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前 言
據有關部門測算,目前我國每年建成的房屋面積高達16~20億平方米,超過所有發達國家年建成建筑面積的總和。而我國每年單位建筑面積能耗量卻為發達國家的2~3倍,同時我國建筑耗能的效率僅為發達國家的35%左右,建筑節能的核心是減少建筑耗能,提高建筑中的能源利用效率。同時,建筑節能需以不影響人們感覺舒適度為前提,即室溫冬季不低于18攝氏度,夏季不高于26攝氏度。建筑設計方案是否滿足節能設計要求在很大程度上決定了其整個壽命周期內是否達到建筑節能的目的,通過設計降低建筑的能耗,可減少全球的能耗,有利于保持整個生態系統的穩定。節能建筑的設計與評價密不可分,節能評價是實現建筑節能設計的必要手段,節能建筑的設計要求建筑設計人員在設計階段對所設計的建筑進行建筑能耗分析,以評價建筑方案是否節能。
1、我國目前建筑節能現狀及存在的問題
1.1 法規缺陷
我國目前建筑節能存在的主要問題是: 法規建設的滯后和過原則性,缺乏可操作性; 對建筑能耗現狀認識不清,大樓里的照明和空調不能分別裝表; 建筑能耗統計缺位和不統一; 設計保守, 運行管理水平低,存在著設備大馬拉小車的效率低、浪費大等問題。要解決這些問題,首先要在節能設計上下功夫, 解決過大設計問題, 空調的裝機容量要與實際負荷相符;在節能運行上, 要樹立建筑全壽命周期評價的理念,借鑒國外按 60 年~100 年壽命周期考慮,建筑商要對一個建筑負責到底。
1.2 設計缺陷
我國的設計標準與發達國家相比差距仍然較大,目前我國絕大多數采暖地區圍護結構的熱功能都比氣候相近的發達國家相差許多,外墻的傳熱系數是他們的 3~4 倍,外窗為 4 倍左右,屋面為 3.5~6 倍,門窗的空氣滲透為5 倍左右。現在發達國家住宅的實際年采暖能耗大約相當于每平方米 7.57kg 標準煤,而我國目前采暖耗能每平方米都達到 13.5kg,約為發達國家的 1.5 倍。經分析,這些能源大多是通過保溫隔熱性能差的外墻、屋頂、窗戶損失掉了,所以我國必須對現有建筑進行大范圍節能設計改造。
1.3 技術創新進度慢
正在起步發展中的建筑節能產業,普遍存在起點低,技術水平不高,創新能力弱的問題,國家在建筑節能技術開發和創新方面的支持力度還不夠。
2、建筑節能材料的應用
隨著我國建筑節能工作的縱深發展,一些保溫隔熱材料逐漸被市場淘汰。合理的選擇建筑保溫隔熱材料,不僅能達到節能保溫的目的,還能延長建筑壽命。
2.1有機材料
有機保溫材料目前較多用于墻體的保溫材料為EPS和XPS保溫板,從從保溫性能來看,EPS(導熱系數為0.041)和XPS(導熱系數為0.030)保溫板是屬于高仿保溫材料,可以用較小的厚度達到所需的保溫效果,且有一定的機械強度和柔韌性,吸水率低,施工方便易切割,但有易燃和易老化的缺點,燃燒性能達不到消防要求。比如央視新大樓失火事件,上海靜安區住宅大火事件,南京山西路高層辦公大樓失火等都是由保溫材料燃燒引起。
2.2無機材料
無機材料保溫材料(以泡沫玻璃,巖棉為例)保溫性比EPS和XPS保溫板略低,泡沫玻璃(導熱系數為0.066)和巖棉(導熱系數為0.044)需采用比EPS和XPS保溫板的厚度更大一些才能達到相同的保溫效果,泡沫玻璃的機械強度較低,很松脆,巖棉內聚力較小,受外力后易變形。但無機材料有它突出的特點:a.耐久性好,不存在老化的問題。b.不燃燒,燃燒性能達到A級要求,不存在消防安全的隱患。c.吸音隔音效果比較好,尤其是巖棉板,對提高墻體的隔音效果有非常好的作用。
綜上所述,建筑物著火,除了人為因素外,易燃保溫材料是最大的隱患,絕不可小視。所以正確選用防火保溫材料,防患于未然極其重要。但是無論有機還是無機材料皆無法完全避免燃燒,因此在高層建筑的外墻保溫,一般應采用具有優異防火,絕熱性能的巖棉板等,設立隔火條帶,將保溫層分隔成若干塊,以免在發生火災時蔓延,從而達到延長建筑物的使用壽命的目的。同時要加大科研力度,開發利用其它既有利于保溫,又有利于阻燃而且比較低廉的建筑保溫材料,以適應建筑行業高速發展的需要。
3、可持續能源的利用
3.1太陽能源與建筑有機結合。
現在的建筑設計中建筑師大都考慮的是建筑的造型、美觀、適用及與周圍的環境協調,面對建筑的耗能與節能卻考慮較少。而在現代住宅建筑中要求設計人員的設計要體現“四性”:即可負擔性(盡量降低造價,讓老百姓買得起);可居住性(居住安全、舒適、健康);可適應性(可滿足日常生活及將來的變化);可持續性(實現資源消耗最低,再生資源最多)。而太陽能源是最好的可持續利用的再生能源,從長遠來看,比燃氣、電器具有更安全、清潔、價格便宜的優勢。太陽能源取之不盡,在設計中增設太陽能設施,建筑成本增加少,且節能效果很好。但是,目前太陽能源在建筑中的利用率還很少,即使常年日照多的地區大多也只是在屋頂上安裝一些太陽能熱水器來滿足家庭熱水的需要,而利用太陽能源來照明、取暖,制冷就更少。所以太陽能應用技術應該作為一項專業技術進入到工程設計的范疇,這樣就可以從一開始的設計規劃中占有一席之地,從而進入并跟蹤整個設計全過程,在與相關專業的配合過程中,完成自己的專業設計,使太陽能就像其他建筑部件、構件一樣,最終也會成為建筑的一個部件,真正體現出建筑與太陽能工程的一體化,使建筑與太陽能的有機結合及能源的節約從建筑的最初設計開始做起。太陽能建筑一體化技術已成為一項新興而熱門的技術,它是實現建筑與能源可持續發展的必然產物,是太陽能應用領域擴展的需要。把太陽能同建筑結合起來,把幾千年來房屋只是人類居住、遮風擋雨、避寒暑的簡單場所發展成具有獨立能源、自我循環式的新型建筑,這也是人類進步和社會、科學技術發展的必然。
3.2地熱的開發與利用。
地熱是一種可再生的清潔能源,中國地熱能開發利用潛力巨大。我國287個地級以上城市每年淺層地溫能資源量相當于95億噸標準煤,在現有技術經濟條件下,每年可利用資源量相當于3.5億噸標準煤,并在今后繼續加大對地熱資源的利用,使2015年中國地熱能利用總量占能源消耗總量的比重提高到1.7%。雖然中國地熱的直接利用量已經連續多年位居世界第一,但中國的地熱開發利用技術還有待提高,要真正用好這項可再生的清潔能源,建立起有效的監測系統,將是一個長期的過程。
3.3利用風能。
地球上的化石能源(石油)終究是有限的,為了人類的持續性發展,必須找到其他可替代能源,而風能就是一個很好的選擇。在美國科羅拉多州的博爾德南部的高原上的平曠地帶,矗立著四排實驗性渦輪機, 150英尺的葉片在微風的吹拂下緩慢地旋轉著。美國能源部可再生能源實驗室的主工程師薩迪·布特菲爾德說:“如果你要選擇一個商業渦輪機發電農場,你決不會看中這個地方。但這里卻是一個完美的風能實驗場地。因為在這里我們可以獲得風速為每小時100英里的風能條件。我們通過在這種條件下的實驗能很快地知道哪種設計應該淘汰。”在過去的20年中,風能的價格已經下降了85%,這在很大程度上歸功于不斷提升的渦輪機效率。政府應制定很多條令來鼓勵民眾購買利用風力所產生的電能,這樣想必在不久的未來使用風力電能必成大勢所趨。
3.4建筑采暖實行分戶計量收費。
實施建筑采暖計量收費是由過去的按面積收費轉向按用熱量收費的制度改革,是節約能源,提高住戶用熱的舒適度,改善大氣質量和生態環境的重要途徑。20世紀70年代,西歐和北歐等國家為了應對世界范圍的能源危機,在建筑采暖用能方面采取了提高建筑的保溫性能以降低能耗,推行按熱計量收費的制度以節約能源的措施。是最近幾年,一些供熱企業就已開始旨在改進供熱二次系統,實現按熱計量收費的研究和試驗,以節約能源,減輕大氣污染,促進供熱行業面向市場經濟。遵循市場經濟規律,把熱作為商品,由用戶自行調節控制和使用,并按實際使用熱量合理收費,才能充分調動供熱和用熱雙方的積極性,并對節約能源起到促進作用,因此,實行分戶供暖,按實際熱計量進行收費已經勢在必行。
3.5推廣使用節能燈,推行“綠色照明”工程也是建筑節能的重要內容。
家用小功率的高效節能燈具,其發光效率比普通白熾燈高4倍以上,使用壽命長5倍至10倍,節電效率達70%~80%。回想上世紀70年代,所謂的節能就是關燈,今天,隨著科技的發展,我們節約能源可以充分利用技術優勢。現在,美國平均每1美元的經濟產出所消耗的能源比30年前減少了47%。令人遺憾的是,由于輸送電力的效率有待提高,所以,大量能源在抵達每一個家庭和辦公室之前就被浪費了。對此,消費者無能為力,但他們可以從我做起,在自己的家中或辦公室里有意識地節約能源。最清潔最廉價的能源就是不用能源。
4、結語
建筑能耗的增加,已經成為我國國民經濟的巨大負擔,制約我國可持續發展的突出問題。面對建筑規模不斷擴大和建筑能耗迅速增加的嚴峻現實, 節能建筑是節約型的可持續發展建筑, 不僅重視環境綠化和視覺美觀, 而且重視我國國情和適用經濟。“節能建筑”這一理念的提出, 給建筑設計和技術帶來了一系列的變革。在當前和今后相當長的時間內,是建筑節能發展的大好時期,我們應積極地研究并推廣使用節能產品來滿足節約能源、改善居住環境的要求,建立生態建筑思想,尊重自然環境,用科學技術、經濟效益和社會效益相統一的方法進行規劃和設計,將節能意識貫穿于設計的每一個環節,使建筑節能獲得巨大的實際應用價值,滿足各階段節能目標的需要。建設部始終高度重視建筑節能工作,新建建筑分步驟實施節能率50%的《民用建筑節能設計標準》(采暖居住建筑部分)、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》、《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》、《公共建筑節能設計標準》、《建筑照明節能標準》以及《關于發展節能省地型住宅和公共建筑的指導意見》的出臺, 對建筑節能起到了極大的推動作用。