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專家論壇 

 

建筑能耗與節能實際問題的探討 

 

              建筑能耗與節能實際問題的探討

                    周廣德(北京環益美高分子聚合物研究所,北京101113

            Zhou guangde (Beijing Huan Yi Mei lnstitute of polymer ,Beijing 101113)

      摘要 降低建筑能耗,是一個十分復雜的問題,保溫材料及系統只是建筑節能一個方面,更重要的方面是建筑利用與適應自然環境氣候條件的能力,以及人為因素對能耗的影響。只有不斷研究和實踐,才能提高建筑節能工作的科學性與合理性。

    關鍵詞   節能降耗   建筑節能  節能技術

    前言

    從未來中國的能源形勢發展看,工業與建筑能耗問題最為突出,這兩方面的能耗控制最為關鍵。關注氣候變化,節能減排,是全人類面臨的一個道德與責任問題。

    從世界節能環保與經濟社會發展形勢表明,節能降耗和經濟發展互相矛盾著,在近年來的聯合國氣候大會上,美國等一些國家違背全世界人民的意愿,不愿意努力減排。而我國2009年11月,中國首次公布了控制溫室氣體排放的行動目標:到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%。這遠遠超出“巴厘路線圖”對發展中國家的減排要求。2011年,單位GDP二氧化碳減排作為約束性指標納入中國國民經濟和社會發展“十二五”規劃。規劃明確要求,到2015年單位GDP二氧化碳的排放量要比2010年降低17%。我們有五千年的文明和智慧,只要動腦筋、想辦法,在政府的正確領導下,節能減排目標一定能夠實現。

    一、建筑能耗問題

    1、建材工業能耗

    建筑需要消耗大量的材料,而這些材料的開采、加工制造、使用過程,要經過多次資源、能源消耗,破壞環境、污染空氣,很多的制造業都與建筑有關,建筑業產生的大量能耗和工業污染是不容置疑,因此,嚴格地控制房地產業過度發展是必要的。

    我國一些地方科學發展觀不強,只顧眼前利益,盲目建設和擴張城市住宅產業,造成能耗消費需求快速增長、城市交通擁堵、城市生態環境惡化、城市污染加大等國計民生問題。在若干年后,這些用高能耗、寶貴資源換來的摩天建筑,卻是難以處理的建筑垃圾!

    廣東珠海、黑龍江漠河、陜西安康等少數城市的規劃發展思路值得一提,早在改革開放初期,珠海市就明確科學發展觀,注重長遠利益,不盲目引進工業項目,不大規模盲目發展經濟;陜西安康市的城市建筑規劃,依山而建,不破壞自然生態環境,不改變一山一水;黑龍江漠河縣委和縣政府明確表示,漠河縣為保護自然生態環境,不發展高能耗的高層建筑,建設自然和諧漠河,漠河縣至今,也沒審批過高層建筑。

    大規模的經濟建設和房地產開發,在創造了巨大的經濟價值的同時,對生態自然環境、包括氣候環境的影響和損害,也相當很嚴重,我們得到的是眼前利益,失去的是長遠利益。如何降低能耗問題,我們需要加深認識,并多方面做出努力。

    2、建筑能耗與利用能效

    建筑能耗主要是建筑過程和建筑使用過程中的能耗,尤其是降低建筑使用過程中的能耗,是我們建筑節能工作的重點。建筑過程的設計選材、用材、施工、裝飾裝修等,要盡可能采用低碳材料、可以循環再利用的材料和技術,建筑的保溫、調溫、調濕系統,盡量充分考慮利用自然的能源、如風能、太陽能、水氣能、光能等,減少對資源性能源的依賴。

    建筑物的各項功能,如防水、防潮、保溫、裝飾、隔音、采光、調濕、空氣凈化等,可以通過材料與構造設計來解決。我們要求居住建筑的宜居性,應該與建筑所處的自然氣候環境相適應,可以更多地學習和借鑒我們祖先傳承下來的一些的建筑經驗與做法,不宜照搬西方國家的所謂“高科技”建筑模式,即高生活水準、高能耗、高污染、花大價錢治理的理念。

    3.能源消費行為與節能

    建筑能耗問題,實質上還是人的行為產生的,建筑保溫,尤其是北方冬季寒冷時和南方夏季炎熱時,我們將建筑門窗關上,不停地使用暖氣和制冷設備,讓整個建筑室內空氣保持在16-26℃,冬天可以在室內穿襯衫、夏天可以在室內穿西裝,這樣下去,即使再節能的建筑,也未必能夠把能耗降下來。

    如果能耗問題完全是由于人的行為產生的,那么就應該抑制人的消費行為,就應該提倡人體保溫(只需增減衣物)和充分利用和適應自然氣候條件,而不是過多地依賴建筑保溫系統和消耗煤、電、天然氣等資源型能源。

    今天人類面臨的一切危機的確都是人類自身所為,是人類的貪婪、自私、愚昧、無知的結果!能耗危機問題也是如此,即使建筑應用了新材料、高效的節能技術,不加以限制人們的能源消費行為,不開展能源危機教育,我們所做的一切努力都很難成功。

 

    二、我國的自然氣候特點

    作為建筑節能理論的一個重要方面,氣候環境變化及其特點是建筑節能研究的一項重要工作,氣候與自然生態環境、氣候對于健康生活、氣候對于人類生存與持續發展都有很重要的作用。

    我國自然氣候格局很獨特,且規律性很強,四季分明(從二十四節氣歌中可以了解到),溫差較大,最冷可達-40℃以下,最熱可達40℃以上,分為嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖、溫和五個自然分區,北方冷、南方熱,加上海洋氣候環境的作用,我國的空氣很容易形成對流,這種自然的冷熱空氣對流就具有調溫、調濕作用,在頻繁的冷熱氣候交換與變化過程中,產生了風、云、雨、露等,自然氣候環境的冷熱變化與地球環境的相變調溫作用,才產生了良好的自然環境的生態特性,有利于萬物生長、人類繁衍,我國物產豐富,氣候環境與條件明顯優于非洲等其它國家和地區,我國國土能養活13億人民,而且中國人很有智慧,這一切都與我國良好的自然生態環境有密切關系(參考文獻《相變材料調溫作用及相關研究》www.nvrfpu.tw中國保溫建材科技網,作者: 周廣德。

    三、能耗與節能理念

    隨著生活條件和水平的提高,人們對工作與居住環境溫度的舒適要求越來越高,希望一年四季都生活在25℃左右的密閉的溫室里,這種想法與做法是不符合節能減排思想,也不符合生態與健康法則。

    1.能耗與污染

    我們無論用電或用煤、用天然氣、地熱等制冷或取暖,都會消耗資源性能源,污染大氣環境和自然生態環境,采用太陽能熱水器、太陽能發電、風能發電、水電、核電等,也并非完全環保和安全,冬天里的陽光和夏季的涼風才是真正的綠色能源。筆者認為,真正意義上的節能、低碳、環保,就應該盡可能地順應自然和適應自然。

    2.建筑保溫與調溫

    我們不能將建筑物“穿棉衣”式的辦法,來作為居住建筑唯一的保溫、調溫和節能手段。在冬天寒冷時,我們要避寒風,人體及居住環境更需要面向太陽,讓陽光溫暖我們,在夏季炎熱時,我們要避免陽光照射、擋住陽光,更需要涼爽的風幫我們散熱,如果我們建筑物都穿了“棉衣”,門窗玻璃都是雙層或三層中空玻璃,那我們的居室就是一個密不透氣的空間,與自然的完全隔絕,其后果是可想而知的。

    3.人居環境與自然環境

    我國氣候環境復雜多變,人居環境受自然環境的影響很大,五個自然氣候分區的變化都很明顯,一年四季中,處于極冷、極熱的時間,只有約半年左右的時間,其余半年左右時間的氣候較溫和,根本就不需要使用暖氣或空調設備,因此,我國的建筑保溫材料及系統,不宜采用全國統一的標準或模式,應該因地制宜,由各地根據當地氣候條件、資源、能源、環保等實際情況來制定相關標準和規范。

 

    四、 建筑墻體保溫節能系統的材料及應用技術問題

    1.保溫材料及其系統的應用

    用于管道、煉鋼爐或冰箱等特定條件保溫隔熱,材料的導熱系數[W/(m.K)] 越低越好、熱阻系數(㎡·K/W)越高越好,用于蔬菜大棚的塑料薄膜,氣密性好,保溫效果好,冬天我們可以蓋塑料薄膜、草卷保溫,夏天我們可以取下它,而用于建筑上的保溫材料、防水材料、裝飾材料的性能及其系統,不能影響建筑物及人居環境的空氣和水氣微循環,更有效利用自然太陽光照、風能、水氣等自然能源。

    2.透氣調濕與空氣凈化

    現代建筑的保溫、防水、裝飾等工程,大量采用高能耗、高污染、高封閉、低使用壽命的化學建材制品,已嚴重破壞了城市生態循環系統和影響了人居環境的空氣質量與居住的舒適度,城市中普遍存在的建筑墻體泌水、滲水、室內空氣質量差、亞健康等,都與過多地使用化學建材有關。

    “流水不腐”,再好的瓶裝礦泉水,也比不上經常流動的山泉水,水可以通過流動來凈化,水質才會好,而空氣也需要流動,空氣才清新,人居室內空氣環境也應該保持其能夠微循環。墻體保溫材料的阻隔冷熱空氣能力越大,密閉性就越強,就會影響室內空氣質量,因此,建筑用砌筑材料、保溫材料、防水材料、裝飾材料都要有良好的透氣性和調溫、調濕、空氣凈化、自然微循環等功能。這是對未來居住建筑的基本要求。

    3.保溫材料的吸水率與防水性

   實驗報告顯示,保溫材料一旦吸水后,會降低保溫性能,起不到應有的保溫作用,單從試驗結果,可能是這樣,但實際使用并非是這樣的結果,歷史經驗告訴我們,老祖宗用泥土、磚瓦、石料、竹木、茅草修造的房屋,無論是還是墻體、屋頂和地面用的材料,都是能吸水透氣的,有的材料吸水率甚至超過200%,但蓋在屋頂上幾十年都不漏雨,也不影響保溫、調溫,達到了冬暖夏涼、居住舒適之效果。

    現代建筑所用的保溫材料、防水材料及制品,甚至行業標準,都限定材料及系統吸水率10%以下,甚至是不吸水、憎水。搞化學材料研究的人都清楚:化學材料怕曬、怕潮、怕水、怕酸堿、怕凍融、不耐老化、使用壽命短,可是我們卻執意要用它來制造保溫材料、防水材料、裝飾材料。

    建筑完全防水、不吸水、甚至憎水,會導致城市水氣循環與凈化障礙,今后城市必將面臨缺水、無水可用的災難后果!(參考文獻:《現代建筑防水材料與城市生態環境研究》)www·zglsj·com中國綠色建材網,作者:北京環益美高分子聚合物研究所總工程師周廣德)。

    4.保溫材料防火問題

    北京央視新址附屬文化中心、上海膠州教師公寓樓、沈陽皇朝萬鑫大廈等多起重特大火災,造成重大人員傷亡和財產損失,建筑用保溫材料的防火安全與環保問題,引起了中央高層和社會的高度重視,公安部消防局公消[2011]65號文《關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監督管理有關要求的通知》,國發〔2011〕46號《國務院關于加強和改進消防工作的意見》明確指出:新建、改建、擴建工程的外保溫材料一律不得使用易燃材料,嚴格限制使用可燃材料。住房城鄉建設部要會同有關部門,抓緊修訂相關標準規范,加快研發和推廣具有良好防火性能的新型建筑保溫材料,采取嚴格的管理措施和有效的技術措施,提高建筑外保溫材料系統的防火性能,減少火災隱患。建筑室內裝飾裝修材料必須符合國家、行業標準和消防安全要求。相關部門要盡快研究提高建筑材料性能,建立淘汰機制,將部分易燃、有毒及職業危害嚴重的建筑材料納入淘汰范圍。

    建筑用保溫材料、裝飾材料、生活家居用品都應該重視安全防火與健康環保性能,化學合成材料易燃,含有多種有毒害物質,對生命與健康、環保危害性極大,一旦起火燃燒,火勢迅猛并產生劇毒濃煙,造成嚴重后果,因此,保溫材料的安全防火與健康環保性能,必須從嚴要求,不容放松。

    5.保溫材料設計與使用的合理性

    現代城市建筑的設計人員,很少考慮環境氣候、建筑物分區、朝向、用途等綜合因素,特別是墻體砌筑材料及建筑圍護結構的本身的保溫性能,無論北方、南方建筑的四面墻體,都用同一種材料、同樣厚度,這是十分不合理的。老祖宗蓋房子,北方墻多厚、用什么材料,南方墻多厚、用什么材料,茅草、稻草、瓦片、磚墻、石頭、木頭、土坯等,房子蓋好后,不用另做防水、保溫、也不需要過多的裝飾,建筑就能夠自防水和自保溫,而且外觀美麗自然,使用壽命可達幾百年(北京故宮、福建土樓、山西喬家大院等),假設撤除這些建筑,撤下來所有材料,都可以再利用。而現代建筑是在房子蓋好后,左一層、又一層,又是防水、又是保溫、又是裝飾,其結果是毛病百出,幾年后、幾十年后全是難以處理的建筑垃圾!

 

    6.輕質無機保溫材料的應用技術問題

    說到A級不燃材料,有人認為無機類保溫材料的保溫性能達不到有機類發泡材料,要淘汰它,筆者認為,這是不對的。材料的導熱系數,主要取決于材料中的空氣含量,以EPS發泡塑料板為例,其容重只有約16-21kg/m³,聚苯乙烯材料通過發泡,引入大量空氣,發泡后,導熱系數大大降低,如果聚苯乙烯材料不發泡,其導熱系數也是很高的。用普通硅酸鹽水泥或其它無機膠凝材料采用化學、物理發泡技術,在材料中引入大量空氣,容重控制在120-160 kg/m³,也能達到較低的導熱系數。砌墻用的機制空心磚、免燒空心磚,在確保力學性能的情況下,使其空心率達到40%左右,其保溫隔熱效果也很好。

    A級保溫材料的研究與應用,雖然目前良莠不齊,不可否認,它是一個發展方向,筆者與北京、四川、山西、山東、上海、江蘇的一些研究人員和廠家探討過一些實際問題,比如材料技術、工藝設備、凝膠原理、作用機理、容重、強度、穩定性等,相信這些產品通過技術創新和完善,將是優秀的,并很快面向市場。

    不可否認,輕質、發泡類無機類材料的容重、導熱系數比有機類輕質發泡材料要稍高,但無機材料與墻體的相容性、穩定性、安全環保、可靠性要優于有機材料。在無機輕質保溫材料的設計、施工、應用上,我們可以在設計構造上想辦法,通過選用輕質砌筑材料,適當增加墻體厚度,滿足建筑節能要求。

    有些絕熱性好的材料,如礦物棉、玻化微珠等的制造,需要在800-1300℃,甚至3000℃高溫條件進行,將這些高能耗產品用于建筑節能降耗,沒有多大實際意義。

    五、綜述

    建筑用保溫材料的使用應該有利于與人與生態自然環境和諧發展,在建筑規劃、設計、施工、材料研究與應用上,要因地制宜,力求低碳環保、安全健康,科學合理,不斷提高理論研究與科學技術水平。

 

                                                2012年4月18日于北京通州

 

附:作者簡介
   
周廣德,男,北京環益美高分子聚合物研究所總工程師,從事科技工作二十余年,有多年的理論研究和豐富的實踐經驗,為上千家企業、幾百個工程項目提供過上萬次的專業技術咨詢服務,主持或參與開發新技術、新產品百余項,個人獨立技術項目有120多個,發表專業論文五十余篇,專業技術講座200余場次,其中有八篇論文獲得優秀論文獎,有兩篇論文入編《中國現代化建設研究文庫》,國內有100余種論文集收錄其作品及研究成果。主要研究方向:高分子材料、生化技術、生態建材、建筑保溫節能技術、內外墻各種膩子、干混砂漿、水基干粉涂料、建筑防水材料、防火材料、相變材料、專業技術咨詢服務等。

 

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