计与施工中重点考虑水环境影响，有效地消除极端恶劣气候的影响，增加自然通风、改善室内空气质量，减低空调负荷。

4.2 空间环境质量

随着人们对环境和能源越发的注重，研究有机废气处理技术的力度持续增强。除了固有的废气处理工艺技术以外，城市的合理规划和新技术的开发运用，对有机废气的整治提供了更广阔的途径。如变压吸附分离与净化的技术(PSA)，其优势在于能耗低、投资少、自动化程度高、流程简单。

给排水控制系统主要是对生活、商业用水、污水进行集中的分类管理，新建建筑和小区在规划期间应该设置好给排水系统，为供应干净的用水和污水的回收处理提供方便。控制系统主要是为了保证系统的正常运行，其重点功效为监督水泵运行情况、水池水位变化以及系统压力等；结合水位的具体变化，启停相应的水泵，确保水泵实现自动切换；根据监视和设备启停状态的非正常情况开展故障警报，提升排水系统的节能效果。

合理处置污水对城市水系的健康和污水的二次利用起到直接影响作用。新建建筑在规划前就要提前设计污水处理体系。研究发现，污水具有如下特质：①水温恒定，表现为冬暖夏凉；②城市污水总量巨大；③城市污水占据较大的比例；④城市污水属于废热的主要成分。因此，城市污水属于放错地方的资源，为典型的可再生能源。

4.3 可持续的城市生态环境规划对策

生态导向中明确指出，保护环境属于城市规划中非常重要的一部分内容，需要相关部门站在生态的角度来看待和解决与规划相关的问题，因此，就需要先对各大城市、城镇的生态环境进行初步了解和规划，将与生态环境相关的各项内容有效融入规划编制过程中。其中，针对省级城镇规划，重点应关注如何合理利用和管理生态用地；针对城市整体规划，旨在强调确定保护目标，根据目标制定切实可行的污染防治措施，在实现城乡生态结合的同时，最大限度地优化产业布局；若要从更细致的层面进行规划，可以将空地率、空融比等指标应用到实际衡量中，积极推动绿色建筑的设计和建造进程。

在城市规划进程中，生态观的外部体现就是要建立科学合理的生态分区。其中针对省（市）级城镇体系，在分区时要特别重视以开发控制为主导；而针对城市总体规划来说，可以从更细致的层面进行分类，如设定绝对禁建区、严格限建区、适度建设区等多种类，并且要明确指出各分区管制以及管制级别，根据级别分配合适的主体，这样做的目的旨在保证生态功能区的合理性和建设性。

城市生态环境建设不仅仅只是要保留城市及其周边的自然景观，如：天然水系、山林、湿地等，更重要的是充分发挥各部分功能。事实上，之所以选择在城市建设廊道，最主要的目的就是促进生物运动。同时，为了有效提高生物稳定性和多样性，可以选择在城市中构建更多防护绿地，最大限度还原自然。

城市绿地系统在城市规划中占据着非常重要的地位，既可以有效提升居民生活质量、提供生态系统稳定性，同时还可以达到优化和合理利用城市资源的目的。然而在实际操作过程中却存在很多问题，比如：现有绿化模式要求有更多财力、人力和物力的支撑，极易出现绿地非生态化现象。而解决这一问题最有效的措施就是改进绿化模式，积极创建节约型绿化园林，具体措施有：避免出现大面积草坪、尽可能少地使用夜景照明以及降低人工养护工作量。

5 结语

和把“绿色”增加到“适用、经济、美观”的建筑理念中相比，泛广义建筑节能的思想更加偏向于把“绿色”当作对经典原则的现代注释：在“适用”原则中应该增加“对生态系统和所在环境的适应”，“经济”需要展现“用少量的环境代价和资源消耗去满足使用者正当需要的性价比”，然而“美观”里应该包括“展现可持续性观念和生态价值的绿色美学”。

在传统建筑节能方法中，有些节能产品的制造过程本身就是耗能或不够环保的，而对于一些不可降解的有机保温材料远期处理的研究也是不够的。我们应该通过泛广义的建筑节能方法达到真正的节能目的。具体包括：①宏观的整体规划与空间调节；②新型能源的利用，主要为太阳能与能源岛的利用；③注意环境的整体环保，做好污水与废气的正确处理；④减缓新建筑的建设，对既有建筑加强节能改造；⑤从城市以及建筑群整体出发考虑，不要局限于建筑自身的节能设施，建设城市整体节能减排系统。使用运营节能、节地、节水、节材、节排体系，保护环境，满足建筑功能。只要建立了可持续发展的理念，建筑师的工作必定在根源上决策环境、建筑的生态质量和节能的性能，相较工程师们改善配置的努力，其中的效果通常是事半功倍的。

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