1、建筑能耗與建筑節能設計劉加平楊柳（西安建筑科技大學綠色建筑研究中心，西安710055 ）簡單回顧了建筑能耗的構成與節約潛力，解釋了建筑采暖、通風與空調能耗的形 成機理和節約途徑，分析了城鎮建筑與農村建筑節能設計的差異，以與可采取的 技術路線和方法，目的在于說明，對于建筑熱工方向的專業人員，研究與建筑設 計相融合的設計原理和方法，屬本分。關鍵詞：建筑能耗，采暖空調能耗，建筑節能設計建筑能耗與節約潛力建筑能耗包括建筑物的建造能耗、運行能耗以與拆除能耗已是業內常識。雖 然統稱為建筑能耗，但不同的用能過程，使用的能源品位不同，涉與的專業分工 不同，節約的途徑和方法因此而不同，可節約的潛力差異也較大：

2、首先來看建筑物的建造能耗。簡單說來，建造能耗包括建材產品的生產 能耗、建筑材料與部件的運輸能耗、建筑施工能耗等。建材產品種類繁多，生產 工藝過程也不盡相同。因此，建材產品的節能，一是要研發低能耗的建材產品， 二是提高常用建材產品的生產效率。至于運輸能耗，涉與到物流和運輸工具等行基金資助：國家創新研究群體科學基金（50921005）email:作者簡介：劉加平（1956-），男，陜西大荔，教授，工學博士 業。施工能耗與建筑施工組織、施工機械能效相關。所以，建造能耗的能耗多寡 與節約潛力，很大程度取決于相關行業的技術水平。從建筑設計專業角度，建造 能耗與己關系不大，盡管建筑設計過程決定著建筑物的構

3、造與所選用材料。 再來看拆除能耗。包括拆除過程以與垃圾處理能耗等。在整個建筑能耗中，拆除能耗所占的比例較小， 不論是人工拆除還是爆破炸毀。 產生的建筑垃圾, 處理起來挺費周折，如能再生使用，則可大幅度節約拆除能耗。需要關注的是， 我們很多既有建筑，由于功能不能滿足現今生活方式需求，或所在位置影響城市 整體規劃布局，在未到使用年限時被拆除掉，既花費了大量拆除能耗，還浪費了 建造階段的初始能耗。 建筑運行能耗是建筑用能的主要部分已為人所周知，通常包括建筑采暖、空調、通風、照明、電器設備、炊事與生活熱水能耗等。不同類型的建筑，所在不同的地域氣候，各部分所占比例差異較大，可節約的比例也各不相同。建筑運

4、行能耗，按用途的不同，可以歸為兩類：第一類是調節建筑室內熱濕 環境能耗：采暖、空調與通風能耗。第二類是提升工作和生活質量能耗：照明、 電梯與其他電器設備能耗。兩類能耗的最大差異在于，不論前者消耗的是那種高 品位的化石能源（電能、天然氣、油、煤），其效用僅僅是改變了室內熱環境的質 量，或者說，是將由室外氣候條件引起的、偏離了人體基本熱舒適區間的室內熱 環境，調節到了舒適區間內。而后者則是，電能直接用于驅動燈具和電器設備， 天然氣或電能直接用于驅動炊事設備。前者能耗的高低與建筑物的性能有關，而 后者的能耗則取決于照明以與電器設備的效率。顯然，節約的途徑和可節約的潛 力是完全不一樣的。采暖、空調與通

5、風能耗不同的專業背景，對建筑節能的理解有較大的差異。對于建筑熱工學科和暖通學科的專業人員，很自然地認為，建筑節能主要就是節約采暖、空調與通風能 耗。采暖通風與空調能耗因人對室內熱環境的需求和室外氣候的劇烈變化而產 生。當室外氣象要素和太陽輻射熱作用引起建筑室內熱環境達不到人體的基本熱 舒適需求時，需要建筑設備向室內補充熱量或冷量。這部分能耗占到建筑總能耗 的 70% 左右。氣候和太陽能輻射參數對建筑物和室內熱環境的熱作用是一常溫下的復雜 熱過程。簡單歸納，可分為以下三種情況： 建筑物顯熱交換。室外氣流與圍護結構外表面對流熱交換、大氣長波輻射 溫度與圍護結構外表面長波輻射熱交換、太陽輻射被圍護結

6、構外表面吸收，均影 響到建筑物的熱量得失，進而影響到室內熱環境和采暖與空調負荷的大小。 建筑物潛熱交換。室外空氣相對濕度、降水量與頻率等直接影響圍護結構 的濕遷移過程，進而影響到建筑的熱過程以與建筑能耗量。 太陽輻射直接作用于建筑圍護結構表面或進入建筑室內，減少建筑物冬季 采暖能耗或增加夏季空調能耗。 云量影響建筑圍護結構表面與天空的長波輻射熱 交換過程，也會影響到建筑的采暖與空調能耗。 圍護結構內表面溫度動態分布。眾所周知，從建筑使用者的角度，與人的 熱感覺有關的重要參數之一是室內平均輻射溫度（ MRT）。一般意義上，MRT的 平均值越靠近舒適區，人體熱感覺越好。但 MRT 與室外空氣溫度始

7、終是隨時間 波動的，如果 MRT 的動態值與空氣溫度動態變化值合理匹配的話，就可能會在 較長時間內使得室內熱環境處于人體可容忍的區間內， 從而不用啟動采暖或空調 系統。而且，即就是超出人體可容忍的區間而必須幵啟設備系統， 能耗也會很小。因此，采暖、空調與通風能耗可解析為兩部分：建筑物本體能耗和建筑設備 系統損耗。前者取決于建筑物的熱工性能，后者取決于用能設備的效率。因此， 大幅度節約采暖、空調與通風能耗，必須具備以下三要素： 設計、建造適應地域氣候的“低能耗建筑”。低能耗建筑是指，建筑物的全年運行能耗、特別是采暖、空調與通風能耗指標較大幅度低于設計標準的規定值。實現低能耗的基本思路是“降低供熱

8、供冷負荷、縮短供熱供冷需求時間”， 從研究角度，是建筑熱工專業的使命，而對于工程應用，則是建筑設計專業的責 任和義務。 研發、設計高效的建筑采暖、通風與空調設備系統，通常由熱能動力、制 冷工程等專業完成。合理運用建筑用能設備，巧妙設計高效的輸配系統，顯然是 建筑設備（暖通）專業的歷史使命。 研發利用太陽能、生物質能等替代能源技術與設計方法。孰知的被動式設 計屬于建筑學學科范疇，而專門的主動式利用技術和設備，則只能依靠暖通學科 和熱能工程學科了。城鎮建筑與建筑節能設計建立在現代建筑工業基礎之上的城鎮建筑，包括居住建筑和各類公共建筑以與工業建筑等。經過幾代人的研究和實踐，已經建立了適合我國國情且完

9、整的設 計規范體系。在此“體制”約束下，每一類型的建筑，均已形成相對固定的“空 間模式和構造體系”。針對不同氣候區的城鎮居住與公共建筑，我國已經編制頒 布了一系列的建筑節能設計標準體系。應該說，只要在建筑設計中滿足了建筑節 能設計標準的規定和要求，現代城鎮建筑就可以達到建筑節能指標。常用的設計 手法不外乎選擇適宜的建筑形體，注意立面朝向和色彩，巧妙的建筑內部空間組 織和平面布局，合理的重質結構（墻體、屋面、地面）構造以與匹配的輕質結構 （幕墻、 門、窗）面積與構造等。但在建筑設計行業，由于對建筑節能的膚淺或片面理解，就出現了很多令建筑熱工專業人員無可奈何的現象，最為典型的是：建筑節能是由專門的

10、節能設 備和技術裝配起來的，所以，建筑節能設計是在建筑方案設計完成后，由建筑 熱工或采暖通風與空調專業人員負責的業務，對于建筑師來說，建筑節能設計，就是圍護結構保溫設計加上選用合適的門窗。業界流行如此理念和現象，導致的結果是： 建筑師的推卸了本應屬于自己的建筑節能設計責任和義務。一棟建筑物能耗的高低，與建筑物的平面、朝向、體型、立面、空間組織、構造等有密切關 系，也就是說，從建筑方案設計伊始，建筑師的每一個構思和選擇，都會影響到 建筑室內熱環境和能耗。而行業內的實際狀況是，多數建筑師是在建筑方案設計 完成后，才會想起要滿足節能指標要求，當然只能求助于建筑熱工或暖通專業人 員通過技術和設備手段來

11、彌補建筑的缺陷。 出現了許多高能耗建筑，特別是大型標志性公共建筑。首都機場 T3 航站 樓是最為惡劣的典型案例：一味追求“最大、最氣派、最奇特”，幾乎沒有考慮 室內熱環境和節能問題。候機大廳室內局部層高達到 30 米，而且是輕質半透明 屋頂構造，要達到冬夏季室內設計溫度要求，需要消耗數倍于其他公共建筑的能量。農村建筑與建筑節能設計現今的農村建筑基本上由傳統鄉土建筑、新建磚混結構房屋構成，二者的比 例，在東西部有較大差距。但不論是傳統的鄉土建筑， 還是新式的磚混結構房屋，相對于城鎮建筑來說，都還是“體制”外的產物傳統鄉土聚落和建筑是建立在農耕生產方式之上、以手工建造方式、通過千 百年的不斷“試錯

12、、改良”方式逐漸積淀起來的產物 （沒有建筑師的建筑），是先 民“智慧的結晶”：具有與特定地域生產、生活方式相對應的建筑模式（已經 成為定式的建筑形態、空間構成、建筑構造等）和風貌（即“千篇一律和百花齊 放”屬性）；就地取材，建造技術簡單、成本相對低廉。具有與地域自然和人文相適應的人居環境以與節能低碳屬性。但是，在人類居住生活高度文明的今天， 從居住者角度，傳統鄉土建筑有著以下致命的缺陷：一是建筑室內空的功能難以 滿足現代生活方式需求，包括室內空間功能分離、現代家居和家用電器設施的布 置、現代炊事用具的安放等。特別重要的是，傳統鄉土建筑普遍缺少衛生設施； 二是建筑室內熱環境難以達到舒適標準，如采

13、用現代采暖與空調設備，則建筑能 耗要比城鎮建筑高。現代化進程中逐漸富裕起來的農村居民一直在尋求新的居住建筑模式。就目前來看，現有的農村新建建筑，基本上是通過模仿城鎮建筑、經過工匠的簡化而 形成的產物，其基本特征是：室內空間構成與平面布局與城鎮建筑相近，可以 基本滿足現代生活方式的功能需求；使用現代建材工業產品，施工技術簡單， 不需要專門設計，不需要報批，建造成本相對低廉。這些特點恰好彌補了傳統鄉 土建筑的缺陷，因而很受廣大鄉村居民的喜愛。但普遍又出現了新的問題：一是 簡單構造致使建筑熱工性能很差，失去了原有鄉土建筑與地域氣候相適應的特 點。在嚴寒的冬季和酷熱的夏季，建筑室內熱環境質量很差。隨著

14、經濟水平的提 升，必將大幅度增加采暖與空調能耗。二是普遍缺乏地域風貌特色，不論南北東 西，到處都是混凝土盒子?；蛘呤菍嵤┝怂^的“穿衣戴帽”工程，建筑的地域 風貌，成了一種建筑外部裝飾。鑒于農村建筑的特點，運用城鎮建筑的節能設計程序、方法和技術解決農村 建筑的節能問題，顯然是對于城鎮建筑，特別是高層建筑，輕質外保溫技術、 LOW-E 玻璃門窗、太 陽能一體化設備等技術是現時比較適宜的節能技術，但對于農村建筑，則不能簡 單照搬。 以外保溫為例， 如用于農村建筑， 致使建筑成本提高， 墻體抗壓強度低、 施工難度高、耐久性差等問題更加顯露，顯然是不合適的。相對而言，農村住房 建設用地較為寬松， 完全

15、可以采用增加構造層厚度來解決保溫問題， 對采暖地區， 甚至夏熱冬冷部分地區，運用增強型生土構造，即可提高保溫性能，還可增加熱 穩定性。設計建造低能耗建筑，對于農村建筑來說，是相當困難的，絕不是“做個設 計而言”那么簡單。因為，對建筑師而言，設計低能耗建筑，首先要有地域適宜 性的低能耗建筑模式。對于“千城一面”的城鎮居住建筑，業界數十年的研究和 工程實踐，已經形成了固定的模式與設計規范體系，設計人員需要做的是室內平 面布局、立面形式選擇和圍護結構加保溫。而對于地域氣候和經濟水平差異巨大 的農村，當要設計一棟建筑時， 依據的基本模式和體系是什么？恐怕首先要做的， 是研究適合于該地域的低能耗建筑模式

16、，否則，一定是模仿城鎮建筑設計，在千 城一面之后，“萬村同貌”將是必然結果。長期研究和實踐表明，研究創作一種低能耗建筑模式，不能僅僅考慮解決節 能問題，而需要全面、 綜合滿足建筑物的必備屬性， 以實現“堅固、 實用、美觀” 和節能。作者與其團隊通過長期的理論和實踐研究發現：在低能耗建筑模式研究中，應遵循建筑性能化指標的“層級遞進”原理：必須逐級滿足建筑安全、功能 便利、 成本適宜、 美觀、 舒適等使用者的需求， 才可能實現“低能耗”建筑目標。 以與完成的成功案例很多，其他文中已有著述，不再重復。參考文獻：Jiaping Liu, David Wang, Liu Yang, An Instanc

17、e of Critical Regionalism: New Yaodong Dwellings in North-Central China, Traditional Dwellings And Settlements Review, USA ， 2004Liu Jiaping, Yang Liu, Hu Rongrong, Research and Practice On the Sustainable Revival of Vernacular Architecture in China Western, Proceedings of International Symposium on Sustainable Habitat Systems,Dec.