建设低碳社会背景下城市住宅节能研究

目前，我国建筑能耗占全社会能耗的比例已经由1978年10％上升到目前的30％，建筑节能成为我国促进节能减排和建设低碳社会的重要内容。

国家很早就重视建筑节能设计，制定了很多相应的建筑节能设计的规范和标准。1995年国家建设部颁布的《建筑节能“九五计划和2010年规划”》规定，第一阶段：新建采暖居住建筑1996以前在当地通用设计能耗的基础上普遍降低30％；第二阶段：1996年起在达到第一阶段要求的基础上节能30％；第三阶段：2005年起在达到第二阶段的基础上再节能30％。对采暖地区热环境差或能耗大的既有建筑的节能改造工作，2000年起重点城市成片开始，2005年起各城市普遍开始，2010年各城镇开始成片进行建筑热环境及节能改造。

建设部相继出台和修订了建筑节能的一系列法规和标准，比如《民用建筑节能管理规定》、《民用建筑节能设计标准》、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》等，这都有利于改善居住建筑的热环境，提高暖通空调系统的能源利用效率，从根本上扭转我国居住建筑用能严重浪费的状况，必将对我国建筑节能事业产生积极而深远的影响，实现国家节约能源和保护环境的战略。

目前我国全面推广节能和绿色建筑工作，制订了包括节能、节地、节水、节材和环境保护的强制执行标准。力争到2020年，使全社会建筑的总能耗能够达到节能65％的总目标。

当前，我国正处于城镇化高速发展进程，随着城市住宅的增多，城市住宅的节能化应当成为建筑节能理论研究和具体实践的重点。

一、城市住宅节能的经济性分析

1　基于建筑全寿命周期费用的分析

作为耗能和污染大户，建筑业的可持续发展势在必行，其中建筑设计首当其冲。从能源和环境的角度，其生命周期是指从材料与构件生产(含原材料的开采)、规划与设计、建造与运输、运行与维护直到拆除与处理(废弃、再循环和再利用等)的全循环过程，即建筑的全寿命周期。

通过有效的住宅节能化设计，可以从以下二个阶段的投入及其在全寿命费用中的比重，运用加权平均法综合平衡一次投资与后期投入的关系，从而整体上降低全寿命周期成本：

一是建筑材料选择阶段，“蕴能量”的概念对全寿命费用有重大影响，它包括物质材料从原材料提炼到生产过程完成所消耗的能量，转化为建筑元素所消耗的能量和进行装配所消耗的能量的总和，它表征建筑系统由外到内的能量和物质材料交换量的多少。“蕴能量”高低由砖和石等初级材料到铝材和钢铁等精细材料成倍增长。当然与高蕴能量相对的是较少的维护要求、高回收率和高循环利用率，环保型使用模式相对节省了能耗和物质材料。总之建筑设计选择材料时应针对具体工程实际，全面综合比较做到整体上性而优则用，以实现建筑的可持续。

二是建筑构造设计、设备选择阶段，根据系统论的等价原理，开放系统可通过不同的输入和不同的系统结构达到同样的目标。建筑寿命周期中其自身“蕴能量”只占总能源使用的35％，高达65％的能耗与其运营方式有关。因此直接决定建筑运营方式的节能策略是全寿命周期评价的关键，我们既不能盲目控制一次造价而不顾后期投入大量增加，也不能一味追求所谓生态高技术，造成建设投资大幅超标。如果节能措施增加初期投资5％～10％，而其可在预见的期限内收回，就不失为我们所接受的提高经济效益的良策。对于增加的成本，应把长期效益按可比价格折算成直观经济指标以利于比较分析。

三是建筑后期处理阶段，建筑功能的废弃、技术的过时和物质性衰退造成的设备更换及改造费用也是全寿命成本重要组成部分。一座易于改造的建筑才会拥有更长的使用寿命和更高的使用效益。

2　基于土地开发利用效率的分析

土地作为重要的自然资源，既是经济发展的重要载体又是生态环境的基本要素。因此，土地的开发利用既不是纯粹的经济过程，也不是纯粹的生态过程。土地开发利用既要保障经济社会发展对土地的需求，又要兼顾环境保护和生态建设。只有科学利用土地资源，保障合理的生态建设用地，避免因土地过度开发造成生态环境破坏，才能实现土地开发利用中经济过程和生态过程的有机统一，实现生态经济、社会的协调发展。土地开发活动不可避免地会对开发区域的生态环境带来影响，由于土地资源的差异性，开发活动对土地生态环境的影响程度也不一样。因此，在统筹土地利用之前，对土地资源的生态敏感性进行评价，对生态环境脆弱、敏感性极高的地方进行重点保护，对生态敏感性较弱、自我修复能力较强的地方可以优先开发。在建筑规划选址时，按照建设环境友好型社会的要求，应考虑其自然生态环境的结构功能和对人类的各种影响，协调土地利用与生态建设，保障生态安全，把对基地内生态环境的影响减到最小，从而合理利用、调整改造和顺应其建筑生态环境，促进经济社会可持续发展和生态环境良性循环，构建生态良好的土地利用格局。

建筑领域尤其是住宅建设领域，产业关联度很高，和老百姓切身利益最为密切，我国每年要建造的城乡住宅，在建造过程中需要占用大量土地和消耗大量资源，土地形式严峻，因此有必要做好建筑规划设计中的节地措施，做到人、住宅、自然的和谐友好共生。2006年3月1日开始实施的《住宅建筑规范》就提出：住宅建筑应从因地制宜、节约资源、保护环境的角度出发，做到适用、经济、美观，符合节能、节地、节水、节材的要求。节地首先取决于对土地资源的科学合理规划、城区土地的合理控制，其次是农村住宅的适度集中和土地资源有效流转。对于开发企业来说，在土地获得之后要通过优化设计解决好容积率、密度、环保、景观等一系列问题，达到土地使用效率高，达到空间的量和空间的质的全面提升。发展“节能省地型”住宅，是体现科学发展观的一面旗帜，当它鲜明、真切地飘扬在我们面前时，引发了我们深层次的思考，也让我们领悟到四项变革的现实性和迫切性。这就是：现代居住生存方式和住宅增长方式的变革，住宅生产方式的变革，住宅品质增强方式的变革和住宅建设政策实施方式的变革。

针对以上城市住宅节能设计的经济性分析，本文提出我国发展节能住宅的两条策略。

二、策略一：合理选用建筑材料

建筑材料工业高能耗、高物耗、高污染，是对不可再生资源依存度非常高、对天然资源和能源资源消耗大、对大气污染严重的行业，是节能减排的重点行业。加强能源资源节约和生态环境保护，需要开发和推广节约、替代、循环利用的先进适用技术，努力提高能源资 源利用效率。

1　耐用建材的使用

可取代粘土砖的新型保温节能墙体材料的工程应用技术，例如外墙外保温技术、保温模板一体化技术等。该类技术可以节约大量的粘土资源，同时可以降低墙体厚度，减少墙体材料消耗量；轻质高强建筑材料工程应用技术，例如使用高强轻混凝土，高强轻质材料不仅本身消耗资源较少，而且提高了散装水泥使用率，因此降低了混凝土消耗量，从而减少了水泥、砂石的消耗量；以耐久性为核心特征的高性能混凝土及其他高耐久性建筑材料的工程应用技术。采用高耐久性混凝土及其他高耐久性建筑材料可以延长建筑物的使用寿命，减少维修次数，在客观上避免了建筑物过早维修或拆除而造成的巨大浪费：采用预应力混凝土结构技术。工程采用无粘结预应力混凝土结构技术，节约钢材约25％，节约混凝上约1／3，且减轻了结构自重等。

在建筑方案设计方面，应使建筑物的建筑功能具备灵活性、适应性和易于维护性，以便使建筑物在结束其原设计用途之后稍加改造即可用作其他用途，或者使建筑物便于维护而尽可能延长使用寿命。与此类似，在城市改造过程中应统筹规划，不要过多地拆除尚可使用的建筑物，应该维修或改造后继续加以利用，尽量延长建筑物的服役期。

2　再生节能建筑材料的使用

再生节能建筑材料是指利用建筑垃圾等废弃物生产的再生建材以及新型节能建材。为推动再生节能建筑材料的生产与利用，特别是支持推动汶川地震建筑垃圾处理与而生利用，国家财政将安排资金专项用于支持再生节能建筑材料生产与推广利用。

据资料显示，目前我国建筑垃圾综合利用专利技术已达172项，其中绝大多数实现成果转化。同济大学土木工程学院教授肖建庄说，“利用废混凝土和废砖石可生产一定强度等级的再生混凝土、再生砂浆、墙板、地砖等建材。添加固化类材料后，也可以用来铺设公路的路基。”此外，渣土可用于筑路施工，废木料能作为木质再生板材，废路面沥青可按照适当比例直接用于再生沥青混凝土，废钢筋也可直接再利用或回炉加工。在现有的技术下，再生节能建筑材料不但清洁可循环，而且质量更好。再生砖以建筑垃圾为主要原料，加入少量粉煤灰，配加水泥等水硬性胶凝材料，比实心粘土砖轻45％以上，可大大减轻建筑物的自重，降低工程总造价。与传统砌砖相比，隔热、抗震、防渗等性能也显著提高。

3　当地天然建材的使用

在建材的使用方面，除优先采用节约环保型建筑材料，再生型材料，耐用长寿性材料之外，还应尽量就地取材。采用本地建材尤其是天然建材，可以大大节约资源，提高资源的使用效率。建材产品的特点决定了本地化供应，一定会占据市场的主流。

三、策略二：有效利用低碳能能源

1　地热利用

大地是个巨大的蓄热体，地下温度年变化量非常小，进入地下1米，温度基本保持稳定，这一特性在我国民居中早有运用。地下室在冬季可以为建筑提供一个较稳定的热源，从而减少能源的消耗。为了缓解一天当中的室温变化，可以把白天的温暖空气输送到地下蓄热到夜间慢慢释放出来。我国地热资源极为丰富，全国已发现地热点3200多处，打成的地热井2000多眼。

采用地源热泵技术，通过深埋于建筑物周围的管路系统将地下水在建筑物内部完成热交换，被称作“地温空调”。它彻底取代了锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统，被称为21世纪的“绿色空调技术”。与传统冷暖空调相比，“地温空调”制冷制热速度很快，吹出来的风要柔和很多，不像传统空调那样干和燥热，而且省电。以传统分体式悬挂空调为例，夏冬两季平均耗电量约为1780W／h，而地温空调的耗电量仅为650W／h。地源热泵的工作原理是利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为热源；夏季把室内的热量取出来，释放到地下去，此时地能为冷源。夏季利用冷资源，冬季可以利用地热资源、在经济条件和地质条件允许的情况下，可利用地源热泵抽取地下的热量，为室内供暖。在户型及层高设计时，就需要围绕热源来组织空间，将各主要功能房与热源尽量紧凑布置，以尽量充分利用热源，减少空调能牦，同时适当提高层高，以便于供热管道的穿行。对地热资源的利用，在我国已经兴起，经济性正在逐步提高，相信很快就可以在条件较好的住区使用。

2　风能利用

在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。我国风力资源丰富，可开发利用的风能储量为10亿千瓦。对风能的利用，特别足对我国沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，具有十分重要的意义。

3　太阳能应用

太阳能是一种洁净的、无污染而且是取之不尽，用之不竭的自然能源，它在建筑上具有很大的利用潜力。目前国外将太阳能转化为电能的技术正在不断地完善，提倡进一步发展所谓“低能耗”、“超低能耗”、“零能耗”建筑，从而把对太阳能的利用作为建筑节能的有效手段，并试图利用太阳能来提供建筑物所需的全部能源。目前，在建筑设计中利用太阳能，已成为设计可持续发展建筑的有效手段之一。我国属太阳能资源丰富的国家之一，应充分考虑太阳能的利用。太阳能在建筑中的应用技术可分为太阳能光热利用技术、自然光利用技术以及太阳能光电利用技术。其中，太阳能光热利用技术和自然光利用技术的应用最为广泛。

4　生物质能新技术利用

随着《可再生能源法》的正式实施，生物质能源发展日益受到国家和全社会的重视。我国是一个多煤少油的国家，石油资源比较匮乏。发展生物质能源替代石油，是一项重要的战略决策。在可再生能源中，林业生物质能具有重要地位。我国林业生物质能原料资源较为丰富，且发展潜力和空间巨大。

林业生物质能源是通过植物的光合作用而贮存于植物中的太阳能，是一种可再生能源，就其能源当量而言，仅次于煤、石油、天然气。专家表示，全球生物质能源的储量为18000亿吨，相当于640亿吨石油。我国生物质能源至少有相当于7个大庆的能源产出量，发展生物质能源，有效利用部分生物质能，至少能够形成一个“绿色大庆”。

生物质能是由植物与太阳能的光合作用而贮存于植物中的太阳能。据估计，植物每年贮存的能量相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1％。通过生物质能转换技术，可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等燃料。发展生物质能源，对保障我国未来能源安全具有重要作用。

四、结语

在进行生态节能建筑设计时我们不应把建筑置于某一孤立的基地中来考虑，而是要把它置于整个所处的能源和生态循环系统来考虑，分析当地的能源循环路径，重新正确组织和调整能源循环系统，充分发掘和利用可再生自然能源，把建筑作为能源循环和生态循环的一个重要环节来设计。节能的目标不是以牺牲利益为代价，而应当降低全寿命周期的消耗，充分利用当地自然资源，积极推进节水、节材、节地和资源的循环利用，通过综合的优化，即以达到全寿命周期整体利益的最优化来实现。