建筑节能关键技术的回顾和展望我国建筑节能技术发展回顾.docx

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建筑节能关键技术的回顾和展望我国建筑节能技术发展回顾

建筑节能关键技术回顾和展望——我国建筑节能技术发展回顾

综述Survey

建筑节能关键技术回顾和展望

我国建筑节能技术发展回顾

康艳兵

（能源研究所,北京100038）

摘要:

建筑能耗将是我国未来能源消费的主要增长点,建筑节能技术的研究应用将对我国未

来的能源消费产生深远的影响.为此,本文对当前国内外的建筑节能关键技术进行了比较系统的

总结,并从建筑物本体,建筑设备和建筑环境控制系统三个角度重点回顾了我国的建筑节能技术

的发展现状,分析了取得的成果的同时研究了各种关键技术的发展障碍.在此基础上,展望了我国

未来建筑节能的重点发展领域,并指出了未来应该重点支持的建筑节能关键技术的发展方向.

关键词:

建筑节能;关键技术;回顾和展望

中图分类号:

TU11文献标识码:

A文章编号:

1003—2355（2003）11-0018—08

Abstract:

BuildingenergyconsumptionwillbethemaingrowthpointofChina'Sfutureenergyconsumption.

BuildingenergyefficiencytechnologieswillgreatlyinfluenceChina'Sfutureenergydevelopment.Thispaperhas

summarizedthekeytechnologiesofbuildingenergyefficiencyinChinaandforeigncountries.Fromtheviewpoints

ofbuildingitself,buildingserviceequipmentandbuildingenvironmentcontrol,itreviewsthecurrentstatusofthe

buildingenergyefficiencytechnologiesdevelopmentinChina,andanalyzesthebarriersofthekeytechnologies

development.Basedonthehistoricreviews,itprospectsthekeydevelopingfieldsofChina'Sfuturebuildingenergy

saving,andproposesthedevelopingdirectionofthekeytechnologiesofbuildingenergyefficiencythatshouldbe

givencrucialsupports.

Keywords:

buildingenergyefficiency;keytechnologies;reviewandprospect

按照国际惯例,建筑能耗是

指建筑使用过程中的能耗,包括

采暖,空调,热水供应,炊事热水,

家用电器等方面的能耗.其中,以

建筑采暖和空调能耗为主,占建

筑总能耗的50～70%.建筑节能

技术一般可分为三大类,即建筑

物本体（如围护结构）节能技术,

建筑系统和设备（包括家电等）节

能技术和建筑环境控制系统（供

热系统,空调系统以及热水供应

系统等）节能技术.以中央空调系

统为例,空调终端能耗取决于空

调负荷和空调系统效率.而空调

负荷由建筑围护结构,新风和室

内人员,灯光,设备的得热引起

（一般情况下,约各占1/3）;空调

系统效率则取决于冷源（制冷机

效率）,输配系统（风机,水泵,风

网,水网）,末端装置（空调箱,风

机盘管的传热及除湿性能）的整

体综合性能.

1建筑物本体节能技术发

展回顾

1.1围护结构新型节能材

料发展状况

1.1.1节能墙体

收稿日期:

2003.08.25

作者简介:

康艳兵（1971.）,男,汉族,中共党员,河北省武强县人,毕业于清华大学热能工程系暖通空调专业（现在的建筑技术科学系）,博士.

2001年6月到国家发改委能源研究所工作,主要从事建筑节能,能源效率,能源系统分析和能源政策等领域的研究工作;目前,已有25篇文章

被国内外刊物和会议论文集收录.

18中田鼢第25卷第11期2003年11月V01.25No.11Nov.2oo3

Survey综述

墙体是建筑围护结构的主

体.我国长期以实心粘土砖为主

要墙体材料,这对能源和土地资

源都是严重的浪费."九五"期间,

引进并建成了一批具有当代国际

先进水平的新型墙体材料生产

线,包括利废空心砖生产线,小型

混凝土空心砌块生产线,轻型板

材生产线等.新型墙体材料在产

品质量,档次,功能等方面也有了

很大提高.我国生产,开发,引进

了很多新型高效保温绝热材料,

如岩棉,玻璃棉,聚苯乙烯塑料,

聚胺酯泡沫塑料及聚乙烯塑料.

研究了各类保温隔热材料的热工

性能及其保温隔热效果.在节能

的前提下,复合墙体将会成为当

代墙体的主流.为防止"热桥"效

应,对原有建筑改造主要采用外

保温方法,我国在这方面已取得

一

些有价值的研究成果.通常做

法是将聚苯板粘贴,钉挂在外墙

表面.覆以平行网布后用聚合物

水泥砂浆罩面;或将岩棉粘贴,并

钉挂在外墙外表面后,覆以钢丝

网再作聚合物罩面;也可以将玻

璃钉挂在外墙再覆以外挂板.目

前存在的问题是表面有裂缝,空

鼓和脱落的现象.

"九五"是新型墙体材料的快

速发展时期.2000年,新型墙体

材料产量达2100亿块（标准砖）,

占墙体材料总量的28%,比1995

年提高l2个百分点.实心粘土砖

由1995年的6300亿块减少到

2000年的540o亿块.累计节约

土地近40万亩,节能6000万

tee,利用废渣2亿t,实现新型墙

材建筑面积2亿m,节能建筑面

积7470万m.

1.1.2节能门窗

由于玻璃窗的传热能力比砖

墙大得多,所以充分利用保温隔

热性能好的玻璃窗能有效的降低

建筑物的冷/热负荷.

改善门窗绝热性能的首要措

施是增加窗玻璃层数,在内外层

玻璃之间形成密（封）闭空气层.

双层窗的传热系数比单层窗降低

一

半,三层窗的传热系数比双层

窗又降低1/3.窗上加贴透明聚

酯膜,也颇有效.随着高强度钢塑

窗和绝热性能好的塑料窗等新型

窗子的推出,原有钢窗将完全被

取代.加设门窗密封条是提高门

窗气密性的重要手段.密封条因

弹性良好,经久耐用,得到广泛应

用.

对于大面积使用玻璃窗甚至

整面外墙全是玻璃做成的玻璃幕

墙的商业建筑来说,利用保温隔

热性能好的玻璃窗就显得尤为重

要.随着技术发展,低辐射玻璃

（1ow—E玻璃）正在逐渐得到推广

应用.它是利用真空沉积技术在

玻璃表面沉积一层低辐射涂层,

一

般由若干金属或金属氧化物薄

层和衬底层组成.普通玻璃的红

外发射率约为0.8左右,low—E玻

璃红外发射率最低可达到0.04,

对红外光谱有很强的反射作用.

调整制造工艺可制造出各种不同

光学性能的产品,如对太阳光有

不同透过率的高透过率low—E玻

璃（冬季利用太阳辐射）,低透过

率low—E玻璃等（夏季减少太阳

辐射）.这种low—E玻璃除了可以

有效处理穿透玻璃的太阳辐射射

能量之外,还可以有效阻挡室内空

气与室外空气的热传导.例如

low—E层在室内侧的玻璃窗的传热

系数比普通玻璃窗低40%左右.

1.1.3节能屋面

国内常用的几种节能屋面

是:

高效保温材料保温屋面,架空

型保温屋面,浮石沙保温屋面和

倒置型保温屋面.平屋顶多采用

加气混凝土保温,厚度增加到

50～100mm.有的用水泥聚苯板,

水泥珍珠岩或浮石砂保温.有的

则在架空混凝土薄板下设袋装膨

胀珍珠岩,保温效果更好.坡顶屋

面为便于设置保温层,可以在坡

顶内铺钉玻璃棉毡或岩棉毡,也

可以在天棚上铺设上述绝热材

料.

1.2建筑物中相变材料蓄

能技术

因为相变材料具有贮能密度

高,相交温度接近于一恒定温度

等优点,从而可提供足够的蓄

热/冷容量,同时能够大幅度提

高自然冷/热源（例如,夏季,当

室外空气温度低于相交温度时即

可视为可利用的自然冷源）的可

利用潜力,并且使系统容易控制,

从而有效解决能量供给与需求时

间上的不匹配问题.这些优势有

助于弥补冬季利用太阳能和夏季

利用夜间通风等传统"被动式"节

能方法中存在的蓄热容量小,传

热温差小,受自然条件的制约大,

可调节能力差等不足.所以,相交

贮能技术在建筑节能中具有非常

广泛的应用前景.

我国已经展开对这方面技术

的研究.清华大学研究提出的夜

间通风相变贮能吊顶系统,利用

相变材料的同时采用了堆积床换

热器形式,从而大幅度提高了系

统的传热面积和传热能力,实测

的系统降温效果非常显着,比其

它房间降低了3～5oc,夏季房间

温度大部分时间保持在29℃以

下.同时,研究结果表明,该系统

在乌鲁木齐,西安,呼和浩特,太

V_01.25N0.1lN0v.2003第25卷第11期2003年11月中回镌19

综述Survey

原,兰州等昼夜温差较大的地域

有良好的降温效果,从而可以减

小空调负荷,甚至取代传统空

调.

1.3超低能耗建筑和绿色

建筑

绿色建筑已经成为一个世界

性的课题,包括了建筑选址,水系

统,节能等5个大方面的内容.国

外从80年代就已开始研究,90

年代后,绿色建筑的概念引入我

国,并与"天人合一"的中华传统

文化结合,得以进一步发展.但

是,我国与欧美先进国家相比尚

有较大差距,还没有规范的绿色

建筑,尚处于对超低能耗建筑的

研究和少量示范的阶段.目前,上

海,深圳等地已积极开展立项,建

立超低能耗建筑.例如,上海已通

过市建委立项,要建一栋1000m

左右的超低能耗建筑办公楼和一

栋600m左右的超低能耗建筑住

宅.科技部与美国DOE合作,目

前已开始建一座低能耗办公建

筑,但由于建筑规模较大,许多内

容又要照顾使用方的意见,因此.

许多有效的生态与节能措施不能

在此项目中实施.目前,清华大学

也正在筹建一座配合2008年北

京奥运会的低能耗示范性办公建

筑.并且,北京市锋尚集团也已经

开发建造了低能耗建筑.

总体来看,超低能耗建筑和

绿色建筑在我国尚处于超前性的

概念阶段.但是,如何根据中国的

特点,将国外的有关低能耗建筑

的先进理念和先进技术有效地引

入我国,使其能够在我国大规模

得到应用,同时为我国进一步出

台更加严格的建筑节能标准和节

能政策提供理论依据,对实现我

国建筑节能工作的"跨越式"的可

20q,ti鼢绣

持续发展,并有效解决由于建筑

能耗带来的能源浪费和环境污染

问题有着非常重要而深远的意

义.

2建筑设备节能技术发展

回顾

本文的建筑设备既包括了采

暖,空调,通风设备及系统,又包

括了照明,家电,热水器,办公设

备等.

2.1采暖,空调,通风系统

2.1.1制冷空调设备

改革开放20年来,我国的制

冷空调行业发展迅速.目前,我国

已成为世界上仅次于美国,日本

的世界第三大制冷空调设备生产

国,市场潜力巨大.

制冷空调产品按使用动力不

同,可分为电制冷和吸收式制

冷.制冷压缩机又可分为活塞式,

离心式,回转式以及80年代发展

起来的涡旋式等.吸收式又可分

为单效,双效及开发中的三效吸

收式制冷机.由于80年代以来我

国电力供应紧张,所以吸收式制

冷机90年代得到空前的发展,溴

化锂吸收式制冷机是我国唯一具

有自主知识产权的中央空调产

品,在大型空调设备中占有重要

的地位.1997年国内销售量约为

3000台,世界上第二,仅次于日

本.中国大中型制冷机主要是离

心机和螺杆

机,1997年二

者的销售量分

别为1000台

和2500台左

右.活塞式冷

（热）水机组,

螺杆式冷（热）

水机组和离心

式冷水机组主

要以国外技术引进为主,辅以部

分自我开发.在大型制冷机变容

量控制技术的发展方面,我国与

国外的技术差距明显.

2.1.2热电冷联供技术

在热电联产基础上增加制冷

设备,形成热电冷联产系统.制冷

设备主要是吸收式制冷机,其制

冷所用热量由热电联产系统供热

量提供.有的系统同时增设压缩

式制冷机,直接由供热汽轮机驱

动或汽轮发电机组发电驱动.为

平衡负荷或优化运行,一些系统

还设置了蓄热/冷装置.因此,由

上述各种热电联产装置与制冷机

及其他部件（如热网,蓄冷器等）

的组合,可形成多种热电冷联产

系统形式.

由于热电冷联供技术采用清

洁高效的天然气机组,是国家非

常支持的一种技术.所以,虽然热

电冷联产形式在我国刚刚起步,

但发展迅速.全国多个城市拥有

在燃煤热电厂基础上建立的热电

冷联产系统,如济南热电冷联产

系统的供冷总容量近几年已从无

发展到49.6MW,杭州两个正在

建设的热电冷联产系统供冷总容

量将超过120MW.在燃气轮机基

础上建立的燃气热电冷联产系统

也已出现,如上海黄浦区中心医

院热电冷联产系统,环球金融中

表1不同制冷方式性能比较

制冷方式coP

电制冷

以天然气为燃料的直燃机

以天然气为燃料的蒸汽吸收机

以煤为燃料的蒸汽吸收机

房问空词器

蓄冷空词

水源热泵

4^.5

1.2^.1.4

1.0^.1.2

1.0^.1.2

2.5^.3

3^.4

4.5^.5.5

第25卷第11期2003年11月V01.25No.11Nov.2oo3

Survey综述

心热电冷联产系统和浦东国际机

场热电冷联产系统等.而清华大

学也正在计划实施一个庞大的热

电冷联供的示范工程,将原来的

学校电厂改造为热电冷联供系

统,满足全学校的热电冷需求.

热电冷联产系统的核心技术

问题一方面是确定热电厂最佳内

部结构,即机组型式,单机容量和

各种基本装置组合的优化等,另

一

方面是供热,供冷,发电系统的

动态特性研究及整个系统的优化

匹配和优化运行控制.

2.1.3蓄能技术

（1）蓄冷空调

据统计,国内部分城市的夏

季高峰用电量中空调就占了

30%～50%,导致电力系统峰谷

差急剧增加,电厂低谷期效率明

显下降,对电网造成了巨大的压

力,甚至出现有些城市在夏季用

电高峰期对空调拉闸限电的现

象.所以,蓄冷空调系统是实现电

网的"削蜂填谷"的重要途径.为

此,我国已经出台了"分时电价"

政策,在某些城市峰谷期电价比

已经达到了4～5倍,这给蓄冷空

调的广泛应用带来了契机.

蓄能空调是在蓄冷,蓄热技

术的基础上发展起来的新技术.

蓄冰技术,水蓄冷技术,目前在我

国已经得到普遍应用.从具体技

术上来讲,虽然蓄能空调技术与

蓄冷蓄热技术并无本质的区别,

但是在不同的蓄冷蓄热技术的组

合形式上,蓄能空调技术却丰富

了许多.如:

水蓄冷+水蓄热的技

术,内融冰+水蓄热的技术,外融

冰+水蓄冷+水蓄热的技术,风

冷热泵+蓄冷（冰）+蓄热的技

术,水源热泵+蓄冷（冰）+蓄热

的技术等等.我国蓄能空调技术

发展迅速,其技术含量已达到国

际一流水平.

（2）蓄热式采暖

此外,相变蓄热地板与电采

暖结合,也是相变材料在建筑节

能中利用的一种新模式.国外对

蓄热式地板采暖有了一些研究和

应用.在西班牙,对放在恒温环境

中的小室做了蓄热地板电采暖的

实验,用以比较相变材料和混凝

土的蓄热性能.在加拿大,研究了

用混凝土蓄热的地板采暖系统在

不同室外温度下的使用效果.欧

洲在被动式太阳房中应用了蓄热

电采暖地板.我国清华大学研究

了一种带有相变材料潜热贮能板

的地板电采暖系统,建立了分析

此系统热性能的理论模型,通过

数值模拟,分析了在我国不同气

候地区冬季该系统的应用效果.

结果指出,在北京,上海,大连等

地冬季使用电加热相变蓄热地板

采暖,通过在晚上23:

00至凌晨

7:

00蓄存电热,全天室内温度可

保持在l6～25o【=之间,基本满足

人的舒适性要求.

（3）太阳房蓄热系统

太阳房是一种利用太阳能,

靠建筑围护结构本身来完成吸

热,蓄热,放热功能的采暖系统,

从而降低冬季的采暖负荷,甚至

无需其它采暖方式就可满足舒适

的室内环境要求.太阳房目前在

我国应用得非常少,主要原因之

一

就是不能够很好地解决能量供

给与需求时间上的不匹配问题,

并且目前比较通用的显热蓄热方

式的蓄热能力不足.为了解决这

些问题,我国的一些高校和其它

科研部门正在研究相变材料潜热

蓄热在太阳房中的应用技术.

在上述蓄能技术中,相变贮

能的关键技术是合适相变温度的

相变材料的研制开发,相变传热

过程分析及蓄热和放热过程的系

统控制.而蓄冰空调的关键技术

是结冰和融冰过程的特性,虽然

在国内已经展开了这些方面的研

究,并且蓄冰空调已经有了很多

实例工程,但是没有很好地解决,

以至于不能很好地进行优化控

制.

2.1.4供热（供冷）计量收

费相关的技术

供热计量收费是在我国推动

节能型建筑的前提.但是,从90

年代初期开始推动这项制度以

来,一直没有大规模地得到应

用.其中,除了体制方面的因素

外,一些相关技术的不成熟也是

阻碍其应用的一个原因.相关主

要的技术包括热计量仪表及其他

检测技术,热网的改造和调节技

术,相邻房间的"偷热"问题等.

2.1.5水源热泵技术

水源热泵技术是利用地球表

面浅层水源（如地下水,河流,湖

泊）中吸收的太阳能和地热能而

形成的低温低位热能资源,并采

用热泵原理,通过少量的高位电

能输入,实现低位热能向高位热

能转移的一种技术.该系统有诸

多优点:

?

地下水温度在一年内波动

幅度远小于室外空气,是很好的

热泵热源和空调冷源.水体温度

较稳定的特性可使热泵保持稳

定,高效的运行工况,COP可达到

4.5～5.5.同时,在冬季不存在结

露,结霜等问题;在夏季某些情况

下甚至可直接从地下水作为冷源

给用户供冷,而不用开启水源热

泵.

?

通过水源热泵系统,冬季从

V0J.25No.¨Nov.2oo3第25卷第11期2003年11月中田21

综述Survey

地下取热存冷,夏季取冷存热,若

建筑物需要的冬季供热量和夏季

供冷量差不多,则一年内地下基

本热平衡,未取出或者存入热量,

不会造成热污染.

?

由于地下水通过换热器换

热后排回地下,仅仅利用了地下

水的冷量（热量）,而不消耗一滴

水资源,地下水的整个流程都不

与空气接触,因此也不会造成地

下水资源的污染.

?

水源热泵系统可供热,供

冷,还可以供生活热水,一机多

用,一套系统可以替换原来的锅

炉加空调两套系统.

水源热泵是一种性能稳定,

节能,节水,环保,经济的系统方

式.这种技术近几年来在我国得

到了比较迅速的发展.技术方面

的主要问题是热泵系统的优化控

制,优化运行以及深井回灌等问

题.此外,一些人对水源热泵存在

误解,认为它会造成地下水的污

染,并且一些城市目前抽水和回

灌都要分别收费,导致此方式由

于缺乏经济性而无法得到推广.

2.1.6地板采暖和吊顶冷

辐射技术

人们的舒适感觉是"足暖头

寒",并且通过辐射方式供冷,供

热可以增强室内环境的舒适性.

研究表明,冬天如果采用地板采

暖,当房间温度为16℃时,人们

的热舒适感觉相当于约18℃时

的水平.所以,这种方式可以降低

采暖能耗,达到舒适,节能的双重

目的.地板采暖在欧洲和日本应

用得比较广泛.但是,近年来在我

国的发展非常迅速.目前,在北京

等城市得到了较大规模的商业应

用,并且开始出现国产化的设

备.吊顶冷辐射技术在国外研究

22中田缸活

得比较早,我国尚处于研究的初

步阶段.其中的一个关键问题是

如何有效地解决"结露"的问题.

2.1.7独立除湿技术

中央空调系统中,一般的供

水温度是7℃.之所以采用低温

供水方式,主要的一个目的是为

了解决除湿的问题.低温供水导

致的负面效果是降低了制冷机的

效率.冷冻水供水温度提高1℃,

效率可提高3%左右.所以,如果

能够实现独立除湿,制冷机仅承

担降温的作用,则可以采用更高

的供水温度,制冷机效率会大幅

度提高.可以说,如果能够很好地

解决独立除湿的问题,将是空调

技术领域的一场"革命".

日本等国家对独立除湿技术

的研究比较早,并已经获得了一

些成果.我国对这项技术的研究

和开发尚处于初级阶段.采用的

技术手段主要为高分子化合物等

形式.

2.1.8自然风模拟技术

空调送风系统导致的吹风感

是影响人们舒适性的一个因素.

因为空调系统的机械通风方式导

致的吹风感让人感到不舒服,是

形成"空调综合症"的一个主要原

因.尽管动态风的研究已经开展

了很长一段时间,但是尚未能够

很好地解决吹风感让人感到不舒

服的问题.另一方面,室外的自然

风则使人感到非常惬意.所以,关

于自然风与空调系统的机械通风

在机理方面的区别以及空调系统

自然风模拟技术引起了人们的极

大关注.近年来,一些高校和空调

企业展开了这方面的研究.但是

关于自然风机理和在空调系统中

自然风模拟的技术还有待于进一

步深入研究.

2.1.9新风处理及空调系

统的余热回收技术

为满足卫生和舒适性的要求,

在不同的建筑中对新风量有不同的

要求.研究结果表明,新风负荷一般

占建筑物总负荷的约30%～40%,

所以,控制和正确使用新风量是空

调系统最有效的节能措施之一.

除了严格控制新风量的大小

之外,还要合理利用新风.春秋季

或冬季,有些房间仍需供冷,此时

当室外空气焓值小于室内空气设

计状态的焓值时,可采用室外新

风为室内降温,可减少冷机的开

启量,节省能耗.以北京为例,在

春秋两个季节,差不多有三个月

的时间,可以利用新风的冷量,采

用新回风混合或是全新风来供

冷,而不用开冷冻机.分析结果表

明,新风量如果能够从最小新风

量到全新风变化,在春秋季可以

节约近60%的能耗.全年累计变

新风量所需的供冷量比固定的最

小新风量所需的供冷量少将近

20%.所以充分利用低温室外新

风的节能效果是很明显的.此措

施的投入比较小,但是对节能的

效果可能是非常明显的,应该进

一

步推广应用.

此外,对空调系统的余热回

收应该给予高度重视.尤其是

2003年为预防SAS,很多商业建

筑和公用建筑的中央空调系统都

采用了全新风的方式,大幅度提

高了空调负荷.所以,应该通过全

热式换热器将空调房间排风与新

风进行热,湿交换,充分利用空调

房间排风的降温除湿潜力.

2.2家用电器,热水器,照

明设备

2.2.1房间空调器

我国房间空调业起步较晚,

第25卷第11期2003年11月V01.25No.11Nov.2oo3

Survey综述

现已经历了从进口散件组装,生

产窗式空调器到生产分体空调器

三个阶段.发展至今,我国空调业

仍处在国际空调技术的低水平

上,仅相当于日本上世纪80年代

初第三代产品的水准.我国空调

厂家几乎全部采用着同一生产模

式,即进口压缩机,国内采购换热

器及其它部件,机壳在国内采购

或由国外开模国内生产,最后由

空调厂家组装,销售.近年来,由

于人们生活水平提高和消费意识

的超前,出现了空调市场的繁荣,

1998年我国