建筑節(jié)能問題及優(yōu)化措施

1引言

綠色建筑在國內(nèi)外其實(shí)并沒有統(tǒng)一的定義，這一詞最早起源于建筑節(jié)能。隨著經(jīng)濟(jì)由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，綠色建筑以節(jié)約資源為根本目標(biāo)[1]。從長遠(yuǎn)來看，舊城改造是未來房地產(chǎn)市場發(fā)展的必然趨勢[2]，紳士化城市更新與智慧城市建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，對綠色建筑賦予前所未有的重視[3,4]，我國傳統(tǒng)的建筑行業(yè)也在經(jīng)歷轉(zhuǎn)型。綠色建筑有了從量到質(zhì)的改變，建筑業(yè)被推向了一個新的階段。如今，很多研究學(xué)者在綠色建筑節(jié)能方面做了很多研究。路文武（2017）以環(huán)境國際公約履約大樓為案例，提出有必要將建筑物的電力消耗和電力生產(chǎn)過程中污染物的排放、資源消耗進(jìn)行關(guān)聯(lián)核算，從建筑物全壽命周期角度來審視建筑對環(huán)境的影響，力求把建筑物對環(huán)境的影響降到最低[5]；王奎（2019）認(rèn)為改變變電位置來減少線路上的損耗、將變壓器改為二級能效的干式變壓器等措施，結(jié)果顯示能有效降低綜合體的整體能源消耗，達(dá)到節(jié)能減排的作用[6]；王凱（2019）認(rèn)為開發(fā)商首先考慮的還是成本因素，從而忽視了節(jié)能新技術(shù)，如今的節(jié)能新技術(shù)主要有太陽能、墻體保溫技術(shù)、熱泵技術(shù)等[7]；王欣怡（2019）以倫敦瑞士保險大廈為例，大廈表面設(shè)計(jì)得如同“子彈頭”的曲線形態(tài)，對氣體產(chǎn)生引導(dǎo)作用，在上下樓層形成的風(fēng)壓差的驅(qū)動下，捕獲自然風(fēng)能，從而實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)[8]；蔡小勇（2019）以深圳的中國移動信息大廈為例，經(jīng)統(tǒng)計(jì)該大廈初始投資成本約為865.79萬元，其中綠色建筑的運(yùn)用可節(jié)約費(fèi)用約為106.42萬元/年，對推動我國綠色建筑發(fā)展起到了示范作用[9]。

2建筑節(jié)能現(xiàn)存問題

2.1建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)能源浪費(fèi)

以南京市為例，南京市地處中緯度地區(qū)，夏熱冬冷，夏天空調(diào)和冬季采暖周期比較長。經(jīng)調(diào)查，2005年之前的建筑在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上大部分都沒有采用節(jié)能設(shè)計(jì)，考慮更多的是美觀。在公共建筑中，55%左右的能源消耗來自于制熱制冷系統(tǒng)，節(jié)能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)在其性能上突顯出保溫性和隔熱性，能幫助節(jié)約制冷和采暖中的能源損耗。

2.2可持續(xù)性能源利用不充分

雖然太陽能是清潔無污染的可持續(xù)性能源，取之不盡用之不竭，但其成本比較高，并且缺乏資金支持，所以在我國并沒有大規(guī)模推廣，即使投入也很有限并且投入很分散，很多關(guān)鍵零件仍需要靠進(jìn)口，導(dǎo)致太陽能很難進(jìn)行大規(guī)模的推廣。從人們的觀念來看，也并沒有意識到太陽能替代常規(guī)能源有利于實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，這便導(dǎo)致太陽能并不能充分地利用在建筑物中。

2.3電器設(shè)備能源浪費(fèi)

生活中離不開電氣照明和暖通空調(diào)這些電器設(shè)備。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，照明和空調(diào)的使用越來越多，然而很多建筑物對電器設(shè)備設(shè)計(jì)不合理，人們對需要購買節(jié)能型電器的觀念還沒有普及，很多地區(qū)目前還是主要使用空調(diào)供暖。使很多電器設(shè)備不具備根據(jù)環(huán)境和溫度自我調(diào)整的功能，很多時候暖通空調(diào)和照明系統(tǒng)會過度利用，從而造成能源的浪費(fèi)。

3建筑節(jié)能優(yōu)化措施設(shè)計(jì)

建筑物在圍護(hù)結(jié)構(gòu)、可持續(xù)能源以及電器設(shè)備上存在諸多能源浪費(fèi)問題，本文針對以上能源浪費(fèi)問題給出相應(yīng)的節(jié)能措施，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)分別從門窗、內(nèi)外墻、屋面三個方面分析節(jié)能措施；可持續(xù)性能源從太陽能、風(fēng)能兩大類分析節(jié)能措施；電器設(shè)備主要從照明系統(tǒng)和暖通空調(diào)兩個方面分析節(jié)能措施。

3.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)在節(jié)能上需要凸顯其保溫性和隔熱性，主要包括外門窗、屋頂以及墻體上的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于北方和南方氣候差異很大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)上需要采用新材料用來減少北方的秋冬兩季的熱量流失，應(yīng)當(dāng)加大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各部分熱阻，節(jié)約熱水供暖和能量損耗。3.1.1門窗圍護(hù)結(jié)構(gòu)外窗的總體面積僅占圍護(hù)結(jié)構(gòu)的1/4左右，然而外窗所需消耗的能量占整體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一半以上，傳統(tǒng)的舊外窗在整個圍護(hù)結(jié)構(gòu)中是最薄弱的環(huán)節(jié)，因此改造外窗是門窗改造的重點(diǎn)，從外窗的材質(zhì)來看，主要有鍍膜玻璃，low–e玻璃(低輻射玻璃)，熱反射玻璃等。根據(jù)建筑物整體特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的外窗與窗框，配合相應(yīng)的遮陽系統(tǒng)，可以使整體建筑節(jié)能達(dá)到比較理想的狀態(tài)。3.1.2外墻和內(nèi)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，采暖能耗占總體能耗的32.1%到36.2%，墻體的保溫隔熱技術(shù)分為單一材料節(jié)能墻體和復(fù)合保溫隔熱墻體兩大類，其中復(fù)合保溫隔熱墻體是將墻體和隔熱材料復(fù)合而成。墻體保溫主要靠外墻保溫，外墻的保溫技術(shù)應(yīng)用主要是為了降低建筑物熱量散失，其中適宜的技術(shù)可以采用隔離式防火聚苯板外墻外保溫系統(tǒng)、外墻保溫裝飾一體化板等。3.1.3屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)屋面是整體節(jié)能的重要部分，屋面損耗的能量占建筑物熱量損失的5%～6%，是圍護(hù)結(jié)構(gòu)中僅次于外墻和門窗的熱量損失部位。屋面節(jié)能可以使用架空屋面、外保溫屋面、內(nèi)保溫屋面、綠化屋面等，來改善屋面的熱工性能，從而阻止熱量的傳遞，達(dá)到良好的屋面節(jié)能效果。

3.2太陽能

太陽能對我們而言已經(jīng)不再陌生，太陽能包括風(fēng)能、潮汐能、電能等。將太陽能運(yùn)用于綠色建筑中，可以代替很多類似的能源，為建筑物提供一系列的能量，也為人們節(jié)省能源，并滿足人們的日常需求，其中太陽能在建筑中的應(yīng)用主要包括太陽能采暖系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)以及太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。3.2.1太陽能采暖系統(tǒng)太陽能采暖系統(tǒng)是通過蓄熱體將清潔無污染的太陽輻射吸收轉(zhuǎn)化為熱能，從而給建筑物加熱，太陽能采暖系統(tǒng)主要由集熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、管道等組合而成。根據(jù)蓄熱體類型不同可以將太陽能采暖系統(tǒng)分為空氣采暖系統(tǒng)和熱水采暖系統(tǒng)，其中空氣采暖系統(tǒng)不需要消耗不可再生資源，它通過玻璃吸收太陽光使室內(nèi)保持舒適的溫度，其原理在于太陽能透過玻璃將熱量傳遞給墻體和地板，同時又將一部分能量傳遞給空氣，通過對流作用將室內(nèi)空氣與室外空氣進(jìn)行傳遞從而蓄能，沒有陽光時將吸收的太陽能釋放，從而長期保持室內(nèi)的溫度。熱水采暖系統(tǒng)的具體措施則是可以采用集熱和蓄熱一體化的采暖方式，在已有建筑物窗后設(shè)置水墻，將充滿水的金屬容器或塑料堆積在水墻內(nèi)，待其表面吸收熱量后傳遞給墻體并傳到室內(nèi)，使室內(nèi)溫度維持在一個水平上。3.2.2太陽能熱水系統(tǒng)早在20多年前，我們就已經(jīng)接觸過太陽能熱水系統(tǒng)。我們最熟知的是太陽能熱水器。從結(jié)構(gòu)角度將太陽能熱水器劃分成真空管道式熱水器和平板式熱水器兩種，原理都是將太陽光能通過集熱裝置轉(zhuǎn)換為熱能被水吸收，從將來水加熱到高溫度以滿足人們的熱水需求，這種能源的優(yōu)點(diǎn)在于安全無污染，而且太陽能熱水器占地面積小、加熱快、節(jié)約空間和時間。3.2.3太陽能光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電也稱為太陽能發(fā)電，太陽能發(fā)電是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式，中間無需通過熱過程。光伏發(fā)電利用半導(dǎo)體器件吸收太陽輻射，并且轉(zhuǎn)換為電能直接發(fā)電，是當(dāng)前太陽能發(fā)電的普遍方式。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以和建筑屋頂相結(jié)合，這樣就能充分接收太陽光的輻射，光伏發(fā)電系統(tǒng)還可以和建筑物整體相融合，這樣不僅能改善建筑物內(nèi)部環(huán)境也可以改善建筑物的外觀。

3.3風(fēng)能

風(fēng)能的獲取主要是利用風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力制熱等。高層住宅樓頂風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地面風(fēng)速，如果在屋頂安裝風(fēng)力渦輪機(jī)和其他風(fēng)轉(zhuǎn)化為電的設(shè)備進(jìn)行發(fā)電可以節(jié)省一部分電。經(jīng)過有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，兩臺渦輪機(jī)所產(chǎn)生的能量能夠給6個家庭用一年的時間，還可以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的效果。所以，在設(shè)計(jì)建筑物時可以將風(fēng)力系統(tǒng)的安裝和利用考慮進(jìn)去，這也是綠色建筑節(jié)能的充分體現(xiàn)。

3.4照明系統(tǒng)

照明設(shè)備的節(jié)能是電器設(shè)備節(jié)能中非常重要的一個部分。其中照明節(jié)能的措施有以下幾點(diǎn)：(1)可以采用一些配光合理效率高的燈，如LED燈，可節(jié)省約40%-80%不等的能耗[10-11]。(2)合理布局照明燈的位置，同一個大房間需要用光的范圍不盡相同，可以采用局部照明來滿足房間的照明需求。(3)為了減小電能在電線傳輸過程中的損耗，盡可能減小導(dǎo)線長度或者增大導(dǎo)線的橫截面積來減小輸電過程中的能量損耗。(4)采用智能照明控制系統(tǒng)，根據(jù)白天太陽光照射房間的光度不同，來調(diào)節(jié)燈光的亮度。

3.5暖通空調(diào)

室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境的溫度會存在一個差異，節(jié)能型的暖通空調(diào)進(jìn)行安裝時應(yīng)該對室內(nèi)的溫度進(jìn)行測試，并且對室內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試出在哪種溫度狀態(tài)下能給人一個更好的舒適度，這在很大程度上促進(jìn)了暖通空調(diào)的節(jié)能；在設(shè)計(jì)安裝上，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)室內(nèi)環(huán)境，合理布置暖通空調(diào)位置以及采用保溫性能比較好的材料，來改善暖通空調(diào)的使用程度，達(dá)到節(jié)能減排的效果；由于每個建筑物的結(jié)構(gòu)造型都各不相同，這對建筑物本身的溫度調(diào)節(jié)也有很大的影響，有些建筑物的通風(fēng)性能良好，會使暖通空調(diào)的能耗相對降低，然而有些建筑物布局阻礙了空氣的通風(fēng)，將使暖通空調(diào)等能耗上升[12]，所以在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)該有利于空氣的流通來減少暖通空調(diào)的能耗。

4結(jié)論

隨著社會的不斷進(jìn)步，綠色建筑節(jié)能理念已經(jīng)成為人們關(guān)注的一個重點(diǎn)問題。節(jié)能這一概念是改革開放初期提出并且進(jìn)入發(fā)展的起步階段，一直到“十一五”期間我國大力建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，促使建筑節(jié)能的發(fā)展進(jìn)入成長期，2005年第一本建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布標(biāo)志著我國建筑節(jié)能進(jìn)入了推進(jìn)階段，其中2006年發(fā)布的GB/T50378—2006《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》是我國第一部綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著我國建筑節(jié)能進(jìn)入了綠色建筑階段。雖然現(xiàn)如今建筑節(jié)能的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入推進(jìn)階段，我國也已經(jīng)進(jìn)入了建筑節(jié)能的綠色建筑階段，但是各種能源浪費(fèi)現(xiàn)象比比皆是。本文針對建筑物在圍護(hù)結(jié)構(gòu)、可持續(xù)性能源利用、電器設(shè)備的能源浪費(fèi)問題，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)、可持續(xù)性能源（太陽能、風(fēng)能）、照明系統(tǒng)、暖通空調(diào)等方面分析綠色建筑節(jié)能措施，進(jìn)一步在建筑領(lǐng)域節(jié)約能源，同時優(yōu)化人們的居住空間品質(zhì)。

作者：王夢娟 林欣燕 陳健 單位：南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院