1、建筑节能技术发展趋势目前，我国已成为世界第三大能源生产国和第二大能源消费国，每年建成建筑总面积已超过所有发达国家的总和。建筑在生产和使用过程中要消耗能源总量的 50%，其中建筑能耗约占全社会总能耗的 24%，而该比例还仅仅是建造和使用过程中所消耗的能源比例，如果再加上建筑材料在生产过程中所消耗的能源，那么建筑能耗将占到全社会总能耗的 47.24%，在社会总能耗中位居首位。近年来我国建筑业的长足、快速发展，需要大量运行和使用能源，尤其是采暖和空调。2012 年 5 月 30 日国务院常务会议讨论通过的“十二五”国家战略性新兴产业发展规划提出了七大战略性新兴产业的主要任务和重点发展方向，包括节能环
2、保产业、新一代信息技术产业、生物产业、高端装备制造产业、新能源产业、新材料产业、新能源汽车产业1-2，制定了一系列产业发展路线图，提出了上述七大产业领域发展的标志性目标、拓展市场应用以及提升整体创新能力等主要政策措施、重大行动计划。规划中对节能环保产业的要求是要突破以下关键核心技术：能源高效与梯次利用、污染物防治与安全处置、资源回收与循环利用，根据高效节能、先进环保和资源循环利用的目标发展新装备和新产品，推行清洁生产和低碳技术，加快形成支柱性产业。在我国，建筑能耗已与工业能耗、交通能耗并称三大“能耗大户”(见图 1)，节能潜力巨大，建筑节能产业已然成为节能环保产业的重要有机组成部分。如果采用全
3、方位、科学、有效的节能措施，到 2020 年，我国在建筑总面积增加 150 亿 m2、人民生活水平显著提高的前提条件下，全国建筑能耗用电增量仅为2300 亿 kWh/a，相对于不采取任何节能措施，每年可节约 2.6 亿 t标准煤，约等于我国 2004 年煤产量的 18.6%；建筑用电每年可节约3500 亿 kWh 时，相当于三峡发电站年发电量的 4 倍。1 建筑节能相关政策分析近年来国家频繁出台建筑节能政策和行业法规。在规划和管理方面的政策和法规有：(1)2006 年 7 月出台的“十一五”十大重点节能工程实施意见，规定了新建建筑全面严格执行 50%节能标准，北方寒冷地区和 4 个直辖市实施新
4、建建筑节能 65%的标准，要求采用新技术对既有建筑的电气、空调、热水供应、采暖、炊事等方面进行全面改造；(2)2007 年 6 月国务院印发的节能减排综合性工作方案，对建筑行业明确提出要组织实施 30 个低能耗、绿色建筑示范项目，推动北方采暖区既有居住建筑供热计量及节能改造 1.5亿 m2，开展大型公共建筑节能改造示范与运行管理，启动 200 个可再生能源在建筑中规模化应用示范推广项目；(3)2008 年 8 月国务院颁布民用建筑节能条例和公共机构节能条例；(4)2010年国务院办公厅转发国家发展和改革委员会等部门关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展意见的通知(国办发201025号)。
5、为大力支持建筑节能的发展，我国在财政补贴方面也出台了一系列相应政策，如 2008 年 1 月财政部、国家发展和改革委员会联合印发的高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法，2008 年10 月 14 日财政部印发的再生节能建筑材料财政补助资金管理暂行办法，2008 年 12 月 9 日财政部、税务总局联合印发的关于资源综合利用及其他产品增值税政策的通知，2009 年 3 月财政部制定并印发的太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法，2011 年财政部印发的节能技术改造财政奖励资金管理办法(财建【2011】367 号)等，在照明节能、新能源利用等方面均给予了一定的财政奖励和补贴。近年陆续出台的
6、一系列行业标准主要有智能建筑设计标准、公共建筑节能标准等全国性的行业标准。近年来国家出台的众多关于建筑及相关行业节能产业政策和行业法规，充分表明了我国政府对建筑能耗的认识和重视。目前，建筑节能已成为国家明令规定的“十二五”期间重点控制能耗的领域，此期间建筑节能工作的总体目标是到“十二五”期末，建筑节能要形成 1.16 亿 t 标准煤节能能力：(1)发展绿色建筑、加强新建建筑节能工作，要形成 4500 万 t 标准煤节能能力；(2)深化供热体制改革，全面推行供热计量收费，推进北方采暖地区既有建筑节能改造及供热计量，城镇居住建筑单位面积采暖能耗至少下降 15%，要形成2700 万 t 标准煤节能能
7、力；(3)加强公共建筑节能监管体系建设，推动节能改造与运行管理，力争公共建筑单位面积能耗至少下降 10%，要形成 1400 万 t 标准煤节能能力；(4)推动可再生能源与建筑一体化应用，要形成常规能源替代能力 3000 万 t 标准煤4。2 建筑节能主要技术2.1 建筑能耗损失途径及建筑节能的概念建筑能耗即建筑使用能耗(见图 2)，包括采暖、空调、照明、电气、热水供应、炊事、家用电器等方面的能耗。其中，采暖和空调系统能耗约占建筑总能耗的 50%60%，照明能耗约占 20%30%，电梯能耗约占 8%10%5。目前，我国建筑能耗存在科技含量低、智能化程度不高、缺乏能效管理等缺点。通过对我国建筑现状
8、的全面调研分析，发现建筑能耗主要的损失途径有：(1)设计不合理：设备选型过大，配置存在瓶颈；(2)运维管理不善：浪费现象严重，缺乏及时、合理的维护设备，缺乏科学、合理、有效的管理系统；(3)能量的输配损失：配管和通风管道的热量损失以及阻力损失；(4)机器设备的效率低下：设备老化，技术陈旧造成效率低下，能耗大增；(5)未充分利用自然资源：未有效地充分利用外部空气、地热、太阳能等自然资源。建筑节能是指在建筑中提高能源的利用效率，利用有限的资源和最小的能源消费代价取得最大限度的经济和社会效益，具体指在建筑物的规划、设计、新建(包括改建和扩建)、改造和使用过程中，严格执行节能标准，采用节能型的技术、设
9、备、工艺、材料和产品，提高采暖供热、空调系统效率和保温隔热性能，加强建筑物用能系统的优化管理，利用可再生能源，在保证室内热环境质量的前提下，减少供热、空调、照明、热水供应的能耗。2.2 建筑节能的主要技术及解决方案建筑节能的解决途径只有 2 种：一方面通过开发利用可再生能源及节能建材等途径降低建筑能耗的需求；另一方面要提高能耗系统的效率，从而降低终端能源使用量。通过对我国建筑能耗的分析可知，技术手段的推广和合理利用是建筑节能的关键。建筑节能的关键不仅在于以后新建的商业建筑，而且在于通过一些投资小、见效快的技术手段对现有建筑的改造和提高运行管理水平提升能源利用效率，这是商业建筑节能的重点所在。目
10、前，建筑节能主要的方案和技术有：采用合理的能效管理方法、风机水泵的变频技术、供配电设备节能、中央空调的智能控制和照明节能、分布式能源的利用、建筑的规划及保温建材的应用，具体为基于模拟分析的建筑节能优化设计、新型建筑围护结构材料与部品、通风装置与排风热回收装置、热泵技术、降低输配系统能源消耗的技术、中央空调的温度湿度独立控制技术、建筑自动化系统的节能优化控制、楼字式燃气驱动的热电冷三联供技术、燃煤燃气联合供热和末端调峰技术以及节能灯、节能灯具与控制等。其中节能效果最明显的要数空调节能、照明节能、分布式能源的利用和门窗幕墙的保温。表 1 显示了部分节能技术的经济效果。2.2.1 建筑能源管理及综合
11、利用系统建筑能源管理及综合利用系统是针对暖通、空调、照明、电梯、供水等常规控制方式不能跟随负荷和需求动态变化而调节，造成系统效率降低、能源浪费较大的问题，而提出的一套完整、科学的解决方案，并采用动态跟踪、寻优控制；根据大楼内的使用功能分区来建立能源需求模型；依据能源需求模型，结合大楼市电、太阳能、三联供机组配置等进行合理的能源分配管理。该系统主要通过在用能设备现场安装用能监测装置，采集用能信息，使用有线/无线的通信模式传输数据到能效监控管理平台。依据监测数据，参照同行业的能耗标准和先进管理经验，结合对重点能耗设备的现场巡检结果，为用能客户提供用能信息、能耗预警、重点能耗设备体检报告、用能审计报
12、告、专业节能方案、管理改进建议等。管理者可以实时掌握能源流向，改变能源的粗放式管理方式，为节能改造的效果提供对比。平台可提供远程监测、能源审计、能耗统计等服务，为深入挖掘节能潜力奠定基础。2.2.2 空调节能中央空调是办公大楼的耗电大户，正常供暖或供冷季节每年的电费中空调耗电占 40%60%左右，因此，中央空调的节能改造尤为重要。中央空调系统按最大负荷设计，并且留 10%20%的设计余量，而实际上绝大部分时间里空调非满负荷运行，存在较大的冗余，节能潜力巨大。另外冷冻水泵和冷却水泵不能随负载变化调节数量和运行速度，只能靠门和旁通来调节系统的流量与压差，存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现
13、象，从而致使大量电能浪费(冷冻水泵额外负载增多间接造成冷水机组负荷变大)和中央空调最末端达不到合理效果。中央空调节能的解决方案主要有智能变频控制和冷却塔供冷控制。智能中央空调节能控制系统不仅全面控制中央空调冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔风机等环节，而且采用系统集成技术将各个控制子系统在物理、逻辑和功能上互连，实现信息综合和资源共享，在一个计算机平台(模糊控制器)上进行集中控制和统一管理，实现中央空调全系统的综合性能优化和整体协调运行。把中央空调系统相关设备运行状态反馈信号、介质温度、压力、流量信号接入中心监控计算机，中心监控计算机实时监测并计算中央空调各用户端所需能耗，综合调节中央空调冷冻水、
14、冷却水的流量、温度和制冷主机压缩机的运行负荷比例，使制冷或制热主机按最佳能效比运行曲线工作，使用户制冷或制热需求量之和与中央空调供给能量相平衡(见图 3)。其次，空调节能技术手段还有冰蓄冷技术、冷热电三联供技术、热泵技术和太阳能吸附空调等，在合适的条件下均能取得很好的经济效益。2.2.3 绿色照明绿色照明包含高效节能、环保、安全、舒适等 4 项指标。高效节能即以消耗较少的电能获得足够的照明，从而明显减少电厂大气污染物的排放，达到环保的目的。安全、舒适是指光照清晰、柔和及不产生紫外线、眩光等有害光照，不产生光污染。办公楼宇照明能耗约占 20%30%，照明新技术和新产品的不断涌现，使得绿色照明在建
15、筑节能中具备很大的潜力。现在主要的技术手段有以下几种：(1)智能照明控制技术：为照明系统分别安装感应及控制装置，进行动态调光控制。如可以定时开关灯的时序控制器、通过检测环境光强自动开关照明设备的昼光感知器、可以自动检测室内人体温度开关灯的热感开关装置、结合中央监控系统进行楼宇群控式照明的整体控制系统等，通过动态调光控制实现照明装置自动关闭，避免大范围无意义光照造成的能量损耗。(2)采用高效光源：如 LED 灯、荧光灯和无极灯等。(3)采用照明节电器等节电设备：目前主流的照明智能节电系统是以电磁感应的方式优化供电系统的输入电压，采用AC-AC 直接变换技术调整电压，使输给照明负载的电压为灯具设计
16、电压的最佳值，这样可实现既节省用电，又延长灯具的寿命，同时保证照明的标准要求的三重目的。2.2.4 太阳能等清洁能源的利用光伏建筑一体化系统，将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力(见图 4)。根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，可将光伏建筑一体化系统分为两大类：(1)光伏方阵与建筑相结合，这种方式是将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵的载体，起支承作用；(2)光伏方阵与建筑集成，这种方式是光伏组件以一种建筑材料的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分，如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在这 2 种方式中，光伏方阵与建筑相结合比较常见，特别是与建筑屋面的结合。由
17、于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而倍受关注。“十二五”期间，将要创建 2000 家节约型公共机构示范单位。2.2.5 门窗幕墙的保温当前，门窗的能量损失约占建筑能耗的 50%，而其中通过玻璃的能量损失占门窗能耗的 75%6，由此可见建筑玻璃节能改造潜力巨大。建筑节能改造的重点是公共建筑，门窗及幕墙改造是建筑材料节能的关键，而其中的玻璃改造则是节能工作的重要环节。对既有建筑中的玻璃节能改造的办法只有 2 种选择：(1)把原有的玻璃换上节能玻璃(Low-E 中空玻璃)；(2)给原有玻璃贴上建筑用的低辐射隔热安全膜。美国在 20 世纪 80
18、 年代末期，低辐射镀膜玻璃窗已占整个双层玻璃窗市场的 1/4 以上。欧洲每年用量在 5000 万 m2 以上，全世界年用量已超过 1.2 亿 m2。德国政府 1996 年立法规定，所有建筑物都必须采用低辐射镀膜玻璃，日本和美国部分行业协会也采取了一些措施，鼓励应用低辐射镀膜玻璃。建筑物使用普通中空玻璃比单层普通玻璃节能 50%左右，而使用低辐射膜玻璃的中空玻璃窗，则可比单层普通玻璃节能 75%左右。因此，玻璃节能在我国建筑节能市场具有良好的推广前景。建筑是一个各用能子系统相互影响相互牵制的综合系统(如建筑围护结构和空调系统相互影响、照明系统和空调系统相互影响、空调系统与电网互动节电)，建筑节能
19、是一个系统工程，必须统筹兼顾，不能顾此失彼。建筑节能一般采用开源与节流并举的战略，实现太阳能光伏发电系统、空调智能控制技术与建筑智能化系统的无缝连接。楼宇能源管理系统，可实现系统节能和设备的运行控制。而光伏发电系统可与电网信号交互，实现电网对光伏发电系统的控制，并可与电网进行信息交互，实现节能目标和需求响应功能。3 合同能源管理在建筑节能中的典型应用20 世纪 70 年代世界石油危机爆发后，合同能源管理(EnergyManagementContract，以下简称 EMC)作为一种全新的节能机制在市场经济国家逐步发展起来。所谓合同能源管理，是指节能服务公司(EnergyServiceCorpor
20、ation，以下简称 ESCo)通过与客户签订节能服务合同，为客户提供节能改造的相关服务，并从客户节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润的一种商业运作模式(见图 5)。通常情况下，在节能改造之后的合同期内，客户企业原先单纯用于支付能源费用的资金，可同时支付节能改造后的能源费用、节能服务公司的费用，并且能够获得一部分的节能效益。合同期满后，客户享有全部的节能效益7。建筑节能是我国节能战略的重要组成部分，在建筑领域引进合同能源管理模式，既节省能源，又节省开支，还可以减少机关辅助人员，降低管理成本。2011 年 5月 4 日财政部、住房和城乡建设部联合下发的关于进一步推进公共建筑节能工作的通知
21、，明确要求“十二五”期间，两部委从加强新建公共建筑节能管理，推动公共建筑节能改造，推进 EMC、能效交易等节能机制创新等多方面出台一系列措施，力争在推进建筑节能上有所突破。目前，在建筑节能领域，EMC 从业公司主要针对公共和商业建筑，从事空调、供热和照明节能工作。倾向于选择投资回收期短于 23 年的项目和技术，签订的建筑节能合同分享期通常不超过 5 年8。其主要采用的技术包括系统优化、能源阶梯利用、可再生能源利用、资源再利用、高效设备的应用、智能控制等方面。在新建建筑领域中，部分节能服务公司采用 BOO(建设、运营、持有)模式，对区域供冷供热中心或冷热源进行投资和运营，并从收取的供冷供热费用中
22、盈利。建筑节能合同模式一般有如下 5 种类型。3.1 效益分享型效益分享型是节能服务公司与业主通过签订合同的方式确定节能效益的分享比例。节能分享依据为第三方评测机构出具的节能效益评估或实际运行的效益，节能服务公司与用户按比例分享其经济效益。一般节能服务公司在头几年的分成占主要比例，用户占次要比例，若干年后经济效益全部归用户所有。3.2 效益担保型效益担保型的合同能源管理模式是指节能服务公司向业主保证一定的节能量，或者是保证将业主能耗降低或维持在某一水平上，业主按照合同规定向节能公司支付能源服务费用。实际节能量超过保证值的部分，其分配情况要根据合同的具体规定，可按一定比例进行分成，也可用于偿清节
23、能服务公司的投资，也可属业主所有。3.3 设备租赁型设备租赁型顾名思义是采用租赁节能设备的方式进行节能合同能源管理，在一定时期(租赁期)内，设备的所有权属于节能服务公司，业主以设备租赁费用的方式向节能公司支付节能服务费用。合同期后，设备属业主所有，设备维护和运行时间可以根据合同延长到租赁期以后。3.4 改造工程施工模式业主委托专业的节能服务公司做能源审计、节能整体方案设计、节能改造工程施工，按照普通工程的方式进行实施。该模式对于高耗能行业、节能意识强、注重节能技术与节能效益的用户较为适用。该模式中，节能公司不能分享项目节能的巨大效益，因此其收益是最低的。3.5 能源管理服务型对许多业主而言，能
24、源及其管理不是企业核心能力的部分，其对用能的管理投资大、效率低、专业性相对较差。节能服务公司不仅为其提供节能服务业务，而且提供能源管理业务。企业能源管理的外包，将有助于企业全心投入核心业务和提升核心竞争力。4 结语建筑能耗已成为我国一次能源消耗的三大部分之一，随着建筑总量的快速增加和对舒适度要求的提高，而呈急剧上升趋势。目前我国城乡既有建筑超过 400 亿 m2，其中仅有 3 亿多平方米是节能建筑，不到全国既有建筑的 l%。同时，我国北方采暖地区单位建筑面积能耗是发达国家的 3 倍。建筑用能所排放的温室气体超过全国温室气体排放的 25%。由此可见，建筑节能在中国是一个潜力很大的新兴行业，具有广
25、阔的成长空间。近年来，我国政府日益加大对建筑能耗的审查和限制，陆续颁布实施相关标准规范。建筑节能市场潜力巨大，目前已有一些建筑节能服务公司开始运营。有许多国外的电能效率服务和管理行业的节能服务公司也开始把目光转向我国的建筑节能市场。尽早研究和制定规范建筑节能服务市场的政策和法规，是防范建筑节能服务市场混乱、建筑能源利用安全的必要保证。建筑节能是一项全方位、综合性的系统工程，建筑节能技术涉及建筑技术、能源技术、材料技术、仿生技术、智能技术、废物再利用技术等，也涉及政策法规、设计、施工、管理等诸多部门，在策划、实施及取得实效的长时间过程中涉及规划、设计、施工、调试、运行、维修等诸多环节。为提高建筑节能的有效性还需技术含量高的节能产品，如节能型空调、节能型电梯、节能型灯具等，并开发新型能源利用技术，使建筑逐渐实现低能耗、零能耗。虽然目前超低能耗的生态示范楼还处于试验阶段，用于展示和实验各种低能耗、人性化、生态化的建筑形式及先进技术产品，但它代表着我国建筑节能的美好蓝图和发展方向。随着人们对建立资源节约型社会重要性认识的不断深入和节能科学技术的不断进步，建筑节能技术一定能够大幅度降低能耗成本，并在可以预见的未来逐步推广。
