1、我国建筑耗能状况及有效的节能途径清华大学建筑学院建筑学院副院长、中国工程院院士 江亿摘要：本文为清华大学建筑学院建筑学院副院长、中国工程院院士江亿教授，在2005 年 5 月中国北京国际科技产业博览（第八届科博会）中国能源战略高层论坛会上的主题发言，本文简要分析了我国建筑能源消耗状况，从用能特点出发，对建筑物和建筑用能途径进行了新的分类，给出各类的现状，问题和节能潜力。在此基础上列出为实现建筑节能所需要的主要技术与产品研究领域和政策研究与保障机制。文中列出的关键技术研究为：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
2、；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未端调峰技术以及节能灯，节能灯具与控制。与政策与保障机制相关的研究问题为：建筑能耗数据的统计系统；住宅能耗标识方法与保障机制大型公共建筑能耗评估与用能配额制；各种建筑用能装置的能耗标识标准与方法。 关键词：建筑节能 围护结构 采暖空调 节能政策 北京第八届科博会中国能源战略高层论坛会发言人简介：江亿，教授，中国工程院院士；1977 年毕业于清华大学建筑工程系，1981 年获清华大学硕士学位，1985 年获清华大学博士学位，1988 年由教委派往英国作为访问学者进修一年，2001
3、年为中国工程院院士；现任清华大学建筑学院副院长，建筑技术科学系系主任,博士生导师，北京市政府顾问团顾问，全国暖通空调委员会副主任，全国建筑物理委员会委员，建设部智能建筑专家委员会委员,ASHRAE 学会会员，英国 CISB 学报海外编委， 暖通空调 杂志编委，英国通风学报编委；江亿教授是人工环境工程学科的倡导者之一。该学科旨在节省能源保护环境的前提下，为人类创造各种适宜的室内物理环境。围绕此目标，江亿教授系统地参与了该学科基础理论、基础方法的建立和发展，完成了多项核心技术研究并直接主持了上百项人工环境工程项目。一、我国建筑能耗状况和节能潜力我国目前城镇民用建筑（非业建筑）运行耗电为我国总发电量
4、的 2224，北方地区城镇采暖消耗的燃煤为我国非发电用煤量的 1518。 （建筑消耗的能源为全国商品能源的 2124。 ）这些数值都仅为建筑运行所消耗的能源，不包括建筑材料制造用能及建筑施工过程能耗。目前发达国家的建筑能耗一般在总能耗的三分之一左右。随着我国城市化程度的不断提高，第三产业占 GDP 比例的加大以及制造业结构的调整，建筑能耗的比例将继续提高，最终接近发达国家目前的 33的水平。根据近 30 年来能源届的研究和实践，目前普遍认为建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式，是缓解能源紧张、解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一。我国城镇民用建筑能源消耗按其性
5、质可分为如下几类：（a）北方地区采暖能耗，目前城镇民用建筑采暖能耗：平均约为 20 公斤标煤12，城镇民用建筑采暖面积约为 65亿，此项能耗约占民用建筑，总能耗的 5658；（b）除采暖外的住宅能耗（照明、炊事、生活热水、家电、空调） ，折合用电量为 3okwh/a3，目前城镇住宅总面积接近为 100 亿，约占民用建筑总能耗的 1820；（c）除采暖外的一般性非住宅民用建筑能耗（办公室、中小型商店、学校等） ，主要是照明，空调和办公室电器等，用电量在2040kwh/a 之间，约占民用建筑总耗能的 1416；（d）大型公共建筑能耗（高档写字楼、星级酒店、大型购物中心等） ，此部分建筑总面积不足民
6、用建筑面积的 5，但单位面积用电量多达 100300kwh/a4，因此用电量占民用建筑总量的 30以上，此部分建筑能耗占民用建筑总用电量的 1214，是非常值得关注的部分。上述分析之所以把采暖能耗分出是因为此部分能耗以直接燃煤和热电联产之排热为主，而其它部分能耗则以用电为主；之所以把非住宅民用建筑分为一般（c）与大型（d）是因为这两类建筑的单位面积用电量差别巨大。目前我国正处在城市化高速发展的过程中。为适应城镇人口飞速增加的需求和继续改善人民生活水平的需要，在 2020 年前我国每年城镇新建筑的总量将持续保持在 10 亿/年左右，到 2020 年新增城镇民用建筑面积将为 100150 亿，由于
7、人民生活水平提高，采暖需求线不断南移，新建建筑中将有 70 亿以上需要采暖，10 亿左右为大型公建(d类)，按照目前建筑能耗水平，则需要增加 1.4 亿吨标煤/年用于采暖，增加 40004500亿 kwh/a 用电量。这将成为对我国能源供应的巨大压力，在实施建筑节能标准之前建造冬季采暖平均热指标在 3050w/,为北欧相同气候条件下建筑采暖能耗的 23 倍。新建筑通过改进建筑设计、加强围护结构保温和有效利用太阳能，可使建筑采暖需热量降低至目前的二分之一甚至三分之一，采暖标煤耗量可仅为67 公斤/。目前北方城镇建筑近 60采用不同规模的集中供热系统供热。由于调节不当导致部分建筑过热、开窗散热造成
8、的热量浪费平均为供热量的 30以上。部分小型燃煤锅炉效率低下也是造成能耗过高的原因之一。通过更换供热方式，改善管网系统的调节、提供热源效率这三方面的改进，现有建筑的采暖能耗也可以在目前水平上减低 30。这样，对新建建筑全面采用节能措施，对现行的供热系统进行节能改造，可以使到 2020 年实现这些新增采暖建筑后，我国北方地区建筑采暖能耗总量与目前相同，大大缓解届时对能源供应的压力。除采暖外，住宅能耗中的用电量为 1030 度/年，随生活水平的提高目前呈上升趋势；在大城市中也逐渐加大。推广节能灯和节能家电对降低住宅电耗有重要作用；改进建筑设计、降低夏季空调能耗也可以使住宅电耗减少 38 度年。及时
9、开发和推广高效的家用生活热水装置，可避免由于生活热水需要量的不断增长所导致的住宅能耗新的增加。对现有住宅的照明和用电设备实行节能改造，对新建住宅从建筑形式，通风遮阳等方面全方位采取措施，可以使得在增加 100 亿平米住宅后，除采暖外的住宅能耗总量仅在目前基础上增加 50，维持在 2000 亿 kwh/a 内。一般性非住宅民用建筑（c）的能源消耗性质接近住宅。其照明和电器耗电更大，但炊事和生活热水能耗要小。改善建筑设计可降低空调和照明能耗，推广节能灯具及其它用电设备可减少电耗，这二项措施应能使此类建筑能耗降低 3040，在新增的此类建筑中采取有效措施改善自然采光减少空调能耗，推广诸如夜晶显示器这
10、样的节能电器，有可能使新建一般性非住宅建筑的单位面积能耗降为目前水平的一半。这样有可能在新增 60一 70此类建筑后，这一类建筑总能耗的增加不超过 10。值得注意的是大型公共建筑（d） 。此类建筑目前仅占城镇总建筑面积的 56，但其用电力量为 100300 度年，为住宅建筑的用电量的 10 倍以上（不包括采暖） 。在我国大型和特大型城市，这类建筑的总耗电量大当地住宅的总电耗。九五到十五期间我国城市建设的重点是住宅的建设，但目前已逐渐转向此类大型公共建筑，这将导致建筑用电量的急剧增加，因此必须采取有效措，抑制这部分能耗的增加。否则至 2020 年仅新建的大型公用建筑用电量就会达至 2000 亿
11、kwh/a。此类建筑中，空调用电占 5060，照明用电2535，其余为电梯和电器设备。与发达国家相比，我国此类建筑的平均能耗值高于日本水平与美国的平均值大体接近。然而据调查我国同一地区同一性质的此类建筑电耗差别最大可达 50。因此对落后者来说，也有很大的节能潜力。在此方面，我们决不能照搬北美或日本的办法，否则就会带来电力供应的巨大问题。必须探索新的更有效的大型公共建筑节能途径，研究表明，当在建筑、空调、照明等方面采用先进技术，产生创新性突破时，对于新建大型公共建筑也可使电耗降到目前水平的 40以下，而当对空调系统，照明等采取全面的改进措施，现有建筑的电耗也有可能降低 3040。这样，可以在大型
12、公共建筑增加 150后，总的用电量仅在目前的水平上增加 20。综上所述，当没有采取有效的建筑节能措施，基本维持目前建筑能耗水平时，与目前能耗总量相比，到 2020 年我国需要新增采暖用煤 1.4 亿吨年，新增建筑用电40004500 亿 kwh/a。而采取有效的节能措施后，有可能在同样的新增建筑量的条件下，基本不增加采暖煤耗，建筑用电总量仅增加 11001300 亿 kwh/a。所节约的燃煤量约为我国目前煤炭总产量的 10，所节约的电力约为三峡全面建成后年发电总量的 4 倍。因此建筑节能应是解决我国经济和社会发展与能源供应不足这一矛盾的最重要的措施。按照前述分析，我国建筑节能的重点应为：建筑围
13、护结构的节能、建筑采暖系统的节能、提高灯具和其它电器的效率、新建大型公共建筑的节能，既有大型公共建筑的节能改造。上述诸项对实现前述建筑节能的目标的贡献大致分别为：30，30，15，15，10。要实现上述目标需要技术创新，技术推广和政策保障机制三方面工作，本文将以技术创新为重点，同时简单介绍技术推广和相关的政策机制方面需要开展的工作。二、建筑节能可能的技术创新和我国应重点发展的领域1、 优化建筑设计建筑造型及围护结构形式对建筑物性能有决定性影响。直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平等。而这三方间涉及的内容将构成 70以上的建筑采暖通风空调能耗。不同的建筑设计形成会造成
14、能耗的巨大差别。然而建筑物是复杂系统，各方面因素相互影响，很难简单的确定建筑设计的优劣。例如加大外窗面积可改善自然采光，在冬季还可多获得太阳热量，但在冬季的夜间却会增大热量消耗，同时还会使夏季由于太阳进入窗户使空调能耗增加。这就需要利用动态热模拟技术对不同的方案进行详细的模拟预测和比较。科技部中美合作完成的低能耗示范建筑在建筑设计阶段对十余个不同的 方案进行了详细的模拟计算比较，从而使最终选定的建筑方案比原方案节能 30以上。为实现这种模拟优化分析，发达国家从 70 年代第一次能源危机开始，就投入大量经费，开发出多个建筑能耗模拟预测和优化软件，并将其作为推广建筑节能的最有效技术措施。目前在各国
15、的建筑节能设计导则或规范中，都要求设计者必须进行动态模拟预测与优化。美国自 70 年代持续开发的能耗模拟软件 DOE2 是北美应用最广泛的软件5，也对美国建筑节能的推动起到一定的作用。但近 20 多年的应用陆续反映出的问题使 DOE2 很难进一步完善以适应各种新出现的问题。因此自 1997 年开发者已停止对 DOE 的技术支持，美国能源部组织多个部门共同开发新的建筑能耗模拟软件 Energy p1us6，以以全面画替代DOE2。目前此工作仍在进行中。西欧各过通过近 30 年的努力，各国都形成了各自的建筑能耗模拟软件，并将其作为建筑节能设计与节能分析的基本工具，写入相关的建筑节能标准或规范中。如
16、英国的 ESP7，荷兰的 VAII4 等。日本也自 70 年代开始，逐渐完成 HASP 软件的开发，成为日本建筑节能标准的实施工具8。但近年来由于 HASP 软件本身的问题和其开发维护机制的问题，使 HASP 不能跟上日益发展的建筑节能分析的需要，一些研究者开始把目光投向我国的建筑能耗模拟软件 DeST9-10。.2004 年，日本包括名古屋大学、三菱重工、大金等在内的几所名校和企业与清华大学签订协议，使用和推广 DeST 软件，并成立日本 DeST 软件研发中心，根据日本的具体情况对这一软件进行进一步开发和本地化。我国自 80 年代初一直没有间断这方面的研究。目前美国 Energy plus
17、 软件所用的建筑热模拟方法 State Space 法就由清华大学在 1982 年最早提出 11。这一方法也是我国全部自主技术的建筑能耗模拟软件 DeST 的核心算法。DeST 软件历经 15 年的开发推广，目前已发展为完善的建筑节能模拟分析软件系列。目前已完成针对住宅能耗分析与优化设计的DeSTh， ，针对住宅能耗评估的 DeSTe，针对大型公共建筑设计与勘探系统优化分析的DeSTc，以及针对大型公共建筑能耗评估的 DeSTce 四个版本。在上海、广州、北京和日本名古屋都成立了 DeST 中心，并先后完成了一千万平米以上的建筑模拟分析，其中包括国家大剧院、首都机场改扩建、国家主体育馆（鸟巢）
18、 、水立方、深圳会展中心等几十个国家重大项目，对我国建筑节能设计已开始作用12。为了使建筑能耗模拟分析软件真正发挥作用，还必须有全国各地区的供建筑模拟分析用逐时气象数据。长期以来这也是影响建筑模拟分析全面应用的制约因素。国家气象信息中心与清华大学合作，已完成了包括全国270 个城镇和地区的基于地面观测数据的建筑热分析用逐时气象数据，并正式出版发行36。这也解除了长期困扰建筑能耗模拟分析方法全面应用的障碍。目前的问题是如何进一步发展推广 DeST 软件，将其与国家的各个建筑节能规范与标准相结合，以其为工具，推动建筑节能标准的全面落实。并开展基于这一模拟分析工具的建筑节能优化设计方法研究，同时不断
19、完善这一工具，逐渐发展出完善的建筑节能优化方法，在建筑设计和改造中全面推广。2、 新型建筑围护结构材料和部品开发新的建筑围护结构部件，以更好的满足保温、隔热、透光、通风等各种需求，甚至可根据变化了的外界条件随时改变其物理性能，达到维护室内良好的物理环境同时降低能源消耗的目的。这是实现建筑节能的基础技术和必须产品，主要涉及的产品有：外墙保温和隔热、屋顶保温与隔热、热物理性能优异的外窗和坡璃幕墙、智能外遮阳装置、以及基于相变材料的蓄热型围护结构和基于高分子吸湿材料的调湿型内饰面材料。自九十年代起，我国自主研发和从国外引进消化了多种外墙和屋面保温隔热技术。尤其是多种外墙外保温技术、外墙外挂可通风装饰
20、板的隔热保温技术、以及通风遮阳型屋面技术等，都获得巨大成功。采用外墙外保温技术，很好的解决了墙角和结构搭接点的冷桥问题可以获得非常好的保温效果。其需要进一步解决的问题是提高质量延长寿命，降低造价以及怎样同时满足建筑防火要求。外墙外铺轻钢龙骨，其上外挂装饰板，装饰板与外墙主体间形成通风通道，可以在夏季通过自然通风排除太阳辐射热量，大幅度改善室内热环境。冬季阻断此通风通道，又可以使其成为保温空气夹层，同时充分吸收照在外墙表面的太阳辐射热。这是通过调节时围护结构性能能够满足冬夏的不同需求一个很好的案例13。屋顶遮阳，隔热和通风散热的一些技术也是这种思路的体现14。此方面的工作在就是如问提高质量，降低
21、成本以及更大广泛的推广。随着建筑形式的现代化，外窗和玻璃幕墙等透光型外围护结构在外表面的比例越来越高。由于其在保温、隔热、采光和吸收太阳光等方向的多重功能，使其成为影响建筑本体能源消耗的最主要因素。发达国家自九十年代开始十分重视外窗与玻璃幕墙的节能型新技术新产品的开发与推广。可有效降低长波辐射增强保温的低辐射镀膜玻璃（Low-e）与玻璃夹层充惰性气体的隔热技术以及断热窗框断热式坡璃幕墙等技术使外窗和玻璃幕墙的传热系数（U 值）从传统的单玻外窗的 5.4WK 降低到 1.5 WK 以下，从而使透光型外围护结构的热损失接近非透光型外围护结构，但却具有良好的自然采光性能和景观效果15。发达国家把推广
22、此类产品作为推广建筑节能的重要内容。十年来在各类建筑中获得广泛应用。一些国家已将其列入建筑节能标准中，强制执行。为减少夏季透过外窗和玻璃幕墙的太阳辐射，而在冬季又适当地接收太阳辐射使其成为建筑采暖热源，采用可调节外遮阳装置和玻璃夹层中间设置可调节遮阳装置并进行玻璃夹层间的有组织的通风。这样在冬季可使足够的阳光通过窗户和玻璃幕墙进入到室内，减少采暖用能，甚至实现“零能采暖” ，而夏季则通过这样大幅度减少直接进入室内的太阳辐射，通过夹层的通风有效排除被置于夹层中的这样板吸收的太阳辐射，从而大大减少空调制冷负荷。这种可调调节装置还可根据室内的采光要求进行调节，避免空内眩光，保证室内足够的天然采光。采
23、用这些新技术下手段，可以变大型玻璃幕墙这种冬冷夏热的高耗能围护结构形式变为能耗低于通常的保温外墙，又具有良好的采光与景观效果的现代节能建筑形式16。值得注意的是目前大量的大型公共建筑在建筑形式上学习西方大型玻璃幕墙的形式，但又都由于投资问题，空间占用问题把低辐射，遮阳，通风措施取消，这就变为高能耗建筑，单位外表面面积的能耗会成为常规外墙的 34 倍。这一事实迫使我们必须加紧此方面研究与技术椎广，推出国产的低成本高性能外窗与玻璃幕墙产品，以从积极的角度减少或避免这种建筑外表面的高能耗做法。遮阳装置的任务既然是阻止阳光进入，那么就可以在其上进一步发展利用这些阳光的技术。发达国家开始尝试在外遮阳板或
24、外层玻璃表面置太阳能电池，将其遮挡住的太阳能转换为电能17。目前的太阳能电池的成本偏高，还难以在其寿命期收回成本。随进一步的技术突破，在十年内这种太阳能电池应具有市场竞争力。此外就是利用建筑围护结构蓄存热量，夏季夜间室外空气通过楼板空洞通风使楼板冷却，白天用冷却厂的楼板吸收室内热量，在冬季则设法利用围护结构吸收和蓄存白天进入室内的太阳辐射热避兔室温过高，在夜间释放这些热量，以减少室温的下降。在围护护结构内配置适宜的相变材料，则可以产生更好的蓄能效果。通过上述各项技术的有机结合，在某些地区（非潮湿地区）可以建造出所谓“零能耗”建筑，不消耗常规能源就可以维持室内的舒适环境，并通过太阳能解决夜间照明
25、。开发和推广上述先进技术，可使我国各类建筑的采暖能耗降低到冬季平均 10W的水平，仅为目前采暖能耗的三分之一，空调能耗也可以显著下降。因此我国建筑材料与部品的节能应从以外墙为重点迅速转向以提高外窗和玻璃幕墙的性能为重点。秦皇岛耀华玻璃厂 2003 年底与美国合作，完成了国内第一条、世界第七条玻璃在线镀膜生产线，并制造出多种高性能 1owe 玻璃产品（具有自主知识产权） ，为我国高性能透光型外围护结构的开发迈出关键性一步。北京新立基公司采用自主技术的真空夹层玻璃生产线也在 2004 年投产，其真空玻璃的传热系数达到 1.0w/ K，成为世界领先水平。秦皇岛耀华玻璃 2004 年研制成功的玻璃钢窗
26、框外窗，与 low-e 玻璃配合，整体传热系数达到 1.5wK，也达到世界前列。但总体说来，我国目前市场上可见到的各种外遮阳技术、玻璃夹层通风与遮阳的双层皮技术、以及集自然通风、遮阳、隔热、太阳能发电于一体的零能耗外窗技术与产品，距国外技术与产品还有一定的差距。夏季空调的大量能耗用于室内的温度调节，而上述各项技术对温度控制并无明显作用。采用一些吸湿性高分子材料，可以在空气湿度高的时候吸收空气中的水分，使其转换为结晶水而封存在材料中，在室内空气相对湿度较低时又重新把水分释放回空气中这样可维持室内相对湿度于 4075的舒适范围内，而不消耗常规能源。目前日本、欧洲都开展了相关研究，国内的研究开发也接
27、近同等水平18。这方面的突破将对改善住宅和一般性非住宅民用建筑的夏季室内环境，降低空调能耗甚至在某些场合取消传统空调，起重大作用。此方向研究对降低各类民用建筑能耗均有显著作用。尤其对降低采暖能耗和减少住宅（b）与一般性非住宅民用建筑(c)能耗起重要作用。3、 通风装置与排风热回收装置随着外窗的气密性不断提高，关闭外窗后所能产生的室内外换气量已不能满足室内空气质量的要求。因此北方地区居民就不再像几十年前那样，在冬季糊窗缝，而是每天都要开窗换气。据调查，70以上居住在新建住宅中的北京居民冬季每天都要开窗通风。然而目前大多数外窗都无法控制开窗通风量，开启一扇窗所导致的通风换气量远大于维持室内空气质量
28、所要求的换气量。这就造成冬季采暖的热损失。对于采取了保温措施的新建住宅和新建一般性非住宅建筑，由于建筑围护结构保温好，开窗后的热量消耗是不开窗时的23 倍，成为冬季采暖主要的热负荷部分，按照室内卫生要求，在采暖时适量换气，而不是无控制的开窗，可以在保证室内空气质量的前提下，使这种保温好的新建建筑采暖能耗减少一半以上。在欧洲就非常重视室内的受控通风。可在窗台下设专门的可调式通风窗，可采用上翻式外窗调节通风量，还可以在外窗上专门开设用于通风的小窗。研究和开发这种产品，并在建筑设计规范中强制要求设置这种通风手段，可显著减少过量通风换气导致的能耗。即使是适量通风，室内外通风形成的热量或冷量（夏季空调时
29、）损失，对保温较好的建筑，也成为建筑采暖空调能耗的主要部分。对于一面外墙宽 4 米的一间 20房间，如果外墙外窗平均传热系数为 IwK,则室内一次换气导致的热损失为外围护结构热损失的1.6 倍。实际上的新建节能住宅与新建节能型一般性非住宅建筑，一次换气时的热损失往往可达到外围护结构热损失的两倍以上。此时，通过专门装置有组织的进行通风换气，同时在需要的时候有效的回收排风中的热量或冷量，对降低这类建筑的能耗就具有重要意义。显热热回收装置回收效率达到 70时，就可以使采暖能耗降低 4050。由于以前我国建筑本身的保温隔热性能较差，通风问题的重要性就远没有欧洲突出。因此于欧洲相比在通风控制与排风热回收
30、方面有很大差距。目前随着外围护结构保温性能的不断改进，通风能耗高的问题就越来越显现。因此需要积极开展相关的研究，建筑设计规范与产品标准制定，以及产品的开发与推广。就排风热回收而言，国内目前已研制成功蜂窝状铝膜式，热管式等显热回收器。以及可同时解决夏季全热回收的纸质和高分子膜式透湿型全热回收器。怎样进一步提高这些产品的性能和质量，并且使其易于与住宅建筑与一般的办公室建筑结合，便于安装使用，是今后需大力开展的工作。4、 热泵技术通过热泵技术从低温热源中取热，提升其温度后，为建筑物提供热量，解决采暖和生活热水的热量供应，是直接燃烧一次能源而获取热量的主要替代方式。随着夏季空调的广泛使用，我国用电高峰
31、已逐渐从冬季转到夏季，从而使冬季电力供应能力过剩。需要增加冬季用电负荷，减少冬夏电负荷差，这是近年来各地推行电采暖的实质原因。直接电热相当于燃煤供热效率为 30，无论如何不应该推广。采用热泵技术，只要其电热转换效率大于 3，就应是最节省一次能源的产热方式。因此当推广冬季用电采暖时，应该着重推广热泵方式。由于热泵在夏天又可用作空调制冷，随着空调的大范围应用，就使得采用热泵并不比直接燃烧燃料方式增加一次投资。热泵方式的主要问题是从哪种低温中取热，怎样使低温热源能源提供足够的热量，同时热泵油能高效提取。依低温热源不同，主要有如下形式：热泵型家庭热水机组。从室外或室内空气中提取热量制备生活热水，可使电
32、到热的转换效率达 34。日本推出采用二氧化碳为工质的热泵型热水机，并开始大范围推广19。当没有余热、废热可利用，并可承担较高的除投资时，这种方式应是提供家庭生活热水的最佳方式。我国应尽快开展这方面的产品开发。空气源热泵。冬季从室外空气中提取热量，为建筑供热，应是住宅和其它小规模民用建筑供热的最佳方式。在我国华北大部分地区这种方式冬季平均电热转换率有可能达到3 以上。目前的技术难点是外温在摄氏零度左右时蒸发器的结霜处理和为适应外温在摄氏5 度至零下 10 度范围内的变化，需要压缩机在很大的压缩比范围内都具有良好的性能的要求，国内外近十年来的大量研究攻关都集中在这两个难点上。前者通过优化的化霜循环
33、、智能化霜控制、智能化探测结霜厚度传感器，特殊的空气换热器形式设计以及不结霜表面材料的研制等正在陆续得到解决。后者则通过改变热泵循环方式，如中间补气、压机串联和并联转换等来尝试解决。然而对后者革命性的突破可能有待新的压缩机形式的出现。但这一定会在今后 10 一 20 年内发生。目前我国此领域的技术水平与研究现状与国外接近。值得注意的另一技术方向是采用大型离心压缩机配盐水冷却塔的热泵灯式。通过同时调整压缩机转速和压缩机入口导向叶片，可以使这种离心机在较大的压缩比范围内都具有较高的效率，而采用盐水冷却塔则避免了蒸发器结霜。目前日本正在研发的样机的全冬季平均电热转换率已接近 4。这将成为大型建筑或区
34、域供热供冷的最佳冷热源方案。地下水水源热泵。即从地下抽水经过热泵提取其热量后再把水回灌到地下。这种方式用于建筑供热，其电热转换率可达到 3 一 4。这种技术在国内外都已广泛推广，但取水和回灌都受到地下水文地质条件的限制，并非处处适用。研究更有效的取水和回灌方式可能会使此技术的可应用范围进一步扩大。增大水侧供回水温差，把目前普遍使用的 5K 温差增加到 10K 到 12K，可使需要的地下水循环量减少一半以上，从而可加大这种方式的使用范围，要在热泵蒸发器水侧出现这样的大温差而又不降低热泵效率，需要采用串级的双蒸发温度等方式，或寻找新的混合制冷工质。污水水源热泵。直接从城市污水中提取热量，是污水综合
35、利用的组成部分。据测算城市污水全部充当热源可解决城市近 20建筑的采暖。目前的方式是从处理后的中水中提取热量，这就大大限制了其应用范围，并且不能充分利用污水中的热能。哈尔滨工业大学最近研制成功污水换热器20，可直接大规模从污水中提取热量，并在哈尔滨实现了高效的污水热泵供热。这应是污水热源利用的很好开端，如果进一步完善和大规模推推广，应能成为我国北方大型城市建筑采暖的主要构成方式之一。地埋管式土壤源热泵。通过在地下垂直地或水平地埋入塑料管，通入循环工质，成为循环工质与土壤间的换热器。在冬季通过这一换热器从地下取热，成为热泵的热源；在夏季从地下取冷，使其成为热泵的冷源。这就实现了冬存夏用，或夏存冬
36、用。在华北，东北地区，由于住宅和一般性非住宅建筑的冬季用热量远大于夏季用冷量，这种方式使地下平衡温度低于当地年均温，这就使得夏季换热器出口温度可低于摄氏 15 度，从而成为可直接吸取夏季显热负荷的冷源，而不需通过热泵制冷。只要另外有有效的除湿方式，就可高效地解决夏季空调问题。目前这种方式的问题是初投资较高，并且由于需要大量从地下取热，储热，仅适宜低密度建筑。与建筑基础有机结合，从而进一步降低初投资；提高传热管与上壤间的传热能力，以减少工质与土壤间温差，提高热泵效率；这两点是地下埋管式热泵要解决的主要问题。此方面的突破将使其有可能成为今后为低密度建筑提供采暖空调冷热源的主要方式。如前分化，采暖用
37、能占我国建筑能耗的 50以上，而热泵技术提供采暖热源比燃料直接燃烧要节能 20以上，同时对使用地来说，又是最清洁的采暖热源。通过热泵技术如能解决四分之一城镇建筑的采暖，将大大缓解目前采暖与能源消耗。采暖与环境保护间的矛盾，电力负荷冬季与夏季的矛盾，实现高效的电驱动采暖。5、 降低输配系统能源消耗的技术与住宅和一般性非住宅建筑不同，大型公共建筑采暖空调电力消耗中，6070由输送和分配冷量热量的风机水泵所消耗。这是导致此类建筑能源消耗过高的主要原因之一。对大规模集中供热系统负责输配热量的各级水泵的能源消耗也在供热系统运行成本中占很大比例。目前建筑系统中风机水泵的电力消耗（包括集中供热系统水泵电耗）
38、占我国城镇建筑运行电耗的 10以上，而这部分电耗有可能降低 6070，因此也应是建筑节能的重点，尤其是大型公共建筑节能的主要途径。目前承担输配任务的风机水泵能耗过高的主要原因是：（1） 绝大多数风机水泵的实测运行效率仅为 3050，而这些风机水泵的最高效率点效率都能达到 7085。原因是设计和设备选择时无准确的设计与选择方法，使风机水泵性能与管网不匹配。（2） 为了实现热量冷量的分配，依赖于大量的风阀水阀来实现调节。这些风阀水阀造成的压降一般都占风机水泵总杨程的一半以上。这就表明 50以上的风机水泵电耗消耗在风阀水阀上，而不是用来克服管道阻力。（3） 大多数工况下建筑内输送热量冷量的循环水泵的
39、供回水温差小于设计的 5K温差，有时甚至仅 12K。如果实行变水量，使温差在 4K 以上，可使循环水量减少一半，水泵电耗至少可减少一半。对己有建筑中的系统，主要是提高风机水泵效率和变流量运行。仅靠使用变频器并不能解决效率过低的问题。需要研究现场检测，再根据监测结果改造或更换风机水泵的方法，如果能够通过加装专门的入口导向叶片，通过调整入口导向叶片来改变这些离心机的高效工作点，则将是创新性突破，产生巨大的节能效果，通过这种改变工作点的方法使效率提高，增加变频器以高效地变流量再配合有效的控制调节算法，可使现有系统中输配能耗降低 50以上。对于新建建筑的能量输配系统，则应从系统形式的彻底改革上大幅度降
40、低输配系统能耗。用水作媒介输送热量冷量所消耗的能量一般仅为用空气作媒介的 1/10，因此尽可能用水作媒介，避免用空气仅为输送冷热量而循环，这就要求重新审核各种空调系统形式。传统的方式是依靠集中的风机水泵按照最大要求提供扬程，各末端再由阀门消耗其多余部分，这就使得一半以上的风机水泵电耗消耗在阀门上。目前变频器的质量已很可靠，且成本足够低，如果采用分布式风机水泵系统，基于变频风机、变频水泵对流量进行调节的方式，不装调节阀门，在末端靠风机水泵补充不足的扬程，而不是靠阀门消耗多余的扬程，就可以完全节省下阀门调节的能耗21。这样做需要研究开发高效的低扬程，恒流量特性而不是恒压力特性的泵，以及把变频器，电
41、机，和控制器与水泵本体集成到一起的变频调节泵。当然还需要在输配系统结构形式上有重大改革与创新。此方面的突破可使输配系统的能耗从目前水平上降低 6575。对于集中供热系统也可采用这种方式减少阀门能耗，改善调节效果。这种方式还可降低集中供热系统管道的压力，减少各处管道压力的差别，从而降低管网造价，提高管网寿命22。对于以水为媒介的输配系统，还可进一步通过在水中添加减阻剂来降低阻力和添加相变材料提高其携带热量能力来降低能耗。国内外的研究都表明采用某些减阻剂可使管道阻力降低到 20，这将极大地降低输配系统能耗23。但需进一步研究解决如何提高这种方式的稳定性，消除其对传热过程的不利影响，并降低其造价，避免减阻剂本身可能造成的环境污染等技术问题。将相变温度在系统工作范围内的相变材料微粒掺混于水中，制成所谓“功能型热流体” ，可以通过相变吸收和释放热量，从而可在小温差下输送大量热量。这就可以大大减少循环水量，从而使输送能耗降低到原来的 2535。目前我国多所高校正在开展减阻剂的研究，并初见成效；清华大学已研制成基于相变材料的功能型热流体24，大量的传热和阻力特性试验表明其具有良好的动力特性和传热特性。但最终在工程中全面推广还要解决稳定性问题，成本问题等许多难点。
