建筑节能技术应用与发展趋势分析

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摘要：运用文献资料法、比较分析等研究方法，针对建筑节能关键技术中有关建筑围护结构、建筑设备、采光照明及太阳能利用等方面的节能设计以及节能设备技术的应用现状进行系统研究，进而探析BIM技术、新能源、建筑材料、规划设计等在未来建筑节能技术应用领域的发展趋势。

关键词：建筑节能；关键技术；太阳能；围护结构

随着中国经济发展及建筑业行业的扩大，建筑能耗在国家总能耗中所占据的比例在逐年增长，目前建筑总能耗在社会终端能耗中约占20.7%，并且随着人们生活水平的提高这个数值还在不断增长。要缓解建筑高能耗的现状，必须重视节能技术的发展，开发研究新型节能技术以减少能源的浪费，有效解决人类面临的生存发展问题。本文着重从围护结构、建筑设备和太阳能设备等关键技术的应用现状进行系统研究，进而探析未来建筑节能技术的发展趋势。

1围护结构节能技术的应用

建筑围护结构的节能是建筑节能设计中非常重要的部分，围护结构的能耗在建筑总能耗中约占70%，因此建筑围护结构的节能设计对降低建筑能耗而言至关重要。

1.1墙体节能技术的应用

墙体是围护结构最为重要的部分，墙体的传热所造成的热能损失占围护结构的总能耗的25%，由此可见提高墙体保温技术的重要性。目前较常见的墙体保温技术有外墙外保温技术、外墙内保温技术及外墙夹心保温技术。1.1.1外墙外保温技术外墙外保温技术是通过在墙体外侧布置保温材料以增强墙体保温性能。目前EPS板（可发性聚苯乙烯板）是应用较普遍的保温材料，通常是将EPS板用聚合物水泥砂浆作为胶黏剂粘在外墙上，再在EPS板表面铺设玻纤网后抹上聚合物水泥抹面胶浆，最后再涂抹饰面砂浆并贴上面砖。EPS板的导热系数小、质量较轻且易于施工，因此在国内外的使用都十分普遍。EPS板保温系统如图1所示。

1.1.2外墙内保温技术外墙内保温技术是将保温材料布置在墙体外侧以提高墙体保温性能的方法。在外墙内保温工程施工过程中，通常选用传热系数较低且性能较好的材料如EPS板、石膏聚苯复合板、膨胀珍珠岩版等，向材料中添加水泥外加剂、高分子聚合物并结合合理的保温设计方案，从结构上尽可能消除冷热桥，加快升温降温的速度。通过保护层将冷热桥阻断从而减少气体的流入，使室内热环境达到一个稳定的状态，以此达到节能的目的。

1.1.3外墙夹心保温技术外墙夹心保温技术是在外墙片与内墙片之间用保温材料进行填充从而保温的技术。其中外墙片和内墙片的厚度分别为24cm和12cm，填充材料可选择EPS板、XPS板或岩棉等。外墙夹心保温技术有较好的防水性和防火性，且不受施工季节和条件的影响，但是存在较为严重的冷热桥现象。

1.2门窗节能技术的应用

门窗起着连接室内外热量、光线和通风的重要作用，其在围护结构总能耗中约占40%，门窗的节能技术主要有三个方面：控制窗墙比、采用高效节能玻璃和提高门窗的保温性和气密性。

1.2.1控制窗墙比窗墙比指建筑窗户面积与该朝向建筑外墙面积的比值，需要综合建筑所处地区气候环境和窗户朝向而确定。根据《民用建筑节能设计标准》规定，建筑各朝向的窗墙比应小于0.7，北向应小于0.45，南向应小于0.5，东、西向应小于0.3，天窗面积应小于屋顶面积的4%。

1.2.2采用高效节能玻璃low-e玻璃可降低门窗的太阳辐射，因为low-e玻璃表面镀了一层对红外线具有较高反射率的薄膜，这层薄膜可以在夏季阻挡大部分室外的远红外热辐射，在冬季屋内的热辐射也会被这层薄膜反射回室内，从而降低室内热量的流失。中空玻璃可以减少门窗传热量，在两层玻璃间冲入干燥的惰性气体并使其保持稳定的气压值，从而降低外窗的传热系数，改善其保温隔热性能。

1.2.3提高门窗的保温性和气密性为提高门窗的保温性，可以在门和门框中间添加绝热材料如岩棉或聚苯乙烯，将窗与窗框间的缝隙进行密封，另外在窗户的保温措施上除了可以增加玻璃的层数外，也可以选用塑钢窗以避免冷桥现象。提高门窗气密性可以通过使用聚氨酯发泡材料填充在窗框与洞口的间隙中，也可使用发泡胶条在玻璃与窗框之间进行密封从而减少渗透量。同时，通过提升窗框材料的规格和组装精确度提高窗户密闭性也可以很好地增加窗户气密性，从而达到节能的目的。

1.3屋面节能技术的应用

在围护结构总能耗中，屋面的能耗约占其10%，屋面节能技术目前主要有蓄水屋面、绿化屋面和通风屋面三类。

1.3.1蓄水屋面的应用蓄水屋面节能技术是通过在屋面存蓄一定量的水，通过水的蒸发吸热为屋面降温的方法。但蓄水屋对防水要求较高，并且存在水源补给不及时的问题，因此这种节能技术使用率相对较低。

1.3.2绿化屋面的应用绿化屋面节能技术是目前应用较普遍的方法，它通常选用抗旱的草本或蕨类植物布置在屋面上以达到隔热降温的目的，在美化屋顶环境的同时降低建筑能耗。并且这些植物价格低廉又易于维护，是今后屋面节能技术发展的主要趋势。

1.3.3通风屋面的应用通风屋面节能技术是较为传统的屋面设计。在两层屋面间存在一个间层，在风压和热压的作用下间层的空气被抽出从而为建筑隔热。通风屋面节能技术具有构造简单、价格低廉的优点，但是其隔热效果要差于蓄水屋面和绿化屋面。

1.4相变储能建筑材料的应用相变储能建筑材料是由普通建筑材料与相变材料相结合而成的，这种材料能从环境中吸收或释放热能，具有较高热容。低温相变材料可用于蓄冷和跨季节蓄冷，中温相变材料可用于提高房屋热惰性，使室内温度维持在一个稳定的区间，在保证室内人员的舒适度的同时降低空调能耗。

2建筑设备节能技术的应用

2.1空调系统节能技术的应用

空调能耗约占总能耗的50%，是建筑节能设计中需要重点研究的对象，因此发展空调节能技术，尽量降低运行能耗对建筑的节能起着十分重要的作用。

2.1.1热能再回收技术的应用当空调为房间提供热能时，由于用户的个体差异和时间段的不同，会出现所需的热能不同的情况，因此会导致提供的热能无法充分利用而浪费。为避免这部分热能的损失，可在空调的制冷机处安装一个热能回收装置来回收余热，从而达到节能的目的。

2.1.2水源热泵技术的应用由于地下水的温度常年维持在一个稳定的温度，因此在夏季，水源热泵技术利用地下水与空调冷却水之间的温差进行换热，由此使冷却水温度降低为室内供冷。在冬季则是从地下水中吸收能量为室内供热。水源热泵运行稳定、效率高且有很好的节能效果，近年来被广泛使用。

2.1.3蓄冰空调技术的应用蓄冰空调采用的是冰蓄冷技术，其工作原理是利用夜间低谷负荷电力制冰，将能量以冰的形式存蓄，到了白天再将冰用能量转化装置为空调系统供冷。冰蓄冷技术很大程度上均衡了电力负荷，提高了发电设备的利用率并降低了系统的运行费用，是一个一举多得的节能技术。

2.1.4变频调速系统的应用变频调速系统是在不同时间不同要求下相应调节空调系统的冷量。在室内温度达到舒适度时减少冷量的输出，避免了夏季由于室内温度过低而导致的能源浪费，由此达到节能的目的。相比于传统的阀门调节，该技术在降低能耗的同时也减少了系统的折旧损耗。相关数据表明变频调速系统在提高室内舒适度的同时可节约30%的能耗。

2.2照明系统的应用

照明系统的能耗是建筑能耗中重要部分，在商用建筑中和住宅建筑中照明系统分别占到总能耗的30%和10%。照明系统不仅消耗了建筑内的部分电能也增加了房间的冷负荷，因此，提高照明系统的效率不仅可以减少电能消耗，也可以在夏季减少空调系统的冷负荷，有效节约能耗。

2.2.1节能灯泡的应用节能灯是由荧光灯和镇流器组成，其尺寸与白炽灯相近，然而在同样光能输出的情况下节能灯的耗电量要远远低于白炽灯。在发光效率方面节能灯泡也具有明显的优势，白炽灯和荧光灯的发光效率约为10%和30%，而高效节能灯的发光效率可达到70%。由此可见，节能灯泡在提高室内照明质量的同时可以大幅度节约电能。

2.2.2智能照明系统的应用智能照明系统具有节能、管理方便的优势，它不仅可以改善光环境，并且可以很大程度上延长灯具的寿命。通过照度传感器和调光器的控制，更加合理利用照明以减少额外的损耗，十分有效地节约能源。

2.2.3天然光源采光技术的应用天然光是人们习惯的光源，在室内尽可能利用天然光作为光源不仅可以节约用电量，也可以提高室内的采光质量。现在各种新型的采光技术层出不穷，导光棱镜窗、采光板、光导纤维等都是现在得到普遍应用的采光技术，这些技术利用光反射、折射、衍射的特性将室外自然光传输到室内需要光源的地方，降低了照明设备所造成的能源消耗。

3太阳能设备的应用

在当今众多可再生能源中，太阳能的应用较为广泛和普及，它是自然界中最为丰富的可再生能源。对太阳能进行合理利用和开发并降低转化的成本是建筑节能工作中的重点。太阳能设备的工作原理是把太阳能转化成电能和热能，进而将其用于采暖、照明等方面。

3.1太阳能热水器的应用

太阳能热水器是众多太阳能设备里比较常见的节能设备，它的类型很多且应用十分广泛。在人们日常中最为常见的是平板热水器，它一般被放置于屋顶供楼内用户洗澡使用。太阳能热水器技术的发展现如今已经十分成熟，在建筑设计时将太阳能设备与之相结合是今后研究的重要方向，前景十分广阔。

3.2太阳能供暖系统的应用

太阳能供暖系统大致可以分成两种：主动式系统、被动式系统。主动式系统由集热器、储热体、散热器和管道组成，还需要配有水泵或风机等电动机械，因此投资较大，一般较少被采用。被动式系统是将建筑物作为集热器、储热器和散热器对太阳能进行采集，主要分为间接得热系统和直接得热系统两种。

3.2.1间接得热系统墙体的应用间接得热系统的墙体由热惰性材料制成，在夏季则通过活动隔热层和空气循环层为室内进行降温。在冬季则是利用墙体收集的太阳辐射热作为室内供热源为室内供暖。间接得热系统的墙体基本型式有：特朗博墙、充水墙、水墙等。这些方法的构造较为复杂，需不定时地打开通气孔和隔热层，使用较为烦琐。

3.2.2直接得热系统的应用直接得热系统是通过在建筑与环境之间设置一个缓冲层，以减小天气对建筑内环境的影响。现在应用较为普遍的有双层玻璃幕墙系统，它在满足室内自然光照和太阳能吸收的情况下可减少室内的热损失并防止过度热辐射。在夏季，空气腔中的气体因受太阳辐射吸热温度升高而后上浮，由此排出室内热空气。在冬季则可打开遮阳装置，通过吸收太阳辐射吸热提高室内温度。该系统具有优于双层窗的隔热、隔音的特性，并且还能将室内的能量进行回收，是非常实用的节能设施，目前应用领域也最为广泛。

4建筑节能技术发展趋势

4.1BIM技术的应用呈加速趋势

BIM（BuildingInformationModeling）即建筑信息模版技术，近年来在国内工程设计中得以广泛应用和快速发展。设计人员利用BIM技术可以建立虚拟模型进行节能设计，例如在设计室内采光时可以非常直观展现实体建筑完成后的节能效果，BIM技术对建筑节能技术的发展有重要意义。

4.2新能源利用更趋广泛

自然可循环新型能源的开发和使用可以很大程度上节约能源，实现建筑节能的目的。其中太阳能作为应用最广且技术相对成熟的一种清洁能源，可在建筑施工及后期充分利用，将其转化为建筑所需的能源。此外，也可以考虑充分利用风能以节约建筑能源。例如确保自然风在建筑中对流换气，或是安装风力发电设备，将风能转化为建筑直接需要的能源。另外还可以在建筑中设计雨水收集装置，用雨水对建筑内的植物进行灌溉，从而实现水资源的二次利用。

4.3科学利用建筑材料

建筑材料是建筑工程中的基石，在节能建筑的设计中应尽量选择节能高效的建筑材料，也可通过回收利用旧的建筑材料以提高材料的利用率。这样不仅缓解了废弃的建材可能造成的生态污染，也可以减少建材被浪费的情况。

4.4合理的规划设计

在对建筑进行设计和规划时，建筑所处的地理环境、建筑朝向及外部形体都是需要重点考虑的因素。结合不同地区的实际环境及气候特点，考虑通风采光等因素对建筑节能的影响，以此更好地实现建筑节能的效果。高温地区的建筑要做好散热和遮阳工作，寒冷地区的建筑要做好保温工作，减少建筑能源的消耗。

5结语

建筑节能对一个国家的发展而言起到至关重要的作用，它直接影响到国家的可持续发展、资源战略、环境保护等诸多问题。随着中国建筑行业的发展，中国的建筑能耗也在逐年上升，消耗了很大部分的社会能源。虽然近年来中国在建筑节能方面所做的许多工作都卓有成效，但在技术、理念和管理方面与发达国家相比仍然较为落后。建筑节能技术的发展需要国家的重视和建筑行业人员的共同努力，在设计施工时牢固节能的理念，研发出更多新型的节能材料和技术并不断更新建筑节能标准。加快建筑节能技术的研究不仅可以利于建筑行业的发展，也有利于中国可持续发展的顺利进行。

作者：尹婧 单位：纽约大学坦登工程学院