21 世 纪 初 建 筑 节 能 展 望 返回65%节能

  [提要] 本文以可持续发展的思想观察世界,分析当今国际上建筑节能发展的总趋势。在增进人体健康、提高舒适性的条件下,有效利用能源,合理使用资源,减少温室气体排放,保护人类生存环境,已日益成为各国建筑界的共同行动准则。我国建筑节能工作还处在大发展初期,从地域、建筑类型、围护结构与设备系统、设计、施工和运行等方面均有十分广阔的发展空间;与此同时,建筑节能产业也必将获得迅速发展。由于市场经济和住房制度改革的推动,以及环境状况的压力和国际上的影响,我国建筑节能事业必将克服目前的困难,在新世纪得到跨越式的发展。
    今天,我们正处在实现中华民族伟大复兴的又一个历史关头,处在人类进入新千年的历史时刻,处于我国建筑节能向跨越式大发展的转折年代,面对着资源枯竭、环境恶化、生态破坏、气候变暖等一系列严峻问题,我们建筑节能工作者肩负着艰巨的历史重任。我们必须站在国家、民族和全人类利益的高度上,用宽广的眼光观察世界、认识中国,按人类文明可持续发展的要求,以高尚的科学伦理观念为指导,研究世界和中国建筑节能发展的大趋势、大潮流。抓住机遇,迎接挑战,开拓进取,促进建筑技术的进步和建筑产业的发展,为合理利用资源、保护生态环境、提高人民生活质量而努力奋斗。
  一.建筑节能是关系人类命运的全球性课题
20世纪,世界建筑科学技术突飞猛进,房屋建筑快速发展,在能源危机阴影的笼罩下,各发达国家建筑围护结构的保温隔热和气密性能大有提高,采暖、空调和照明的设备与技术日益进步,人们越来越能够在更为优裕和舒适的室内环境中生活与工作,人类建筑文明取得了前所未有的成就。然而,人们未曾料到,与这种文明与进步相伴而来的是一系列严重的负面影响:
  ·在一些密闭的建筑物的空气中,含有尘埃和细菌以及从建筑材料、家具和办公用具中释放出来的千百种挥发性有机物,使人体器官受损,影响公众的健康和生命;
  ·每年新建和改建的几千万栋建筑,要消耗掉几十亿吨林木、砖石和矿物材料,造成森林的过度砍伐(目前世界森林覆盖率只有22%,而且很不均衡),材料资源的大量开采,带来土地的破坏,植被的退化,物种的减少和自然环境的恶化;
  ·住宅与公共建筑的采暖、空调、照明和家用电器等设施消耗了全球约1/3的能源,主要是化石能源。而这些化石燃料是地球经历了亿万年才形成的,它将在我们这几代人中间消耗殆尽;
  ·我们的建筑物在使用能源的过程中排放出大量的SO2、NOX 、悬浮颗粒物和其它污染物,影响人体的健康和动植物的生存;
  ·世界各国房屋能源使用中所排放的CO2,大约占到全球CO2排放总量的1/3,其中住宅大体占2/3,公共建筑占1/3。由于CO2排放量的增加,地球大气中CO2的浓度急剧增长,已经从十九世纪的260ppm增加到现在的360ppm,而且还在快速增加。
  在这多方面的危害中,令世人最为关注的,是温室气体CO2的排放。由于CO2浓度的增加,正在使地球变暖,气温愈益升高,造成两极融缩、冰川消失、海面升高、珊瑚死亡、洪水泛滥、干旱频发、土地沙化、风沙肆虐、疾病流行、物种灭绝等灾难性后果。近几年全球气候异常,灾害的频繁为多年来所仅见,更加证实了地球变暖的灾害不容忽视。随着今后温室气体浓度的进一步增加,后果将更加不堪设想。这就是说,世人在梦想未来世界将更加美好的甜蜜时刻,蓦然回首,竟然发现世界已经处于大灾大难的边缘,而人类自己正是这场灾难的制造者。这是大自然对破坏它的人类的毫不留情的"报复"。为此,许多有识之士已经开始反思,以牺牲资源和环境为代价取得的繁荣和舒适,只可能是短暂的和表面的;在巨大的危险面前,人类必须尽快拯救这个星球,这是一个经过几十亿年演化才产生的生机蓬勃的世界,这是迄今为止所发现的宇宙间唯一有人类生存的星体。
  二.建筑节能的世界性努力
  面对着上述与人类前途命运攸关的全球性问题,21世纪全世界的建筑节能事业,肩负着重大的历史使命,必须全面推进建筑节能,以挽救这个世界。为此,要做好各类气候区、各个国家、各种建筑的节能工作,要全方位、多学科地,综合而又交叉地研究和解决一系列经济、技术与社会问题,在进一步提高生活舒适性、增进健康的基础上,在建筑中尽力节约能源和自然资源,大幅度地降低污染,减少温室气体的排放,减轻环境负荷,并正在从多方面作出世界性的努力:
  1. 尽可能将建筑能耗下降到最低限度
  从20世纪70年代爆发能源危机以来,发达国家单位面积的建筑能耗已有大幅度的降低。与我国北京地区采暖度日数相近的一些发达国家,新建建筑每年采暖能耗已从能源危机前的300kWh/m2上下,降低到100 kWh/m2左右。尽管节能的经济效益一般会随着节能率的提高而愈益降低,但为了改善人类环境,预计在今后不会很长的时间内,还将进一步降低至30-50 kWh/m2。这就必须从多方面着手,其中主要的是:
  (1)对建筑围护结构进行高水平的保温隔热。例如,窗户采取多层窗、中空玻璃、低发射率玻璃、填充惰性气体等方法,使整窗传热系数从1.5-2.5 W/m2K左右降低至1 W/m2K左右;对外墙加强保温隔热,特别是采用外保温,使外墙传热系数从0.3-0.5 W/m2K 降至0.1-0.2 W/m2K左右;在围护结构保温隔热良好的情况下,室内用砖石、混凝土等重质材料建成厚重结构,以利于蓄存室内热能,调节室温。
  (2)采用高能效供热、制冷、照明和家电的设备和系统,减少输热、输冷能耗,充分利用清洁能源,扩大热电联供或热电冷联供,扩大应用热泵、贮能、热回收和变流量技术。
  2. 最大限度地有效利用天然能源,首先是太阳能
  在不同的地区、特别是太阳能源比较丰富的地区,太阳能在建筑中应用将得到很大扩展,其应用方面包括:
  (1)太阳能采暖与制冷。窗户是利用好太阳能的关键部位,其中大有文章,着重是冬季通过直接获益窗得热。太阳能制冷技术与蓄存技术也会发展。
  (2)用太阳能集热器供应热水,提高集热效率和用热的稳定性。
  (3)充分利用天然采光又避免过热,用百叶、窗帘及建筑遮阳进行调节。
  (4)太阳能光电池发电。提高太阳能转换率,并降低光电板价格。
  其它自然能源,如地热能也将得到利用。地源热泵可用于建筑采暖与制冷。风力资源丰富的地方也可利用好风能。
  当然,建筑绿化也是常见的利用自然能源的方法。 建筑物周边广植树木,有防风、遮阴、蓄水及改善景观等效果。
  3. 充分利用废弃的资源,避免使用对人体有害的物料
  由于建筑用资源消耗巨大,必须保护好地球资源,尽量减少资源消耗量,充分利用好废弃的、再生的或可以再生的资源。
  (1)工业废弃物,如粉煤灰、尾矿、炉渣、煤矸石、灰渣等数量巨大,根据其性能作成建筑材料扩大使用。
  (2)旧有建筑物拆下的材料,如钢材、木材、砖石、玻璃、塑料、纸板等,可重复利用或再生利用。
  (3)一些对人体有害的材料,包括目前使用的某些有机建筑材料,会散发出一些有害气体,有些矿物材料会放出有害辐射,这些材料在长期使用条件下对人体健康不利,将逐步停止使用。与此同时,一些天然材料将更受青睐。
  4. 在能源和资源得到充分有效利用的同时,建筑物的使用功能更加符合人类生活的需要。
  创造健康、舒适、方便的生活环境是人类的共同愿望,也是建筑节能的基础和目标,为此,21世纪的节能建筑应该是:
  (1)冬暖夏凉。由于围护结构的保温隔热和采暖空调设备性能愈益优越,建筑热环境将更加舒适。
  (2)通风良好。 自然通风与人工通风相结合,空气经过净化,新风"扫过"每个房间,通风持续不断,换气次数足够,室内空气清新。
  (3)光照充足。 尽量采用自然光,天然采光与人工照明相结合。
  (4)智能控制。 采暖、通风、空调、照明、家电等均可由计算机自动控制,既可按预定程序集中管理,又可局部手工控制。既满足不同场合下人们不同的需要,又可少用能源。
  当然,多采的世界是千差万别的,建筑节能的发展也会各有其特殊性,会随着气候、地区、国家、文化和技术而异,也会随着建筑类型、规模、质量、材料与设备而不同。但是,提高能源利用效率、生态友好、可持续发展的道路会是一致的。
  为了减少温室气体排放,气候变化框架公约政府间组织提出的目标是,相对于1992年基准,2010年减排10-15%,2020年减排15-20%,2050年减排20-50%。这是一个极为艰巨的任务,确实需要世界各国真诚地作出重大的努力。
  三.建筑节能是中国经济社会可持续发展的迫切需要
  建筑节能是世界性的大潮流和大趋势,同时也是中国改革和发展的迫切要求,这是不以人的主观意志为转移的客观必然性,是21世纪中国建筑事业发展的一个重点和热点。其原因是:
  1. 冬寒夏热是中国气候的主要特点。
  冬季,西伯利亚和蒙古高原的寒流频繁南侵;夏季,大陆腹地受到强烈的太阳辐射。与世界上同纬度地区的平均温度相比,大体上东北地区气温偏低14-18℃,黄河中下游偏低10-14℃,长江南岸偏低8-10℃,东南沿海偏低5℃左右;而7月各地平均温度却大体要高出1.3-2.5℃。与此同时,我国东南地区常年保持高湿度,整个东部地区夏季湿度也很高,亦即夏季闷热,冬季潮凉,此种不良的气候条件,当然会导致中国采暖空调能耗很高。
  2. 我国建筑用能数量巨大,浪费严重。
  我国城乡建筑发展迅速。近几年每年建成的住宅建筑面积,城镇已至4-5亿m2,农村则达7-8亿m2,全国每年建成的房屋建筑面积已达16-17亿m2。现在全国城乡既有建筑面积已超过360亿m2,其中按采暖建筑节能标准建造的只有1.3亿m2,且限于少数城市的居住建筑。与气候条件接近的发达国家相比,我国居住建筑单位面积采暖能耗为他们的3倍左右,而且室内热环境很差。现在,这些高耗能建筑冬季采暖与夏季空调的使用正日益普遍,能源浪费更加严重。
  3. 我国国民经济增长迅速,能源增长会得到控制。
  从新世纪开始,我国将进入全面建设小康社会,加快推进现代化的新的发展阶段,开始实施第三步战略部署。预计第一个10年国内生产总值将翻一番。参加WTO后,中国经济将更快融入全球化进程,城市化不断加快,住房需求继续扩大,住房建设仍将是国民经济新的增长点和消费热点,因此,建筑用能及其占总能耗的比例必将稳步增长。但中国人均能源资源远低于世界平均水平,特别是石油和天然气资源更为短缺。今后,全国能源总产量的增加会得到控制,能源结构将进行调整,煤炭用量所占的比例会逐步减少,而天然气、电力等清洁能源会得到较快增加,太阳能等可再生能源也将较快发展。通过西部大开发,西电东送,西气东输,将为建筑用能结构的调整创造有利条件。
  4. 我国北方城市冬季采暖期空气污染十分严重。
  从全国总体来看,总悬浮颗粒、二氧化硫和氮氧化物等大气主要污染物指标,北方城市重于南方城市,采暖期重于非采暖期,而采暖期的污染值又随着气温的降低、即采暖燃煤量的增加而升高。由此可见,建筑采暖是城市大气的一个主要污染源。只有从源头上减少建筑采暖能耗,才能使北方城市采暖期大气污染的严重状况得到根本改变。
  5. 地球变暖正在使我国蒙受巨大损失。
  由于中国国民经济的发展和用能量的增加,尽管已经做出了多方面的减排努力,温室气体排放量仍在快速增长,现在已成为世界上温室气体排放第二大国,而且还将继续增加。目前,建筑耗能量已超过全国耗能量的1/4。随着人民生活的继续改善,建筑耗能量及其所占比例还将不断增加,由此排放的温室气体也必然会随之增长。这种情况,难免是为地球变暖火上加薪。我国气温正在升高,华北平原1980年至1989年气温偏高0.1℃-0.6℃;1990年至1998年气温偏高0.3℃-0.8℃。地球变暖造成的后果,愈是在生态环境薄弱的地区,表现得愈为严重。我国近几年由于气候变化引起的特大灾害十分频繁,许多地方发生特大洪水、持续干旱,荒漠化加剧和沙尘暴频发,使我国蒙受损失之大,应能引起国人的警觉。
  由此可见,中国的建筑节能问题和世界的前途、人类的命运、民族的生存以及经济社会的可持续发展紧密相连。在这样的形势下,中国建筑节能工作严重滞后的状况必然要尽快得到扭转,走上迅速发展的道路。
四.中国建筑节能工作必将得到跨越式发展
  中国的建筑节能工作已经走过了20 多年的艰苦路程:制订了标准法规,组建了管理机构,安排了试点示范,加强了技术研究,发展了节能产业,开展了国际合作,成绩确实来之不易。但是,认识上的不足,体制上的不顺,法规上的不健全,技术上的不配套,等等,还严重制约着建筑节能的开展。然而,社会的需要无疑是建筑节能发展的根本动力,无论存在着多大的问题和多少的障碍,建筑节能毕竟是席卷全世界的大潮流,也是中国可持续发展的基本需要,它终将战胜各种困难,汹涌向前。
  1. 要在不同气候区的各类新建和既有建筑中开展节能工作,并逐步提高节能要求。
  目前,一些严寒和寒冷地区对采暖居住建筑节能设计标准执行不力的局面,将随着建设部《民用建筑节能管理规定》的实施,较快得到扭转。建筑节能工作也将同时向南推进。2001年颁布并执行《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》后,夏热冬冷地区居住建筑的节能工作也将积极展开。由于不存在采暖包费制的习惯势力,南方地区建筑节能与房产主和住户的经济利益趋于一致,这个地区的建筑节能工作局面有望较快打开。
  新建公共建筑的节能较为复杂,是一件紧迫的工作,"十五"期间将会开展起来,取得明显成效;既有建筑量大面广,节能改造任务更加艰巨,但随着住房制度改革和采暖收费制度改革的实施,以及采暖、空调的大发展,建筑用能费用与住户的经济利益密切相关,通过试点示范和政策扶植,也一定会逐步蓬勃开展起来。
  现在我们已经习惯于说第一步节能(即30%),以及第二步节能[ 即30%+(1-30%)×30% ≈ 50% ],若干年后,随着经济实力的增强和节能技术的进步,推进第三步、第四步节能,以逐步缩小与发达国家之间的能耗差距,也会是很正常的事情。
  2. 建筑围护结构的节能要与采暖、空调、照明以及家用电器设备和系统的节能结合进行,多管齐下。
  对于建筑围护结构,包括门窗、外墙、屋面和地面,都要加强保温隔热,提高气密性。当然,仅仅依靠围护结构的节能措施,是不可能取得应有的节能效果的,设备及其系统也必须做好节能工作。对于采暖居住建筑,近期要着重围绕按热量计量收费进行。新建建筑就不应再用单管而用双管系统。并在新建和既有建筑中逐步安设热表及室温调控装置。在室温可调的情况下,静态调节的采暖系统就不能适应,必须及早使采暖系统改造为动态调节。为此,要对既有供热厂、热力站、锅炉房和供热管网系统进行节能技术改造。长期以来,我国采暖燃料基本上是煤炭,随着能源结构的调整,采用不同能源的采暖方式(如地热采暖、地板辐射采暖、电热采暖、燃气采暖、太阳能采暖等)将会根据当地气候、能源条件与建筑情况有所发展。
  近期,中国建筑空调仍将继续高速发展,中央空调与家用分散空调各有千秋。由于中央空调在大面积采用时比较经济,在公共建筑和一部分居住建筑中会成为主体。由于传统空调所用工质CFC甚至HCFC对大气臭氧层造成破坏,将尽快被取而代之。变风量空调、蓄能空调、热泵型空调等节能型空调的使用将日益广泛。室内空气品质的改善也必将会受到更大重视。
  我国建筑照明节能潜力巨大,目前节能灯所占份额很小。今后,积极推广节能的高光效长寿命灯具,如在建筑中使用高压钠灯、紧凑型荧光灯和细管节能日光灯,将能取得显著的节能效益。
  3. 各个气候区的建筑热环境和大气环境逐步改善、建筑总能耗有所增加。
  我国气候严酷,祖祖辈辈饱受冬寒夏热的煎熬,现在仍有一些建筑冬天结露潮凉,夏日高温烘烤,特别是有些房屋的顶层房间和西晒房间,住户苦不堪言。对于这些高耗能建筑,单纯用加强采暖与多用空调只能使能源更加浪费。因此,无论是对这些既有建筑进行节能改造,还是为他们新建房屋,都应该坚持节约建筑用能与改善热环境相结合的原则。各个不同的气候区域都要在改善建筑热舒适条件下节约能源,并在节约能源的基础上,不断提高建筑热舒适程度。由于人民经济条件的改善,建筑物的保温隔热,加上采暖与空调,全国城镇建筑夏季室温低于30℃,冬季室温达到18℃的基本要求,是能够逐步实现的。
  由于各地单位建筑面积能耗会逐步得到降低,加上其它方面的共同努力,许多城市大气环境恶劣的情况也会有所改善,特别是在大面积地开展既有建筑节能改造后,将会取得更为显著的效果。
  正是由于中国人民热舒适等生活条件将进一步改善,从小康逐步走向富裕,尽管建筑节能方面作出了重大的努力,在目前中国人均能耗很低的情况下,建筑总能耗逐渐增长仍然是必然的趋势;但是如果不抓紧建筑节能工作,建筑总能耗增加的速度必然会快得多。
  4. 建筑节能科学技术迅速进步,建筑节能产业愈益兴旺发达
  建筑节能是一门新兴科学,与原有专业分工不同,它包含有建筑、施工、采暖、通风、空调、电照、家电、建材、热工、能源、环境、检测、计算机软件等许多专业内容,是许多专业学科边缘交叉并结合形成的,在社会需要的推动下,许多高等院校、科研院所和生产单位都在围绕不同方面进行研究开发,正在出现蓬勃发展的新局面。
  建筑节能又是一门实践科学与工程技术,从城市和小区的规划、供热系统的设计、建筑物的设计和施工、房屋开发建设,到物业管理与设备运行,从一个区域的建筑节能管理落实到居民的自觉节能行为,都是不可或缺的重要环节,都需要多方面的通力合作,配合协调。
  建筑节能又牵涉到一个庞大的产业群体,它包括保温隔热材料与制品,节能门窗、采暖、通风、空调、照明等节能设备、器件、管材与系统等等。随着建筑节能规模的迅速扩大,建筑节能相关产业越来越多,通过国外资本与技术的引进,功能质量与价格的市场竞争和优胜劣汰,在规模日益扩大的同时,产业结构和产品结构将趋于合理,技术也能取得不断进步。
  在市场经济的推动下,随着住房体制改革的前进,房屋用能费用理所当然地要由住户承担,节约建筑用能势必逐渐成为广大居民的自觉要求,加上改善大气环境愈来愈迫切要求减轻建筑用能带来的污染,建筑节能将是大势所趋,人心所向,既是国家民族利益的需要,又是亿万群众自己的切身事业,它必将克服目前存在的各种困难,在新世纪得到跨越式的发展。