建筑节能技术综述

建筑节能技术综述

建筑能耗主要涉及采暖、通风、空调、照明、炊事、家用电器和热水供应等的能源消耗。在能源危机日趋严重的今天，如何有效降低能耗、提高能源使用效率成为时代主题。以下本文将从专业角度对现有的节能技术进行综述。

建筑物节能??

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??建筑照明的节能5.能量输配系统的节能

4.空气处理系统的节能

.3能建筑冷、热源系统的节.2维护结构的节能

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1.建筑维护结构的节能

维护结构是室内和室外的物理界限，是多种功能的集合体。在建筑物构型中，有很多因素直接影响建筑物采暖空调负荷，包括建筑物得体形系数、朝向、面积、层高、窗墙比、冷风渗透等，因此建筑物保温的综合处理处理措施必须从这些方面综合考虑，以满足室内热环境的基本要求。从有利于节能的角度出发，建筑物维护结构必须尽可能满足《民用建筑热工设计规范》、《民用建筑节能设计标准》、《绿色建筑设计规范》中的相关要求。

1) 建筑体形、朝向

为减小建筑物外表面积，使建筑物在冬季尽可能获得太阳辐射热量，控制筑体量，合理选择建筑物朝向相当重要。建筑物总平面的布置和设计，应利用冬季日光并避开冬季主导风向，利用夏季自然通风。建筑的主朝向宜选择本地区最佳朝向或接近最佳朝向。

在北方严寒或寒冷地区，为了使建筑物在冬季尽可能多的获得太阳辐射热量，需要满足或考虑建筑保温要求的地区建筑应朝向正南（向阳），以取得日照。在夏热冬冷地区，夏季白天要防止太阳辐射，夜间希望建筑有利于通风、散热。从

有利于节能的角度出发，建筑物体形系数应尽可能小，严寒、寒冷地区建筑物的体形系数应控制在0.30或以下。

2)窗墙面积比控制

为了充分利用太阳能辐射热，改进热环境，降低采暖能耗，南向窗墙比应比北向大一些，东西向窗墙比应介于二者之间。《民用建筑热工设计规范》中规定了不同朝向的窗墙比的具体值（见下表1-1）。窗墙比适当增大时，应相应增大维护结构的传热热阻。

表1-1 不同朝向的窗墙面积比（GB50176-93）

3)墙体节能

墙体保温隔热

保温隔热的目的是为了加强外围护结构的基本功能，提高建筑物抵御室外恶劣环境的能力，削弱室内外的热联系，减少外围护结构的冷量耗散。墙体保温隔热分为自保温、外保温、中间保温和内保温。

不同气候地区采取的相应的保温隔热措施。严寒与寒冷地区主要考虑冬季保温的技术要求，解决好热桥（建筑物因抗震或结构的需要，外墙若干位置都必须和混凝土或则金属的梁、柱、板、等连接穿插。这些建筑材料的导热系数大，此部位的热流密度远远大于墙体平均值，造成大量热损失，工程上称为热桥）是其主要问题。夏热冬冷地区维护结构既要保证夏季隔热为主，又要兼顾冬天保温要求。夏季闷热（炎热而风小）地区，隔热能力应大，衰减倍数宜大，延迟时间要足够长。

不同用途的房屋隔热措施应不同。对于白天使用和昼夜使用的建筑有不同的隔热要求。对于间歇性使用空调的建筑，应保证外围护结构一定的热阻，外围护结构内侧宜采用轻质材料，既有利于空调使用房间额节能，也有利于室外温度降低、空调停止使用后房间的散热降温。

加强屋面与西墙的隔热。在维护结构中受室外综合温度作用最大的是屋面，其次是西墙。所以，隔热要求最高的是屋面，其次是西墙。

热桥的处理问题。围护结构的热桥部位应采取保温措施，以保证其内表面温度不低于室内空气露点温度并减少附加传热热损失

外墙的绿化遮阳

面绿化植物能够有效地遮挡阳光的辐射，降低建筑物温度，减少室内空调运行的时间和强度，节约能源。冬季落叶后，不影响墙面的得热量，同时能形成保温效果。江面绿化后，减轻了阳光暴晒硬气的热胀冷缩和风吹雨打，调节墙面极端温度。同时墙面绿化兼有净化空气，减轻污染的功效。

?玻璃幕墙

玻璃幕墙保温性能有两部分决定，一是幕墙玻璃本身的保温性能，二是幕墙玻璃框架的段热性能，同时，两侧幕墙间的空气夹层也起到一定的作用。玻璃幕墙兼有良好的隔热性能与通风性能。

?相变材料在建筑物中的应用

冬季白天利用太阳能蓄热，夜晚释放，提高冬季房间室内温度，减少建筑冬季夜间采暖能耗；利用夜间廉价电，转移电网高峰负荷；对夏季昼夜温差较大的地区，利用夜间通风结合建筑物维护结构蓄冷以调节建筑室温，提高室内舒适度，降低空调能耗，实现节能。

4)屋面保温隔热

实体材料层保温隔热屋面

一般的实体材料层保温隔热屋面，其设计需要兼顾考虑冬季保温和夏季隔热，应尽量选用导热系数小，蓄热性能大的材料，材料排列厚度要求均应符合热工要求。对于倒置式屋面，将保温层设置在防水层上方，由于其传热特性，将更有助于保温节能的实现。

通风屋面

通风屋顶是在屋顶上方设置通风层，利用流动的空气带走热量。由于屋面屋盖由实体结构变为带有封闭或通风的空气间层的结构，提高了屋盖的隔热能力。通风屋顶具有隔热好、散热快的特点。

种植屋面

在夏季冬冷地区，冬夏季种植屋面分别起到保温隔热性能，有效减少了室内的空调负荷，节能性能显著。

蓄水屋面

蓄水屋面利用水分的蒸发吸热大大减少了经屋顶传入室内的热量，相应降低了屋面的内表面温度，隔热效果明显。

5)室内地面的节能

室内地表面的表面材料宜采用蓄热系数小的材料，减少地表温度与室内温度的差值。

2.建筑冷热源系统的节能

建筑冷、热源主要指供暖、空调和生活热水用冷热源。空调能耗一直在建筑能耗中占据主导地位，约占50%~60%，空调中的冷热源设备能耗一般占空调能耗的50%-60%，因此，从建筑节能的角度出发，空调冷热源的能源形式、利用方式和设备的运行调节对建筑能耗有着举足轻重的影响。

目前现有的冷热源形式与设备归纳如下：

(1)活塞式冷水机组；

(2)螺杆式冷水机组；

(3)离心式冷水机组；

(4)蒸汽型溴化锂（双效）吸收式冷水机组；

(5)直燃型溴化锂（双效）吸收式冷(热)水机组；

(6)热泵机组（空气源热泵、水源热泵、地源热泵）；

(7)蓄冰空调；

(8)燃煤(燃油、燃气、电热)锅炉；

(9)城市热网

实现建筑冷、热源角度的节能，首先在冷热远的选择上必须立足于挂家的能源资源状况，国家的能源政策、法规和能源建设方针，相关的设计规范、标准；其次，应从各能源转换热备的种类、工作原理、性能特点及其适用场合出发，通过各冷热源系统的能效评价比较，进而筛选最具有经济性的冷热源系统。

【PS：各种冷、热源系统的能效评价标准：性能系数COP,一次能源利用效

率PER ，火用效率等。

一次能源利用效率：

（1）电动压缩式制冷机或热泵

y w f W Q PER ηηη0

=

0Q ——制冷机的制冷量或热泵的制热量，KW ；

W ——制冷机或热泵的耗功量，KW ；

f η——电厂的发电效率；

w η——电网的输配效率；

y η——压缩机的电机效率；

（2）蒸汽溴化锂吸收式制冷机

y w f rb gd sg g G

W Q Q PER ηηηηηη+=0

式中

0Q ——蒸汽溴化锂吸收式制冷机的制冷量，KW

G Q ——蒸汽溴化锂吸收式制冷机所消耗的热量，KW ；

g η——锅炉效率，

sg η——室内外输配管道的热效率；

gd η——锅炉房内管道的热效率；

rb W ——蒸汽溴化锂吸收式制冷机的溶液泵、冷剂泵、真空泵等的耗电量，

KW.

以上均为冷热源机组本身的一次能源效率，讨论冷热源系统的效率，则需要加上冷却风机、冷却水泵、冷却塔风机的能耗。】

对于空调系统常用冷热源设备的一次能效比见表2-1

表2-1 冷热源设备的一次能效比

注：A：额定公况：冷水机组冷冻水进、出口温度12℃/7℃,热泵冷热水机组夏季环境温度35℃，冷水出水温度7℃，冬季环境温度7℃，冷水出水温度45℃。

B：蒸汽双效溴化锂吸收式冷热水机组的输入热源按0.6MPa蒸汽计算，蒸汽热值为2085kj/kg，单位制冷量的蒸汽耗量按1.31kg/(kw.h)计算。

从一次能源利用效率看，电制冷优于热制冷，且其中电制冷中离心式冷

水机组最节能。因此，只有夏季有余热资源时，热制冷才有优越性。吸收式制冷消耗的是热能，压缩式制冷消耗的是电能，衡量吸收式制冷循环性能好坏的热力系数与衡量压缩式制冷循环性能好坏的制冷系数无可比性，只有将压缩式制冷消耗的电能也转化为相同的一次能源，二者才有可比性。从热力学角度，二者物优劣之分，在实际应用过程中，要取决于能量传递和转化过程中中的不可逆损失。

1)供热技术的节能

根据我国的具体形式，供热技术的节能是我国建筑节能中潜力最大、最主要的途径。目前的供热节能不能单单从数量上节约，更重要的是从能量质量上的匹配，尽量做到物尽其用。新兴的节能技术包括：利用热电冷联产（供）技术，实现能量的梯级利用；采用热泵技术，利用（地热、工厂废热等）低品位能供热；建立智能控制协调机制，降低运行能耗。

2)太阳能技术的应用

太阳能是一种可再生能源，太阳能热水系统、太阳能供暖系统、太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷、太阳能除湿制冷、太阳能蒸汽喷射是制冷等技术的投入使用将是冷热源节能方向上的一个典范。

3)热泵技术的应用

热泵技术是解决建筑领域的能源与环境问题的有效措施之一，也是实现建筑行业可持续发展的有效途径之一。传统的建筑用能中，常以消耗高品位能为代价来供给，这种用能方式存在着极大的不合理性。热泵技术以消耗少量的不可再生能源为代价，从自然环境中的空气、水或土壤中获得低品位热能。这种用能方式符合能量匹配的科学用能原则，有广阔的节能空间。

3.空气处理系统的节能

空调冷热源制取的冷量、热量通过输配系统传递到空气处理系统，最终通过

空气处理系统与被处理空气进行冷热交换。因此，空气处理方式和空气处理系统的节能对建筑节能有根本性的影响，以下将对常用的空气调节系统的节能性进行探讨。

1)组合式空调机组

组合式空调机组在一般建筑物舒适空调系统所耗电量占了整个空调系统的大约在20%-30%。若是洁净室或恒温恒湿用途, 其所耗电量比重更加高,因此对于响应国家的节能减排要求,提高组合式空调机组的节能效果是非常重要的。由于组合式空调机组是一种被动式机组,其冷、热量由相应的制冷和加热设备提供, 并通过机组内的表冷器、加热器热交换后提供合适温、湿度向环境送风,以达到舒适空调或工艺环境要求。在整个空调系统中,各设备间存在相互牵连作用,任何设备出现不协调,将导致整个空调系统处于高能耗、低效率的运行状况。

组合式空调机组的耗能件涉及到风机、表冷器、加热器、过滤器、均流段、箱体冷桥等引起的能量损失。从节能角度出发，在设备选择和装置性能上，要做到合理选择表冷器、加热器、风机、过滤器；同时要避免均流段过长，箱体传热冷桥和漏风现象。这样会节省相当大的能源。具体来讲包括以下几种途径：

?对设回风系统采取可采取调新风比的措施来节能。空调系统设计时不仅要考虑设计工况，而且应考虑全年运行模式。在过渡季，空调系统采用全新风或增大新风比运行，可以有效地改善空调区内空气的品质，大量节省空气处理所消耗的能量，应该大力推广应用。但要实现全新风运行，设计时必须认真考虑新风取风口和新风管所需的截面积，妥善安排好排风出路，并应确保室内合理的正压值。

?利用排风对新风进行预热（或预冷）处理，降低新风负荷。不设置集中新风和排风系统时，可以采用带热回收功能的新风与排风的双向换气装置，这样既能满足对新风量的卫生要求，又能大量减少在新风处理上的能源消耗。这一类换气装置通常是将换热器、新风机和排风机组合在一起的。有的可以直接安装在外墙上，由于风量不大，只适用于不大的单间房间，对建筑立面的设计会带来一定困难，这一类换气装置独立性很强，适用于单独的房间；另一种需要设风管，设计时需要注意取、排风口的位置布置，同时也要注意该装置送排风的机外余压与风道的阻力要求，余压不够时，应采取措施。

?不采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源。高品位的

电能直接用于转换为低品位的热能进行采暖或空调，热效率低，运行费用高，绿色建筑应严格限制“高质低用”的能源转换利用方式。考虑到一些采用太阳能供热的建筑，夜间利用低谷电进行蓄热补充，且蓄热式电锅炉不在日间用电高峰和平段时间启用，这种做法有利于减小昼夜峰谷，平衡能源利用，因此是一种宏观节能。

2)风机盘管加新风系统

风机盘管是集中空调系统的主要末端设备之一，使用量大而广。风机盘管其节能主要体现在对风机的控制之上。目前风机盘管系统风机的控制方式主要有：①风机手动三速调节；②风机自动三速位式控制；③风机自动三速PI 控制。手动控制是最简单的控制方式，这种控制方式完全凭借室内人员对冷热的主观感觉不能真正满足对室内舒适度的要求。位式控制的原理是根据室内实际监测温度与设定温度之差来调节风机的档位。这种控制方式只是根据温差调节，需要在温差和调节频率上寻求一个平衡点，但简单适于批量生产，所以被广泛采用。PI 控制是运用比例和积分控制，通过反馈输入和设定点的偏差产生一个输出信号，整定控制风机运行，能较好地抑制室温的大幅波动，能更节能。

?对于面积较小或者对温湿度有一定需求的房间，均应采用风机盘管加独立新风系统。对于没有安装集中监控系统的中央空调系统，应加以感温自控系统，来调节风量；目前很多房间都采用人工手动控制风机盘管的三速调节方式，应加以改造采用风机自动三速控制；水路若没设置电动阀，房间风机关闭时，对应冷冻水支路还在正常供给，会导致其他房间出现过冷或过热的现象，造成能源的不必要浪费，应加设水路电动阀，这样通过电子方式来调温，节省了一大部分的电能，而且风机电机不是以满速运行，盘管风机电机是根据室内的负荷变化有效地调节风机电机的转速，来调节风量达到调温目的，这样既节省了电能，又大大地减少风机的机械转动部分磨损，增加了电机的使用寿命；同时还消除了各个热交换器进水口阀门之间的影响。还有在改造之后，风机电机采用交流变频调速技术后，实现了零电流、零电压的软启动，消除了电机启动时对电网的冲击，而且还大大地降低电机运行时的噪音。

?空调新风问题是影响空调是否节能的一个方面, 新风量过多会增加其负荷, 进而增加电耗, 处理的新风量过少则会影响空调环境的质量, 因此针对具体的

空调环境做好送风温度和新风比例的调整非常有利于节能。比如, 对于夏季需供冷、冬季需供热的空调房间, 室外新风量愈大, 系统能耗愈大, 在这种情况下, 室外新风应控制到卫生要求的最小值。而在过渡季节,空调室内一般不需供冷或供热, 可全部采用新风。新风系统是由新风处理机组，新风风机，送风管路及其它附件组成。对于各层新风管应设置风量调节装置，根据需要调节风量，节约能源。风量调节阀启闭与风机盘管联动，新风风机进行变频调节，以适应风量变化。

?同时单就风机盘管而言，以直流无刷电动机（DC）驱动的风机盘管由于实现了无级变速，相对于单相异步电动机驱动的风机盘管它有效地实现了节能。

3)多联机空调系统（VRV）

多联机系统是一种直接蒸发式空调系统，以制冷剂为传热媒质，传热的热量几乎是水的10倍，空气的20倍，通过控制压缩机制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量，以适应室内冷、热符合要求。该系统不需要庞大的风管和水管系统，可显著减少输送耗能及冷媒输送中的能量损失。由于空调系统大部分时间处于部分负荷下工作，而多联机系统在负荷率为40%~60%之间工作时，其能效比较大，因此多联机空调系统具有较显著的节能效果。

除上述较为成熟的空调系统外，蒸发冷却空调系统、温湿度独立控制空调系统、毛细管辐射空调系统等新生代空调将代表未来空调系统节能的新方向。

?蒸发冷却空调系统

蒸发冷却技术利用不饱和的空气与水接触及水蒸发吸热的原理获得低温的冷水或冷风。该类空调系统的核心问题是空气喝水的热质交换问题，利用水做制冷剂取代传统的制冷剂，有利于减少全球范围内的错温室气体的排放，减少对大气臭氧层的破坏，并且利用天然的低品位能源改善室内空气品质。

蒸发冷却空调系统在干燥地区替代常规的机械制冷方式，采用间接蒸发冷却来预冷新风以减少机械制冷的容量等都是节能的有效途径。

?温湿度独立控制空调系统

温湿度独立控制空调系统，其主要特征是将新风独立处理到较低的温度（17℃左右），利用冷凝除湿方法让新风承担室内全部的湿负荷和部分显热负荷，其余的负荷有室内的干工况设备（如干式风机盘管）来承担，这样显热系统的冷水温度可以显著提高（18℃左右），水温的提高为天然冷源的利用提供了条件，即使

采用人工制冷，由于制冷温度的提高，也将带来制冷机性能系数的显著提高，减少了能源的浪费。

温湿度独立控制空调系统的除湿降温处理过程的相互独立，可以满足不同房间热湿比不断变化的要求，避免了室内温度过高（低）的现象，由于室内相对湿度可以一直维持在60%以下，较高的室温即可达到舒适性要求，从而降低了运行能耗。

毛细管平面辐射空调系统

毛细管平面辐射空调方式将室内空气品质与热环境分开考虑，由空调新风系统保征室内空气品质。毛细管辐射空调系统维持室内的热环境。其室内辐射平面是利用毛细管现象构成循环系统的塑料细网珊方式。冬季取暖时，循环系统中的热水温度为28~32℃，夏季制冷时，循环系统中的水温为18~20℃。所以可直接或用热泵间接利用各种工业余热、太用能、天然温泉水或其他低温能源，节约煤油气等不可再生资源，实现节能低碳减排降耗的能源要求。

4、能量输配系统的节能

在大型公共建筑采暖空调能耗中，60%~70%的能耗被输送和分配冷量、热量的风机、水泵能耗。对大规模集中供热系统，负责输送热量的各级水泵的能源消耗也在供热系统运行成本中占有很大比例，在公共和民用建筑中空调水系统的能耗约占空调总耗电量的15 %～20%，因此，降低输配系统能源消耗也是建筑节能的一个重要环节。

目前，实现对输配系统的节能有以下途径：

1)改变大流量，小温差的运行方式

目前国内外供热系统，包括一次水系统或二次水系统都普遍采用大流量，下温差运行方式，实际运行的供水温度比设计温度低10~20摄氏度，排水水量增加20~50%。这种状态是循环水泵电耗积聚增加，官网输送能力严重下降，热力站为热交换设备的数量增大。因此，应该在供热系统增加控制手段，解决水利工况失调后，将工会水温差提高到洁净设计温差，以提高供热系统的输送效率，节约能源。

2)提高风机水泵的运行效率

作为流体输配管路中的“源动力”，在目前建筑内而这的运行效率都偏低，

仅为30~50%，距离其最高值相差甚远，通过调节改变风机，水泵工作状况使其与已有管网相匹配，从而在高校工作点工作，将能非常有效的降低输配系统能耗。

3)实现流量的变频调节

目前变水量、变风量技术业已成熟，采用变频风机、变频水泵调节流量的方式已很普及，但很多数采暖空调的输配系统的结构设计基本上是改用传统的基于阀门调节的输配系统，没有充分发挥变频调速的作用。由于50%的水泵能耗和25%~40%的风机能耗都消耗在各种阀门上，彻底改变输配系统的结构，去掉调节阀，用分布的风机、水泵充当调节装置，不用阀门消耗多余的能量，而是用风机、水泵补充不足能量，可以使输配系统能耗比目前降低50%~70%。

4)推广热水管道直埋技术

由于管壁导热系数较小，其直埋敷设热损失较小，有利于实现节能。

5)采用减阻剂降低管道阻力损失

尽可能用水代替空气作为传输媒质，从而以较小的能耗输送更多的冷热量，通过加用减阻剂可使管道阻力降低约20%，从而极大降低输配系统的能耗。

5.建筑照明的节能

建筑照明节能指在通过建筑光环境塑造过程中充分利用天然光，采用节约能源保护环境的照明系统。现有的建筑照明节能技术手段包括：

1)被动式采光

利用在建筑维护结构上开设天窗的方式将自然光引入室内以节约照明能源。

2)主动式天然采光

利用光的反射原理将阳光通过镜面反射、导光管导光、光纤导光或利用卫星反射采光、光伏特性等方式引入到建筑室内，以减少照明用电、节约能能源。