建筑节能技术发展研究分析

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【摘要】我国建筑节能经历了三个指标阶段，目前已有的城市开始执行75%的节能指标，各种节能技术支撑着建筑物逐步的降低能耗，近些年发展的被动式超低能耗建筑引领着建筑节能，近零能耗建筑是建筑节能的发展目标。提高围护结构保温效果，提高总的能源利用效率，可再生能源的应用，被动式建筑技术是达到近零能耗建筑的基本措施。

【关键词】建筑节能;可再生能源;被动式建筑;

近零能耗建筑节能技术在国内推广了几十年，得到了快速的发展，已由上世纪80年代仅仅注重建筑物围护结构，发展到注重建筑物全生命周期的能耗。从初期的侧重节能各项参数发展到低能耗建筑技术的应用。并最终建造近零能耗的建筑。维持良好的室内环境是建筑物的一种基本功能，我国地域多种气候环境，为了人们的生存、健康和生活舒适，建筑围护结构应做好保温隔热，提高室内环境质量，提高各种功能设施能效，使节能建筑达到近零能耗建筑目标。

1建筑节能指标

上世纪提出的建筑节能，是为减少建筑物的热能的散失，被称为“提高建筑中的能源利用率”，在保证建筑物正常使用条件下节省能耗。进入新世纪的建筑节能概念，涵盖了建筑材料生产、建筑物建造和运营过程中，满足需要或达到相同条件下，在建筑物全寿命周期尽可能减少能耗。我国建筑节能是以1980－1981年的居住建筑能耗为基础，在此基础上提高能效30%，通常说的第一步节能30%标准;第二步节能是在第一步节能的基础上再节约30%，即节能50%标准;第三步节能是在第二步节能的基础上再节约30%，即节能65%标准。目前，我国住宅和公共建筑已强制执行节能50%的标准，一些大中城市开始执行节能65%的标准，北京、天津等城市在居住建筑方面已经开始执行节能75%的标准。建筑节能基本上是50%、65%、75%都在实施，一般情况是发达的省市节能率标准较高。针对建筑节能达到75%的指标以后，建筑节能如何实施和要求，是否再进一步制定百分比的节能目标，对此有不同的意见，有的提出再以75%为起点，再制定两个百分比形成对应30%、50%、65%指标后的第二个深入三步节能。而在国际上，建筑节能先进国家已提出近零能耗建筑的概念和技术，并开始实施。我国建筑节能的发展方向及目标是建筑近零能 耗甚至是零能耗。住建部制定的《被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)(居住建筑)》标准实施，将对于建筑节能得到进一步的提升。2016年7月，由中国建筑科学研究院会主编的国家标准《近零能耗建筑技术标准》开始编制。在评价指标上，现在全国普遍执行的是65%节能标准，该标准与近零能耗建筑的要求差距很大，如要达到近零能耗标准需要在这个基础上再降低85%～95%，这是一个跨越式发展。近零能耗建筑的要求，并不单一强调追求某一项技术参数，而是全面的采用节能技术，使其运营的能耗指标降低到规定的范围。立足我国国情，特别是考虑气候特征的因素。因地制宜建立我国不同气候区不同建筑的近零能耗建筑的耗能量。

2建筑节能措施

我国建筑节能自上个世纪80年初开始，从政策到技术都在不断推进和发展，在建筑节能三步指标中，都具体的对应着不同的技术要求和各项技术参数的规定，并对应着具体的检验标准。从政策、技术和管理等都有一整套的制度、措施和方法。目前，建筑物的节能减排取得了显著的成效，缩小了和发达国家的差距，在世界上取得了公认的成果。

2.1标准

自上世纪八十年代年以来，我国相继出台了多项建筑节能政策。目前，我国具有了设计、施工、验收、运行、材料设备，评价管理等一系列较完善的建筑节能标准体系，支撑和保证了各个阶段节能工作的顺利推进。我国于1986年8月1日起实施第一阶段节能30%的JGJ26－86《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》开始了我国建筑节能走向标准化。之后又了多种标准支撑着建筑节能工作，目前，设计标准有:JGJ26－2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》、JGJ134－2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、JGJ75－2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》、GB50189－2015《公共建筑节能设计标准》。测试验收规范有:JGJ132－2009《居住建筑节能检测标准》、JGJ/T177－2009《公共建筑节能检测标准》、GB50411－2007《建筑节能工程施工质量验收规范》。评价规范有:GB/T50668－2011《节能建筑评价标准》、GB/T50378－2014《绿色建筑评价标准》、GB/T51165－2016《绿色饭店建筑评价标准》。还有JGJ/T391－2016《绿色建筑运行维护技术规范》及各项节能技术、材料、设备等众多标准。

2.2节能措施

2.2.1建筑规划与设计

建筑规划应合理利用地形和周围环境，利用自然环境创造良好的建筑室内微气候，以尽量减少依赖建筑设备。建筑的总体规划和总平面设计应有利于自然通风和冬季日照。建筑的主朝向宜选择本地区最佳朝向或适宜朝向，宜避开冬季主导风向。建筑设计应遵循被动节能措施优先的原则，充分利用天然采光、自然通风，结合围护结构保温隔热和遮阳措施，降低建筑的用能需求。建筑的节能设计应考虑日照、主导风向、自然通风、朝向、体形系数、墙窗比、遮阳等因素。

2.2.2提高围护结构保温效果

规定建筑围护结构热工性能参数限值，改善建筑物围护结构的热工性能，减少室内外热量传入，改善了建筑热环境，从而减少建筑物冷、热能量消耗。改善门窗材料的保温隔热性能和提高门窗的密闭性能，保温地面减少地面热损失。屋顶的保温，在屋顶防水层下设置导热系数小的轻质材料或在屋面防水层以上设置聚苯乙烯泡沫等保温材料，屋顶采用绿化等技术。

2.2.3提高总的能源利用效率

提倡热源宜采用废热或工业余热，规定锅炉运行效率，集中供暖系统耗电输热比、空调冷(热)水系统耗电输冷、室外管网的输送效率，热力管网安装平衡阀保障系统水力平衡率达到要求。地源热泵系统设计应选用高能效水源热泵机组，并宜采取降低循环水泵输送能耗等节能措施，提高地源热泵系统的能效。采用余热回收技术，通常情况下，建筑物的新风负荷占总负荷的35%左右，采用热回收效率达75%的装置，极大地减少新风负荷。在供暖系统采用分户计量技术，在用户散热器上安设温控阀，用户可根据个性需要调控室内温度，以达到既舒适又节能的效果。

2.2.4能源系统自动监控技术

采用能源管理和自动监测控制系统，监控室内的舒适度、空气品质和能量消耗情况。对供暖通风与空气调节系统应进行监测与控制。供暖空调系统设置室温调控装置;供暖系统安装自动温度控制阀。利用平衡阀及其专用智能仪表对供热管网的流量进行合理分配，既保证供暖质量，又可以节约能耗。

2.3利用新能源

通过对建筑工程当地环境资源条件和技术经济的分析，结合国家相关政策，优先应用可再生能源。建筑设计宜充分利用太阳能，采用光热或光伏技术的应用及与建筑一体化系统。大力推广热泵技术，将低温能源提升为可供建筑物应用的能源，推广应用太阳能、地热能、风能、生物质能等可再生能源技术。对采用可再生能源技术推出了资助的经济鼓励政策。地源热泵的推广应用，为建筑物减少常规能源使用寻求出一个重要的途径，并已作为一种成熟技术广泛的应用于各类建筑中。空气能采用热泵技术近几年发展迅速，并得到了政府和社会的广泛认可，近几年一些地方已将空气能列入可再生能源。空气源热泵供应热水提高了居住环境质量，空气源热泵供暖不仅在北方村镇的供暖中得到了大力推广和“煤改电”的工程中发挥了主要技术作用，并且在集中供暖中已在几十万m2居住小区成功应用。

3零能耗节能建筑

近零能耗建筑在欧美发达国家已经成为建筑节能发展的最新趋势，我国建筑节能工作通过近30年的发展，目前，需要树立一个新的目标，国内节能减排的发展形势要求建筑节能做出更大贡献。近零能耗建筑发展方向是我国建筑节能工作的大势所趋，也是我国建筑节能的发展目标。

3.1零能耗的概念

1992年，德国的Voss.K提出零能源建筑，是不消耗常规能源建筑，完全依靠太阳能或者其它可再生能源。由于实现零能耗建筑较为困难且成本较高，目前，欧洲公认的可实施的为“近零能耗建筑”。对于“近零能耗建筑”，各国定义不同，如德国的“被动房”也为零能耗建筑，指在满足规范要求的舒适度和健康标准的前提下，全年供暖通风空调系统的能耗在0～15kW•h/(m2.a)的范围内，建筑物总能耗低于120kW•h/(m2•a)的建筑。

3.2零能耗节能技术

零能耗建筑进行设计，通过被动式技术使建筑物能耗达到最小，主动式技术实现设备的高效率运行，利用太阳能和地热能等可再生能源满足建筑物对能源的需求，达到建筑物零能耗运行的节能效果。我国发展被动式超低能耗建筑，同时也要发展绿色建筑材料来实现符合中国特色的超低能耗建筑的发展。绿色建筑材料和高效能设备是发展中国被动式建筑重要的基础，被动式建筑需高效的保温材料，高性能的围护结构，高效能的可再生能源利用设备及热回收的新风系统。3.2.1建筑规划与设计绿色节能技术是通过科学的整体没计，充分利用自然风、光、水、热资源，集成绿色配置、自然通风、自然采光、低能耗围护结构、新能源利用、绿色建材和智能控制等高新技术。建筑选址规划应合理、资源利用具有高效、综合节能措施有效、建筑环境舒适健康、废物排放减量无害、建筑功能灵活适宜等六大特点。不仅满足人们的生理和心理需求，而且能源和资源的消耗更为经济合理。绿建规划设计，考虑日照、通风，为合理利用太阳能和光电、光热创造有利条件。3.2.2围护结构利用新型绿色建筑材料，尽可能的减少建筑物能量消耗，优化外墙保温技术，对地面、屋面加强保温处理。墙体可采用储能材料，利用建筑结构自身的热容特性，在保证建筑结构温度的基础上储存能源。提高外窗的气密性，减小传热系数，能够达到德国被动式建筑对门窗的要求，除采用中空玻璃的low－E窗外，还应内充惰性气体，采用夏季可有效遮挡太阳辐射，冬季可利用阳光获取热能进行保温的热发射镀膜玻璃等新型玻璃。3.2.3提高能源的使用效率提高冷热源设备能效，降低系统自身的耗能，提高系统输送效率。照明系统采用新型节能装置以获得室内节能与照明的最佳效果。此外，在屋顶安装可调节的采光系统，将阳光通过反射的“管道”送往室内。墙体、屋顶设计时，应考虑门窗、遮阳、热量采集、自然通风和太阳能发电、热水等的功能和需求，为建筑物提供需求以节省能源。采用通风换气的热回收技术，减少冬季人为开窗换气产生的热损失。3.2.4可再生能源利用充分利用太阳能资源，利用光热对建筑物供暖和热水供应，利用光电技术供室内照明和其他电器的需要。采用多种热泵技术对建筑进行供暖或制冷的技术。地源热泵通过输入少量的高品位电能，可实现能量从低温热源向高温热源的转移，在冬季向室内供热，夏季则对室内制冷，实现对建筑物的空气调节。我国地域广阔，各地风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石可再生能源差异大，可结合实际情况采用可再生能源。3.2.5智能化运行管理零能耗建筑运行不仅需要足够的可再生能源，同时，还需要通过主动节能的各种措施，合理调节设备用能需求，降低建筑物的总能耗。暖通空调系统消耗的能量在建筑物内占有相当大的比重。通过对供暖空调设备的节能控制，可以提高设备的运行效率，降低供暖空调系统运行能耗。照明用电在建筑中占有一定的能耗比重，照明控制得好对照明能耗影响较大，用电方面采用由各种控制技术组成的合理调节设备用能的控制系统。能耗分配控制策略，建立初始能耗指标体系，以能耗监测系统为基础，采用了—种建筑能耗指标预测和基于光伏发电的能源分配控制策略的方法来保证零能耗建筑一年用能的平衡。以能耗指标为依据，建立能耗预警机制，最终构建均衡的能源分配控制系统，实现建筑的“零能耗”。

3.3成功案例

2014年5月，住房和城乡建设部科技司组织开展，由中国建筑科学研究院具体组织落实的“被动式超低能耗绿色建筑项目”。共收到全国上报项目12个，其中住宅项目3个，公共建筑项目9个。分布在严寒地区，寒冷地区，夏热冬冷地区、夏热冬暖地区4个气候区。截止2015年7月全国共有28个项目，总建筑40万m2被动房项目列入住房和城乡建设部科技项目计划。(1)哈尔滨溪树庭院就是较成功的被动式居住型建筑项目。通过建筑外围护结构优化系统，采取高效的墙体外保温、设置增厚的保温层，严密的中空LOW－E玻璃外窗，内充氩气，夏季可有效遮挡太阳辐射，冬季则可利用阳光获取热能进行保温。并采用了可调式外遮阳等设施，使住宅能耗大大低于普通住宅。采用土壤源热泵技术从土壤获取能量，用以制冷或供热，比传统的空调系统节能40%～50%。天棚柔和式微辐射系统，通过天棚盘管中的供回水温差，进行智能化调控，取消了传统的供暖管网和供暖方式。无论外面天寒地冻还是酷热难耐，室内总能保持冬季20℃、夏季26℃的舒适区间。建筑物采用全置换式新风系统。将室外空气经过滤、加热、加湿等多级处理后，经由设置在卧室、客厅地面上的新风口，将清新洁清的空气送入室内。室内污浊空气再由卫生间排风口排出。新风连续，形成下送上回置换式通风换气，保持室内湿度在30%～60%的范围之间，解决了哈尔滨冬季室内高温低湿现象。并采用热回收的新风技术降低了冬季加热新风的能耗。项目实现了建造目标，认证为三星级绿色建筑，并获创新奖。被认为:项目代表了未来建筑节能的发展方向，推动严寒地区建筑节能与绿色建筑工作科学快速发展，促进建筑行业转型升级。(2)中国建筑科学研究院环能院近零能耗示范楼，采取高性能保温隔热材料，采用非化石能源减少甚至取消因供暖、空调而耗费的能源。以可再生能源为主要能源系统形式，采用地源热泵、太阳能，以节能设计、节能工艺、对建筑智能化、精细化的科学运行管理。空调供暖方面，空调采用太阳能吸收式制冷与地源热泵相结合的方式;供暖所需热量则由地源热泵系统、水蓄热系统以及屋顶的真空玻璃管中温集热太阳能空调系统来提供。该示范建筑在冬季不使用常规能源，夏季供冷系统较常规系统节省50%，年平均能耗仅为25kW•h/m2。照明方面，采用多种光源和灯具形式，包括国际先进LED照明灯具和智能照明系统，可满足室内照度500lx以上，照明功率密度5.5W/m2的要求。这幢楼通过屋顶的光导管，将室外自然光引入室内。光导管的反射率高达99.7%，且不受黄昏、黎明甚至阴天的影响。在公共区域照明方面，通过与南立面结合的光伏太阳能薄膜电池来实现。除了上述技术手段，对建筑智能化、精细化的管理和控制，也是该示范建筑实现节能效果的重点。基于2015年实际运行监测数据，全年冬季供暖65%负荷由地源热泵系统提供，35%负荷由太阳能系统提供;全年夏季供冷80%负荷由地源热泵系统提供，20%负荷由太阳能空调系统提供。中国建筑科学研究院环能院近零能耗示范楼通过高性能的建筑围护结构、高效的建筑能源系统和优质的运行管理，以实际运行数据与同类建筑能耗相比，实现了节能80%以上的目标，成为中国建筑节能的领跑者。示范楼是中美清洁能源合作研究框架下，首个建成并良好运行的建筑，是中国建筑节能的里程碑。

4结语

我国建筑节能75%的指标实施后，建筑节建筑应以近零能耗建筑为节能目标，并制订我国近零能耗建筑技术标准指导建筑节能的深入实施。制定近零能耗的实施规划，大力利用可再生能源、因地制宜地制定不同气候区和不同功能建筑的近零能耗指标。被动式超低能耗建筑是有效近零能耗的节能技术，既对资源高度节约，而又满足了人们对舒适度的要求，在世界已被广泛认可。因此，在我国应积极推动被动式超级能耗建筑的发展，有效控制和降低建筑领域能源消耗，是我国建筑节能的有效途径。

参考文献

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［2］张时聪，陈曦，徐伟.近零能耗建筑的研究与实践［J］．建设科技，2014，(22):27－29．

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［4］倪龙，朱彦波，董重成.严寒地区住宅冬季置换通风测试分析［J］．低温建筑技术，2015，(10):148－151.

作者:董重成 单位:哈尔滨工业大学