二.建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢和我國應(yīng)發(fā)展的重點領(lǐng)域
1.優(yōu)化建筑設(shè)計
建筑造型及圍護結(jié)構(gòu)形式對建筑物性能有決定性影響。直接的影響包括建筑物與外環(huán)境的換熱量、自然通風狀況和自然采光水平等。而這三方面涉及的內(nèi)容將構(gòu)成70%以上的建筑采暖通風空調(diào)能耗。不同的建筑設(shè)計形式會造成能耗的巨大差別。然而，建筑物是個復(fù)雜系統(tǒng)，各方面因素相互影響，很難簡單地確定建筑設(shè)計的優(yōu)劣。例如加大外窗面積可改善自然采光，在冬季還可獲得太陽能量，但冬季的夜間會增大熱量消耗，同時夏季由于太陽輻射通過窗戶進入室內(nèi)使空調(diào)能耗增加。這就需要利用動態(tài)熱模擬技術(shù)對不同的方案進行詳細的模擬測試和比較。
2.建筑圍護結(jié)構(gòu)材料和部品
開發(fā)新的建筑圍護結(jié)構(gòu)部件，以更好的滿足保溫、隔熱、透光、通風等各種需求，甚至可根據(jù)變化了外界條件隨時改變其物理性能，達到維持室內(nèi)良好的物理環(huán)境同時降低能源消耗的目的。這是實現(xiàn)建筑節(jié)能的基礎(chǔ)技術(shù)和產(chǎn)品。主要涉及的產(chǎn)品有：外墻保溫和隔熱、屋頂保溫和隔熱、熱物理性能優(yōu)異的外窗和玻璃幕墻、智能外遮陽裝置以及基于相變材料的蓄熱型圍護結(jié)構(gòu)和基于高分子吸濕材料的調(diào)濕型飾面材料。自90年代起，我國自主研發(fā)和從國外吸收消化的外墻、屋頂保溫隔熱技術(shù)被慢慢的采用。尤其外墻外保溫可通風裝飾板、通風型屋頂產(chǎn)品、通風遮陽窗簾的使用，都大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低建筑運行成本。
隨著建筑形式的設(shè)計多樣化、現(xiàn)代化、個性化，外窗和玻璃幕墻、玻璃金屬幕墻、玻璃磚幕墻、木玻幕墻、加金屬構(gòu)件的綜合幕墻等透光型外圍護結(jié)構(gòu)在建筑外立面中的使用越來越廣泛。由于其在保溫、隔熱、采光和吸收太陽光等方面的多重功能，使其成為影響建筑本體能源消耗的主要因素。發(fā)達國家從90年代開始就十分重視外窗與玻璃幕墻的節(jié)能技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和推廣，可有效降低長波輻射、增強保溫的低輻射 LOW-E 玻璃與玻璃夾層充惰性氣體和斷熱窗框、斷熱式玻璃幕墻技術(shù)使外窗的傳熱系數(shù)（u值）從傳統(tǒng)的單玻外窗的5.5W/(m2.k),降到 1.5 W/(m2.k) 以下，從而使透光型外圍護結(jié)構(gòu)的熱損失接近非透光型圍護結(jié)構(gòu)。為了減少夏季通過外窗和玻璃幕墻的太陽輻射，在冬季又恰當?shù)匚仗栞椛洌诟鞣N可調(diào)節(jié)外遮陽裝置和玻璃夾層中間設(shè)置可調(diào)節(jié)的遮陽裝置并進行有組織的同排風，也是做好外圍護結(jié)構(gòu)的一項必不可少的措施。尤其大型公共建筑，更應(yīng)采取有效的措施。此外還有，利用建筑圍護結(jié)構(gòu)蓄存熱量，夜間室外空氣通過樓板空洞通風使樓板冷卻，白天用冷卻的樓板吸收室內(nèi)熱量。這其實是利用了混凝土的惰性原理。在圍護結(jié)構(gòu)中配置適宜的相變材料則能更好的產(chǎn)生蓄熱效果。
開發(fā)和推廣上述先進技術(shù)，可使我國大型公共建筑能耗降低到冬季10 W/m2的水平，僅為目前采暖能耗的1/3，空調(diào)能耗可以顯著下降。其實，夏季空調(diào)的大量能耗是用于室內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)同時如果能采用相變材料等輔助措施，可以在空氣濕度高的時候吸收空氣中的水分，使其轉(zhuǎn)換為結(jié)晶水而封存在材料中，在室內(nèi)空氣相對濕度較低時有重新把水分釋放回空氣中。這樣可維持室內(nèi)相對濕度在40%-75%的舒適范圍內(nèi)，而不消耗常規(guī)能源。目前日本、歐洲都開展了相關(guān)研究，國內(nèi)的研究開發(fā)也接近同等水平。這方面的突破將對改善住宅和普通公共建筑的夏季室內(nèi)環(huán)境，降低空調(diào)能耗甚至在某些場合取消傳統(tǒng)空調(diào)起到重大作用。
3.通風裝置與排風熱回收裝置
對于住宅建筑和普通公共建筑，當建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱做到一定水平后，室內(nèi)外通風形成的熱量或冷量損失，成為住宅能耗的重要組成部分。此時，通過專門裝置有組織地進行通風換氣，同時在需要的時候有效的回收排風中的能源，對降低住宅建筑的能耗具有重要意義。歐洲在在這些方面已做出豐碩成果，通過有組織的控制通風和排風的熱回收，大大降低了空調(diào)的使用時間，還使采暖空調(diào)期耗熱量、耗冷量降低30%以上。由于以前我國建筑本身的保溫隔熱性能差，通風問題的重要性就遠沒有歐洲突出。因此相比之下有較大差異。目前需要積極開展相關(guān)的研究和產(chǎn)品開發(fā)與推廣。
就排風熱回收而言，國內(nèi)目前已研制成功蜂窩狀鋁膜式、熱管式等顯熱回收器，這只對降低冬季采暖能耗有效。由于夏季除濕是新風處理的主要負荷，因此更需要全熱回收器。目前國內(nèi)已開發(fā)有紙質(zhì)和高分子膜式透濕型全熱回收器，但其性能還待進一步提高。
4.各種熱泵技術(shù)
通過熱泵技術(shù)提升低品位熱能的溫度，為其建筑提供熱量，是建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)提高效率降低能耗的重要途徑，也是建筑設(shè)備節(jié)能技術(shù)發(fā)展的重點之一。目前在該領(lǐng)域國內(nèi)外進展情況如下：
1） 熱泵型家庭熱水機組 從室外空氣中提取熱量制備生活熱水，電到熱的轉(zhuǎn)化效率可達3~4。日本推出采用二氧化碳為工質(zhì)的熱泵性熱水機，并開始大范圍推廣。當沒有余熱、廢熱可利用時，這種熱泵性熱水機應(yīng)是提供家庭生活熱水的佳方式。
2） 空氣源熱泵 冬季從室外空氣中提取熱量，為建筑供熱，是住宅和其他小規(guī)模民用建筑供熱的佳方式。在我國華北大部分地區(qū)，這種方式冬季平均電熱轉(zhuǎn)換率有可能達到3以上。目前的技術(shù)難點是室外溫度在零度左右時蒸發(fā)器的結(jié)霜問題和為適應(yīng)室外溫度在5~-3°C范圍內(nèi)的變化，需要壓縮機在很大的壓縮比范圍內(nèi)都具有良好的性能。國內(nèi)外近10年來的大量研究攻關(guān)都集中在這兩個難點上。前者通過優(yōu)化的化霜循環(huán)、智能化霜控制、特殊的空氣換熱器形成設(shè)計以及不結(jié)霜表面材料的研制等正在陸續(xù)得到解決。后者則通過改變熱泵循環(huán)方式，如中間補氣、壓縮機串聯(lián)和并聯(lián)轉(zhuǎn)換等來嘗試解決。然而革命性的突破可能有待新型的壓縮機形式的出現(xiàn)。
3） 地下水水源熱泵 即從地下抽水經(jīng)過熱泵提取其熱量后再把水回灌地下。這種方式用于建筑供熱，其電熱轉(zhuǎn)換率可達到3~4。這種技術(shù)在國內(nèi)外都已廣泛應(yīng)用。但取水和回灌都受到地下水文地質(zhì)條件的限制，研究更有效的取水和回灌方式，可能會使該技術(shù)應(yīng)用范圍更加廣泛。
4） 污水水源熱泵 直接從城市污水中提取熱量，是污水綜合利用的一部分。經(jīng)過專家推測，利用城市污水充當熱源可解決成熟20%的建筑采暖。目前的方式是從處理后的中水中提取熱源，借助于污水換熱器，可直接從大規(guī)模的污水中提取熱量，實現(xiàn)高效的污水熱泵供熱，是北方大型城市建筑采暖的主要構(gòu)成方式之一。
5） 地埋管式土壤源熱泵 通過地下垂直或水平買人塑料管，通入循環(huán)工質(zhì)，成為循環(huán)工質(zhì)與土壤間的換熱器。在冬季通過這一換熱器從地下取熱，成為熱泵的熱源；夏季從地下取冷，使其成為熱泵的冷源。這就形成了冬存夏用，或夏存冬用。目前這種方式是初始投資較高，并且要大量地從地下取熱蓄熱，僅適合低密度的住宅和商業(yè)建筑。與建筑基礎(chǔ)有機結(jié)合從而有效降低初始投資，提高傳熱管與土壤間的傳熱能力，將是低密度住宅與商業(yè)地產(chǎn)采用熱泵解決采暖空調(diào)冷熱源的一種有效方式。值得進一步研究發(fā)展。
綜上所述，采暖用能占我國北方城市建筑能耗的約50%，通過熱泵技術(shù)如能解決1/3建筑的采暖，將大大緩解建筑能耗問題，采暖與環(huán)境將趨于動態(tài)平衡，這恰恰是作為一個環(huán)境公司所關(guān)心的問題。百銘通過把建筑能耗作為建筑設(shè)計的原始出發(fā)點，真正地想做建筑精品，做世界上趨于完美的建筑。
5.建筑中的可再生能源技術(shù)
可再生能源包括太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能等多種形式。可再生能源日益受到重視。開發(fā)利用可再生能源世界能源是持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。太陽能既是性能源又是可再生能源，資源豐富對環(huán)境無污染，是一種非常潔凈的能源。應(yīng)提倡在建筑中廣泛應(yīng)用。如何利用可再生能源滿足建筑的制冷采暖需求，是建筑節(jié)能的一個重要課題。目前國內(nèi)針對太陽能光電利用取得了一定的進展，太陽能熱水器廣泛應(yīng)用。但是利用太陽能的深度廣度還有待進一步開發(fā)。還有，風能也是一個可再生的能源，只是在有些地區(qū)不夠穩(wěn)定但怎樣合理利用好，也是一個課題。所以可再生能源技術(shù)的發(fā)展一方面是降低產(chǎn)品成本，另一方面更重要的是如何將上述產(chǎn)品和裝置有效地與建筑立面設(shè)計結(jié)合起來，使其成為建筑的一個畫龍點睛的亮點和實實在在的好處。
大型公共建筑相互之間的能耗差異表明，這類建筑的節(jié)能潛力在30%以上。通過建筑節(jié)能改造、加強管理，杜絕跑、冒、滴、漏浪費現(xiàn)象，可實現(xiàn)節(jié)能5~10%；通過提高水泵、風機等輸配設(shè)備的運行效率及應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可實現(xiàn)節(jié)能10~20%；對于這樣的建筑，就應(yīng)該與歐洲的相對應(yīng)的建筑學(xué)習，采用多種技術(shù)整合，在能源消耗上狠下功夫，做到一勞永逸、創(chuàng)造健康的建筑環(huán)境空間。
1.優(yōu)化建筑設(shè)計
建筑造型及圍護結(jié)構(gòu)形式對建筑物性能有決定性影響。直接的影響包括建筑物與外環(huán)境的換熱量、自然通風狀況和自然采光水平等。而這三方面涉及的內(nèi)容將構(gòu)成70%以上的建筑采暖通風空調(diào)能耗。不同的建筑設(shè)計形式會造成能耗的巨大差別。然而，建筑物是個復(fù)雜系統(tǒng)，各方面因素相互影響，很難簡單地確定建筑設(shè)計的優(yōu)劣。例如加大外窗面積可改善自然采光，在冬季還可獲得太陽能量，但冬季的夜間會增大熱量消耗，同時夏季由于太陽輻射通過窗戶進入室內(nèi)使空調(diào)能耗增加。這就需要利用動態(tài)熱模擬技術(shù)對不同的方案進行詳細的模擬測試和比較。
2.建筑圍護結(jié)構(gòu)材料和部品
開發(fā)新的建筑圍護結(jié)構(gòu)部件，以更好的滿足保溫、隔熱、透光、通風等各種需求，甚至可根據(jù)變化了外界條件隨時改變其物理性能，達到維持室內(nèi)良好的物理環(huán)境同時降低能源消耗的目的。這是實現(xiàn)建筑節(jié)能的基礎(chǔ)技術(shù)和產(chǎn)品。主要涉及的產(chǎn)品有：外墻保溫和隔熱、屋頂保溫和隔熱、熱物理性能優(yōu)異的外窗和玻璃幕墻、智能外遮陽裝置以及基于相變材料的蓄熱型圍護結(jié)構(gòu)和基于高分子吸濕材料的調(diào)濕型飾面材料。自90年代起，我國自主研發(fā)和從國外吸收消化的外墻、屋頂保溫隔熱技術(shù)被慢慢的采用。尤其外墻外保溫可通風裝飾板、通風型屋頂產(chǎn)品、通風遮陽窗簾的使用，都大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低建筑運行成本。
隨著建筑形式的設(shè)計多樣化、現(xiàn)代化、個性化，外窗和玻璃幕墻、玻璃金屬幕墻、玻璃磚幕墻、木玻幕墻、加金屬構(gòu)件的綜合幕墻等透光型外圍護結(jié)構(gòu)在建筑外立面中的使用越來越廣泛。由于其在保溫、隔熱、采光和吸收太陽光等方面的多重功能，使其成為影響建筑本體能源消耗的主要因素。發(fā)達國家從90年代開始就十分重視外窗與玻璃幕墻的節(jié)能技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和推廣，可有效降低長波輻射、增強保溫的低輻射 LOW-E 玻璃與玻璃夾層充惰性氣體和斷熱窗框、斷熱式玻璃幕墻技術(shù)使外窗的傳熱系數(shù)（u值）從傳統(tǒng)的單玻外窗的5.5W/(m2.k),降到 1.5 W/(m2.k) 以下，從而使透光型外圍護結(jié)構(gòu)的熱損失接近非透光型圍護結(jié)構(gòu)。為了減少夏季通過外窗和玻璃幕墻的太陽輻射，在冬季又恰當?shù)匚仗栞椛洌诟鞣N可調(diào)節(jié)外遮陽裝置和玻璃夾層中間設(shè)置可調(diào)節(jié)的遮陽裝置并進行有組織的同排風，也是做好外圍護結(jié)構(gòu)的一項必不可少的措施。尤其大型公共建筑，更應(yīng)采取有效的措施。此外還有，利用建筑圍護結(jié)構(gòu)蓄存熱量，夜間室外空氣通過樓板空洞通風使樓板冷卻，白天用冷卻的樓板吸收室內(nèi)熱量。這其實是利用了混凝土的惰性原理。在圍護結(jié)構(gòu)中配置適宜的相變材料則能更好的產(chǎn)生蓄熱效果。
開發(fā)和推廣上述先進技術(shù)，可使我國大型公共建筑能耗降低到冬季10 W/m2的水平，僅為目前采暖能耗的1/3，空調(diào)能耗可以顯著下降。其實，夏季空調(diào)的大量能耗是用于室內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)同時如果能采用相變材料等輔助措施，可以在空氣濕度高的時候吸收空氣中的水分，使其轉(zhuǎn)換為結(jié)晶水而封存在材料中，在室內(nèi)空氣相對濕度較低時有重新把水分釋放回空氣中。這樣可維持室內(nèi)相對濕度在40%-75%的舒適范圍內(nèi)，而不消耗常規(guī)能源。目前日本、歐洲都開展了相關(guān)研究，國內(nèi)的研究開發(fā)也接近同等水平。這方面的突破將對改善住宅和普通公共建筑的夏季室內(nèi)環(huán)境，降低空調(diào)能耗甚至在某些場合取消傳統(tǒng)空調(diào)起到重大作用。
3.通風裝置與排風熱回收裝置
對于住宅建筑和普通公共建筑，當建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱做到一定水平后，室內(nèi)外通風形成的熱量或冷量損失，成為住宅能耗的重要組成部分。此時，通過專門裝置有組織地進行通風換氣，同時在需要的時候有效的回收排風中的能源，對降低住宅建筑的能耗具有重要意義。歐洲在在這些方面已做出豐碩成果，通過有組織的控制通風和排風的熱回收，大大降低了空調(diào)的使用時間，還使采暖空調(diào)期耗熱量、耗冷量降低30%以上。由于以前我國建筑本身的保溫隔熱性能差，通風問題的重要性就遠沒有歐洲突出。因此相比之下有較大差異。目前需要積極開展相關(guān)的研究和產(chǎn)品開發(fā)與推廣。
就排風熱回收而言，國內(nèi)目前已研制成功蜂窩狀鋁膜式、熱管式等顯熱回收器，這只對降低冬季采暖能耗有效。由于夏季除濕是新風處理的主要負荷，因此更需要全熱回收器。目前國內(nèi)已開發(fā)有紙質(zhì)和高分子膜式透濕型全熱回收器，但其性能還待進一步提高。
4.各種熱泵技術(shù)
通過熱泵技術(shù)提升低品位熱能的溫度，為其建筑提供熱量，是建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)提高效率降低能耗的重要途徑，也是建筑設(shè)備節(jié)能技術(shù)發(fā)展的重點之一。目前在該領(lǐng)域國內(nèi)外進展情況如下：
1） 熱泵型家庭熱水機組 從室外空氣中提取熱量制備生活熱水，電到熱的轉(zhuǎn)化效率可達3~4。日本推出采用二氧化碳為工質(zhì)的熱泵性熱水機，并開始大范圍推廣。當沒有余熱、廢熱可利用時，這種熱泵性熱水機應(yīng)是提供家庭生活熱水的佳方式。
2） 空氣源熱泵 冬季從室外空氣中提取熱量，為建筑供熱，是住宅和其他小規(guī)模民用建筑供熱的佳方式。在我國華北大部分地區(qū)，這種方式冬季平均電熱轉(zhuǎn)換率有可能達到3以上。目前的技術(shù)難點是室外溫度在零度左右時蒸發(fā)器的結(jié)霜問題和為適應(yīng)室外溫度在5~-3°C范圍內(nèi)的變化，需要壓縮機在很大的壓縮比范圍內(nèi)都具有良好的性能。國內(nèi)外近10年來的大量研究攻關(guān)都集中在這兩個難點上。前者通過優(yōu)化的化霜循環(huán)、智能化霜控制、特殊的空氣換熱器形成設(shè)計以及不結(jié)霜表面材料的研制等正在陸續(xù)得到解決。后者則通過改變熱泵循環(huán)方式，如中間補氣、壓縮機串聯(lián)和并聯(lián)轉(zhuǎn)換等來嘗試解決。然而革命性的突破可能有待新型的壓縮機形式的出現(xiàn)。
3） 地下水水源熱泵 即從地下抽水經(jīng)過熱泵提取其熱量后再把水回灌地下。這種方式用于建筑供熱，其電熱轉(zhuǎn)換率可達到3~4。這種技術(shù)在國內(nèi)外都已廣泛應(yīng)用。但取水和回灌都受到地下水文地質(zhì)條件的限制，研究更有效的取水和回灌方式，可能會使該技術(shù)應(yīng)用范圍更加廣泛。
4） 污水水源熱泵 直接從城市污水中提取熱量，是污水綜合利用的一部分。經(jīng)過專家推測，利用城市污水充當熱源可解決成熟20%的建筑采暖。目前的方式是從處理后的中水中提取熱源，借助于污水換熱器，可直接從大規(guī)模的污水中提取熱量，實現(xiàn)高效的污水熱泵供熱，是北方大型城市建筑采暖的主要構(gòu)成方式之一。
5） 地埋管式土壤源熱泵 通過地下垂直或水平買人塑料管，通入循環(huán)工質(zhì)，成為循環(huán)工質(zhì)與土壤間的換熱器。在冬季通過這一換熱器從地下取熱，成為熱泵的熱源；夏季從地下取冷，使其成為熱泵的冷源。這就形成了冬存夏用，或夏存冬用。目前這種方式是初始投資較高，并且要大量地從地下取熱蓄熱，僅適合低密度的住宅和商業(yè)建筑。與建筑基礎(chǔ)有機結(jié)合從而有效降低初始投資，提高傳熱管與土壤間的傳熱能力，將是低密度住宅與商業(yè)地產(chǎn)采用熱泵解決采暖空調(diào)冷熱源的一種有效方式。值得進一步研究發(fā)展。
綜上所述，采暖用能占我國北方城市建筑能耗的約50%，通過熱泵技術(shù)如能解決1/3建筑的采暖，將大大緩解建筑能耗問題，采暖與環(huán)境將趨于動態(tài)平衡，這恰恰是作為一個環(huán)境公司所關(guān)心的問題。百銘通過把建筑能耗作為建筑設(shè)計的原始出發(fā)點，真正地想做建筑精品，做世界上趨于完美的建筑。
5.建筑中的可再生能源技術(shù)
可再生能源包括太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能等多種形式。可再生能源日益受到重視。開發(fā)利用可再生能源世界能源是持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。太陽能既是性能源又是可再生能源，資源豐富對環(huán)境無污染，是一種非常潔凈的能源。應(yīng)提倡在建筑中廣泛應(yīng)用。如何利用可再生能源滿足建筑的制冷采暖需求，是建筑節(jié)能的一個重要課題。目前國內(nèi)針對太陽能光電利用取得了一定的進展，太陽能熱水器廣泛應(yīng)用。但是利用太陽能的深度廣度還有待進一步開發(fā)。還有，風能也是一個可再生的能源，只是在有些地區(qū)不夠穩(wěn)定但怎樣合理利用好，也是一個課題。所以可再生能源技術(shù)的發(fā)展一方面是降低產(chǎn)品成本，另一方面更重要的是如何將上述產(chǎn)品和裝置有效地與建筑立面設(shè)計結(jié)合起來，使其成為建筑的一個畫龍點睛的亮點和實實在在的好處。
大型公共建筑相互之間的能耗差異表明，這類建筑的節(jié)能潛力在30%以上。通過建筑節(jié)能改造、加強管理，杜絕跑、冒、滴、漏浪費現(xiàn)象，可實現(xiàn)節(jié)能5~10%；通過提高水泵、風機等輸配設(shè)備的運行效率及應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可實現(xiàn)節(jié)能10~20%；對于這樣的建筑，就應(yīng)該與歐洲的相對應(yīng)的建筑學(xué)習，采用多種技術(shù)整合，在能源消耗上狠下功夫，做到一勞永逸、創(chuàng)造健康的建筑環(huán)境空間。