闡述建筑工程節(jié)能技術(shù)
關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能,建筑能耗,能源
一. 概 述
創(chuàng)造健康舒適的生活環(huán)境是人類共同的愿望，也是建筑節(jié)能的基礎(chǔ)和目標(biāo)。利用新技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行高水平的保溫隔熱，是建筑節(jié)能的主要措施。建筑節(jié)能在廣義上講就是最高效率地利用能源，最低限度地影響環(huán)境，其內(nèi)涵是通過高新技術(shù)的研發(fā)和先進(jìn)適用技術(shù)的綜合集成，在建筑中合理使用和有效利用能源，不斷提高能源利用率，減少能源消耗，在節(jié)約能源的同時改善建筑物的質(zhì)量和功能，極大地減少建筑對不可再生資源的消耗和對生態(tài)環(huán)境的污染，并為使用者提供健康、舒適、與自然和諧的工作及生活環(huán)境。具體說就是指節(jié)約采暖供熱、空調(diào)制冷、采光照明以及調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣、濕度、改變居室環(huán)境質(zhì)量的能源消耗，還包括利用太陽能、地?zé)?水)能源的綜合技術(shù)工程。
目前，建筑能耗已占到我國總能耗的27.5%，建筑節(jié)能已成為我國節(jié)能的重點。要實現(xiàn)建筑節(jié)能，必須研制新型節(jié)能材料，提高外墻的保溫性能、外窗的保溫性和氣密性。節(jié)能建筑在一般情況下，加強圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，建筑工程造價也要相應(yīng)的提高。為節(jié)能而增加的工程造價，即所謂的節(jié)能投資。為說明外保溫的技術(shù)經(jīng)濟性，采用兩種外保溫技術(shù)方案(纖維增強聚苯板外保溫、水泥聚苯板外保溫)，分別做成節(jié)能50%的設(shè)計方案。按照節(jié)能50%的有關(guān)規(guī)定和限值，計算出它們的耗熱量、節(jié)煤量、節(jié)能投資、節(jié)能收益及節(jié)能投資回收期等技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，計算出節(jié)能50%的節(jié)能設(shè)計每平方米建筑面積造價增加的幅度和投資回收期。計算結(jié)果表明，纖維增強聚苯板外保溫，節(jié)能投資占工程造價的7.4%～9.6%，投資回收期5.6～7年。水泥聚苯板外保溫，節(jié)能投資占工程造價的8.7%～10%，回收年限6～9年，節(jié)能技術(shù)目前已經(jīng)成為我國主要的建筑新設(shè)計。所謂的建筑節(jié)能是指在建筑中提高能源利用效率，用有限的資源和最小的能源消費代價取得最大的經(jīng)濟和社會效應(yīng)。因此，建筑節(jié)能是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、實現(xiàn)國家節(jié)能規(guī)劃目標(biāo)、減排溫室氣體的重要措施，符合全球發(fā)展趨勢。其解決途徑只有兩種：一方面通過開發(fā)利用可再生能源及節(jié)能建材等途徑降低建筑能耗的需求;另一方面要提高能耗系統(tǒng)的效率，從而降低終端能源使用量。
二、理想的節(jié)能建筑應(yīng)在最少的能量消耗下滿足以下三點，一是能夠在不同季節(jié)、不同區(qū)域控制接收或阻止太陽輻射;二是能夠在不同季節(jié)保持室內(nèi)的舒適性;三是能夠使室內(nèi)實現(xiàn)必要的通風(fēng)換氣。目前，建筑節(jié)能的途徑主要包括：盡量減少不可再生能源的消耗，提高能源的使用效率;減少建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能量損失;降低建筑設(shè)施運行的能耗。在這三個方面，高新技術(shù)起著決定性的作用。當(dāng)然建筑節(jié)能也采用一些傳統(tǒng)技術(shù)，但這些傳統(tǒng)技術(shù)是在先進(jìn)的試驗論證和科學(xué)的理論分析的基礎(chǔ)上才能用于現(xiàn)代化的建筑中。
2.1減少能源消耗，提高能源的使用效率
為了維持居住空間的環(huán)境質(zhì)量，在寒冷的季節(jié)需要取暖以提高室內(nèi)的溫度，在炎熱的季節(jié)需要制冷以降低室內(nèi)的溫度，干燥時需要加濕，潮濕時需要抽濕，而這些往往都需要消耗能源才能實現(xiàn)。從節(jié)能的角度講，應(yīng)提高供暖(制冷)系統(tǒng)的效率，它包括設(shè)備本身的效率、管網(wǎng)傳送的效率、用戶端的計量以及室內(nèi)環(huán)境的控制裝置的效率等。這些都要求相應(yīng)的行業(yè)在設(shè)計、安裝、運行質(zhì)量、節(jié)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)、設(shè)備材料以及經(jīng)營管理模式等方面采用高新技術(shù)。如目前在供暖系統(tǒng)節(jié)能方面就有三種新技術(shù)：①利用計算機、平衡閥及其專用智能儀表對管網(wǎng)流量進(jìn)行合理分配，既改善了供暖質(zhì)量，又節(jié)約了能源;②在用戶散熱器上安設(shè)熱量分配表和溫度調(diào)節(jié)閥，用戶可根據(jù)需要消耗和控制熱能，以達(dá)到舒適和節(jié)能的雙重效果;③采用新型的保溫材料包敷送暖管道，以減少管道的熱損失。近年來低溫地板輻射技術(shù)己被證明節(jié)能效果比較好，它是采用交聯(lián)聚乙烯(PEX)管作為通水管，用特殊方式雙向循環(huán)盤于地面層內(nèi)，冬天向管內(nèi)供低溫?zé)崴?地?zé)�、太陽能或各種低溫余熱提供);夏天輸入冷水可降低地表溫度(目前國內(nèi)只用于供暖);該技術(shù)與對流散熱為主的散熱器相比，具有室內(nèi)溫度分布均勻，舒適、節(jié)能、易計量、維護(hù)方便等優(yōu)點。
三. 建筑節(jié)能設(shè)計的重要途徑
我國目前實施建筑節(jié)能的主要途徑中，與建筑裝飾相關(guān)的有如下幾個方面：
(1)積極發(fā)展能滿足建筑所需要的材料和設(shè)備的生產(chǎn)。
(2)大力發(fā)展生產(chǎn)和運輸能耗低的輕質(zhì)、高強材料及建筑裝飾用塑料制品。
(3)努力改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高管理水平，大幅度降低材料和設(shè)備生產(chǎn)的單位能耗。
(4)改進(jìn)建筑裝飾設(shè)計和施工技術(shù)、方法，制訂推動節(jié)能的建筑法規(guī)，建立健全促進(jìn)節(jié)能材料、設(shè)備生產(chǎn)和應(yīng)用的法規(guī)體系，為建筑及建筑裝飾節(jié)能工作的推進(jìn)提供良好的法律環(huán)境。
(5)加大投入，加強建材設(shè)備的生產(chǎn)、施工技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)的研究開發(fā)。其發(fā)展的重點應(yīng)針對外墻裝飾(幕墻)和室內(nèi)裝飾的特點，研究新型低能耗的圍護(hù)結(jié)構(gòu)(包括墻體、地面、頂棚、門窗)體系成套節(jié)能技術(shù)及產(chǎn)品。
(6)室內(nèi)環(huán)境控制成套節(jié)能技術(shù)的研究和設(shè)備開發(fā)，特別是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的改造。
四 建筑節(jié)能的新技術(shù)方案
建筑的保溫層設(shè)置方式取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成部件(屋頂、墻、地基、隔熱材料、密封材料、門和窗、遮陽設(shè)施)的設(shè)計對建筑能耗、環(huán)境性能、室內(nèi)空氣質(zhì)量與用戶所處的視覺和熱舒適環(huán)境有根本的影響。一般增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的費用僅為總投資的3%～6%，而節(jié)能卻可達(dá)20%～40%。通過改善建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，在夏季可減少室外熱量傳入室內(nèi)，在冬季可減少室內(nèi)熱量的流失，使建筑熱環(huán)境得以改善，從而減少建筑冷、熱消耗。首先，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)各組成部件的熱工性能，一般通過改變其組成材料的熱工性能實行，如歐盟新研制的熱二極管墻體(低費用的薄片熱二極管只允許單方向的傳熱，可以產(chǎn)生隔熱效果)和熱工性能隨季節(jié)動態(tài)變化的玻璃。然后，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒔ㄖ牡乩砦恢煤统�，以建筑能耗軟件DOE-2.0的計算結(jié)果為指導(dǎo)，選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計方法。最后，評估圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部件與組合的技術(shù)經(jīng)濟可行性，以確定技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。另一方面 圍護(hù)結(jié)構(gòu)都需要滿足承重和保溫方面的要求。①單一構(gòu)造的磚砌體，如加氣混凝土墻體或屋面等;②在承重墻體的基礎(chǔ)上增加專門的圍護(hù)材料來達(dá)到建筑物的保溫效果，這些保溫材料一般是一些輕質(zhì)材料，以免增加建筑結(jié)構(gòu)的承重負(fù)擔(dān)，例如珍珠巖棉、泡沫聚苯乙烯等材料。這種保溫的形式按保溫材料所處的部位不同分為 3 種類型，分別為外保溫、中間保溫和內(nèi)保溫。其中中間保溫方式必須在建筑設(shè)計時就應(yīng)考慮執(zhí)行，而外保溫和內(nèi)保溫單面圍護(hù)則可以在建筑本體完成后進(jìn)行或者在爾后的室內(nèi)外裝修時再進(jìn)行。在建筑外墻外保溫基層上增設(shè) 0.1～0.15m 厚的保溫層，將房頂和地下都“裹”上。保溫性能是外墻保溫質(zhì)量的一個關(guān)鍵性指標(biāo)。為此，應(yīng)按所用材料的實際熱工性能，經(jīng)過熱工計算得出足夠的厚度，以滿足節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對當(dāng)?shù)亟ㄖ囊�。與此同時，還應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕ㄖ䴓?gòu)造措施，避免某些局部產(chǎn)生熱橋問題。一般來說，永久性的機械錨固、臨時性的固定以至于穿墻管道，或者外墻上的附著物的固定，往往會造成局部熱橋。在設(shè)計和施工中，應(yīng)力求使此種熱橋?qū)ν鈮Φ谋匦阅懿粫a(chǎn)生明顯的影響，也不致爾后產(chǎn)生影響墻面外觀的痕跡(如銹斑)。
4.1提高終端用戶用能效率
高能效的采暖、空調(diào)系統(tǒng)與上述削減室內(nèi)冷熱負(fù)荷的措施并行，才能真正地減少采暖、空調(diào)能耗。首先，根據(jù)建筑的特點和功能，設(shè)計高能效的暖通空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)，例如：熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)和區(qū)域供熱、供冷系統(tǒng)等。然后，在使用中采用能源管理和監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)督和調(diào)控室內(nèi)的舒適度、室內(nèi)空氣品質(zhì)和能耗情況。如歐洲國家通過傳感器測量周邊環(huán)境的溫、濕度和日照強度，然后基于建筑動態(tài)模型預(yù)測采暖和空調(diào)負(fù)荷，控制暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行。在其他的家電產(chǎn)品和辦公設(shè)備方面，應(yīng)盡量使用節(jié)能認(rèn)證的產(chǎn)品。如美國一般鼓勵采用“能源之星”的產(chǎn)品，而澳大利亞對耗能大的家電產(chǎn)品實施最低能效標(biāo)準(zhǔn)(MEPS)。
4.2提高總的能源利用效率
從一次能源轉(zhuǎn)換到建筑設(shè)備系統(tǒng)使用的終端能源的過程中，能源損失很大。因此，應(yīng)從全過程(包括開采、處理、輸送、儲存、分配和終端利用)進(jìn)行評價，才能全面反映能源利用效率和能源對環(huán)境的影響。建筑中的能耗設(shè)備，如空調(diào)、熱水器、洗衣機等應(yīng)選用能源效率高的能源供應(yīng)。例如，作為燃料，天然氣比電能的總能源效率更高。采用第二代能源系統(tǒng)，可充分利用不同品位熱能，最大限度地提高能源利用效率，如熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)、冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CCHP)。
五.建筑節(jié)能的新材料
5.1外墻保溫
(1)、現(xiàn)場澆注聚氨酯保溫。在建筑物墻體干燥之后，即可直接在其表面上噴涂聚氨酯，一般噴涂厚度在4厘米左右，要求采用高壓噴涂機以使得表面盡量平整。在完成噴涂后的泡沫上刮涂聚合物水泥，然后再進(jìn)行外裝飾。(2)、預(yù)制保溫夾芯板。一般采用在連續(xù)生產(chǎn)線上加工完成的聚氨酯夾芯板材，外表面往往采用彩色鋼板或鋁板，背面則多用鋁箔。安裝時，首先在外墻上做龍骨，然后將板材固定在龍骨上，也可采取雙面彩鋼板作為墻體材料使用，既美觀又具良好保溫效果。(3)、空心磚的充填保溫。這些空心磚的空腔部分大約占磚的全部體積的40%左右，磚體大都是硅酸鹽材料，在其空腔中灌入聚氨酯，使得整體結(jié)構(gòu)增強且大大增加了絕熱效果。(4)、外墻貼板。在干燥的外墻面上涂刷專用的耐水解穩(wěn)定性良好的聚氨酯粘合劑，把預(yù)先裁好的聚氨酯板貼在外墻上，在聚氨酯的外面上涂刷粘合劑，把網(wǎng)格布粘貼上，待其固化后再抹聚合物水泥，最后在其外表面上進(jìn)行裝飾。(5)、聚苯顆粒保溫砂漿。將廢棄的聚苯乙烯塑料加工破碎成為0.5-4毫米的顆粒，作為輕集料來配制保溫砂漿。該做法包含保溫層、抗裂防護(hù)層和抗?jié)B保護(hù)面層，施工技術(shù)簡便，可減少勞動強度，提高工作效率，不受結(jié)構(gòu)質(zhì)量差異的影響，對有缺陷的墻體施工時墻面不需修補找平。(6)、聚苯板與墻體一次澆注成型。在混凝土框架體系中將聚苯板內(nèi)置于建筑模板內(nèi)，在即將澆注的墻體外側(cè)，澆注混凝土，混凝土與聚苯板一次澆注成型為復(fù)合墻體。(7)、外墻保溫涂料。主要有陶瓷隔熱保溫涂料、憎水性硅酸絕熱保溫涂料、膠粉聚苯顆粒外墻保溫涂料等。
5.2 外墻涂料(漆)
傳統(tǒng)的外墻涂料(漆)只起到裝飾效果，可增強防水功能，基本無節(jié)能作用�，F(xiàn)如今，在進(jìn)行裝飾設(shè)計中，外墻涂料(漆)的選用，應(yīng)遵循建筑節(jié)能的原則，即：如若原建筑外墻采取了外墻外保溫措施，則可選用不具保溫節(jié)能功效的外墻涂料(漆);否則，必須考慮選用具有保溫或節(jié)能作用的外墻涂料(漆)，或選用隔熱或?qū)岜戎档�、防紫外線方面的涂料(漆)。
5.3 金屬幕墻和石材幕墻
這要從兩種情況分析涉及到的節(jié)能問題：一種情況是原建筑本體已設(shè)計了外墻保溫措施，在進(jìn)行外裝飾設(shè)計時只需單純考慮裝飾的效果;另外一種情況是原建筑并無外保溫墻體，這就要求在外裝飾設(shè)計中，幕墻和建筑外墻體間增加保溫棉等外保溫材料，但作好圍護(hù)保溫的同時還要注意處理好連接件的保溫，以此避免熱橋的產(chǎn)生。
5.4 玻璃幕墻
采用大面積玻璃幕墻(門窗)是現(xiàn)代建筑的一種潮流，它所具有的豪華、挺拔、超群的外觀以及不同玻璃色彩所呈現(xiàn)出色彩繽紛的藝術(shù)效果，是其它外墻、門窗材料無法比擬的。但是建筑門窗和建筑幕墻作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的組成部分，是建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)最活躍、最敏感的部位，是墻體熱損失的 5～6 倍。門窗和幕墻約占建筑節(jié)能的 40%左右，具有極其重要的地位。目前采用的幾種節(jié)能玻璃材料主要有鍍膜玻璃、中空玻璃和帶薄膜型熱反射材料玻璃。值得一提的是建筑門窗和建筑幕墻要改變保溫隔熱單一節(jié)能的技術(shù)觀念，更應(yīng)該把節(jié)能和合理利用太陽能、地下熱(水)能、風(fēng)能結(jié)合起來，開發(fā)節(jié)能和用能(利用太陽能、冷能、風(fēng)能、地?zé)崮?相結(jié)合的門窗及幕墻產(chǎn)品。
5.5 門窗工程
窗是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中散熱量最大的構(gòu)件，其傳熱的途徑主要包括 2 個方面：①窗戶(包括窗框和玻璃)的傳熱耗熱量;②窗戶縫隙的冷(熱)量消耗。因此，①要選用傳熱系數(shù)較小的框料(如 PVC鈣塑門窗、APVC塑料門窗、其它樹脂塑料門窗等)并采取阻斷熱橋等措施，減小窗戶的傳熱系數(shù)，增強保溫性能。②應(yīng)采取改善窗戶制作安裝精度(如選用節(jié)能型五金配件，控制安裝偏差等)、單層玻璃改用雙層或中空玻璃、加密封條等方法，減少空氣滲透，降低耗能等。
5.6 墻面(輕質(zhì)隔斷)
墻面受室內(nèi)功能制約，不能存在明顯的凹凸，考慮墻面造型時，在充分滿足室內(nèi)防火等級的條件下，應(yīng)選用保溫性能較好的材料，以防止室內(nèi)熱量的散失。在采用輕質(zhì)隔斷的部分，特別是在要求控制熱量傳導(dǎo)的房間(例如辦公室與普通倉庫之間)，防止熱量從一間傳導(dǎo)到另一間不需要控溫的房間時，輕質(zhì)隔斷內(nèi)應(yīng)加入保溫材料，最大限度地減小熱量的傳導(dǎo)，例如在輕鋼龍骨紙面石膏板隔墻中加入保溫材料或在需保溫的房間墻面進(jìn)行保溫
5.7 地面工程
地面與墻面一樣受功能制約，不能存在明顯的凹凸，不致對室內(nèi)通風(fēng)造成什么影響，但地面與人腳直接接觸傳熱。在室內(nèi)各種不同材料的地面，即使其溫度完全相同，但人體站在上面的感覺也會不一樣這是因為地面的熱舒適性取決于地面的面層吸熱指數(shù)。根據(jù)吸熱指數(shù)值，我國將地面劃分為：木地面、塑料地面、地毯地面及架空地面等屬于Ⅰ類，水泥沙漿為黏結(jié)的地磚地面等屬于Ⅱ類，水磨石地面則屬于Ⅲ類。高級居住建筑、托兒所、幼兒園、醫(yī)療建筑等宜采用Ⅰ類地面;一般居住建筑和公共建筑(包括中小學(xué)教室)宜采用吸熱指數(shù)不低于Ⅱ類的地面;至于僅供人們短時間逗留的房間以及室溫高于 23℃的采暖房間，則允許采用Ⅲ類地面。
5.8吊頂工程
在室內(nèi)六個面體中只有頂棚設(shè)計可以采用凹凸的形式，一方面頂棚的設(shè)計直接影響到建筑的通風(fēng)問題。建筑內(nèi)部良好的通風(fēng)通過空氣的更新及氣流的作用對人體產(chǎn)生直接影響，并通過對室內(nèi)氣溫、濕度及內(nèi)表面溫度的影響而間接對人體產(chǎn)生作用。合理組織自然的通風(fēng)，引風(fēng)入室爭取“穿堂風(fēng)”，也就是利用舒適通風(fēng)與降溫通風(fēng)，是炎熱地區(qū)對自然通風(fēng)的主要要求。另一方面吊頂后空間高度也直接影響到節(jié)能的問題。第三方面，吊頂分為死頂和活頂 2 種。其中死頂空間加排氣裝置，能最有效達(dá)到節(jié)能目的。活頂(例如大型劇場等需要增設(shè)檢修馬道等的空間)的熱量散失往往很難控制，那么在建筑的本體圍護(hù)(或建筑外裝修)保溫措施就更加需要考慮周到。
總之，建筑節(jié)能在以后的建筑工程中將廣泛的應(yīng)用并逐漸產(chǎn)生新技術(shù)新材料。
