摘 要:分析影响民用建筑节能的主要建筑因素和技术因素,阐述民用建筑节能的技术原理和经济原理,并从实际可操作性的角度出发,提出民用建筑节能的对策和效益,旨在针对我国目前的建筑能源使用状况,为我国建筑节能事业的顺利发展服务。
关键词:民用建筑;节能;对策;效益
一、民用建筑节能必要性
节能源于全球性的能源危机,能源是社会经济发展不可缺少的动力,但是它又是有限的,存在枯竭、用完的时间。我国当前能源形势十分严峻,能源高速生产,煤、电、油、运持续紧张,而建筑又是耗能大户。现在,我国城乡建筑总面积450亿平方米,其建筑能耗约占全国总能耗的30%左右,到2020年我国城乡将新增建筑面积300亿平方米。由于我国建筑单位面积平均能耗是相同气候地区发达国家的2～3倍,大型公共建筑单位面积耗电量每年平均为132～159千瓦/小时,这高于美国纽约市平均每年60千瓦/小时,但热舒适程度远不如发达国家。因此,大力推进建筑业节能刻不容缓。
二、民用建筑节能技术原理及节能效益
(一)影响建筑节能的几个建筑因素
1.建筑物体形系数 建筑物体形系数愈大,其传热量也就愈大。从建筑节能的观点出发,毫无疑问应尽量减小建筑物体形系数。
2.围护结构的传热系数 围护结构的传热耗热量占建筑物总耗热量的71%～77%,因此,大幅度降低围护结构的传热系数,选择合适的围护材料是重要的。
3.窗墙面积比 开窗面积增大,会增加传热耗热量和空气渗透耗热量,对建筑节能不利,理论上应尽可能降低窗墙面积比。然而,窗墙面积比还受建筑立面、室内采光、通风因素控制。因此,建筑节能设计中,应针对不同地区的环境和习惯区别对待,不宜过分缩小窗墙面积比。
4.建筑朝向和建筑布局 相关研究结果表明,无论是为了降低冬季采暖能耗,还是为了降低夏季空调制冷负荷,建筑物朝向均宜采用南北向或者接近南北向,尽量避免东西向。建筑平面布局总的原则应根据地形、地势和朝向等条件灵活布置。
(二)民用建筑节能技术措施
1.墙体节能墙体是建筑外围护结构的主体,其所用材料的保温性能直接影响建筑的耗热量。我国以实心粘土砖为墙体材料,保温性能不能满足设计标准。以外墙为例,JGJ26-1995标准规定,在建筑物形体系数(建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值)小于0.3时,北京地区传热系数不超过1.16W/(m2・K),而目前常用的内抹灰砖墙,传热系数都大于上述节能标准数值。因而在节能的前提下,应进一步推广空心砖墙及其复合墙体技术。
2.门窗节能 外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位,其能耗占住宅总能耗的比例较大,其中传热损失为1/3,冷风渗透为1/3,所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下,尽量减小住宅外门窗洞口的面积,提高外门窗的气密性,减少冷风渗透,提高外门窗本身的保温性能,减少外门窗本身的传热量。其节能措施有:
①控制住宅窗墙比。住宅窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值,JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》对不同朝向的住宅窗墙比做了严格的规定,指出“北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20%、30%、35%”。
②提高住宅外窗的气密性,减少冷空气渗透。如设置泡沫塑料密封条,使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料(如毛毡)、弹性密闭型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及边框设灰口等密封;框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等;扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等;扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。
③改善住宅门窗的保温性能。户门与阳台门应结合防火、防盗要求,在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板,以增加其绝热性能;窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗,这样可避免金属窗产生的冷桥,可设置双玻璃或三玻璃,并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃,有条件的住宅可采用低辐射玻璃;缩短窗扇的缝隙长度,采用大窗扇,减少小窗扇,扩大单块玻璃的面积,减少窗芯,合理地减少可开启的窗扇面积,适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。
④设置“温度阻尼区”。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次,这一中间层次象热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透,减少外墙、外窗的热耗损。在住宅中,将北阳台的外门、窗全部用密封阳台封闭起来,外门设防风门斗,防止冷风倒灌,楼梯间设计成封闭式的,对屋顶上人孔进行封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。
3.屋面节能 在不断改进建筑外墙、外窗的保温性能后,还必须进一步加强屋面保温隔热的研究。屋面节能措施的要点,其一是屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料,以免屋面重量、厚度过大;其二是屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料以防屋面湿作业时因保温层大量吸水而降低保温效果,如选用吸水率较高的保温材料,屋面上应设置排气孔以排除保温层内不易排出的水分。现在,高效保温材料已经开始应用于屋面,一些建筑的屋面保温,采用膨胀珍珠岩保温芯板保温层代替常规的沥青珍珠岩或水泥珍珠岩做法,就克服了常规做法的诸多缺点。这种保温芯板施工方便、价格低廉、不污染环境;芯板为柔性制品,不仅适用于具有平面的屋面,也可用于带有曲面的屋面,其保温工程更可显示出它的优越性。其主要技术指标,表观密度为110～150kg/m3;导热系数为0.04～0.06W/m・K;蓄热系数为0.90～0.11m2・K。抗压强度大于0.2MPa;吸水率小于0.01%;蒸汽渗透系数为2.18×10-7g/m.n.Pa[5]。这些指标充分体现了膨胀珍珠岩密度较小,导热系数较低,而且吸水率和蒸汽渗透系数也都很低。这是保温性能好的材料所必须具备的。此种材料已在屋面工程中使用,收到了良好的技术经济效果。
4.利用太阳能 地球拦截的太阳辐射能相当于目前全球电力消费量的1500倍。而在现有技术、经济条件下可供开发利用的太阳能,只占理论资源量的很小一部分。据美国能源部评估,1990年美国太阳能经济可开发资源量约为22Mtce/年,仅为技术可开发量的0.6%。所以,太阳能的开发利用有巨大的潜力。太阳能作为一种可再生的洁净能源,是建筑上很具有利用潜力的新能源之一。太阳能在建筑上的利用方式主要有,被动式太阳能采暖、太阳能供热水、主动式太阳能采暖与空调、以及太阳能发电等等。我国太阳能资源丰富,陆地每年接受的太阳辐射能,相当于2.4×1012tec,2/3国土面积的太阳能总辐射量超过0.6MJ/m2[6]。如果将太阳能源充分加以利用,不仅有可能节省大量常规能源,而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。
5.地热的应用 地热是一种可再生的能源,跟民用建筑相关的地热利用主要是地源热泵技术。地源热泵技术是利用包括土壤、井水、湖泊等与建筑物室温的差别,通过热交换达到采暖降温的目的,其优点是耗电量低,节省空间和土地。
6.夜间通风 夜间通风方法的原理是在夜间引入室外的冷空气,通过冷空气与做为蓄热材料的建筑维护结构接触换热,冷却建筑材料,达到蓄冷目的。在夏季,为了获得舒适的室内环境,则需要空调供冷系统。而此时,因为夜间的室外空气温度比白天低得多,所以夜间室外冷空气则可以作为一种很好的自然冷源加以利用。严格地说,只要室外空气温度低于室内空气温度,此时的室外冷空气就可视为可利用的自然冷源。
三、民用建筑节能经济原理
(一)节能建筑相关主体的利益关系
与节能建筑相关的主体包括政府、房地产商、业主和建材产商等。
1.政府 节能、环保,利于国家今后的长期可持续发展,政府要自上而下地推动建筑节能工作的开展。
2.房地产商 房地产商开发节能建筑是否有成熟的节能技术支持和有利可图是至关重要的。一般而言,房地产商可以从以下几点获得良好的效益:①节能建筑围护结构重量轻,减轻了荷载,在地基和基础上节省了费用。②节能建筑室内热环境好,相应减少了锅炉、空调等设备和场地的投资。③试点先行可以得到国家经济上的支持和政策上的优惠。
3.业主 在现行体制下,由于各方面的政策法规和相应的技术没有跟上,节能建筑的吸引力并不高,业主只是一个被动的参与者。只有将业主的经济利益和建筑能耗切实的联系起来,才有可能从根本上推动节能建筑的发展。节能建筑能使业主获得如下好处:①舒适健康的居住工作环境。②日后维持费用低。③节能建筑墙体薄,在建筑面积相同的情况下扩大了使用面积。
4.建材厂商 随着节能建筑的推广,市场对新型建材的需求量大幅增加,无疑为建材厂商提供了广阔的市场机会。
5.对我国建筑节能经济激励政策的建议 ①继续加强新型墙体材料专项基金的征收和使用管理。充分发挥专项基金的调控作用,促进墙体革新工作的快速健康发展。②对于执行建筑节能标准的房地产商可以给予适当的税收优惠。③对于达到节能标准的建筑适当减免市政配套设施费。④经过认证合格的节能门窗、保温隔热材料减半征收增值税。⑤制定可行的鼓励太阳能、地热、风能和生物能等清洁可再生能源在建筑上应用的经济激励政策。
四、民用建筑节能措施
(一)建立健全建筑节能法规、政策和标准体系。立法是推进建筑节能的根本。我国应尽快完善《节约能源法》、《可再生能源法》和《建筑法》中与现状脱离的内容,继续加大《建筑节能管理条例》的执行监督力度。此外,要加快编制各类有关节能的技术法规和标准规范,以尽快覆盖建筑节能的各个领域和环节。
(二)深化供热体制改革,理顺热价。只有坚持供热的商品化、市场化,才能彻底改变宁可欠热费、降低供热质量,也不愿建设节能建筑的情况。为此,我国应加快推行小区采暖系统分室调控室温和热量按户计量收费的技术和管理政策。
(三)开展既有建筑节能改造。与新建筑相比,既有建筑总是占绝大多数,能耗要高得多,只有既有建筑节能改造取得成效,全国建筑能耗才能大幅度降下来。
(四)推动建筑节能技术进步。不少开展建筑节能的地区,反映建筑节能技术选择困难,为此,要尽快开发并形成不同地区不同建筑适用的多种建筑节能配套技术。同时,大力推进太阳能、地热、风能等可再生能源的开发和利用。
(五)不断建造节能示范建筑。真正好的节能建筑示范效应很大。要求各地年年建造节能示范建筑、示范小区。示范建筑不能只是房地产商的卖点,而要在该地区真正起到引领建筑节能技术潮流的作用。
(六)规范建筑拆除,延长使用年限。
(七)建立节能产品认证和节能建筑认定制度。
参考文献:
[1]涂逢祥.世纪初建筑节能展望[J].建筑,2001,(2).
[2]刘素萍.建筑节能与围护结构[J].工业建筑,2001,(7).
[3]朱伟.房屋建筑节能技术的几点措施[J].甘肃科技,2002,(2).
[4]刘加平.建筑节能与建筑设计中的新能源的利用[J].能源工程,2001.
