1、國內(nèi)外建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢摘要建筑能耗將是我國未來能源消費的主要增長點，建筑節(jié)能技術(shù)的研究應(yīng)用將對我國未來的能源消費產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。為此，本文對當(dāng)前國內(nèi)外的建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的總結(jié)，并從建筑物本體、建筑設(shè)備和建筑環(huán)境控制系統(tǒng)三個角度重點回顧了我國的建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了取得的成果的同時研究了各種關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展障礙。在此基礎(chǔ)上，展望了我國未來建筑節(jié)能的重點發(fā)展領(lǐng)域，并指出了未來應(yīng)該重點支持的建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向。1國外建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢1.1房間空調(diào)器在世界空調(diào)器行業(yè)中，60%的市場被日本所占有，并且在制造技術(shù)、控制技術(shù)上都處于世界最前沿。現(xiàn)以

2、日本空調(diào)器的發(fā)展為例來說明其變遷過程。空調(diào)器的發(fā)展過程，大致可以分為五個階段。在其發(fā)展過程中，變頻技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在房間空調(diào)器上的應(yīng)用，具有劃時代的意義，它不僅為創(chuàng)造舒適環(huán)境、實現(xiàn)空調(diào)器的高效節(jié)能運行提供了技術(shù)保證，而且為VRV空調(diào)系統(tǒng)的開發(fā)和發(fā)展提供了堅強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)。日本空調(diào)器的發(fā)展主要集中在三個方面。追求空調(diào)器的高效節(jié)能，特別是在1972年石油危機(jī)以后，改善壓縮機(jī)、熱交換器、風(fēng)扇的性能，加強(qiáng)對制冷循環(huán)特性的研究，優(yōu)化制冷系統(tǒng)，實現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)的小型化、低能耗、低噪音、高可靠性；追求室內(nèi)環(huán)境的高舒適性，從單一的溫度控制發(fā)展到室內(nèi)熱環(huán)境特性（如PMV等）的綜合控制，從簡單的雙位控制發(fā)展到人

3、工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊技術(shù)相結(jié)合的智能控制，以實現(xiàn)人們對舒適性的要求；追求空調(diào)系統(tǒng)的多功能化、多元化，從單冷型窗式空調(diào)器發(fā)展到熱回收型VRV空調(diào)系統(tǒng)，極大地拓廣了冷劑式空調(diào)系統(tǒng)的使用范圍，開辟了集中空調(diào)系統(tǒng)的新領(lǐng)域。到了上世紀(jì)90年代以后，人們對舒適性的要求，趨向于自然環(huán)境的特征。人們希望空調(diào)環(huán)境具有能感覺到溫度和氣流的變化、能感覺到溫暖和涼爽、有音樂聲、有芳香感和明亮感等特征。總的目的是讓人處于一個精神愉快的空調(diào)環(huán)境中，這就是人們追求的“感知空調(diào)階段或動態(tài)自然環(huán)境階段”。要實現(xiàn)這種模擬自然環(huán)境，必須采用包括“人體感覺輸入控制”、“熱環(huán)境因素綜合控制”、“空氣質(zhì)量控制”、“聲、光控制”在內(nèi)的“環(huán)境變

4、化控制技術(shù)”，環(huán)境變化控制技術(shù)的實現(xiàn)不僅需要開發(fā)出相應(yīng)的傳感器，更重要的是要建立一套符合人體生理和心理需要的人工環(huán)境智能控制理論。1.2小型中央空調(diào)1.2.1美國小型中央空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀美國的小型中央空調(diào)普及率較高，這與其良好的居住條件以及較高的生活水平是分不開的。美國是世界第一經(jīng)濟(jì)大國，人民生活水準(zhǔn)較高，對居住的舒適性要求也較高，這些都促進(jìn)了該國家用小型中央空調(diào)的普及使用。美國的別墅型住宅(SingleHouse)具有寬敞、高大的特點，通常由中、高收入的家庭居住。由于其層高較大，具有足夠的建筑空間用于布置風(fēng)道，因此在美國，風(fēng)管式系統(tǒng)在家用小型中央空調(diào)中所占的比重相當(dāng)大。同時，由于美國居民對家用空

5、調(diào)舒適性的要求較高，因此多采用有新風(fēng)的風(fēng)管式系統(tǒng)。目前，美國風(fēng)管式系統(tǒng)的年產(chǎn)量約為600萬臺/a,占其家用空調(diào)產(chǎn)量的一半左右。美國的公寓型住宅適合于中、低收入的人群居住，其消費水平偏低，其家用空調(diào)的型式以窗式空調(diào)器為主，也有采用小區(qū)供冷/熱水的，一般不使用家用小型中央空調(diào)。目前美國窗式空調(diào)器年產(chǎn)量約為600萬臺/a,占其家用空調(diào)產(chǎn)量的一半左右。美國的家用小型中央空調(diào)的型式以風(fēng)管式系統(tǒng)為主，其具體形式多種多樣。風(fēng)管式單元空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)在美國的應(yīng)用都很廣泛，此外，集成了燃?xì)鉅t的家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)在美國的應(yīng)用也非常普遍。此種家用小型中央空調(diào)系統(tǒng)在供冷季由制冷機(jī)組提供冷量，在供熱季由燃?xì)?/p>

6、爐提供熱量，對室內(nèi)回風(fēng)和新風(fēng)進(jìn)行處理，消除房間空調(diào)負(fù)荷，同時也可以滿足家庭生活熱水的需求。1.2.2日本小型中央空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀與美國以風(fēng)管式系統(tǒng)為主的特點不同，日本的小型中央空調(diào)走的是一條“氟系統(tǒng)”為主的發(fā)展道路，從窗式空調(diào)器到定速分體式空調(diào)器，再到變頻分體式空調(diào)器。同樣，日本的家用小型中央空調(diào)也以變頻空調(diào)即VRV系統(tǒng)(包括一拖多)為主。VRV空調(diào)系統(tǒng)的研究起源于日本，在日本已有多家公司擁有此項技術(shù)。三洋電機(jī)、日本電器HE、松下電器產(chǎn)業(yè)、大金工業(yè)、日立制作所、東芝、三菱電機(jī)、三菱重工、夏普、長府制作所等是世界最主要的變頻空調(diào)器生產(chǎn)企業(yè)，其變頻空調(diào)系統(tǒng)及控制器的開發(fā)能力都很強(qiáng)，且各家均有自己的特色

7、。其中大金工業(yè)、三菱電機(jī)、日立制作所、松下電器產(chǎn)業(yè)、東芝、三菱重工、夏普等幾家擁有多元VRV系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)能力。大金工業(yè)、三菱電機(jī)、日立制作所、東芝四家企業(yè)的產(chǎn)品比較最為先進(jìn)，大金工業(yè)的市場占有率最高，約為世界60%70%。在世界空調(diào)行業(yè)中，在20世紀(jì)90年代以前，60%的市場被日本所占有，并且在設(shè)備開發(fā)和控制技術(shù)上都處于世界最前沿。這為日本發(fā)展VRV系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。同時，日本國土面積小而人口眾多，人口密度非常大，其住宅多屬于高密度住宅，建筑結(jié)構(gòu)較為緊湊。一般層高均較低，不適合于布置需要占用較大層高的風(fēng)管式空調(diào)系統(tǒng)。而且日本是個國內(nèi)資源匱乏的國家，其能源消耗主要依賴于從國外進(jìn)口，因此該國

8、非常強(qiáng)調(diào)節(jié)能。家用空調(diào)作為能源消耗大戶，其節(jié)能技術(shù)的開發(fā)尤其受到重視oVRV系統(tǒng)的節(jié)能性是其在日本得到廣泛應(yīng)用的一個重要原因。另外，對于專業(yè)的空調(diào)安裝隊伍來講，VRV系統(tǒng)的安裝非常規(guī)范，施工費用低。以上這些因素決定了日本家用小型中央空調(diào)的型式以VRV系統(tǒng)為主。此外，在日本，對于比較高檔的別墅住宅，也有采用風(fēng)管式系統(tǒng)的，風(fēng)管式單元空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)都有應(yīng)用。對于面積很大的高級住宅還采用新風(fēng)機(jī)組+風(fēng)管式空調(diào)箱系統(tǒng)，通過新風(fēng)道將室外空氣引入室內(nèi)，運行時需要關(guān)閉房間所有的窗戶，原則上可實現(xiàn)全年連續(xù)運行。對于中級住宅或規(guī)模較小的高級住宅也有采用冷/熱水機(jī)組的，在這種系統(tǒng)中，室內(nèi)末端裝置多采用落地

9、式風(fēng)機(jī)盤管，當(dāng)采用吊頂式風(fēng)機(jī)盤管，在冬季供熱時，室內(nèi)上下溫差太大，通常輔以電熱壁毯作為輔助熱源。小型空調(diào)系統(tǒng)的控制技術(shù)，至今已取得了顯著的進(jìn)步。日本空調(diào)界現(xiàn)在所關(guān)注的問題主要集中在減少空調(diào)系統(tǒng)對環(huán)境、電網(wǎng)的污染，加速空調(diào)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)開發(fā)方面。削減氟里昂的使用量。現(xiàn)在小型空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑主要采用HCFC22，由于削減計劃的逐漸實施，替代制冷劑大多偏向于采用混合工質(zhì)方案，但關(guān)于采用新工質(zhì)制冷系統(tǒng)的控制問題的研究仍屬空白。解決變頻系統(tǒng)電磁兼容性問題。高次諧波會降低空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)，造成配電系統(tǒng)的容量增大。對此方面的研究雖已取得了一定進(jìn)展，但仍未達(dá)到理想的效果。抑制漏電電流。壓縮機(jī)電動機(jī)采用

10、PWM控制，由電動機(jī)線圈和壓縮機(jī)外殼之間的靜電產(chǎn)生漏電電流，特別是為降低壓縮機(jī)噪聲，提高載波頻率，會使漏電電流增大。雖對壓縮機(jī)電動機(jī)進(jìn)行了強(qiáng)化絕緣處理，但仍需在變頻回路設(shè)計上提出更好的解決辦法。提高節(jié)能效果。家庭和辦公室，其空調(diào)系統(tǒng)的能耗占絕大部分。空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，不僅要提高單臺設(shè)備的能源利用率，而且應(yīng)對全家或整棟大樓的空調(diào)設(shè)備進(jìn)行綜合控制和管理，以提高節(jié)能效果。1.3綠色建筑綠色建筑是指為人類提供一個健康、舒適的工作、居住、活動的空間，同時實現(xiàn)最高效率地利用能源、最低限度地影響環(huán)境的建筑物。其內(nèi)涵既通過高新技術(shù)的研發(fā)和先進(jìn)適用技術(shù)的綜合集成，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

11、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。綠色建筑已經(jīng)成為一個世界性的課題，國外從80年代就已開始研究，目前已有較成體系的設(shè)計方法、評估方法，各種新技術(shù)、新材料層出不窮。一些發(fā)達(dá)國家還組織起來，共同探索實現(xiàn)建筑可持續(xù)發(fā)展的道路，如：加拿大的“綠色建筑挑戰(zhàn)”(GREENBUILDINGCHALLENGE)行動，采用新技術(shù)、新材料、新工藝，實行綜合優(yōu)化設(shè)計，使建筑在滿足使用需要的基礎(chǔ)上所消耗的資源、能源最少。日本頒布了住宅建設(shè)計劃法，提出“重新組織大城市居住空間(環(huán)境)”的要求，滿足21世紀(jì)人們對居住環(huán)境的需求，適應(yīng)住房需求變化。歐盟國家推動“焦耳2”行動計劃，因應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的要求

12、，通過在多個歐盟國家，選擇典型的具有示范性的綠色建筑設(shè)計項目，進(jìn)行綠色建筑技術(shù)示范的行動計劃。其目的是驗證各種綠色技術(shù)，例如太陽能利用技術(shù)、地?zé)崮芎退芾眉夹g(shù)在綠色建筑設(shè)計和實踐中的應(yīng)用。德國在90年代開始推行適應(yīng)生態(tài)環(huán)境的住區(qū)政策，以切實貫徹可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。法國在80年代進(jìn)行了包括改善居住區(qū)環(huán)境為主要內(nèi)容的大規(guī)模住區(qū)改造工作。瑞典實施了“百萬套住宅計劃”，在居住區(qū)建設(shè)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)方面取得了令人矚目的成就。城市生態(tài)建筑在國際上有著廣泛的影響，不少發(fā)達(dá)國家根據(jù)各自的特點進(jìn)行了實踐示范。比較典型的有英國BRE的環(huán)境樣板樓、法國巴黎的聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)的辦公樓、Integer示范

13、房屋、美國匹茲堡的CCI中心、英國新國會大廈、德國柏林的新議會大廈、法蘭克福商業(yè)銀行、澳大利亞悉尼的奧林匹克村、丹麥KAB咨詢所設(shè)計的斯科特帕肯低能耗建筑等。這些綠色生態(tài)建筑通過精妙的總體設(shè)計，結(jié)合自然通風(fēng)、自然采光、太陽能利用、地?zé)崂谩⒅兴谩⒕G色建材和智能控制等高新技術(shù)，充分展示了生態(tài)建筑的魅力和廣闊的發(fā)展前景。圍繞推廣綠色建筑的目標(biāo)，國外近年來發(fā)展了一些綠色建筑評估體系，并且有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和模擬軟件來評價。例如美國LEED綠色建筑評估體系、德國的LNB、英國的BREEM評估體系、澳大利亞的NABERS、加拿大的GBTools,挪威的EcoProfile、法國的ESCALE等。此外，日本

14、和臺灣省也相繼推出了針對綠色建筑設(shè)計的評價體系。此外，在這些評估體系中都制定了定量的分級體系。例如美國的LEED，英國的BREEM評估體系、加拿大的GBTools都要求用建筑能耗模擬預(yù)測程序DOE-2對被評估建筑的能耗狀況進(jìn)行詳細(xì)的模擬計算和預(yù)測；加拿大的GBTools和臺灣的綠建筑評估手冊則要求對園區(qū)的二氧化碳排放和吸收平衡、水的平衡以及建筑材料采掘、制造及運輸過程中對資源的利用及對環(huán)境對影響進(jìn)行全面的定量計算，再依據(jù)其結(jié)果進(jìn)行評估。對于難以定量預(yù)測的內(nèi)容，則采用定性分析、分級打分的方法。這些評估體系的制定及推廣應(yīng)用對以上國家或地區(qū)在城市建設(shè)中倡導(dǎo)“綠色”概念，引導(dǎo)建造者在建設(shè)過程中注重綠色

15、和可持續(xù)發(fā)展起了重要的作用。1.4熱電冷聯(lián)供技術(shù)美國近年來熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展迅速，熱電聯(lián)產(chǎn)裝機(jī)容量在1980-1995年的15年間由12GW增加至45GW。目前，熱電聯(lián)產(chǎn)裝機(jī)容1量已占美國總裝機(jī)容量的約7%。在日本能源供應(yīng)領(lǐng)域中，主要以熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為熱源的區(qū)域供熱/冷系統(tǒng)是僅次于燃?xì)狻㈦娏Φ牡谌蠊媸聵I(yè)，到1996年共有132個區(qū)域供熱/冷系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)和汽輪機(jī)驅(qū)動壓縮式制冷設(shè)備是日本熱電冷聯(lián)產(chǎn)的主要形式。在歐洲，歐共體的熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電量已占其總發(fā)電量的9%（其中丹麥、芬蘭和荷蘭已達(dá)到30%以上）,并計劃到2010年達(dá)到18%,這將減少二氧化碳排放1.5億t。區(qū)域供冷沒有區(qū)域供熱應(yīng)用的廣泛

16、。但由于其在經(jīng)濟(jì)上的吸引力也正在世界范圍內(nèi)慢慢被提倡和應(yīng)用°1962年美國在HarfordcityConnecticut建成世界上最早的區(qū)域供冷系統(tǒng)，并可同時供應(yīng)蒸汽。目前，美國已有超60個區(qū)域供冷系統(tǒng)。在日本的區(qū)域供冷發(fā)展非常快，而歐洲也已有多個熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)投入運行。同時，因為小型燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和微燃機(jī)的樓宇熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)具有效率高、占地少、保護(hù)環(huán)境、減少電線損失和急突發(fā)事件等綜合功能，在近期得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。1.5智能建筑和智能控制技術(shù)智能建筑的發(fā)展不僅產(chǎn)生了如前文所述的智能大廈，而且產(chǎn)生了智能住宅。智能住宅己經(jīng)成為21世紀(jì)住宅的主流。現(xiàn)代社會家庭成員正在以追求家庭

17、智能化帶來的多元化信息和安全、舒適的生活環(huán)境作為理想目標(biāo)。智能住宅采用智能管理和控制的方法，將居室內(nèi)各種安全措施、信息設(shè)備及家用電器，通過家庭總線系統(tǒng)連接起來，構(gòu)成完整的家庭智能系統(tǒng)，并以信息網(wǎng)絡(luò)為紐帶與小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)互聯(lián)，形成開放式的小區(qū)節(jié)理體系。智能住宅的發(fā)展幾乎與智能大廈同步。早在1979年，美國斯坦福研究所提出家庭總線的概念。1989年推出了將電力供應(yīng)、空調(diào)控制和數(shù)據(jù)通訊合成為整體的布線系統(tǒng)示范單元。美國住宅以分散別墅型住宅群為主，因此，對獨立單元型住宅智能化技術(shù)的研究相對成熟，如安保、防火、周界報警等。歐洲在1986年把集成化的家庭系統(tǒng)研究列為尤利卡計劃，大力進(jìn)行研究。80年代，歐

18、洲電氣標(biāo)準(zhǔn)化委員會制定了家用數(shù)字總線標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步規(guī)范化了智能住宅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。日本住宅智能化技術(shù)的發(fā)展規(guī)律與美國類似，即開發(fā)、設(shè)計、施工規(guī)模化與集成化；以人為本，注重功能，兼顧未來發(fā)展與環(huán)境保護(hù)；大量采用新材料、新技術(shù)：充分利用信息、網(wǎng)絡(luò)、控制與人工智能技術(shù)，住宅技術(shù)現(xiàn)代化。在80年代，日本將家用電器、安保設(shè)備、通訊設(shè)備功能綜合后，提出了家庭自動化的新構(gòu)想。1988年，建立了住宅信息化促進(jìn)會，主要開展家庭總線技術(shù)的研究，并且公布了總線標(biāo)準(zhǔn)。近年來，為了適應(yīng)大型住宅小區(qū)的需要，又提出了超級家庭總線系統(tǒng)的概念。1996年，日本推出多媒體住宅樣板計劃，將多媒體技術(shù)引入智能住宅。在東南亞，新加坡的智能住宅

19、技術(shù)研究則處于領(lǐng)先水平。2未來我國建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)展望和建議2.1建筑節(jié)能發(fā)展的重點領(lǐng)域建筑節(jié)能并不意味限制發(fā)展，正確的建筑節(jié)能觀，應(yīng)該以提高建筑物的能量利用效率，同時盡量降低建筑物的固有能耗，用最小的能源消費代價取得最大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，滿足日益增長的需求為目標(biāo)，走可持續(xù)發(fā)展的道路。建筑節(jié)能工作應(yīng)該同時從兩個角度同時展開。一方面是降低房間的冷、熱負(fù)荷，通過合理的建筑設(shè)計及采用新型的節(jié)能建筑材料解決減少房間負(fù)荷（圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱、新風(fēng)得熱及房間內(nèi)人員、燈光、設(shè)備等的得熱量）的問題；另一方面通過提高建筑耗能系統(tǒng)（冷/熱源、輸配系統(tǒng)和末端設(shè)備）的效率降低為滿足冷、熱負(fù)荷的要求而消耗的能量。從新建建筑和

20、既有建筑角度看，因為根據(jù)世界銀行的預(yù)測，到2015年民用建筑保有量的一半是2000年以后新建的，而既有建筑的節(jié)能改造工作的開展相對比較困難，所以近期應(yīng)該優(yōu)先考慮新建建筑的節(jié)能，包括建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施、建筑物和建筑設(shè)備的新技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用等。從建筑類型看，民用建筑應(yīng)該更側(cè)重于新建建筑的建筑物本體的節(jié)能技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計，兼顧發(fā)展建筑設(shè)備新技術(shù)；商業(yè)建筑和公共建筑則更應(yīng)該側(cè)重于空調(diào)和采暖系統(tǒng)及照明設(shè)備方面的新技術(shù)和優(yōu)化控制技術(shù)，對新建商業(yè)建筑的空調(diào)采暖系統(tǒng)技術(shù)更新和對既有商業(yè)建筑的系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)應(yīng)該同時推動。此外，在對建筑節(jié)能技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用加大支持力度的同時，應(yīng)該從節(jié)能體制方面推動建筑節(jié)能工作，如建立基于市場的建筑節(jié)能機(jī)制、強(qiáng)化貫徹實施建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、推動供熱/冷計量收費制度、制定建筑節(jié)能經(jīng)濟(jì)激勵措施等。2.2建筑節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)展望和建議通過前文分析結(jié)果，建議我國政府在“十一五”期間及中長期未來把下列建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)作為發(fā)展重點，并予以政策及資金方面的支持。2.2.1建筑物本體的關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)(1) 節(jié)能型墻體材料、門窗、保溫及米光技術(shù)(2) 建筑低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計方法(3) 利用