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我國建筑總能耗約占社會終端能耗的20.7%.其中，北方城鎮(zhèn)建筑采暖和農(nóng)村生活用煤約為1.6億噸標(biāo)煤/年，占我國2004年煤產(chǎn)量的11.4%；建筑用電和其它類型的建筑用能（炊事、照明、家電、生活熱水等）折合為電力，總計約為5500億度/年，占全國社會終端電耗的27%~29%.
1、北方城鎮(zhèn)采暖能耗
我國北方城鎮(zhèn)采暖能耗占全國建筑總能耗的36%，為建筑能源消耗的最大組成部分。單位面積采暖平均能耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤為20kg/m2·年，為北歐等同緯度條件下建筑采暖能耗的2~4倍。能耗高的主要原因有3個。一是圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫不良。二是供熱系統(tǒng)效率不高，各輸配環(huán)節(jié)熱量損失嚴(yán)重。三是熱源效率不高。由于大量小型燃煤鍋爐效率低下，熱源目前的平均節(jié)能潛力在15%~20%.
2、大型公共建筑能耗
目前我國有5億m2左右的大型公共建筑。耗電量為70~300kwh/m2·年，為住宅的10～20倍，是建筑能源消耗的高密度領(lǐng)域。調(diào)查結(jié)果表明，這類建筑能源浪費現(xiàn)象仍較嚴(yán)重，有很大的節(jié)能潛力。
3、住宅與一般公共建筑的非采暖能耗
我國城鎮(zhèn)的住宅總面積約為100億m2.除采暖外的住宅能耗包括照明、炊事、生活熱水、家電、空調(diào)等，折合用電量為10~30kwh/m2·年，用電總量約占我國全年供電量的10%.一般公共建筑總面積約55億m2.用電總量約占我國全年供電量的8%.
目前這兩類建筑的能耗水平低于發(fā)達(dá)國家，這主要是由于建筑提供的服務(wù)水平不高。由于我國能源費用相對于居民收入偏高，絕大部分城鎮(zhèn)住宅的用電水平較低，生活熱水用量遠(yuǎn)小于發(fā)達(dá)國家水平。
隨著生活水平的提高，住宅和一般公共建筑內(nèi)用戶提出了更高的建筑服務(wù)水平要求。此外，近年來在一些大城市出現(xiàn)了一批高檔豪華住宅，戶均用電水平幾倍甚至幾十倍于普通住宅，此類高能耗住宅有大幅增長的趨勢。對于能耗原本較低的一般辦公建筑進(jìn)行二次裝修和加裝中央空調(diào)系統(tǒng)，盲目提高建筑內(nèi)部的“豪華性”，也會造成此類建筑能耗的成倍增長。
4、農(nóng)村生活能耗
我國農(nóng)村建筑面積約為240億m2，總耗電約900億度/年，生活用標(biāo)準(zhǔn)煤0.3億噸/年。
目前我國農(nóng)村的煤炭、電力等商品能源消耗量很低。根據(jù)調(diào)查，目前農(nóng)村建筑使用初級生物質(zhì)能源的能源利用效率很低，并在陸續(xù)被燃煤等常規(guī)商品能源所替代。如果這類非商品能源完全被常規(guī)商品能源所替代，則我國建筑能耗將增加一倍。
5、長江流域采暖需求
我國長江流域以往的建筑設(shè)計都沒有考慮采暖。目前夏季空調(diào)已廣泛普及，而建設(shè)采暖系統(tǒng)、改善冬季室內(nèi)熱環(huán)境的要求也日趨增長。
預(yù)計到2020年，長江地區(qū)將有50億m2左右的建筑面積需要采暖。預(yù)計每年將新增采暖煤1億噸標(biāo)煤左右，接近目前我國北方建筑每年的采暖能耗總和。
我國建筑能耗發(fā)展趨勢
我國能源供給和經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須考慮新增建筑所需的能源供給問題。按照目前的建筑能耗狀況，到2020年我國建筑能耗將比2004年增加2.5億噸/年標(biāo)煤和新增耗電5800～6300億度/年，總計折合電力約1.3萬億度，新增量相當(dāng)于目前建筑總能耗的1.3倍。
根據(jù)發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗，隨著城市發(fā)展，建筑將超越工業(yè)、交通等其它行業(yè)而最終居于社會能源消耗的首位，達(dá)到33%左右。我國城市化進(jìn)程如果按照發(fā)達(dá)國家發(fā)展模式，使人均建筑能耗接近發(fā)達(dá)國家的人均水平，需要消耗全球目前消耗的能源總量的1/4來滿足中國建筑的用能要求。因此，必須探索一條不同于世界上其他發(fā)達(dá)國家的節(jié)能途徑，大幅度降低建筑能耗，實現(xiàn)城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。
當(dāng)前建筑節(jié)能的重要問題
當(dāng)前我國各級政府高度重視建筑節(jié)能。我們認(rèn)為，要研究建筑節(jié)能的突破點，優(yōu)化配置有限資源，進(jìn)而推動我國建筑節(jié)能事業(yè)取得重大進(jìn)展。
1、走出集中供熱分戶計量改革的困境
改變供熱計量按面積收費的方式，實行“分戶計量，按熱量收費”的目的一是促進(jìn)建筑保溫，二是鼓勵行為節(jié)能。但分戶計量不易操作。
采用分樓計量可以使計量改革工作走出困境。如果對每座建筑的用熱總量進(jìn)行計量并據(jù)其收費，樓內(nèi)各戶按面積分?jǐn)?，計量工作可大大簡化，可操作性強，分戶墻傳熱等各種問題也可迎刃而解。按整座建筑供熱量計量收費同樣可激勵新建建筑采用保溫措施和推進(jìn)既有建筑的節(jié)能改造。為了減少樓內(nèi)局部空間過熱的問題，可推行“供水溫度分樓可調(diào)”新技術(shù)，采用混水或換熱的方式調(diào)節(jié)每座建筑入口的供水溫度，在建筑內(nèi)實行“大流量、小溫差、低水溫”供熱方式，在室外管網(wǎng)實行“小流量、大溫差”的循環(huán)方式?？纱蠓冉档图泄嵯到y(tǒng)的熱損失，從而顯著降低北方地區(qū)集中供熱能耗。
2、長江流域不宜發(fā)展大規(guī)模集中供熱或熱電冷三聯(lián)供
目前在長江流域建設(shè)大型熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱和熱電冷三聯(lián)供項目，無論是以燃煤還是以燃?xì)鉃閯恿?，都存在很多的能耗不合理問題。長江流域地區(qū)冬季短夏季長，而夏季使用發(fā)電余熱制冷時的制冷效率僅為電制冷效率的20%左右。采用集中供冷要依靠大型循環(huán)管網(wǎng)輸送冷水，這直接導(dǎo)致循環(huán)水泵電耗增加。
長江流域的特點是：冬季短，室外溫度多在0℃左右；夏季長，普遍需要空調(diào)；梅雨期需要除濕；地表水資源豐富。對于這種氣候與自然條件，應(yīng)該發(fā)展各種熱泵方式，系統(tǒng)解決采暖和空調(diào)需求。
3、科學(xué)規(guī)劃南方地區(qū)建筑節(jié)能工作
我國南方地區(qū)建筑節(jié)能重點在于改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫。針對南方的氣候條件，應(yīng)推廣各種屋頂遮陽、外墻遮陽、窗戶外遮陽等措施，以減少太陽輻射；加強各種自然通風(fēng)手段，通過自然通風(fēng)縮短空調(diào)運行時間；開發(fā)和推廣主動或被動式除濕裝置，降低室內(nèi)濕度，適當(dāng)提高室內(nèi)空調(diào)溫度等，都可以產(chǎn)生更大的節(jié)能效果。
4、探討社會主義新農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展的能源消耗模式
我國農(nóng)村土地資源相對充足，建筑容積率低；秸稈、薪柴、糞便等生物質(zhì)能源豐富，生物質(zhì)能源的生成物可被充分利用。農(nóng)村的能源供應(yīng)方式應(yīng)以可再生能源為主，按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)方式，發(fā)展沼氣、生物質(zhì)的高溫?zé)峤庵茪?、太陽能光熱和光電?yīng)用以及風(fēng)力發(fā)電。發(fā)展可再生能源替代常規(guī)商品能源的經(jīng)濟(jì)效益和可操作性也遠(yuǎn)高于城市。
5、發(fā)展和推廣低能耗大型公共建筑技術(shù)
我國大型公共建筑不足城鎮(zhèn)建筑總面積的4%，但能耗卻占我國城鎮(zhèn)建筑總能耗的20%以上。發(fā)展出一套解決中國實際問題的低能耗大型公共建筑技術(shù)，可大大緩解由于目前城市建設(shè)中大型公共建筑比例的增長將造成的城市電力供應(yīng)緊張狀況。
1992年，德國Fraunhofer太陽能研究所的Voss.K[1]等人通過使用太陽能光熱光電技術(shù)對德國一棟建筑物進(jìn)行供熱供暖，并進(jìn)行了為期三年的檢測研究發(fā)現(xiàn)：在氣候較為溫和的歐洲部分地區(qū)，通過精心設(shè)計可以使建筑物全年總能耗降低到10Kwh/m2以下，且建筑物所有能耗需求可以由太陽能提供。Voss.K由此提出“無源建筑”(EnergyAutonomousHouse，也稱Self-sufficientSolarHouse)，即無需和外界能源基礎(chǔ)設(shè)施相連，通過太陽能光熱光電系統(tǒng)與蓄能技術(shù)集成應(yīng)用，保證建筑所有時段能源供應(yīng)的建筑?！盁o源建筑”要求建筑物在以年為時間單位的時段內(nèi)達(dá)到能量或排放量中和。由于“零能耗建筑”在實現(xiàn)上還較為困難且成本較高，歐洲目前公認(rèn)的更加廣泛的可實施的為“近零能耗建筑”(nearlyzero-energybuildings)。對于“近零能耗建筑”，各國定義不同，如德國的“被動房”（PassiveHouse，也翻譯為微能耗建筑、零能耗建筑）[2]，指在滿足規(guī)范要求的舒適度和健康標(biāo)準(zhǔn)的前提下，全年供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗在0-15Kwh/（m2年）的范圍內(nèi)、建筑物總能耗低于120Kwh/（m2年）的建筑；瑞士的“近零能耗房”(Minergie，也稱“迷你”能耗房，或“迷你”能耗標(biāo)準(zhǔn))[3]，要求按此標(biāo)準(zhǔn)建造的建筑其總體能耗不高于常規(guī)建筑的75%，化石燃料消耗低于常規(guī)建筑的50%；意大利的“氣候房”（ClimateHouse，Casaclima）[4]，指全年供暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗在30Kwh/（m2年）以下的建筑。
2、近零能耗建筑政策及發(fā)展目標(biāo)
歐盟于2010年7月9日的《建筑能效指令》（修訂版）(EnergyPerformanceofBuildingDirectiverecast，EPBD)[5]在歐盟內(nèi)部影響力巨大，它要求各成員國應(yīng)確保在2018年12月31日后，所有的政府擁有或使用的建筑應(yīng)達(dá)到“近零能耗建筑”，在2020年12月31日前，所有新建建筑達(dá)到“近零能耗建筑”(nearlyzero-energybuildings)?！督ㄖ苄е噶睢范x零能耗建筑為“具有非常高的能效”的建筑，《指令》還要求“近零能耗建筑”能耗表達(dá)單位應(yīng)使用kWh/(m2年)。歐洲暖通學(xué)會聯(lián)合會（REHVA）的JarekKurnitski等專家[6]將“近零能耗建筑”進(jìn)一步定義為：以各國實際情況為基礎(chǔ)，在充分考慮節(jié)能技術(shù)成本效益比的前提下，其一次能耗>0kwh/(m2年)的建筑。歐盟專家還對零能耗計算的邊界范圍、一次能源轉(zhuǎn)換系數(shù)、是否應(yīng)考慮區(qū)域供熱供冷等系統(tǒng)、是否應(yīng)考慮電器使用能耗進(jìn)行了探討研究。雖然歐盟各國對“近零能耗建筑”定義和技術(shù)路徑都不同，但大多數(shù)國家還是給出了相對明晰的發(fā)展目標(biāo)，發(fā)展目標(biāo)主要針對新建建筑，具體見表1[7]。
3、近零能耗建筑定義內(nèi)涵分析
雖然“零能耗建筑”一詞聽起來很容易理解，似乎很容易定義，但目前各國政府及機(jī)構(gòu)對于零能耗建筑研究的邊界劃分、計算范圍、衡量指標(biāo)、轉(zhuǎn)換系數(shù)、平衡周期等問題還都不盡相同。物理邊界的劃分對能耗平衡的計算有著較大的影響。對建筑物來說，以單棟建筑還是建筑群（小區(qū)）作為計算對象，是需要探討的問題。目前國際大多數(shù)意見還是以單棟建筑為計算對象，根據(jù)是否與電網(wǎng)連接，將零能耗建筑分為兩種，一種是“上網(wǎng)零能耗建筑”(On-gridzeroenergybuilding)，其由電網(wǎng)輸送給建筑物的能量和建筑物返回給電網(wǎng)的能量達(dá)到平衡，即在計算期內(nèi)，電表讀數(shù)為0；一種是“網(wǎng)下零能耗建筑”(Off-gridzeroenergybuilding)[8]，即與建筑一體化或建筑物附近與建筑物連接的可再生能源供電供熱系統(tǒng)提供的能量和建筑能源需求量保持平衡，這類建筑也被稱為“無源建筑”(EnergyAutonomousBuilding)[1]、“太陽能自足建筑”(Self-sufficientsolarhouse)[1]。按照節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，與建筑物設(shè)計相關(guān)的能耗包括供暖、供冷、通風(fēng)、照明、熱水使用等負(fù)荷，但也有許多與用戶關(guān)聯(lián)度較大的負(fù)荷，如插座負(fù)荷、電動汽車負(fù)荷還沒有進(jìn)入平衡計算。如果未來能源網(wǎng)中電動汽車使用量大幅度提升，雖然不會對建筑物負(fù)荷造成影響，但使用這類產(chǎn)品和設(shè)備會對建筑物用電平衡有影響，考慮到隨著我國國民經(jīng)濟(jì)生活水平提高，居民用電會進(jìn)一步增多，相關(guān)數(shù)據(jù)逐步完善，應(yīng)在平衡計算時加入插座能耗等相關(guān)能耗。目前共有四類指標(biāo)可以用于衡量零能耗建筑：終端用能、一次能源、能源賬單、能源碳排放。四類指標(biāo)的評價結(jié)論相差很多，如衡量地源熱泵系統(tǒng)或者建筑光電一體化系統(tǒng)等可再生能源建筑應(yīng)用對節(jié)能減排的效果，采用不同指標(biāo)得出的結(jié)論會不同，通常認(rèn)為采用終端用能形式或者能源賬單作為衡量零能耗建筑的指標(biāo)，操作起來相對容易。在統(tǒng)一衡量指標(biāo)后，所有與建筑物相關(guān)的能量就需要通過不同的轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換到與衡量指標(biāo)單位一致。能源供給和使用鏈上的全部能源種類都需要轉(zhuǎn)換，包括一次能源、可再生能源、換熱、傳輸電網(wǎng)和熱網(wǎng)。由于各個國家的能源結(jié)構(gòu)不同，電網(wǎng)、熱網(wǎng)組成不同，且隨著可再生能源發(fā)電規(guī)模的逐步擴(kuò)大，各國、同國家不同地區(qū)的轉(zhuǎn)換系數(shù)都有很大差異，且變化很快。但轉(zhuǎn)換系數(shù)的確定，對“零能耗建筑”計算結(jié)果影響很大。
4、國際典型“近零能耗建筑”示范工程實踐
EikeMusal等人對德國、美國、加拿大、歐洲等國的282棟零能耗示范建筑使用的技術(shù)進(jìn)行匯總，發(fā)現(xiàn)太陽能光電、太陽能光熱、建筑遮陽、機(jī)械通風(fēng)熱回收、免費供冷等技術(shù)應(yīng)用的比例相對較高[9]。Eike研究的各國零能耗建筑數(shù)量見圖1，各種節(jié)能技術(shù)使用比例見圖2。從圖2可以看出，高性能保溫結(jié)構(gòu)和PV系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)以及熱泵可再生能源應(yīng)用系統(tǒng)在零能耗建筑中應(yīng)用最為廣泛，其次是自然采光、遮陽系統(tǒng)、被動通風(fēng)等被動式技術(shù)的應(yīng)用，高效照明、電器、辦公設(shè)備、HVAC設(shè)備使用也比較廣泛。美國新建筑研究所2012年3月《美國零能耗公共建筑成本及特性調(diào)查》[10]，通過對21棟已經(jīng)有實測數(shù)據(jù)的零能耗公共建筑進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：（1）早期零能耗建筑面積普遍較小，目前大型和綜合性的建筑案例也在不斷增加，教學(xué)/科研樓、辦公樓、K-8學(xué)校、銀行等建筑都可以設(shè)計為零能耗。（2）建筑物形式、規(guī)模、所處地理位置以及其他因素不同，如果不考慮PV的費用，建筑為達(dá)到零能耗的增量成本為3%-18%。（3）通過綜合性設(shè)計方案，充分考慮建筑所在地點和功能，選用高效的圍護(hù)系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)和設(shè)備，達(dá)到零能耗建筑難度不大。通常優(yōu)先考慮通過被動式設(shè)計降低建筑能耗，如果必須使用暖通系統(tǒng)，常見的系統(tǒng)為土壤源熱泵與地板輻射系統(tǒng)聯(lián)合。美國既有零能耗公共建筑各種節(jié)能技術(shù)使用比例見圖3。
5、我國主要近零能耗建筑研究實踐
2014年5月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技司組織開展，由中國建筑科學(xué)研究院具體組織落實的“被動式超低能耗綠色建筑項目”征集調(diào)研。截至2014年10月，共收到全國上報項目12個，其中住宅項目3個，公共建筑項目9個。從地域分布來看，嚴(yán)寒地區(qū)項目2個，寒冷地區(qū)項目6個，夏熱冬冷地區(qū)項目2個，夏熱冬暖地區(qū)項目2個。
低能耗建筑設(shè)計理念的主旨是以降低碳排放為方式，實現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)，低能耗建筑設(shè)計理念主要包含以下幾點:第一，節(jié)能，從廣義的角度來看，低能耗建筑設(shè)計理念的節(jié)能理念更為全面，涉及到節(jié)才、節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水等方面，中心思想是最大限度的控制資源的消耗;第二，減排，降低建筑的液體、氣體、固體等污染物的排放量，避免建筑對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，實現(xiàn)和諧共存的目標(biāo);第三，符合建筑使用功能的需求，體現(xiàn)低能耗理念的同時，滿足人們物質(zhì)和精神上追求，營造高質(zhì)量的生活環(huán)境。
2低能耗建筑設(shè)計理念的應(yīng)用
2．1主動建筑低能耗設(shè)計
建筑材料的選取上，應(yīng)該盡量使用素混凝土，減少一次性瓷磚的使用量，降低天然石材的耗用量，減輕自然資源的負(fù)擔(dān)，避免建筑行業(yè)過度消費自然資源。水泥原材料的選材上，應(yīng)遵守就地取材的原則，降低運輸過程的材料消耗。目前，綠色建筑逐漸重視植物建筑技術(shù)的應(yīng)用，建筑設(shè)計過程中，在建筑屋面種植不同類型的植物，不僅能夠改善建筑的居住環(huán)境，還能夠凈化城市空氣，起到減少碳排放的目標(biāo)。此外，應(yīng)該進(jìn)一步的優(yōu)化建筑的整體結(jié)構(gòu)，在建筑質(zhì)量得到保證的前提下，減少不可再生資源的使用量，用環(huán)保、耐用、高質(zhì)量的新型建筑材料取代混凝土、鋼筋等傳統(tǒng)建筑材料，也是低能耗建筑設(shè)計理念應(yīng)用的重要部分。
2．2被動建筑低能耗設(shè)計
建筑熱損耗的關(guān)鍵部分是建筑的外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段，國家已經(jīng)頒布了相關(guān)的建筑標(biāo)準(zhǔn)，要求新建建筑使用外墻保溫材料，進(jìn)而降低建筑能耗和減少建筑熱損失。外墻保溫材料也要以環(huán)保型材料為主，節(jié)省自然資源。建筑門窗設(shè)計中，遵循低能耗思想，通常采用保溫性能良好的中空玻璃，同時，還可以將壁掛太陽能技術(shù)應(yīng)用到門窗設(shè)計中，讓建筑門窗具有采光和節(jié)能的雙重效果。此外，充分利用建筑內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)，形成良好的氣流組織，提高自然資源在建筑能源中的比重，降低礦石燃料的使用，促使建筑行業(yè)朝著低能耗的方向發(fā)展。
2．3合理利用新型能源及建筑材料
低能耗建筑設(shè)計理念正逐步完善，科研人員也更加重視新型能源和建筑材料的開發(fā)與應(yīng)用，促進(jìn)了低碳環(huán)保材料的不斷問世，經(jīng)過實際工程的檢驗，新型能源和建筑材料能夠滿足建筑要求。因此，為了實現(xiàn)低能耗建筑設(shè)計理念，應(yīng)該進(jìn)一步加大新型能源和建筑材料的應(yīng)用力度，可以從以下幾個方面入手。第一，提升可再生能源的利用率，比如生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑻柲艿?，取代不可再生能源，調(diào)整可再生能源與不可再生能源的比例，合理配置建筑的能源結(jié)構(gòu);第二，拓展新型燃料的應(yīng)用范圍，以現(xiàn)有的新型燃料研發(fā)水平來看，烴、氫燃料技術(shù)水平基本可以滿足應(yīng)用要求，使用烴、氫燃料取代天然氣、煤氣等傳統(tǒng)燃料，能夠有效的降低建筑碳排放量;第三，開發(fā)余能利用技術(shù)，將工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的余能、余熱回收利用，不僅降低工業(yè)生產(chǎn)的能源浪費量，還能夠滿足建筑能耗需求，具有雙重意義。
2．4優(yōu)化建筑空間布局
(1)自然采光。
通過太陽光的利用，實現(xiàn)建筑空間照明的技術(shù)，稱之為自然采光技術(shù)，按照采光類型劃分，包括主動式自然采光技術(shù)和被動式自然采光技術(shù)。主動式自然采光技術(shù)的原理是鏡面放射，充分利用棱鏡組傳光、光纖導(dǎo)光、光管導(dǎo)光、光伏效應(yīng)間接采光、衛(wèi)星反射鏡采光等技術(shù)，實現(xiàn)建筑的自然采光;被動式自然采光技術(shù)的原理是調(diào)節(jié)建筑透光效果，盡量將太陽光傳遞到建筑內(nèi)部空間，以滿足建筑的采光需求。
(2)自然通風(fēng)。
建筑自然通風(fēng)設(shè)計能夠有效降低空調(diào)能耗，已經(jīng)在一定程度上應(yīng)用于低碳建筑中，然而，并沒有取得預(yù)期的效果，現(xiàn)有的建筑自然通風(fēng)設(shè)計方法種類很多，比如非煙囪效應(yīng)、煙囪效應(yīng)、穿堂風(fēng)、單側(cè)送風(fēng)等，在這些方法的基礎(chǔ)上，應(yīng)該充分考慮建筑的空間布局，分析建筑熱的綜合效果，以便進(jìn)行集中配置。研究表明，建筑的自然通風(fēng)類型主要有三種:第一，熱壓通風(fēng);第二，風(fēng)壓通風(fēng);第三，熱壓和風(fēng)壓綜合通風(fēng)。不同的自然通風(fēng)類型的原理也存在差異，其中，熱壓通風(fēng)是在氣壓和濕度的作用下，產(chǎn)生的氣壓差，而風(fēng)壓通風(fēng)是在自然風(fēng)力的作用下，產(chǎn)生的氣壓差。因此，應(yīng)該根據(jù)建筑的空間布局，選擇合適的自然通風(fēng)類型，真正降低建筑能耗。
(3)日照得熱和溫度梯度的設(shè)計。
一方面，太陽能資源屬于可再生能源，不管是采集還是利用階段，都不會對環(huán)境造成污染;另一方面，日照得熱和溫度梯度的設(shè)計，能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能，通過科學(xué)的建筑走向、適宜的形體設(shè)計以及合理的空間布局，實現(xiàn)減少建筑熱損失的目標(biāo)。此外，還應(yīng)該構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)建筑技術(shù)體系，滿足經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可操作性等要求，比如新型輕質(zhì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等，通過樓面系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、門窗結(jié)構(gòu)以及建筑外墻的設(shè)計，改善建筑的保溫性能，避免建筑能源的過度浪費。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞健康建筑人居環(huán)境能源可持續(xù)發(fā)展
AbstractExplainstheideaofthelowenergyandhealthybuildinganditsrelationshipwithsustainabledevelopmentofhuman''''sinhabitantenvironment.Pointsoutthefourcriticalissuesinitsrealizationi.e.urbanenergyprogramming,energy-efficientbuildingdesign,urbanmicroclimateimprovementandbuildingautomation.
Keywordshealthybuildinginhabitantenvironmentenergysustainabledevelopment
1前言
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展很快，目前城市化水平為28%。按照世界上城市發(fā)展規(guī)律，這正是從起始階段向城市化加速發(fā)展的轉(zhuǎn)變階段。在我國東部沿海地區(qū)，城市化水平已接近或超過35%，已經(jīng)進(jìn)入加速發(fā)展階段。這都預(yù)示今后5年及下個世界我國城市化將有飛速發(fā)展。
城市化發(fā)展推動建筑行業(yè)的興旺，隨著人們對建筑環(huán)境要求的不斷提高，北方地區(qū)建筑供暖，南方地區(qū)建筑空調(diào)，以及黃河下游、長江中下游流域建筑供暖與空調(diào)都成為極迫切的問題。近5年來我國房間空調(diào)器產(chǎn)量持續(xù)以40%的年增長率上升，就充分說明需要的迫切性，但隨之而來的能耗的增加和對環(huán)境的污染。北方地區(qū)供暖耗煤已占全國總煤耗的11%以上，長江中下游地區(qū)空調(diào)器及熱泵的發(fā)展已使該地區(qū)供電出現(xiàn)嚴(yán)重緊張和短缺。若充分滿足這一地區(qū)建筑空調(diào)的要求，空調(diào)電耗將占該地區(qū)總電耗的30%以上，這將對這一地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會產(chǎn)生巨大影響。供暖燃煤直接污染大氣，并釋放產(chǎn)生溫室效應(yīng)的CO2，這已是老問題。大量空調(diào)設(shè)備的使用會放出CFC物質(zhì)破壞大氣的臭氧層已成為全球性的環(huán)境保護(hù)問題。此外，空調(diào)器在夏季將熱量排入大氣，在冬季又從大氣中大量吸熱，當(dāng)空調(diào)器高密集度安裝時，還會嚴(yán)重影響城市區(qū)域小氣候。
城市化的發(fā)展使建筑能耗越來越大，工業(yè)發(fā)達(dá)國家建筑能耗占總能耗的30%～50%，我國的建筑能耗也達(dá)總能耗的10%以
上。目前人類所消費的能源絕大部分屬于枯竭性能源（如石油、煤炭、天然氣等），有關(guān)專家估計，按目前的能源消費增長率持續(xù)下去，枯竭性能耗只能維持200～300a左右，因此人類面臨的能源問題是嚴(yán)峻的。本世紀(jì)70年代初世界性的能源危機(jī)曾推動了節(jié)能建筑的發(fā)展。
當(dāng)今的建筑除了能耗大的問題外，還存在病態(tài)建筑的問題。根據(jù)歐洲的有關(guān)調(diào)查報告，在非工業(yè)建筑中，健康建筑（HealthyBuildings）只占50%～70%。所謂與建筑有關(guān)的疾?。˙RI,BuildingRelatedIllness）指的是由于建筑物室內(nèi)環(huán)境有害輻射（電磁輻射和放射性物質(zhì)）、溫濕度太高或太低、生物化學(xué)有害物濃度太高等引起的各種疾病或身體虛弱。建筑綜合癥（SBS，SickBuildingSyndrome）指的是建筑環(huán)境使人們產(chǎn)生的各種不舒適癥狀，如頭痛、疲勞、感冒、惡心等。建筑建筑指的是具有滿足人們居住或生產(chǎn)等活動要求的適宜的熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境和空氣環(huán)境的建筑物。其中熱環(huán)境包括室內(nèi)的溫度、濕度、潔凈度和空氣的流動速度等，光環(huán)境包括建筑物室內(nèi)外的照明和色彩等，聲環(huán)境包括建筑物室內(nèi)外的噪聲、音響效果和震動等，空氣環(huán)境包括室內(nèi)外的空氣組成成分、氣味等。造成SBS的主要原因可能是缺乏對建筑物的合理維護(hù)，建筑物熱負(fù)荷、污染物負(fù)荷的變化，建筑設(shè)備控制方案的改變，或者建筑設(shè)計不合理等。
低能耗健康建筑指充分利用自然能源的被動式供熱空調(diào)建筑，它能提供人們生活和生產(chǎn)需要的建筑環(huán)境，保證人體的衛(wèi)生和健康，同時具有節(jié)能建筑能耗低的特點。低能耗健康建筑的研究在歐洲和日本等國家已受到相當(dāng)?shù)闹匾?，美國由于能源比較豐富，著重研究的是健康建筑。MiltonKeynes是英國發(fā)展最快的城市，它位于倫敦和伯明翰的中間。MiltonKeynes有一個能源公園（MiltonKeynesEnergyPark），其中的建筑統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計，應(yīng)用了多種建筑節(jié)能措施。該能源公園的建筑能耗指標(biāo)是一般建筑的一半，因此深受用戶歡迎。我國是發(fā)展中國家，能源的建筑速度遠(yuǎn)跟不上國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。目前我國人均年能耗不到1t標(biāo)準(zhǔn)煤（只達(dá)到世界平均值的三分之一），而想在本世紀(jì)末實現(xiàn)"小康"水平，人均能耗至少要達(dá)1.5～1.6t標(biāo)準(zhǔn)
煤?？梢?，降低建筑能耗，大力宣傳和發(fā)展低能耗健康建筑將成為我國在21世紀(jì)的一個迫切和重要的工程。
地球是人類生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，為人類社會的文明和進(jìn)步提供了適宜的空間和豐富的自然資源。近30年來，由于人口增
長，工農(nóng)業(yè)發(fā)展，已經(jīng)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化和氣候變化。1972年在斯德哥爾摩召開的聯(lián)合國人類環(huán)境會議上，世界各國政府的代表共同發(fā)表《人類環(huán)境宣言》，第一次正式表達(dá)了世界各國人民對保護(hù)環(huán)境問題的強烈關(guān)注，明確提出可持續(xù)發(fā)展的概念。20年后的1992年6月3～14日，在里約熱內(nèi)盧召開的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會上，來自一百多個國家和地區(qū)的一百多位政府首腦通過了《里約宣言》和《21世紀(jì)議程》兩個綱領(lǐng)性文件。人類理智地選擇可持續(xù)發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展的最廣泛的定義是"人類應(yīng)享有以與自然相和諧的方式過健康而富有生產(chǎn)成果的生活權(quán)利"，并"公平地滿足今年后代在發(fā)展與環(huán)境方面的需要"?？沙掷m(xù)發(fā)展的思想實質(zhì)，一方面要求人類在生產(chǎn)時說可能地少投入、多產(chǎn)出；另一方面又要求人類在消費時盡可能地多利用、少排放。因
此，人類在轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)發(fā)展模式、實行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的時候，必須糾正過去那種單純靠增加投入、加大消耗實現(xiàn)發(fā)展的模式和以犧牲環(huán)境來增加產(chǎn)出的錯誤做法，從而使經(jīng)濟(jì)發(fā)展更少地依賴地球上有限的資源，而更多地與地球的承載能力達(dá)到有機(jī)的協(xié)
調(diào)?？沙掷m(xù)發(fā)展強度以長遠(yuǎn)和全局的辯證眼光看待環(huán)境和發(fā)展，社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須與地球生態(tài)自然環(huán)境的變化相適應(yīng)，人類對自然資源和能源的消耗不能超出全球生態(tài)環(huán)境的極限，這樣才能"成功地為后代留下一個可自下而上的星球"。
人類的絕大部分生活和生產(chǎn)活動在人居環(huán)境里進(jìn)行，隨著人們對建筑環(huán)境要求的提高，建筑一方面消耗更多的自然能源和資源，另一方面產(chǎn)生和排放更多的溫室氣體和廢物。追溯歷史，早在1980年，國際建筑師協(xié)會第14屆大會發(fā)出的建筑師華沙宣言指出：要"認(rèn)識到人類--建筑--環(huán)境三者之間有密切的相關(guān)性"。人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展要綜合考慮城市化發(fā)展和環(huán)境保護(hù)問題，在保護(hù)中發(fā)展，在發(fā)展中重視保護(hù)。大力推廣低能耗健康建筑是人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要保證之一，人類不應(yīng)該為短期的目的而犧牲長期的資源和環(huán)境，應(yīng)時刻記住"地球不是我們從父輩那兒繼承來的，而是從從自己的后代那兒借來的"。
2低能耗健康建筑的關(guān)鍵技術(shù)
低能耗健康建筑的實現(xiàn)涉及城市能源規(guī)劃、節(jié)能建筑設(shè)計、城市微氣候改善和建筑自動化等領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)的研究和應(yīng)
用。
2．1城市能源規(guī)劃
全面解決建筑物供暖和空調(diào)問題，對適應(yīng)城市化的飛速發(fā)展，緩解能源緊張?zhí)貏e是電力供應(yīng)不足問題，以及保護(hù)城市局部環(huán)境及大氣臭氧層，都有極重要的意義。解決這一問題的關(guān)鍵在于合理的城市能源規(guī)劃。通過研究城市能耗結(jié)構(gòu)、能源轉(zhuǎn)換、能源利用等環(huán)節(jié)，結(jié)合城市規(guī)劃對整個能源系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計，研究為解決建筑物供熱、供冷、供燃?xì)獾鹊男枰獞?yīng)配置的最合理的能源轉(zhuǎn)化與能源輸送系統(tǒng)，重點為我國北方地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)、供冷相適應(yīng)的大型的供熱、供冷方式，與集中供熱、供冷相適應(yīng)的大型蓄冷蓄熱裝置以及全面規(guī)劃電力、煤氣、冷熱源及蓄能的能源系統(tǒng)。
城市的能源規(guī)劃首先要估算城市的能源需求，包括生活用能（熱水、照明、電器、炊事、供暖、空調(diào)）和生產(chǎn)用能（工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、其它產(chǎn)業(yè)）的性質(zhì)用量。然后要考察城市的能源結(jié)構(gòu)，對各種可用能源，如電能、煤、燃?xì)狻⒄託?、太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮?，進(jìn)行定性和定量的調(diào)查和研究。最后制定出城市冷、熱、水、電、氣等能源的統(tǒng)一、聯(lián)合供應(yīng)，以實現(xiàn)城市能源系統(tǒng)的最優(yōu)的社會和經(jīng)濟(jì)效果。
2．2節(jié)能建筑設(shè)計
節(jié)能建筑的設(shè)計思想是充分利用建筑所在環(huán)境的自然能源和條件，在盡量不能常規(guī)能源的條件下，創(chuàng)造出人們生活和生產(chǎn)需要的室內(nèi)外環(huán)境。節(jié)能建筑的設(shè)計關(guān)系到三方面的研究內(nèi)容：當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?，室?nèi)環(huán)境的設(shè)計要求，以及建筑物的結(jié)構(gòu)特
征。
當(dāng)?shù)貧夂蛱卣髦府?dāng)?shù)匾荒晁募臼彝鈿庀髼l件，如空氣的溫濕度、風(fēng)速和風(fēng)向、日照率、降雨量、積雪等。在冬季日照率大的地方，可以考慮太陽能的利用，如被動式太陽房、太陽能集熱器。夏季日照率大的地方則要考慮建筑物的有效遮陽措施。夏季晝夜溫差大的地方，可以利用建筑物的蓄冷特性進(jìn)行自然冷卻。
室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計要求包括對室內(nèi)空氣溫濕度的要求。傳統(tǒng)的設(shè)計方法要求空調(diào)建筑的室內(nèi)環(huán)境必須維持在一個比較狹窄的溫濕度范圍，如溫度在25～28℃之間，相對濕度在50%～70%之間?？照{(diào)設(shè)備的容量是根據(jù)維持整個空調(diào)要求的溫濕度值來決定的。近年來大量空調(diào)建筑的使用已帶來所謂空調(diào)建筑綜合癥的問題，那長期生活在空調(diào)建筑中的人出現(xiàn)的某些癥狀，如疲勞、易感冒、惡等，總之是體抵抗環(huán)境變化的能力降低了。這是由于空調(diào)建筑的室內(nèi)環(huán)境比較穩(wěn)定，空氣溫濕度變化??；另一方面由于空調(diào)建筑的密封性好，室內(nèi)空氣品質(zhì)差，人們得不到足夠的新鮮空氣。目前民辦各國都在極力提倡FreeCoolingBuilding等利用自然冷卻的非空調(diào)建筑，通過合理設(shè)計和使用管理，某些氣候地區(qū)完全可以不使用常規(guī)能源而維持建筑環(huán)境達(dá)到設(shè)計要求，這種建筑就是所謂的"零能源"建筑（ZeroEnergyBuildings）。室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計應(yīng)建立在對人體熱舒適性研究的基礎(chǔ)上。有關(guān)研究指出在室溫不超過30℃房間，完全可以通過風(fēng)扇提供的動態(tài)風(fēng)來維持人體的熱舒適。即使需要空調(diào)的房
間，也可以采用區(qū)域空調(diào)的辦法來維持人體所在工作區(qū)的熱舒適性，而沒有必要維持非工作區(qū)的溫濕度?？梢姴捎脜^(qū)域性動態(tài)空調(diào)的方法會大大降低建筑物空調(diào)的能耗。
建筑物的結(jié)構(gòu)特征指建筑物的造型、朝向、圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫情況，外墻外窗的遮陽情況，以及建筑空間的通風(fēng)換氣情況。合理的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該在夏季有效地組織通風(fēng)和防止太陽照射，減少室內(nèi)過熱和潮濕；在冬季有效地利用太陽能對外墻外窗進(jìn)行保溫，提高室內(nèi)溫度；在過渡季有效地利用室外空氣進(jìn)行通風(fēng)，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。有關(guān)調(diào)查指出，位于同一地方的相同類型的建筑物，由于建筑結(jié)構(gòu)的不同會導(dǎo)致能耗指標(biāo)相差超過一倍。
2．3城市微氣候改善
城市化的發(fā)展使為人類開始意識到建筑對城市微氣候的影響。合理規(guī)劃建筑形式與位置以改善城市小氣候，妥善處理空調(diào)系統(tǒng)對外的熱污染，以及全面考慮綠化、遮陽等對城市環(huán)境的影響將是城市建設(shè)規(guī)劃和設(shè)計中的一個重要組成部分。
建筑群的布置應(yīng)注意建筑物的空間和平面的布局，以減少和控制城市風(fēng)沙和建筑物之間的強烈輻射對環(huán)境污染的作用。
城市水資源的規(guī)劃對微氣候也起明顯的作用。河道的合理布置和走向往往可以改善城市局部區(qū)域的熱島效應(yīng)。
城市的三維綠化對防止夏季太陽強烈照射，改善空氣品質(zhì)和美化環(huán)境都能起到不可估量的積極作用。
從氣象觀測數(shù)據(jù)可以知道，城市市中心的環(huán)境溫度一般比效區(qū)的環(huán)境溫度高出3℃左右。城市市中心由于工業(yè)、商業(yè)、娛樂業(yè)等建筑密集，加上人口也相對多，交通擁擠，造成市中心的熱量相對大得多，形成局部熱島效應(yīng)，如何改善市中心的微氣候已成為城市人居環(huán)境研究的一個課題。
2．4建筑自動化
建筑自動化指建筑設(shè)備系統(tǒng)（如供熱空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等）的監(jiān)測、管理、運行和控制的自動化。智能大廈的基礎(chǔ)是通訊自動化系統(tǒng)CA、辦公自動化系統(tǒng)OA、大樓自動化管理系統(tǒng)BA、消防自動化系統(tǒng)FA和信息自動化系統(tǒng)MA的有機(jī)統(tǒng)一。建筑自動化要求建筑設(shè)備系統(tǒng)的合理設(shè)計、有效使用以及運行控制過程中的能量節(jié)約，以保證建筑設(shè)備在提供要求的建筑環(huán)境的同時，達(dá)到初投資、運行費和維修服務(wù)費最小的優(yōu)化目標(biāo)。
建筑自動化不僅是實現(xiàn)能耗建筑的必要條件，而且也是建筑安全、舒適和適應(yīng)性的保證。隨著建筑物規(guī)模的增大（如日本計劃在下個世紀(jì)建造一能夠容納一個城市的建筑，也稱"建筑城市"），對整個建筑物的規(guī)劃、設(shè)計和管理越來越像是對一個城市的規(guī)劃、設(shè)計和管理。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為建筑自動化提供物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)手段。
3結(jié)束語
隨著人們對"人類-建筑-環(huán)境"認(rèn)識的深入，人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展逐漸成為全球普遍關(guān)注的問題。低能耗健康建筑追求在盡量少用不可再生自然資源和能源的條件下，為人們生活和生產(chǎn)創(chuàng)造衛(wèi)生、健康和合理的建筑環(huán)境，因此它是保證人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。低能耗健康建筑的實現(xiàn)取決于城市能源規(guī)劃、節(jié)能建筑設(shè)計、城市微氣候改善和建筑自動化等領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)的研究和應(yīng)用。
4參考文獻(xiàn)
1中國政府21世紀(jì)的白皮書
2DCroom.FutureHorizonsinBuildingEnvironmentalEngineering.Tsinghua-HVAC-95.北京，1995，9。
關(guān)鍵詞：外窗傳熱系數(shù)遮陽系數(shù)建筑能耗建筑節(jié)能
我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ134-2001)第四章”建筑和建筑熱工節(jié)能設(shè)計”中，對外窗熱工性能作了如下規(guī)定：
4.0.4：外窗(包括陽臺門的透明部份)的面積不應(yīng)過大。不同朝向、不同窗墻面積比的外窗其傳熱系數(shù)應(yīng)符合表4.0.4的規(guī)定。(表4.0.4略)
4.0.6外窗宜設(shè)置活動外遮陽。
該標(biāo)準(zhǔn)對外窗保溫性能(傳熱系數(shù)K)作了具體規(guī)定,并建議外窗設(shè)置活動外遮陽,但標(biāo)準(zhǔn)對外窗隔熱性能(遮陽系數(shù)SC或太陽傳熱因子SHGC)沒有作出具體規(guī)定,不能不說是該標(biāo)準(zhǔn)的一個不足。實際上，我國夏熱冬冷地區(qū)居住建筑的節(jié)能不僅與外窗的保溫性能，而且與外窗的隔熱性能緊密相關(guān)的。
本文首先確定了夏熱冬冷地區(qū)基準(zhǔn)性住宅和住宅節(jié)能方案,并選取上海、南京、武漢和重慶4個代表性城市作為分析對象,使用美國勞倫斯.伯克力國家實驗室開發(fā)的DOE-2軟件,對基準(zhǔn)性住宅和3000多個節(jié)能方案進(jìn)行摸擬計算,分析外窗傳熱系數(shù)(K)和遮陽系數(shù)(SC)對居住建筑能耗影響,并提出相應(yīng)的看法和建議.
一、基準(zhǔn)住宅的確定
（一）基準(zhǔn)住宅模型是一座六層樓住宅，建筑平面如圖1所示。
基準(zhǔn)住宅熱工參數(shù)和計算條件如下：
1、室內(nèi)溫度設(shè)定：冬季16℃，夏季26℃；
2、外墻：24cm粘土實心磚K=1.833W/（m2·K）；
3、屋頂：砼板+保溫板K=1.872W/（m2·K）;
4、外墻面太陽輻射吸收系數(shù)ρ＝0.7；
5、外窗：普通單玻鋁合金窗，K=6.0W/（m2·K），SC＝0.9；
6、建筑平均窗墻面積比：CM＝0.3009；
7、換氣次數(shù)：n＝1.5；
8、設(shè)備能效比：冬季EER=1.0，夏季EER=2.2；
9、內(nèi)熱源：照明0.5875W/m2，其它251W（其中顯熱180W，潛熱71W）。
（二）4個城市基準(zhǔn)住宅全年能耗值計算結(jié)果
從表1可看出,4個地區(qū)住宅夏季空調(diào)能耗均占全年采暖與空調(diào)總能耗20%或以上，而夏季空調(diào)能耗中外窗太陽輻射傳熱占了相當(dāng)大的比例,因此夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能中，外窗隔熱性能是不可忽視的重要因素。
表1城市上海南京武漢重慶
年采暖空調(diào)總能耗P總（kWh/m2）146.67164.27157.60116.67
年采暖能耗P暖（kWh/m2）116.98131.88117.6079.38
年空調(diào)能耗P空（kWh/m2）29.6932.4040.0037.29
空調(diào)能耗占總能耗比例％20.2419.7225.3831.96
二、節(jié)能方案的選擇
1.室內(nèi)溫度設(shè)定：冬季16℃，夏季26℃；
2.外墻：24cm粘土實心磚＋保溫K=1.0W/（m2·K）和K=1.5W/（m2·K）;
3.外墻面太陽輻射吸收系數(shù)ρ＝0.7；
4.屋頂：砼板＋保溫板K=1.0W/（m2·K）；
5.換氣次數(shù)：n＝1.0；
6.設(shè)備能效比：冬季EER=1.9，夏季EER=2.3；
7.內(nèi)熱源：照明0.5875W/m2，其它251W（其中顯熱180W，潛熱71W）；
8.建筑窗墻面積比CM變化范圍：0.2498，0.3009、0.3535，0.3895,0.4256，0.4718；
9.外窗K和SC變化范圍：
K—6.0，5.5，5.0，4.5，4.0，3.5，3.0，2.5，2.0；
SC—0.9，0.8，0.7，0.6，0.5，0.4，0.3。
三、外窗保溫隔熱性能(K、SC)對住宅能耗的影響
本文通過3000多個節(jié)能方案的摸擬計算，選取代表性數(shù)據(jù)，繪制了外窗K值分別為3.0、4.5、6.0時的P-SC曲線圖。圖中,P總為全年采暖與空調(diào)總能耗,P空為夏季空調(diào)能耗，建筑平均窗墻面積比CM=0.3009。
從以上各地的P—SC曲線圖可看出：
1.當(dāng)建筑平均窗墻比CM不變,外窗K值增大(保溫性能減弱),住宅年總能耗也隨之增大;當(dāng)外窗K值從0.3增大到0.6時,全地區(qū)各地住宅年總能耗平均增大15%左右.但K值變化對住宅夏季空調(diào)能耗影響不大。
2.當(dāng)建筑平均窗墻比CM不變,外窗SC值增大(隔熱性能減弱),住宅年總能耗也隨之增大;當(dāng)外窗SC值從0.3增大到0.9時,全地區(qū)各地住宅年總能耗平均增大9%左右,但東部上海、南京等地增大值小于中西部武漢、重慶等地增大值；SC值變化對住宅夏季空調(diào)能耗影響甚大,如在重慶,SC從0.3值增大到0.9時,空調(diào)能耗增大約20%?？傊?SC值的變化,不僅對住宅夏季空調(diào)能耗,而且對全年總能耗均有影響,因此夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能應(yīng)考慮外窗遮陽隔熱性能的影響。
表2列出了外窗K、SC值變化對住宅全年采暖與空調(diào)總能耗影響的部分?jǐn)?shù)據(jù)。
四、夏熱冬冷地區(qū)外窗熱工性能節(jié)能設(shè)計
通過分析，在保證住宅節(jié)能50%的目標(biāo)下,本文提出夏熱冬冷地區(qū)外窗傳熱系數(shù)K和遮陽系數(shù)SC(太陽得熱因子SHGC)的限值表3，供設(shè)計人員和今后對該標(biāo)準(zhǔn)修改時參考。
夏熱冬冷地區(qū)居住建筑外窗的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)限值表3外墻外窗遮陽系數(shù)SC（SHGC）外窗的傳熱系數(shù)K[W/（m2·K）]
平均窗墻面積比CM≤0.25平均窗墻面積比0.25<CM≤0.30平均窗墻面積比0.30<CM≤0.35平均窗墻面積比0.35<CM≤0.40平均窗墻面積比0.40<CM≤0.45
K≤1.0D≥2.5ρ＝0.70.9（0.80）≤6.0≤6.0≤5.0≤4.0≤3.0
0.8（0.71）≤6.0≤6.0≤5.5≤4.5≤3.0
0.7（0.62）≤6.0≤6.0≤5.5≤5.0≤4.0
0.6（0.53）≤6.0≤6.0≤6.0≤5.0≤4.0
0.5（0.44）≤6.0≤6.0≤6.0≤5.0≤4.0
0.4（0.36）≤6.0≤6.0≤6.0≤5.5≤4.5
0.3（0.27）≤6.0≤6.0≤6.0≤5.5≤4.5
K≤1.5D≥3.0ρ＝0.70.9（0.80）≤5.5≤4.0≤3.5≤2.5---
0.8（0.71）≤5.5≤4.0≤4.0≤3.0≤2.0
0.7（0.62）≤5.5≤4.5≤4.0≤3.0≤2.5
0.6（0.53）≤6.0≤5.0≤4.5≤3.5≤3.0
0.5（0.44）≤6.0≤5.0≤4.5≤4.0≤3.5
0.4（0.36）≤6.0≤5.0≤4.5≤4.0≤3.5
0.3（0.27）≤6.0≤5.5≤4.5≤4.0≤3.5
參考文獻(xiàn)：
我國的建筑能耗現(xiàn)狀與趨勢
我國建筑總能耗約占社會終端能耗的20.7%.其中，北方城鎮(zhèn)建筑采暖和農(nóng)村生活用煤約為1.6億噸標(biāo)煤/年，占我國2004年煤產(chǎn)量的11.4%；建筑用電和其它類型的建筑用能（炊事、照明、家電、生活熱水等）折合為電力，總計約為5500億度/年，占全國社會終端電耗的27%~29%.
1、北方城鎮(zhèn)采暖能耗
我國北方城鎮(zhèn)采暖能耗占全國建筑總能耗的36%，為建筑能源消耗的最大組成部分。單位面積采暖平均能耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤為20kg/m2·年，為北歐等同緯度條件下建筑采暖能耗的2~4倍。能耗高的主要原因有3個。一是圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫不良。二是供熱系統(tǒng)效率不高，各輸配環(huán)節(jié)熱量損失嚴(yán)重。三是熱源效率不高。由于大量小型燃煤鍋爐效率低下，熱源目前的平均節(jié)能潛力在15%~20%.
2、大型公共建筑能耗
目前我國有5億m2左右的大型公共建筑。耗電量為70~300kwh/m2·年，為住宅的10～20倍，是建筑能源消耗的高密度領(lǐng)域。調(diào)查結(jié)果表明，這類建筑能源浪費現(xiàn)象仍較嚴(yán)重，有很大的節(jié)能潛力。
3、住宅與一般公共建筑的非采暖能耗
我國城鎮(zhèn)的住宅總面積約為100億m2.除采暖外的住宅能耗包括照明、炊事、生活熱水、家電、空調(diào)等，折合用電量為10~30kwh/m2·年，用電總量約占我國全年供電量的10%.一般公共建筑總面積約55億m2.用電總量約占我國全年供電量的8%.
目前這兩類建筑的能耗水平低于發(fā)達(dá)國家，這主要是由于建筑提供的服務(wù)水平不高。由于我國能源費用相對于居民收入偏高，絕大部分城鎮(zhèn)住宅的用電水平較低，生活熱水用量遠(yuǎn)小于發(fā)達(dá)國家水平。
隨著生活水平的提高，住宅和一般公共建筑內(nèi)用戶提出了更高的建筑服務(wù)水平要求。此外，近年來在一些大城市出現(xiàn)了一批高檔豪華住宅，戶均用電水平幾倍甚至幾十倍于普通住宅，此類高能耗住宅有大幅增長的趨勢。對于能耗原本較低的一般辦公建筑進(jìn)行二次裝修和加裝中央空調(diào)系統(tǒng)，盲目提高建筑內(nèi)部的“豪華性”，也會造成此類建筑能耗的成倍增長。
4、農(nóng)村生活能耗
我國農(nóng)村建筑面積約為240億m2，總耗電約900億度/年，生活用標(biāo)準(zhǔn)煤0.3億噸/年。
目前我國農(nóng)村的煤炭、電力等商品能源消耗量很低。根據(jù)調(diào)查，目前農(nóng)村建筑使用初級生物質(zhì)能源的能源利用效率很低，并在陸續(xù)被燃煤等常規(guī)商品能源所替代。如果這類非商品能源完全被常規(guī)商品能源所替代，則我國建筑能耗將增加一倍。
5、長江流域采暖需求
我國長江流域以往的建筑設(shè)計都沒有考慮采暖。目前夏季空調(diào)已廣泛普及，而建設(shè)采暖系統(tǒng)、改善冬季室內(nèi)熱環(huán)境的要求也日趨增長。
預(yù)計到2020年，長江地區(qū)將有50億m2左右的建筑面積需要采暖。預(yù)計每年將新增采暖煤1億噸標(biāo)煤左右，接近目前我國北方建筑每年的采暖能耗總和。
我國建筑能耗發(fā)展趨勢
我國能源供給和經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須考慮新增建筑所需的能源供給問題。按照目前的建筑能耗狀況，到2020年我國建筑能耗將比2004年增加2.5億噸/年標(biāo)煤和新增耗電5800～6300億度/年，總計折合電力約1.3萬億度，新增量相當(dāng)于目前建筑總能耗的1.3倍。
根據(jù)發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗，隨著城市發(fā)展，建筑將超越工業(yè)、交通等其它行業(yè)而最終居于社會能源消耗的首位，達(dá)到33%左右。我國城市化進(jìn)程如果按照發(fā)達(dá)國家發(fā)展模式，使人均建筑能耗接近發(fā)達(dá)國家的人均水平，需要消耗全球目前消耗的能源總量的1/4來滿足中國建筑的用能要求。因此，必須探索一條不同于世界上其他發(fā)達(dá)國家的節(jié)能途徑，大幅度降低建筑能耗，實現(xiàn)城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。
當(dāng)前建筑節(jié)能的重要問題
當(dāng)前我國各級政府高度重視建筑節(jié)能。我們認(rèn)為，要研究建筑節(jié)能的突破點，優(yōu)化配置有限資源，進(jìn)而推動我國建筑節(jié)能事業(yè)取得重大進(jìn)展。
1、走出集中供熱分戶計量改革的困境
改變供熱計量按面積收費的方式，實行“分戶計量，按熱量收費”的目的一是促進(jìn)建筑保溫，二是鼓勵行為節(jié)能。但分戶計量不易操作。
采用分樓計量可以使計量改革工作走出困境。如果對每座建筑的用熱總量進(jìn)行計量并據(jù)其收費，樓內(nèi)各戶按面積分?jǐn)?，計量工作可大大簡化，可操作性強，分戶墻傳熱等各種問題也可迎刃而解。按整座建筑供熱量計量收費同樣可激勵新建建筑采用保溫措施和推進(jìn)既有建筑的節(jié)能改造。為了減少樓內(nèi)局部空間過熱的問題，可推行“供水溫度分樓可調(diào)”新技術(shù)，采用混水或換熱的方式調(diào)節(jié)每座建筑入口的供水溫度，在建筑內(nèi)實行“大流量、小溫差、低水溫”供熱方式，在室外管網(wǎng)實行“小流量、大溫差”的循環(huán)方式?？纱蠓冉档图泄嵯到y(tǒng)的熱損失，從而顯著降低北方地區(qū)集中供熱能耗。
2、長江流域不宜發(fā)展大規(guī)模集中供熱或熱電冷三聯(lián)供
目前在長江流域建設(shè)大型熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱和熱電冷三聯(lián)供項目，無論是以燃煤還是以燃?xì)鉃閯恿?，都存在很多的能耗不合理問題。長江流域地區(qū)冬季短夏季長，而夏季使用發(fā)電余熱制冷時的制冷效率僅為電制冷效率的20%左右。采用集中供冷要依靠大型循環(huán)管網(wǎng)輸送冷水，這直接導(dǎo)致循環(huán)水泵電耗增加。
長江流域的特點是：冬季短，室外溫度多在0℃左右；夏季長，普遍需要空調(diào)；梅雨期需要除濕；地表水資源豐富。對于這種氣候與自然條件，應(yīng)該發(fā)展各種熱泵方式，系統(tǒng)解決采暖和空調(diào)需求。
3、科學(xué)規(guī)劃南方地區(qū)建筑節(jié)能工作
我國南方地區(qū)建筑節(jié)能重點在于改善圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫。針對南方的氣候條件，應(yīng)推廣各種屋頂遮陽、外墻遮陽、窗戶外遮陽等措施，以減少太陽輻射；加強各種自然通風(fēng)手段，通過自然通風(fēng)縮短空調(diào)運行時間；開發(fā)和推廣主動或被動式除濕裝置，降低室內(nèi)濕度，適當(dāng)提高室內(nèi)空調(diào)溫度等，都可以產(chǎn)生更大的節(jié)能效果。
4、探討社會主義新農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展的能源消耗模式
我國農(nóng)村土地資源相對充足，建筑容積率低；秸稈、薪柴、糞便等生物質(zhì)能源豐富，生物質(zhì)能源的生成物可被充分利用。農(nóng)村的能源供應(yīng)方式應(yīng)以可再生能源為主，按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)方式，發(fā)展沼氣、生物質(zhì)的高溫?zé)峤庵茪?、太陽能光熱和光電?yīng)用以及風(fēng)力發(fā)電。發(fā)展可再生能源替代常規(guī)商品能源的經(jīng)濟(jì)效益和可操作性也遠(yuǎn)高于城市。
5、發(fā)展和推廣低能耗大型公共建筑技術(shù)
我國大型公共建筑不足城鎮(zhèn)建筑總面積的4%，但能耗卻占我國城鎮(zhèn)建筑總能耗的20%以上。發(fā)展出一套解決中國實際問題的低能耗大型公共建筑技術(shù)，可大大緩解由于目前城市建設(shè)中大型公共建筑比例的增長將造成的城市電力供應(yīng)緊張狀況。
1．1節(jié)能改造措施該大樓經(jīng)過20多年的使用，存在辦公環(huán)境差，外立面效果為臟、亂;存在結(jié)構(gòu)、消防安全隱患;室內(nèi)舒適性差，建筑能耗高;生產(chǎn)流線不合理;部分建筑設(shè)備及建筑構(gòu)件老化及超過使用年限等問題。這次改造采用的技術(shù)主要有:遮陽、通風(fēng)等被動式節(jié)能技術(shù);外窗改造優(yōu)先的圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造技術(shù);以人為本高能效的空調(diào)系統(tǒng)改造技術(shù);高效節(jié)能的供水系統(tǒng)改造技術(shù);切合實際的供配電和照明系統(tǒng)改造技術(shù);光伏發(fā)電可再生能源利用系統(tǒng);智能可控的空調(diào)集中系統(tǒng)及能耗監(jiān)測系統(tǒng)。由于原來的屋面為架空預(yù)制鋼筋砼隔熱板，開裂老化嚴(yán)重，防水年限過期。外墻是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)+粘土多孔磚，外窗是鋁合金框普通玻璃推拉窗，沒有外遮陽措施，且氣密性、水密性差。這次護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造，采用倒置式防水屋面進(jìn)行防水層改造，采用40厚擠塑聚苯板敷設(shè)保溫隔熱層，進(jìn)行了局部屋頂綠化，并增加太陽能光伏板。建筑外墻基本不變，減少南向帶型窗面積，增設(shè)窗間墻。改動墻體部分采用自保溫墻體蒸壓加氣混凝土砌塊。南向窗臺部分加膠粉聚苯顆粒保溫砂漿增強內(nèi)保溫。減少南向外墻面積，控制窗墻比。南、北、東、西向外窗更換為普通鋁合金框中空玻璃。結(jié)合建筑外立面增設(shè)外遮陽，沿街北、西、部分南向外墻立面增設(shè)固定翼型遮陽百葉，沿街東向外墻立面增設(shè)電動式固定翼型遮陽百葉。通風(fēng)設(shè)計結(jié)合內(nèi)裝修平面調(diào)整，通過室內(nèi)辦公空間分隔和家具排列順應(yīng)和引導(dǎo)自然通風(fēng)，合理組織通風(fēng)線路。供配電方面重新對供配電容量、敷設(shè)電纜、供配電線路保護(hù)和保護(hù)電器的選擇性配合等參數(shù)進(jìn)行核算;低壓配電室、層分配電箱盡量設(shè)在負(fù)荷中心;低壓配電室設(shè)集中無功補償和“電容器+電抗器”組合的無源濾波治理措施。結(jié)合屋面節(jié)能改造，安裝總?cè)萘?0KWp的屋頂太陽能光伏建筑一體化組件，供配電系統(tǒng)結(jié)合屋頂50KWp太陽能光伏發(fā)電進(jìn)行配電。照明部分因為原有照明系傳統(tǒng)照明燈具，采用電感整流器，無照明自控系統(tǒng)?，F(xiàn)在選用發(fā)光效率高的光源、燈具效率高的燈具及能耗等級高的鎮(zhèn)流器，如辦公室均采用T5細(xì)管徑熒光燈和格柵燈盤，選用能耗低的電子整流器;公共部位采用光控和時間控制等相結(jié)合的智能控制方式，根據(jù)照度、人員活動區(qū)域自動控制照明。另外辦公區(qū)照明結(jié)合辦公功能和自然采光，合理采用分區(qū)、分組、集中和分散方式來安排照明;采用一般照明和局部照明相結(jié)合;采用合理的燈具安裝方式;在滿足安裝高度及美觀需求前提下，盡可能降低燈具的安裝高度。供水方面原來一層生活用水由市政管網(wǎng)直接供水，二層以上由合用水箱上行下給供水;埋地合用水池、合用水箱、鍍鋅鋼管給水管材不能滿足衛(wèi)生需求;無水表計量裝置?，F(xiàn)利用市政壓力直接供水的層數(shù)提至三層;四層以上由屋面生活水箱供水，并根據(jù)季節(jié)和用水狀況采用市政壓力之二組補水或加壓泵補水;水箱改用不銹鋼材質(zhì)，給水管材改為衛(wèi)生、綜合造價低的管材;增加了水表計量裝置;增設(shè)了水池、水箱超高水位報警功能;并增加了直飲水系統(tǒng)，為辦公人員提供了健康、安全的飲水條件?？照{(diào)原來是分體空調(diào)，無新風(fēng)系統(tǒng);室外機(jī)設(shè)置在臨近外墻，顯得比較凌亂。改造采用分區(qū)VRV+部分新風(fēng)系統(tǒng);VRV變冷媒新風(fēng)機(jī)組采用高效能的變頻一拖多空調(diào)系統(tǒng)，能效4．2以上;利用冷熱交換機(jī)組，利用排風(fēng)的余冷(熱)量來預(yù)冷(熱)室外新風(fēng);室外機(jī)組集中屋面，不影響外墻整體效果。另外還設(shè)置了相應(yīng)的建筑智能化系統(tǒng)，建立和利用福建省能耗監(jiān)測系統(tǒng)展示平臺，對節(jié)能改造系統(tǒng)集成展示。
1．2節(jié)能改造后節(jié)能改造后，對各部門的房間格局進(jìn)行了重新設(shè)計，集體辦公區(qū)主要以大開間為主，并將分體式空調(diào)改造為中央空調(diào)。改造后各樓層北樓和南樓的年總能耗、人均能耗及單位面積能耗統(tǒng)計如表1．4、表1．5所示。分析計算改造后各樓層單位面積年能耗量如表1．6所示。為了更直觀的對比改造前后各樓層單位面積年能耗量，以柱狀圖的形式表示如圖1．1所示。
2數(shù)據(jù)及效益分析
該辦公樓節(jié)能改造項目已于2013年完成，經(jīng)數(shù)據(jù)對比、分析和計算，改造后建筑節(jié)能率可達(dá)到50．17%。其中，供水系統(tǒng)改造后，由于采用節(jié)水型衛(wèi)生器具及減壓控流等技術(shù)措施，每年可節(jié)水約為0．2萬噸，節(jié)水率約為22．5%。供配電與照明系統(tǒng)改造后，同比預(yù)期每年可節(jié)省3．2萬kWh電量，屋頂50kWp太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)每年可發(fā)電約4．5萬kWh。暖通專業(yè)節(jié)能改造后，一方面因建筑圍護(hù)改造，隔熱保溫性能提高，設(shè)備配置的負(fù)荷容量降低了8%左右，空調(diào)系統(tǒng)的運行費用降低，另一方面，大樓改造前空調(diào)采用分體空調(diào)，效率低下，設(shè)備的能效比僅為2．6～2．7kw/kw，采用能效高的VRV空調(diào)系統(tǒng)后，制冷COP值達(dá)4．2kw/kw，IPLV值為5．4kw/kw。核算改造前空調(diào)年耗電量約45萬kWh，改造后空調(diào)年耗電量僅約為25萬kWh，改造前后空調(diào)年耗電節(jié)省量約18．13萬kWh?？傆嬆旯?jié)約的電能，按發(fā)電煤耗計算，共能節(jié)省65．3噸標(biāo)煤，實現(xiàn)減排161．4噸CO2，削減4．9噸SO2等。由此可見，本辦公建筑的節(jié)能改造措施是有效和可行的。特別是，本既有建筑節(jié)能改造，采用的技術(shù)和方案基本上都是常規(guī)技術(shù)，除增加屋頂50kWp太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)外，改造所花費的投資也是正常的需求投資，但采用這些技術(shù)的理念都是先進(jìn)和最適宜的。改造取得了節(jié)能的效果外，外立面有了煥然一新的現(xiàn)代建筑風(fēng)格，室內(nèi)辦公環(huán)境極大改善，舒適性提高，生產(chǎn)流線合理、建筑設(shè)備使用便捷、安全。
3能耗監(jiān)測系統(tǒng)
改造前，該建筑物沒有安裝能耗監(jiān)測和分析系統(tǒng)，所以各分項能耗和總能耗只能通過人工統(tǒng)計和估算得出，不僅費時費力，而且由于部門之間的差異和不同時段工作時間長短的不同，導(dǎo)致所得能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)與實際能耗有一定的偏差，準(zhǔn)確性不高。改造后，該建筑物引進(jìn)了能耗監(jiān)測和分項計量系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖1．2所示。該系統(tǒng)分為現(xiàn)場監(jiān)控層、通訊管理層和監(jiān)控主站層。現(xiàn)場監(jiān)控層由多功能電能儀表組成，分別就地安裝在各自的配電箱上，并以現(xiàn)場總線形式接入通訊管理層，介質(zhì)采用屏蔽雙絞線，主要完成測量、電量參數(shù)等相關(guān)信號采集上傳等功能;通訊管理層主要由通訊管理機(jī)組成，其主要任務(wù)是數(shù)據(jù)的處理、存放、調(diào)配，通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換，各個區(qū)間的通信銜接以及對本地系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)視等;監(jiān)控主站層由監(jiān)控主機(jī)、UPS、數(shù)據(jù)服務(wù)器、WEB服務(wù)器，分項計量及能耗監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用軟件組成。監(jiān)控主站層通過以太網(wǎng)與通訊管理層相連，實時采集現(xiàn)場監(jiān)控層的監(jiān)控數(shù)據(jù)，可完成包括能耗數(shù)據(jù)采集、能耗分項計量、能耗區(qū)域管理、能耗設(shè)備管理、能效數(shù)據(jù)分析評估、系統(tǒng)優(yōu)化策略、節(jié)能潛力評估、能效信息和用戶定制等若干系統(tǒng)功能。能耗監(jiān)測平臺能夠簡化人工抄表及統(tǒng)計的煩瑣工序，只要各儀表根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接入采集網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心就能定時、定點地獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。通過在平臺上簡單的設(shè)置及操作即可對各建筑數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。而且數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用的是系統(tǒng)開發(fā)商自主研發(fā)的控制代碼，不需操作系統(tǒng)支持，不被網(wǎng)絡(luò)病毒侵害，能夠免受外界網(wǎng)絡(luò)攻擊。另外，要求采集設(shè)備能保證斷電一定時間內(nèi)數(shù)據(jù)不丟失，或通訊異常時，設(shè)備能保存重要數(shù)據(jù)，通訊恢復(fù)后向監(jiān)控中心斷點續(xù)傳重要數(shù)據(jù)。
4結(jié)語
