四步建筑节能_我国未来建筑发展值得研究探索的课题.docx

四步建筑节能我国未来建筑发展值得研究探索的课题 文 / 刘 瑞 光王 敏 杰闫 春 霞李 志 国摘要：随着国家经济的持续发展，城市化进程的逐步加快，我国部分城市建筑“三步节能”试点已取得成功，相关技术措施也在全国部分地区全面推进并取得显著成 效。建筑节能发达城市经过“三步节能”的实践，已经具备了开发、研究建筑“四 步节能”的基础和能力。随着城市建设综合技术的进一步发展和社会整体的飞 跃，推进建筑节能第四阶段的研究与工程实践势在必行。关键词：四步节能；建筑；围护结构；墙体随着国家城市化进程的逐步加快，我国的建筑节能战略也在全面推进。为大力推进建设领域节能减排， 降低民用建筑能耗，“十一五”期间，国家加强了建筑节 能法规和强制性标准体系建设，严格执行建筑节能标 准，实施财政激励政策和目标考核制度，重点从新建建 筑、既有建筑节能改造、可再生能源建筑应用、国家机 关办公建筑和大型公共建筑能耗监管、供热计量等 5 个方面全面推进建筑节能，取得了显著成效。我国建筑 节能发展经历了 3 个步骤，第一步是以 19801981 年 当地通用设计的采暖能耗为基线，实现节能 30%的目 标，1986 年建设部颁发了 jgj 261986民用建筑节能 设计标准(采暖居住建筑部分)；第二步是从 1996 年 开始推行二步节能设计标准，是在第一步节能目标的 基础上再节能 30%，节能率累计达到 50%；第三步是在 第二步节能目标的基础上再节能 30%，节能率累计达到65%，采取以北京、天津等重点城市率先推行三步节能 设计标准，逐步向其他省市扩展的策略，目前吉林、黑 龙江、山东、沈阳、青岛等省市相继实施三步节能设计 标准，建筑节能逐步向不断提高标准的趋势发展。目前 我国大规模的城镇化建设还将持续很长一段时间，建 筑能耗已与工业能耗、交通能耗并列成为我国能源消 耗的三大“耗能大户”，建筑能耗约占总能耗的 30%，其 中最主要的是采暖与空调能耗，占到 20%左右。新建建 筑预计每年新增 10 亿 m2 以上，建筑总能耗将呈不断增 长趋势，进一步降低建筑用能负荷，提高建筑节能标准 是非常必要的。目前，我国北方采暖地区推行三步节能设计标准取得了长足进步，经过多年实践，无论是在设计、施工、建筑材料，还是在建筑节能的检测和评价机制以及监 督管理方面都积累了一定的经验，建筑节能的基本体 系和模块单元已经开发并投放到建筑市场，取得了初 步的效果。由于我国城市发展的不均衡，有些城市的建 筑节能正处于开展第三步节能的初期阶段，而部分发 达城市则具备了进行下一阶段节能开发的基础条件， 随着社会的进一步发展和国家“十二五”规划的实施， 实现建筑的进一步节能也必将被提上日程。1 我国的建筑节能现状1.1“三步节能”技术标准指标情况我国实行的“三步节能”战略，与北方采暖地区二 步节能标准相比，主要是通过提高围护结构保温性能 和门窗的气密性能，同时提高供热热源和管网系统的 效率，达到降低建筑耗热量指标的目标。具体做法是将 保温材料科学的加厚，发展新型的保温材料以降低其 传热系数，基本可以实现墙体的高效保温，以达到“三 步节能”的效果。在建筑围护结构的外墙、门窗、屋面、地面的四大 围护部件中，相比较而言控制门窗的绝热性能是难点， 这是影响室内热环境质量和建筑节能的主要因素之 一。据统计我国门窗的能耗约为墙体的 4 倍，屋面的 5 倍，地面的 20 多倍，约占建筑围护结构总能耗的 40%50%。屋顶传热耗热量大于任何一面外墙或地面的耗热量，因此提高建筑物屋面的保温隔热能力，能有效地抵御室外冷热空气的传递，减少供热空调能耗。目前，屋天 津 建 设 科 技2011 no.31建 筑 节 能building energy saving顶的节能技术主要有利用保温隔热材料改善屋面层的热工性能，阻止热量的传递；隔离太阳辐射热，架空通 风屋面；对屋面进行绿色覆盖等。在建筑围护结构中，通过地面向外传递的热量约 占围护结构传热量的 3%5%。地面主要包括 3 部分：一 是直接接触土壤的地面；二是与室外空气接触的架空 楼板地面；三是地下室、半地下室与土壤接触的外墙。1.2 三步节能与发达国家现行标准比较我国国家现行建筑节能标准与气候相近的发达国 家相比还有一定差距，建筑总耗热量为发达国家的 45 倍，外墙耗热量为 1.52.2 倍，门窗耗热量为 36 倍，屋顶耗热量为 2.55.5 倍左右。从建筑结构的传 热系数角度讲，即便按三步节能建成的建筑，在我国寒 冷地区（b）建筑围护结构的传热系数（以 9 层居住建筑 为例）仍高于发达国家的水平。我国建筑三步节能之后 的传热系数大概是瑞典的 1.3 倍，加拿大的 1.1 倍，美 国的 1.41 倍，德国的 1.63 倍，所以我国的建筑节能还 有很大地提升空间。见表 1 和表 2。w/(m2k)以下是最简便的技术途径。2)适度提高墙体保温性能。按照国家现行居住建 筑节能设计标准要求，结合目前普遍使用的外墙保温 系统，对于寒冷地区选取导热系数为 0.0250.030 w/ (mk)的保温材料，保温材料厚度控制在 100 mm 左右， 针对不同高度建筑墙体平均传热系数要求，可以控制 在 0.40 w/(m2k)左右。3）提高门窗保温性能。根据我国门窗型材、中空玻 璃、五金件、密封材料和安装技术水平，制作中空三玻 窗的技术条件比较成熟，使门窗传热系数达到 1.8 w/ (m2k)左右相对容易实现。现有的技术水平上，可以使围护结构分担节能率 达到 20%以上。2.2 热源和管网在进一步建筑节能中的潜力锅炉效率是指煤炭、石油或燃气能量与能转换成 热水或蒸气能量的百分比。大多数炉排锅炉的效率在65%85%，所以寻求减少 15%35%热损耗的途径和方 法，是提高建筑进一步节能的关键点之一。目前锅炉的损耗主要包括：排烟损耗、辐射损耗、 排污损耗以及其他损耗。可以研究：使锅炉在符合系统 和锅炉制造商要求的前提下，在最低温度下运行；对锅 炉外表面进行有效绝热处理，设计新型的管网保温系 统以减小热辐射损耗；保证燃料和空气精确的混合比， 使燃料充分燃烧以减少排污损耗；对现有的锅炉进行 整定，用高效率的锅炉替换现有锅炉，使用多功能锅 炉，利用太阳能、热泵、地热、光伏技术，尽可能让热源、 管网系统承担更多的节能分额，从而达到节能目的。供 热系统可以分担 5%8%。2.3 降低建筑物的体形系数在节能设计中，建筑的外表面积与建筑体积的比 值，即建筑的体形系数。体形系数反映单位建筑空间热 散失面积的大小，对建筑的节能有重要意义。体形系数 越大，单位建筑体积对应的外表面积越大，能耗就越 高。因此要实现建筑物的进一步节能，设计单位一定要 通过计算来控制建筑物的体形系数。首先要使建筑的平面形状尽可能规整，减小凹凸 变化；另外，圆形平面或是正方形平面也是一种理想状 态下的有利于节能的平面形式，有研究资料表明，建筑 物的体形系数每增加 0.01，耗热量指标约增加 2.5%， 一般应控制在 0.30 以下；从夏季得热的角度来说，建 筑应有合适的长宽比。加大进深由 8 m 增加到 14 m，可 以使建筑耗热指标降低 11%33%，对于 l o008 000 m2 住宅，进深控制在 1214 m 有利于建筑节能；同时应表 1 住宅建筑围护结构传热系数设计标准对比w/(m2 k)表 2 北京天津地区住宅围护结构传热系数设计标准比较w/(m2k（) 9 层居住建筑）2 四步建筑节能设计标准的探索按照国家确定的居住建筑能耗基线和每一阶段节 能的比例来看，四步节能应该是在三步节能标准的基 础上再节能 30%，累计节能率达到 75%，基本达到同纬 度发达国家现行的建筑节能标准水平。实现四步节能 主要是从提高围护结构保温性能、采暖热源和管网效 率，最大程度使用可再生能源等三个途径，合理确定围 护结构和采暖系统的分担比例。2.1 围护结构的节能潜力最大限度提高屋面保温性能。屋面占建筑总面积的比例较小，对整体建筑造价影响较小，目前保温材 料和施工技术比较成熟，将屋面传热系数降低到 0.30天 津 建 设 科 技1)22011 no.3节能率外墙屋面外窗1981 年标准1.571.266.4030%1.281.610.913.266.450%0.821.160.600.802.204.0065%0.700.452.5注：外窗 65%节能按 0.2窗墙面积比0.3 考虑部位瑞典南部德国美国加拿大俄罗斯外墙0.170.500.320.450.360.440.77外窗2.501.502.042.862.75屋面0.120.220.190.230.40.570.33建 筑 节 能building energy saving尽量减少外墙的凸凹面和架空楼板，不应设置外墙洞口处无窗户的凸(飘)窗，坡屋顶宜设置结构平顶棚或 降低坡度，应采用封闭式楼梯等。以一个半径为 10 m 的圆形建筑物和边长为 20 m 的正方体建筑为例，其体形系数大约为 0.3 左右；一个 底面半径为 10m，高为 10m 的圆柱形建筑物，其体形系 数为 0.2。相比较规范限定的 0.4 而言，耗热量指标大 约可以减少 25%和 50%左右，所以在设计阶段把体形系 数控制在 0.3 以下是实现“四步节能”的关键点之一。2.4 加强对建筑物围护结构细部的节能设计围护结构的细部构造，对整个建筑物的节能设计 而言是不可忽视的，正确处理好细部节点设计，能大大 提高节能设计效率。对于墙体热桥部位应该采可靠的 保温与“断桥”措施，外墙出挑构件及附墙部件，如阳 台、雨罩、靠外墙阳台栏板、空调室外机搁板、附壁柱、 凸窗、装饰线等均应采取隔断热桥和保温措施；窗外侧 四周墙面，应进行保温处理；门、窗框与墙体之间的缝 隙，应采取用高效保温材料填堵；门、窗框四周与抹灰 层之间的缝隙，宜采用保温材料和嵌缝密封膏密封，避 免不同材料界面开裂，影响门、窗的热工性能。2.5 加大可再生清洁能源的利用1）太阳能利用与建筑的一体化 太阳能是清洁能源，在建筑节能方面可以发挥极其重要的作用。通过将太阳能的集热系统与建筑有机 的组合起来，形成一个有机的整体，而避免将太阳能系 统作为一个附加构件。2）地热资源 地热资源是可再生资源，每年从地球内部传到地面的热能相当于 100 pwh，应充分利用地热资源为建 筑提供热源，减少化石能源消耗，提高节能效率。也是 实现“四步节能”的关键步骤。2.6 大力发展热泵技术热泵是一种把热量从低温端送向高温端的专用设 备，是节能的新装置。在建筑供热空调中采用热泵技术 可以有效提高一次能源的利用率，具有高效节能的特 点。将地热资源与热泵组合并与建筑有机的结合，可以 大幅提高供热效率并且供暖区无污染，环保效益好，是 一种有益于环境保护和可持续发展的“绿色空调技 术”，同时更是一种高效的节能方式。3 结语1）目前国家的“三步节能”发展战略正在全面推 进，而北京、天津、吉林、黑龙江、山东、沈阳、青岛等省市“三步节能”标准实施取得较好效果，及时发展和推进四步节能，有利于推进城市化进程，提高人民的生活水平，是建筑节能减排领域的重要组成部分。2）要实现建筑的四步节能，就要合理提高围护结 构保温性能，进一步减小墙体的外表面积；重点研发保 温隔热、传热系数小的新型墙体材料；降低建筑物的体 形系数，减少能耗；提高供热系统效率，加大对太阳能、 浅层地能、深层地热能等清洁能源的科研投入，促进清 洁能源的推广与普及。3）积极推进四步节能战略，不仅有利于节约有限 的资源，缓解日趋紧张的能源压力，而且可以使我国的 建筑节能逐步接近并达到发达国家水平，提高我国人 民的生活质量，也是构建资源节约型与环境友好型社 会的重要组成部分。因此，注重对“四步节能”的理论研 究与工程实践都具有十分重要的意义。参考文献：1王 琳.城市住宅建筑节能设计j.建筑设计管理，2010，27（2）：26-28.2张林峰，李志国.我国建筑节能的发展j.建筑技术，2005,36（10）：728-730.3郑 伟，徐珍艳.现代建筑节能设计探讨j.建材与装饰，2010，（5）：6-7.4赵春政.浅谈在三步节能标准下的 cs 屋面板j.科技创新 导报