节能背景.doc

1 绪论1 Introduction1.1 研究背景（Research Background）能源是人类生存的物质条件，是社会与经济发展必不可少的物质基础。但是在传统工业发展模式下，经济增长是以大量消耗能源与牺牲生态环境为代价的，从而引发了威胁全球人类发展的两大严峻问题-能源危机和环境问题。对于我国来说，能源短缺非常严重，同时能源消费数量极大，可怕的是能源浪费严重，节约能源刻不容缓。对于能耗极大的建筑行业而言，降低能耗、节约能源是必然选择。1.1.1 能源现状（Energy Situation）20世纪70年代，西方世界爆发了两次严重的石油危机，使全世界都意识到能源危机的严重程度。1979年联合国在维也纳召开的科学技术促进发展会上把能源问题列为当时人类面临的四大问题之一，能源问题正式成为世界性问题而得到各国的重视。就目前而言，世界能源数量有限，但能源消费量却日益剧增，使得能源危机愈发严重。据世界上能够统计到的已确知能源储备，煤炭储量能满足200年的需求，天然气储量能满足60年的需求，常规石油储量仅仅能满足20年的需求1。我国的能源总储量很大，居世界第三，但人均能源可采储量与人均能源消费量均低于世界平均水平，能源相对短缺。按目前探明储量和开采能力测算，我国煤炭、石油、天然气的可采年限分别只有80年、15年和30年2，而世界平均水平分别是200年、20年和60年。除煤炭资源尚能满足21世纪的需求外，如不考虑进口，石油、天然气资源只能维持到2010年的能源消费,能源紧缺状况十分严重。近年来我国能源消费急剧增长，供需差距日益突出。同时我国能源利用效率极低，只有32%左右，而美国接近50%，日本接近40%。我国单位GDP能耗远远高于发达国家，是日本的6.5倍、美国的3.6倍、德国的4.5倍1。1.1.2 我国的建筑能耗（Building Energy Consumption in China）我国人口众多，房屋建设规模巨大，每年城乡新建房屋建筑面积近20亿m2。 2003年，我国城乡房屋建筑竣工面积达20.3亿m2（其中城镇12.7亿m2），超过所有发达国家年建成建筑面积的总和。预计到2010年底，全国房屋建筑面积将达519 亿m2，其中城市建筑面积171 亿m2，到2020年，将达686亿m2，城市达261 亿m23。但是我们应该看到，房屋在约100年的使用期间内，需要消耗大量的能源，能耗大的房屋建得越多，能源消耗的负担就越重，能源危机就越严峻。令人惋惜的是，在新竣工的建筑中，节能建筑面积不到1亿m2，还不到竣工建筑的5%。就目前而言，在我国城乡既有的400亿m2（其中城市约140亿 m2）建筑中，只有3.2亿m2房屋是节能建筑，不到全国既有建筑的1%3。就建筑能耗而言，我国单位建筑面积能耗目前是发达国家的2至3倍。随着建筑面积的增加，建筑能耗占全社会能耗的比重已从1995年的11%提高到2005年的27%左右，据建设部科技司研究，我国建筑耗能比例最终将上升至35%左右4。我国正处于工业化和城镇化快速发展阶段，以现在的建设速度，预计到2020年，全国高耗能建筑的面积将达到700亿m2，建筑能耗总量将大幅度提高。另外，随着人们生活水平的提高，采暖及空调设备的增加、住宅面积的增大都将使建筑能耗大幅度增加。2002年夏季全国空调用电达到4500万千瓦，相当于2.5个三峡满负荷发电量，2010年将相当于5个三峡发电量，2020年将相当于10个三峡发电量3。就河南省而言，全省95%以上为高能耗建筑，省内房屋建筑单位面积要实现相同的采暖和制冷效果，能耗是发达国家的3倍5。在全省的能源消耗构成中，建筑能耗占全社会能耗的近三成，每年多耗94万toe，由此带来的直接经济损失高达3.6亿元。 1.1.3 建筑节能的必要性（Necessity of Building Energy Conservation）建筑节能是缓解能源危机的需要。由于建筑能耗在我国社会终端能耗中所占的比例很大，因此建筑节能已成为影响能源安全、优化能源结构、提高能源利用效率的关键因素。通过减少建筑能耗、提高能源效率、发展可再生能源，可以从根本上缓解我国的能源紧缺状况，缩小能源供需差距，优化能源结构。对于建筑工作者来说，应该从建筑的设计、建设、后天的使用以及拆除等环节，追求全寿命过程的节能效果，从而减少能耗，为缓解能源危机做出贡献。改善建筑热环境的需要。随着社会发展和人民生活水平的提高，人们对自己生活环境的舒适度要求越来越高，当然也包括适宜的室内热环境。在西方发达国家，适宜的室内温度已成为人们生活的基本需求，他们通过有效地利用能源已基本上满足了这种需求。而在我国这种需要也日益迫切，可惜的是目前大部分地区是很难满足的，大部分地区建筑热环境状况非常差。东北与华北广大严寒或寒冷地区，冬季寒冷难耐，而夏热冬冷地区，夏天闷热，冬天潮凉，使人更加难受，而且全年冷热的时间相当漫长，多达8个月以上。总之，我国的气候条件使得多数地区建筑热环境状况较差，很难满足人们日益增长的舒适度要求，需要冬天采暖、夏天空调降温，这都需要消耗能源，而我国的能源供应十分紧缺，于是就出现了矛盾。所以，只有在讲究节能的条件下改善热环境，这种改善才具有可行性和现实性，否则只能是无稽之谈。保护生态环境的需要。由于我国建筑能耗很大，造成了两个严重的后果：一是能源消耗量大而且使用不合理，浪费严重，对自然资源的掠夺就相对较大，特别是一次性能源，使生态环境受到了极大的破坏；二是在建筑能源消耗过程中向自然环境中过度排放CO2、CO等有害气体，造成大气严重污染、全球温室效应加剧。所以，只有注重建筑节能，降低建筑能耗，才能减少对自然的掠夺，减排温室气体，保护生态环境。1.2 研究意义（Research Significance）本课题研究具有重要的理论和现实意义。在理论方面，从宏观上讲，我国是发展中国家，随着经济的快速发展，资源危机将更加严重，研究节能设计策略，将会提高建筑节能效果，提高其能源利用效率，大大减少建筑能耗，进而缓解能源紧张的局面，利于国家能源战略的实施，推进节约型社会的建立；从微观上说，可以减少住宅能耗，降低住宅的使用费用，使居民减少家庭生活的开支。在现实方面，具有以下几方面的意义：了解我国中小城市的住宅节能及能耗状况。当前，我国的建筑节能工作虽然已开展多年，建设了一定数量的节能住宅，但大多都集中在经济较发达的大城市，像北京和北方地区的几个省会城市。对于广大的中小城市，特别是经济不太发达的中小城市来说，节能工作只是理论上的要求，2005年以前基本上没有开展实质性的节能工作，住宅节能现状非常差，能耗很大。近几年来，国内有很多建筑工作者开始研究城市住宅节能和能耗问题，并取得了一定的成果，但是他们多数只关注国内大城市，研究对象大多为大城市，比如北京、上海、杭州、长沙等，真正研究象许昌规模大小的小城市住宅节能与能耗问题的基本没有。而本课题的研究，将会使广大建筑工作者更准确的了解我国中小城市的住宅节能和能耗状况，为他们以后的研究提供一些参考。了解寒冷区与夏热冬冷区分界城市的节能设计问题。由于许昌地区的特殊热工区位，属于典型的寒冷区与夏热冬冷区分界城市，全国类似城市应该有很多。对于此类城市，其节能设计标准该如何执行，是寒冷区标准还是夏热冬冷区标准就成了一个必须解决的问题。而本课题的研究，将结合许昌市多年来住宅节能设计的现实情况，分析一下其节能设计策略问题。以收入价格比为切入点，从经济可行性角度分析住宅节能策略。住宅节能是为了减少能耗、节约资源，从持续性角度追求社会效益，目的固然很好，但是必须面对各地区的现实条件，特别是当地的经济水平以及居民的住宅负担能力。由于目前大部分城市普通住宅价格已很高，节能住宅价格更高，对于经济欠发达地区而言，居民的住宅负担能力很难承受得起，即使他们对节能住宅非常认同，也很难去购买，这样节能住宅只能是“纸上谈兵”，所以必须研究节能设计的经济可行性问题。本课题结合许昌市居民的可支配收入和住宅负担能力，对比许昌市现有普通住宅价格和预测将来节能住宅价格，认为目前以及未来许昌市节能住宅价格对于大多居民的住宅负担能力来说是很难承受的，必将加大节能住宅的推广难度，由此建议节能设计时尽量追求降低成本，围护结构保温设计时可以考虑采用最经济传热阻，注重住宅的体型系数、朝向、绿化等设计，选择成本较低的节能构造。探讨经济欠发达城市住宅节能标准的制定以及要求问题。开展住宅节能工作需要大量的资金投入，对于像许昌市这样的经济欠发达城市来说，一方面是国家要求住宅节能必须达到65%以上，一方面是资金不足，同时大多数居民又负担不起，这就出现了矛盾。所以本课题结合许昌市上述情况，建议性提出是否可以降低这些地区的节能要求，比如50%，甚至更低；也可以适当降低室内的舒适度要求，比如保温设计时，室内计算温度适当降低，隔热设计时室内计算温度适当升高；同时对节能住宅的推广提出建议，比如国家经济上资助、对购房者补贴等。推进许昌市住宅节能工作的开展。本课题的研究，将会给许昌市有关部门提供两方面的资料。一是许昌市住宅能耗及住宅现状调查资料及其结果分析，以供他们在开展住宅节能工作、制定相关政策、标准时作为参考。二是针对许昌特殊的热工区位，结合许昌36年来的气象资料，分析气候变化对设计的影响，为其住宅节能设计提供一些方法、构造、策略、建议。上述两方面的资料，将会有助于推进许昌市的住宅节能工作。提高广大居民的节能意识。通过本课题的研究，特别是课题中的能耗调查活动，使广大居民对最基本的建筑节能知识有了一定的了解，加深了对节能住宅的认识，提高了他们对节能住宅的认可度，利于节能住宅的推广。同时，通过能耗调查活动，可以把日常生活中的节能常识宣传给广大居民，提高他们的节能意识，使其可以通过日常生活方式的适度调整来达到降低能耗的目的。1.3 国内外在该领域的研究概况及存在问题（Research and Problems In this Field at Home and Abroad） 1.3.1 节能标准方面（Energy Conservation Standard）世界能源危机以来，世界各国都意识到了建筑节能的重要意义，纷纷制定本国的节能标准。法国的建筑节能法规出台最早，1955年提出了建造具有一定舒适性住房的热工标准，从1974年起分三阶段通过法律形式规定了节能的指标，要求1974年节能25%、1982年节能45%和1989年节能60%的要求。美国在1975年颁布了90-75“新建筑物节能设计标准”，以此为基础，1977年12月颁布了“新建筑结构的节能法规”，节能效果明显，节约能耗近40%。1989年美国又颁布了ASHRAE“新建筑物节能设计标准(除低层居住建筑外)”，1993年颁布了ASHRAE“新的低层居住建筑节能设计标准”，提出在以前的节能基础上再节能25%的要求6。日本的节能标准最完善，1979年通过了“关于合理化利用能源法”，1980年颁布了“住宅能源使用合理化的建筑业主判断标准”、“住宅能源合理化的设计施工方针”等7。我国的建筑节能工作从80年代中期开始，首先是从采暖居住建筑开始的。1986年1月12日，国务院发布了节约能源管理暂行条例，对建筑节能提出了具体的要求。1986年制定了民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)(JGJ26-86)，该标准规定了严寒和寒冷地区建筑物耗煤量指标应低于当地19801981年通用住宅建筑物耗煤量指标的30%，即节能30%。1995年，我国对JGJ26-86节能30%的标准进行了修改，即在原节能30%的基础上又节能30%，即节能50%。2005年在原节能50%的基础上再节能30%，即节能65%。同时全国部分地区也建立了地方标准，如上海、北京、杭州等8。河南省建筑节能自1996年起步，已历经了节能30%和50%两个阶段。1997年，河南省建筑科学研究院主持编写了河南省民用建筑节能设计标准实施细则(采暖居住建筑)(YJG30-97)，要求节能率为30%，与国家节能标准要求一致，1997-2000年在郑州、洛阳、新乡地区建成了几十万平方米节能30%的节能建筑9。2005年河南省建设厅又委托河南省建筑科学研究院对节能30%的实施细则进行了修订，节能指标达到50%，与国家标准JGJ26-95相一致。2004年以来，随着全国建筑节能要求的不断提高，建筑节能技术的快速发展和成熟，省建设厅制定了更新的节能目标，2005年4月，由河南建筑科学研究院主持编写的河南省节能65%居住建筑节能设计标准(寒冷地区)(BBJ4I062-2005)被批准，从2005年7月1日起在郑州、洛阳、开封、鹤壁四地市开始节能65%，2008年1月1日起，在全省执行节能65%的标准。我国关于节能标准的研究应该说比较完善，但多数研究是从积极方面考虑，主要考虑节能标准的社会效益、经济效益以及可持续发展问题，很少从其消极方面进行思考，特别是其可行性问题，关于节能标准在现实是否可行、是否可以顺利实施、是否适宜于不同地区的研究很少，使得我国各地区现行的节能标准大同小异，大中小城市同用一个标准，经济落后城市与经济发达城市同用一个标准，比如北京、郑州和许昌，对于许昌市来说，由于经济水平有限与北京相比，标准执行更困难。所以本课题认为当前我国的建筑节能标准单一，地方标准太少，可以根据不同地区的经济水平制定一些地方性标准，对于某些经济欠发达地区要求可适当降低。1.3.2 节能策略方面（Energy Conservation Strategy）就围护结构的材料而言，法国、德国、美国等具有较高的技术水平。窗的材料从普通的铝合金窗、PVC塑料窗发展到红外反射覆面层玻璃窗、内充氩气的双层玻璃窗，再到传热系数仅为0.4W/（m2K）的内充硅气凝胶的真空双层电镀玻璃窗10。我国目前已基本淘汰木窗和实腹式钢窗，较多采用塑钢窗以及内填塑料保温材料的中空型材铝合金窗，同时双层窗、单框双玻窗也大量应用。对于保温窗的研究，主要集中在钢塑、铝塑窗、塑料窗、中空玻璃窗、双玻和三玻窗，同时对门窗密封条、保温窗帘等方面也有研究10。但是对于中空玻璃，80年代在发达国家就已经大量使用，而我国的应用非常少。另外国外在70年代就开发了系列的反射玻璃和薄膜型热反射玻璃，目前在英美等发达国家已推广使用，我国虽已具备此生产技术，但是应用还比较少，特别是在中小型城市的居住类建筑中应用更少。墙体保温材料国外也从空心砖、加气混凝土、保温砂浆等，发展到内含一定气体的低容重、低导热系数的材料，再到高隔热透明或半透明合成的材料。我国在学