節(jié)能技術(shù)在建筑的發(fā)展趨勢

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[摘要]步入21世紀(jì)，建筑能源消耗量在國內(nèi)總能源消耗量中的占比逐年提升，尤其隨著一些中高檔公共建筑物數(shù)量的增加，導(dǎo)致建筑能耗增長迅速。目前我國大力推動綠色建筑的建設(shè)，旨在推動傳統(tǒng)建筑的節(jié)能改造和節(jié)能建筑的建造。通過分析國內(nèi)綠色建筑的節(jié)能技術(shù)，了解目前既有公共建筑所使用的節(jié)能技術(shù)的情況，對不同節(jié)能技術(shù)的原理及其效果進(jìn)行闡述并分析其發(fā)展趨勢，為今后綠色建筑的發(fā)展提供參考。

[關(guān)鍵詞]綠色建筑；發(fā)展現(xiàn)狀；節(jié)能技術(shù)；建筑工程；發(fā)展趨勢

1  引言

當(dāng)今社會科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的繁榮都彰顯著我國已經(jīng)步入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)代，與此同時(shí)，伴隨著發(fā)展帶來的環(huán)境污染問題不可小覷。目前我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展主要依靠于煤炭、石油等不可再生能源，但從長遠(yuǎn)來看，這種以不可再生能源換取發(fā)展的方法非長久之計(jì)。自20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的持續(xù)加快助力了建筑行業(yè)飛速發(fā)展[1]。近幾年，城市化進(jìn)程加快，我國的建筑物的數(shù)量逐年上升，與此同時(shí)，建筑能耗也逐年攀升，降低建筑能耗，將資源最大化利用成為目前建筑行業(yè)人士的共同目標(biāo)。通過一定的節(jié)能技術(shù)可以有效降低建筑能耗，在保證居住環(huán)境和舒適度的同時(shí)，最大限度節(jié)約資源，并將不可再生資源利用最大化。通過闡述目前節(jié)能技術(shù)在建筑中的使用現(xiàn)狀并對其未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，為建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

2  綠色建筑發(fā)展現(xiàn)狀以及節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的體現(xiàn)

2.1節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

為了盡量減少建筑物的初期建設(shè)投資，目前我國大部分建筑物的能源消耗偏高，因此，國內(nèi)致力于降低建筑能耗的學(xué)者，把大部分的研究精力投放于將樓宇的實(shí)際情況和具體的節(jié)能技術(shù)相結(jié)合，并針對遇到的問題給出具體的改造方案。這對建筑進(jìn)行節(jié)能改造是大勢所趨，部分地區(qū)政府也會提供一定的資金補(bǔ)貼用于建筑節(jié)能改造項(xiàng)目。我國很多的學(xué)者已經(jīng)對國內(nèi)有關(guān)建筑節(jié)能的情況做了相關(guān)的調(diào)研和總結(jié)。郭霞、劉玉明[2]等人以北京市為例，總結(jié)了目前北京市既有建筑節(jié)能改造的現(xiàn)狀，并將節(jié)能改造中存在的問題進(jìn)行分析，提出通過制定和完善地方性建筑節(jié)能法規(guī)以及實(shí)施超額定能耗加價(jià)收費(fèi)的制度進(jìn)一步降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)從高能耗建筑到低能耗建筑的轉(zhuǎn)型。田順、曲繼曉[3]調(diào)研了寒冷地區(qū)公共建筑節(jié)能現(xiàn)狀，收集了550個(gè)樣本建筑的能耗值，樣本類型中以酒店和辦公建筑居多。對寒冷地區(qū)公共建筑的能耗值做出統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)大部分既有公共圍護(hù)結(jié)構(gòu)并不能達(dá)到現(xiàn)有的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，且對這些既有建筑進(jìn)行全面改造難度很大。通過建立DeST模型，對既有公共建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造并通過計(jì)算分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造方案的可行性，降低了公共建筑物的能耗值。分析研究寒冷地區(qū)改造既有公共建筑物三類典型圍護(hù)結(jié)構(gòu)的潛力，找出對于該類地區(qū)節(jié)能改造的重點(diǎn)，為寒冷地區(qū)公共建筑物節(jié)能改造提供參考和方向。盧雙全[4]對既有建筑節(jié)能改造進(jìn)行了外部性分析，并研究我國現(xiàn)有的對于建筑節(jié)能改造的激勵(lì)政策，闡述了既有建筑節(jié)能改造可以對環(huán)境起到很好的保護(hù)作用，并且有利于我國能源的長期發(fā)展。主要對建筑節(jié)能的外部性原理以及節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了研究，并給出了一些能夠促進(jìn)建筑改造的激勵(lì)政策。尹婧[5]主要針對圍護(hù)結(jié)構(gòu)、太陽能利用等方面的節(jié)能方案進(jìn)行研究，給出在建筑節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域的未來發(fā)展方向。通過對建筑物具體的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能分析，針對不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)給出了不同的節(jié)能方案，并研究了有關(guān)節(jié)能技術(shù)在建筑設(shè)備中的應(yīng)用，全方位描述了建筑物內(nèi)外各方面節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

2.2節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

為加快實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能改造，在綠色建筑中，節(jié)能技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。2.2.1太陽能光伏技術(shù)我國地緣遼闊，太陽能資源豐富，幾乎所有地域都為太陽能資源利用區(qū)。因此，充分利用太陽能，全面實(shí)現(xiàn)太陽能光電可大幅度降低建筑能耗，同時(shí)能夠降低不可再生能源的使用量，極大地保護(hù)了環(huán)境并有利于節(jié)能減排工作的推進(jìn)。太陽能在建筑節(jié)能改造中的應(yīng)用主要通過光伏發(fā)電技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體PN結(jié)兩端產(chǎn)生的電勢差進(jìn)而產(chǎn)生電壓和電流，從而將太陽能轉(zhuǎn)化為電能供給建筑物使用。目前我國的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在政策的指引下正在迅速的發(fā)展，技術(shù)覆蓋范圍也在逐步擴(kuò)大。國際能源署（IEA）的《2020年全球光伏市場報(bào)告》顯示，2019年中國光伏新增裝機(jī)30.11GW，光伏累計(jì)裝機(jī)量達(dá)到204.7GW，占全球光伏裝機(jī)容量的32.6%[6]。若使用單晶硅光伏發(fā)電，每年可減少二氧化碳的排放量為99911.5kg，每年可減少二氧化硫的排放量為809.0kg，每年可減少粉塵的排放量為404.5kg[7]，通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)可以有效地降低有害物質(zhì)的排放量，同時(shí)也是可再生能源領(lǐng)域的中堅(jiān)力量，在建筑節(jié)能改造中發(fā)揮著重要的作用。2.2.2被動房被動房首先被實(shí)踐在歐盟國家，并且在一系列節(jié)能政策的指引下，歐洲國家已經(jīng)逐步建立起建筑節(jié)能發(fā)展體系，明確了建立近零耗建筑的發(fā)展目標(biāo)，為全球被動房的建設(shè)提供了發(fā)展方向。被動房的技術(shù)參數(shù)要求可謂十分嚴(yán)苛，具體包括以下幾個(gè)條件：供熱每年能耗水平最大為15kWh/（m2·a），每年一次能耗合計(jì)值（包含供暖、電器、空調(diào)等所有耗能）最大值為120kWh/（m2·a）,全部的熱橋損失系數(shù)需要小于0.1W/（m·k）,氣密性最大為0.6/h。為達(dá)到上述指標(biāo)，可以通過以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：（1）加寬墻厚和增加保溫層減少熱傳遞，從而保證室內(nèi)的溫度。（2）為保證氣密性，被動房要盡量減少可開啟窗戶的數(shù)量，可開啟窗戶的氣密性也需要達(dá)到很高的等級。（3）充分利用余熱減少被動房的能耗，在保證室內(nèi)供熱量的同時(shí)，排風(fēng)使用二次風(fēng)系統(tǒng)，對排風(fēng)的熱量進(jìn)行回收，減少對新風(fēng)的加熱量。（4）被動房能夠從太陽收集熱量并將能量儲存，避免對主動能源的使用。雖然被動房能夠極大地減少能耗，是一種超低能耗建筑，但因其初期建造費(fèi)用昂貴，目前在東部發(fā)展較迅速的地區(qū)應(yīng)用較多。由于被動房構(gòu)造的特殊性，其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及各種熱回收裝置都與傳統(tǒng)建筑布置方式不同，需要專門的技術(shù)人員定期進(jìn)行維護(hù)管理，因此將被動房這種近零耗建筑在全國推廣還需要很長的一段時(shí)間。在建設(shè)被動房時(shí)應(yīng)因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩砦恢眉皻夂驐l件做出最佳的方案。如在山東沿海地區(qū)，氣候適宜，全年氣溫平均值穩(wěn)定在20℃左右，建在該地區(qū)的被動房可以適當(dāng)減少建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層的使用量。除此之外，被動房不能一味地追求低能耗，在保證室內(nèi)供熱量的情況下，也需要考慮其美觀性和實(shí)用性，通過將各種節(jié)能功能和美學(xué)要素相結(jié)合，對被動房進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使被動房既可以滿足人們對舒適度的要求，又可以體現(xiàn)人們對建筑審美的追求。2.2.3外圍護(hù)結(jié)構(gòu)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能措施主要體現(xiàn)在對墻體的保溫和采用特殊材質(zhì)的外窗。墻體的保溫可分為內(nèi)墻保溫和外墻保溫，內(nèi)墻保溫因其使得房率降低，在既有建筑中很少被采納；外墻保溫在建筑工程中使用最為普遍，根據(jù)國家頒布的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，自2001年10月1日起，在新建造的建筑中必須要布置外墻保溫。目前，在我國建筑工程中使用最廣泛的外墻保溫材料是膨脹聚苯板，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.039W/（m·k），常應(yīng)用于薄抹灰體系，聚苯板在國內(nèi)和國外的保溫材料市場中占有較大比重。除聚苯板外，巖棉板也是工程中常見的保溫材料，但巖棉板的使用受地域限制，在梅雨天氣較頻繁的南方，由于天氣潮濕巖棉板會吸收水分，導(dǎo)致其導(dǎo)熱系數(shù)增加從而降低其保溫性能，因此巖棉板宜作為保溫材料在北方地區(qū)使用。建筑外墻通常使用200mm厚的鋼筋混凝土，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.18W/（m·k），通過在外墻加保溫層，增加了墻厚的同時(shí)，減小了墻體整體的傳熱系數(shù)，從而降低室內(nèi)的散熱量。門窗是建筑物熱量散失的主要部分，占建筑物能耗的50%以上，冷風(fēng)滲透和冷風(fēng)侵入都將導(dǎo)致制冷或制熱量增加。在實(shí)際的施工工程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際工程情況，盡可能使用兼具實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的施工材料。在我國既有的公共建筑中，Low-e玻璃能降低制冷成本，對室內(nèi)的熱量進(jìn)行控制，因此逐漸替代了傳統(tǒng)的建筑用鍍膜玻璃，成為綠色建筑中優(yōu)先采用的建筑材料。Low-e玻璃表面鍍有低輻射薄膜，輻射率可降低到0.1以下，大大降低了建筑物內(nèi)部向室外的輻射熱量。

3  節(jié)能綠色建筑的發(fā)展趨勢

隨著我國節(jié)能減排工作的開展，相關(guān)政策、法律法規(guī)也逐步健全和完善，為建筑節(jié)能改造工作的順利開展起到很重要的保障作用。近幾年地球生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，我國各行各業(yè)都為減少碳排放量做出節(jié)能改造，而這個(gè)任務(wù)需要政府部門、監(jiān)管部門以及公民共同的協(xié)作。政府部門需要認(rèn)識到建筑節(jié)能工作的重要性，并強(qiáng)化自身的節(jié)能意識，與相關(guān)的監(jiān)管部門合作，通過一系列的監(jiān)管措施來確保節(jié)能改造工作的順利開展。此外，科技創(chuàng)新是發(fā)展的動力，國家應(yīng)加強(qiáng)對建筑節(jié)能的技術(shù)研究，對相關(guān)的建筑材料進(jìn)行節(jié)能測試實(shí)驗(yàn)，以此保證材料的質(zhì)量和強(qiáng)度。同時(shí)，我國應(yīng)強(qiáng)化與擁有世界前沿節(jié)能技術(shù)的地區(qū)和國家的合作，共同推進(jìn)建筑節(jié)能的發(fā)展。

4  結(jié)語

圍繞當(dāng)今建筑節(jié)能現(xiàn)狀、節(jié)能技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用以及綠色建筑的發(fā)展趨勢進(jìn)行闡述和總結(jié)，并針對綠色建筑中的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，指出在保證節(jié)能的前提下，需要將實(shí)用性與美觀性相結(jié)合。當(dāng)前階段，我國傳統(tǒng)建筑的節(jié)能改造工作仍有許多技術(shù)問題亟待解決，相關(guān)部門和企業(yè)要正確看待問題，爭取從根本解決問題，促進(jìn)我國建筑節(jié)能事業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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作者：楊紫嵐 張鵬菲 陳凱璇 倪宇桐