建筑節(jié)能發(fā)展研究(6篇)
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第一篇：建筑節(jié)能在信息融合中的應(yīng)用
信息融合即多源信息融合，是對多種傳感器和不同的信息源進行有效的集成，全面獲取所需要的信息，從而提高對目標事物的檢測和識別能力。通過信息融合可以提高某一系統(tǒng)在空間和時間上的覆蓋范圍以及信息的使用效率，它同時也增加了信息的可靠度。隨著社會的發(fā)展，科技的進步，目前信息融合已在自動目標識別、戰(zhàn)場監(jiān)視、自動飛行器導(dǎo)航、機器人、遙感、醫(yī)療診斷、圖像處理、模式識別和復(fù)雜工業(yè)過程控制等［1］領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
1信息融合
信息融合是一個多層次、多方面的處理過程，通過對多源數(shù)據(jù)進行檢測、結(jié)合、相關(guān)、估計和組合以達到精確的狀態(tài)估計和身份估計，以及完整、及時的態(tài)勢評估和威脅估計的目的［2］。信息融合一般抽象為三個層次來完成，由低到高依次為:數(shù)據(jù)層融合、特征層融合、決策層融合［3－4］。數(shù)據(jù)層融合是直接對從傳感器那里獲得的數(shù)據(jù)進行融合，然后從這些數(shù)據(jù)中提取其特征，之后進行判斷識別。其優(yōu)點是保持了信息的最初特征，其缺點是信息量比較大，而且融合過程是在最低層進行的，信息的獲取依賴于傳感器，當傳感器出現(xiàn)問題時，通常會帶來信息不確定、不穩(wěn)定的狀況，因此處理起來比較復(fù)雜。特征層融合是在數(shù)據(jù)層融合的基礎(chǔ)上進行的，它主要是對提取的特征進行融合。優(yōu)點是通過對數(shù)據(jù)層的信息進行提取，減少了信息量，但缺點是使得獲取的數(shù)據(jù)的準確性有所下降。決策層融合屬于高層次融合，它根據(jù)不同的狀況按照一定的算法準則對每個傳感器獲取的信息進行協(xié)調(diào)優(yōu)化，并最終做出全局最優(yōu)決策。它從具體決策目標出發(fā)，對數(shù)據(jù)層和特征層提取的各類特征信息進行融合，最終依據(jù)融合的結(jié)果做出決策。其優(yōu)點是靈活性高，容錯性、抗干擾能力強，對傳感器的依賴性較小，當一個或幾個傳感器出現(xiàn)錯誤時，通過適當?shù)淖晕艺{(diào)整，依然能獲得正確的結(jié)果。它和特征層融合大致一樣，都存在原始信息缺失的問題，但是就最終結(jié)果而言并不會造成太大的影響。信息融合在信息獲取的過程中主要是利用多種傳感器進行的，采用不同的傳感器獲取目標事物所需的環(huán)境信息，而這樣的信息往往具有冗余性、互補性、實時性等特點。信息融合就是對由不同傳感器獲取的這種多源信息進行加工、優(yōu)化處理的過程，通過對性質(zhì)不同、變化多樣的信息進行反復(fù)的篩選、推理，然后提交給分類器，改進其決策能力，對信息做出更加準確的判斷。信息融合還有著以下特點［5］:(1)支持空間和時間覆蓋范圍的擴展;(2)提高系統(tǒng)對信息的利用率;(3)提高信息的可信度與精度;(4)對目標信息的識別能力強。
2信息融合的模型
近年來，人們提出了各種信息融合模型，但是卻沒有統(tǒng)一的分類形式。目前的信息融合模型大致分為兩類:功能型模型，主要根據(jù)節(jié)點的順序構(gòu)建;數(shù)值型模型，主要根據(jù)提取的數(shù)據(jù)構(gòu)建［6］。而其中使用較多的模型有UK情報環(huán)、Boyd控制回路(OODA環(huán))、Dasarathy模型、JDL模型和Omnibus模型等。
2．1UK情報環(huán)
UK情報環(huán)顧名思義就是把信息作為一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)來進行處理。它由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)評估和分發(fā)四個階段構(gòu)成。在作情報處理工作時，由信息處理和信息融合兩部分組成。在其進行情報處理時，可以避免情報被復(fù)制，并確保情報的實時性與客觀性;在進行系統(tǒng)開發(fā)時可以保證系統(tǒng)的輸出被應(yīng)用，由于是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在有一處信息發(fā)生改變時它可以根據(jù)需要實時進行改變，可以通過對情報的收集策略進行不斷回顧，隨時進行修正，避免信息源遭受破壞，但是其應(yīng)用范圍有限。
2．2OODA環(huán)
OODA環(huán)，也稱為Boyd控制環(huán)，環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由觀測、定向、決策、執(zhí)行環(huán)［7］四部分組成。作為一個閉環(huán)結(jié)構(gòu)，在進行數(shù)據(jù)融合操作時有循環(huán)性的特點，隨著融合階段的不同而逐一向前遞進，傳遞過程數(shù)據(jù)量不斷減少，可以更加快速的執(zhí)行。但是由于其執(zhí)行過程是逐階段進行的，當有一個階段出現(xiàn)問題時，就會影響后續(xù)階段的進行。
2．3JDL模型
JDL模型即聯(lián)合指揮實驗室，起初分為三級，廣泛應(yīng)用在美國數(shù)據(jù)融合社區(qū)，后來在原分級的基礎(chǔ)上按信息抽象的不同層次將信息融合分為五級，包括了從檢測到威脅判斷的完全過程。在2004年出現(xiàn)了推薦版JDL融合模型，對原有的五級進行了改進，其五級結(jié)構(gòu)分別為:信號/特征估計、實體估計、態(tài)勢估計、影響估計和過程估計。JDL融合模型圖見文獻［8］。
2．4Dasarathy模型
Dasarathy模型是在JDL模型的基礎(chǔ)上，對其進行擴展的模型，同樣分為五級結(jié)構(gòu)，按照數(shù)據(jù)融合的功能進行分類。其融合過程為:(1)數(shù)據(jù)輸入/數(shù)據(jù)輸出:主要是數(shù)據(jù)的融合。(2)數(shù)據(jù)輸入/特征輸出:對輸入的數(shù)據(jù)進行特征選擇，然后進行提取、輸出的過程。(3)特征輸入/特征輸出:該級是特征融合的過程，對上一級提取的特征按照一定的規(guī)則進行融合。(4)特征輸入/決策輸出:該級融合主要是模式識別和模式處理。(5)決策輸入/決策輸出:該級屬于決策級融合。Dasarathy模型從信息融合的層次角度出發(fā)，自上而下逐級進行推理分析，可以對信息進行一個整體的描述，但是在信息融合時過多地注重了層次結(jié)構(gòu)，而融合的功能結(jié)構(gòu)考慮的較少。
2．5Omnibus模型
1999年MarkBedworth在對多種模型進行對比分析后提出了Omnibus模型［9］。該模型綜合其他模型的優(yōu)點，在利用Boyd回路控制信息流動的同時，又采用瀑布模型的方法對數(shù)據(jù)融合中的處理過程進行定義，同時借鑒JDL模型對信息融合功能的分級結(jié)構(gòu)，因此Omnibus模型可以處理多種復(fù)雜的情況，適應(yīng)的領(lǐng)域范圍更加廣泛。但是Omnibus模型在使用的過程中沒有考慮到對知識庫和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理需求，缺少了數(shù)據(jù)庫的使用，而現(xiàn)實中進行信息融合時往往需要數(shù)據(jù)庫和知識庫的支持，這也是此模型美中不足的地方。Omnibus融合模型圖見文獻［10］。
3信息融合的方法
信息融合的方法大致可分為:估計方法、推理方法、分類方法和人工智能等。而估計方法又分為遞歸和非遞歸，推理方法又分為粒子濾波法、D－S證據(jù)方法和貝葉斯推理等，分類方法又分為參數(shù)模版法、K－means聚類和聚類分析等，人工智能又分為專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論等［11］。其中比較常用的有卡爾曼濾波法、加權(quán)平均法、貝葉斯推理(Bayes)、證據(jù)推理(D－S)、模糊推理理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粗糙集理論、專家系統(tǒng)等。
3．1貝葉斯推理
貝葉斯推理是以概率論中的Bayes公式為基礎(chǔ)進行的，首先對各個傳感器獲取目標信息的可能性進行計算，獲得其概率狀況，然后對概率進行融合。當傳感器網(wǎng)絡(luò)較大，傳感器種類、數(shù)量多時，采用此方法進行信息融合將是一種很好的手段。其優(yōu)點是簡潔、易于處理相關(guān)事件，缺點是不能區(qū)分不知道和不確定事件，并且要求處理的對象具有相關(guān)性［12］。由于獲得概率需要建立在大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計之上，因此在實際運用中對于一般不知道先驗概率的狀況，往往需要做大量的統(tǒng)計來獲得先驗概率使得定義先驗似然函數(shù)十分復(fù)雜，不容易操作。此外，它還要求各概率之間是相互獨立的，在處理多假設(shè)和多條件問題時就顯得相當復(fù)雜。
3．2D－S證據(jù)方法
D－S證據(jù)理論又稱為信任函數(shù)理論，它主要處理不確定的信息，為不確定信息的表達和合成提供自然而強有力的方法，是信息融合與模式識別等領(lǐng)域的重要理論之一［13］。利用D－S證據(jù)理論融合的過程為:首先從各個傳感器得到目標命題的觀測證據(jù)，然后對各個命題進行基本的概率分配，計算出置信度和似然度(在這里也就是得到了每個命題的一個置信區(qū)間)，D－S證據(jù)有其相應(yīng)的組合方法，依據(jù)這些方法可以計算出在所有證據(jù)聯(lián)合作用下的基本概率值，最后根據(jù)判決準則得到最終的結(jié)果。其優(yōu)點是可以處理不確定的命題，并且可根據(jù)實際情況淘汰一些偏離證據(jù)的命題，但其缺點是在進行概率分配時需要依靠經(jīng)驗的支持，概率分配函數(shù)對結(jié)果有著重大的影響，即使發(fā)生微小的變化也能引起結(jié)果的不同，使用的范圍也有限，并且當證據(jù)完全相反時，就無法進行融合了。
3．3模糊推理理論
模糊推理是以模糊集合論為基礎(chǔ)描述工具，對數(shù)理邏輯進行擴展而建立起來的，它屬于不確定推理的一種［14］。利用模糊推理理論進行信息融合時，首先依據(jù)現(xiàn)實問題選擇需要的傳感器，利用知識與經(jīng)驗刻畫所得信息的模糊集隸屬函數(shù)，在這里也就得到了模糊推理的規(guī)則，依據(jù)這些規(guī)則進行模糊推理，推導(dǎo)出模糊結(jié)論，對模糊結(jié)論再進行融合得到一個總的結(jié)論，最后經(jīng)過多次反模糊化過程并進行融合得到精確的目標值。其核心任務(wù)就是確定其模糊推理規(guī)則，當輸出與模糊規(guī)則確定之后，系統(tǒng)的特性也就基本確定了。
3．4BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種單向傳播的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)層除了輸入輸出節(jié)點外，還有一層或多層隱節(jié)點，同層節(jié)點間沒有任何耦合［15］。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以看作一個輸入到輸出的高度非線性映射。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行信息融合時，首先要完成融合系統(tǒng)中輸入和輸出之間的復(fù)雜映射，然后才能使用網(wǎng)絡(luò)進行信息融合。信息融合的方法多種多樣，其關(guān)鍵問題就是選取合適的方法，只有選擇了合適的方法才能得到最佳的結(jié)果。
4信息融合在建筑節(jié)能中的應(yīng)用
建筑當中耗能設(shè)備種類繁多，依靠單一的傳感器來實現(xiàn)控制，會出現(xiàn)信息不準確和不充分的狀況，并且單一的控制往往會出現(xiàn)沖突，采用信息融合技術(shù)對各個傳感器獲得的信息進行融合，實施綜合控制可以較好地解決這一問題。因此在建筑節(jié)能方面，信息融合也越來越多地被使用。
4．1利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行建筑環(huán)境信息融合
根據(jù)實際的需求，需要做以下幾方面的工作［16］:(1)選取合適的輸入變量;(2)選擇合適的輸出變量;(3)隱含層數(shù)的選取;(4)隱含層單元數(shù)的確定。其基本流程是通過傳感器獲取需要輸入的數(shù)據(jù)，然后在PC機上用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進行信息融合，最后得到一個滿足人體需求的室內(nèi)環(huán)境，避免不必要的能耗浪費，從而達到節(jié)能的效果。
4．2多傳感器信息融合的節(jié)能控制系統(tǒng)
此節(jié)能系統(tǒng)通過多傳感器同時采集狀態(tài)信息，在PC機中實現(xiàn)信息融合，然后輸出多路控制信息，對某一區(qū)域的耗能設(shè)備進行控制，對能耗設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時調(diào)節(jié)，以此來達到節(jié)能的效果。
4．3信息融合在智能建筑中的應(yīng)用
智能建筑包含三大系統(tǒng):建筑物自動化系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)和通信自動化系統(tǒng)［18］。這三大系統(tǒng)各自又包含許多子系統(tǒng)，這些系統(tǒng)是相互聯(lián)系的一個整體，可以利用信息融合強大的信息處理能力對這些子系統(tǒng)進行管理和監(jiān)測，達到最優(yōu)的控制，提高建筑的性能和安全性，最終達到信息技術(shù)與建筑技術(shù)的融合。借鑒了美國國防部JDL提出的四級融合模式，根據(jù)智能建筑系統(tǒng)的特點，提出了基于信息融合的控制方案，即采用六層劃分:傳感器層、傳感器子系統(tǒng)層、初級融合子系統(tǒng)層、決策管理子系統(tǒng)層、執(zhí)行器子系統(tǒng)層、執(zhí)行器層。
5信息融合在建筑節(jié)能中的應(yīng)用模型
(1)數(shù)據(jù)采集:通過傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取建筑室內(nèi)外的溫度、濕度、亮度、通風量等多種信息，并且將采集到的信息讀入到PC機當中，供PC使用。(2)數(shù)據(jù)處理:運用信息融合的技術(shù)編寫軟件，對讀入到PC機中的數(shù)據(jù)進行操作。主要是通過信息融合技術(shù)的檢測、識別和決策最終得到一個更加合理舒適的室內(nèi)環(huán)境值。(3)交互、控制工作:將最佳的室內(nèi)環(huán)境值提交給人機交互中心，而人機交互中心既可以實現(xiàn)人為的控制，也可以實現(xiàn)由機器自主控制，通過對建筑內(nèi)各個耗能設(shè)備進行最優(yōu)控制，以此達到資源的合理利用，在為人們創(chuàng)造一個舒適、溫馨的生活或工作環(huán)境的同時實現(xiàn)節(jié)能的目的。
6信息融合在建筑節(jié)能中的發(fā)展趨勢
隨著科技的發(fā)展和社會的進步，智能建筑這一字眼越來越多地出現(xiàn)在人們的日常生活當中，創(chuàng)造一個溫馨、舒適、智能化的生活環(huán)境是機遇，同時也是挑戰(zhàn)。伴隨著信息融合技術(shù)的不斷發(fā)展，把人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論結(jié)合起來應(yīng)用到智能建筑當中將有著重大的意義。利用信息融合這一多技術(shù)相結(jié)合的方法，更加廣泛地把影響人們?nèi)粘Ｉ畹母鞣N環(huán)境因素都考慮在內(nèi)，由計算機來進行統(tǒng)籌的考慮和精密的分析，然后進行智能化的處理，并以此對建筑內(nèi)的各個設(shè)備進行最優(yōu)控制，使建筑變得更加的人性化與智能化。當然，要想實現(xiàn)這一過程還需要很長的一段路要走，但是在科技發(fā)達的今天，離這一步也將越來越近。
7結(jié)束語
隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)速度的加快，建筑能耗日益上升，建筑節(jié)能已經(jīng)被提上日程，它也是現(xiàn)今乃至今后研究的一個熱點。文中首先通過對近年比較熱的信息融合技術(shù)進行回顧和研究，然后對其在建筑中的一些運用進行分析，最后提出了把信息融合應(yīng)用到建筑節(jié)能中的模型。但由于信息融合的發(fā)展還不是十分成熟，并且我國的建筑節(jié)能也相對落后，把信息融合技術(shù)更好地應(yīng)用到建筑節(jié)能當中仍然有很長的一段路要走，對于很多問題還需要進行大量深入的研究。
作者：呂丁浩 鐘伯成 雒靜 單位：上海工程技術(shù)大學(xué) 電子電氣工程學(xué)院
第二篇：圖書館建筑節(jié)能設(shè)計
1圖書館建筑節(jié)能內(nèi)涵及意義
1．1建筑節(jié)能的涵義
所謂建筑節(jié)能，是指在建筑物的規(guī)劃、設(shè)計、新建（改建、擴建）、改造和使用過程中，按照相關(guān)規(guī)范，嚴格執(zhí)行節(jié)能標準。采用節(jié)能型的技術(shù)、工藝、設(shè)備、材料和產(chǎn)品，可提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調(diào)制冷制熱系統(tǒng)效率，可加強建筑物用能系統(tǒng)的運行管理。圖書館建筑應(yīng)重視自然環(huán)境（太陽能、風能、綠化等），利用可再生能源，在保證室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量前提下，盡量減少對建筑設(shè)備的依賴。因此，建筑設(shè)計師應(yīng)從生態(tài)角度出發(fā)，根據(jù)建筑所處的具體環(huán)境，設(shè)計出節(jié)能建筑。［1］
1．2圖書館建筑節(jié)能的意義
一個優(yōu)秀的圖書館設(shè)計，在滿足建筑使用功能和美學(xué)要求外，還要節(jié)約能源，盡可能降低能源消耗。林立闡述了現(xiàn)代圖書館的發(fā)展理念，指出建筑節(jié)能設(shè)計勢必成為未來建筑設(shè)計的主流發(fā)展方向。［2］目前住宅與公共建筑的采暖、空調(diào)、照明和家用電器等設(shè)施消耗了全球約1／3的能源。圖書館屬大型公共建筑，其能耗是普通住宅的5－15倍，是建筑節(jié)能監(jiān)管的重點。2005年以來，我國先后實施了“公共建筑節(jié)能設(shè)計標準（GB50189－2005）、《中華人民共和國建筑節(jié)能法》、《民用建筑節(jié)能條例》、《中華人民共和國節(jié)約能源法》、《公共結(jié)構(gòu)節(jié)能條例》、《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》等一系列節(jié)能法律法規(guī)，對建筑節(jié)能及其監(jiān)管作了具體要求?！保?］可見，國家對建筑節(jié)能的重視。
2圖書館建筑節(jié)能的措施
2．1合理選址與科學(xué)規(guī)劃
（1）圖書館宜建在地勢較高、通風良好的地方，有利于館藏資源的保存。（2）圖書館建筑周圍可種植不同種類的綠色植物。實驗證明，圖書館周圍的綠化面積應(yīng)最少不小于館區(qū)全部面積的1／3，否則達不到吸收噪聲、調(diào)節(jié)溫度與濕度的作用。如蘇州圖書館選址為原市人大、市政府大院，院內(nèi)古樹名木、鳥語花香、小橋流水盡顯吳地特色，是一處典型的江南園林式圖書館理想場所［4］，改善了圖書館附近微氣候。該館園中有館，館中有園，書香園林，體現(xiàn)了當?shù)匚幕厣?/p>
2．2造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）根據(jù)我國的氣象特征，我國處在北半球，夏季多刮偏南風，圖書館應(yīng)盡量采用南北朝向開窗，從而使室內(nèi)空氣對流加強，促進自然通風，不必過于依賴空調(diào)。（2）在滿足使用功能前提下，合理確定圖書館形狀，嚴格控制體形系數(shù)。理論上，在其他條件相同的情況下，體形系數(shù)越大，其單位建筑熱散失面積就越大，能耗越大。體形系數(shù)每增加0．01，耗熱能指標約增加2．5％。通常，降低體形系數(shù)的方法有：圖書館外形設(shè)計宜簡潔、完整，要盡量避免復(fù)雜輪廓線及外形凹凸過多，盡可能地減少外表面積。［5］門窗的設(shè)計不合理導(dǎo)致的高耗能也占有很大比例。公共建筑合適的窗墻比不應(yīng)大于0．7或小于0．4，可見光的投射比不應(yīng)小于0．4，合理布置開窗位置，通過控制開窗面積，能有效降低能耗。（3）改進結(jié)構(gòu)設(shè)計。目前，我國圖書館空間結(jié)構(gòu)多數(shù)采用國外“三統(tǒng)一”設(shè)計模式，即統(tǒng)一柱網(wǎng)、統(tǒng)一層高、統(tǒng)一荷載。其設(shè)計優(yōu)勢在于大空間，將圖書館的館藏、咨詢、閱覽、借還幾種功能一體化，但是這也意味著任一地方的照明、采暖，都要按照最高要求設(shè)計，造成極大浪費。［6］這就需要設(shè)計者突破現(xiàn)有模式，改進結(jié)構(gòu)設(shè)計。
2．3利用太陽能
（1）太陽熱能取暖與制冷系統(tǒng)。南方地區(qū)夏季炎熱，可充分利用太陽能。其方法：一是利用太陽能推動機械裝置，驅(qū)動壓縮制冷系統(tǒng)運行；二是利用太陽能熱量直接驅(qū)動吸收式制冷機運行。（2）太陽能光電系統(tǒng)。一種是將太陽輻射直接轉(zhuǎn)化為電能，為建筑物提供清潔能源，如太陽光輻射加熱水。另一種是太陽能儲能技術(shù)，如太陽能光電池技術(shù)，實驗性光電池發(fā)電廠已在運行中，其經(jīng)濟效益和社會效益無法估量。［7］牙買加的一個社區(qū)圖書館，設(shè)計時利用弧形白色反射板使陽光均勻地照到室內(nèi)，室內(nèi)2／3的采光來源于自然光，西面的玻璃幕墻采用雙層吸熱玻璃，只透光不透熱。冬季時通過屋頂?shù)母咝阅芡繉游鼰?，可?jié)省1／3的采暖空調(diào)能耗。
2．4水循環(huán)系統(tǒng)及利用風能
潔凈水是生活中不可替代的物質(zhì)，但圖書館消耗大部分潔凈水，約占80％是用在清潔、供暖等用途。在圖書館建筑用水設(shè)計中，應(yīng)構(gòu)建水資源健康循環(huán)體系，推進水資源的優(yōu)化配置和循環(huán)利用。如加大雨水利用與回收，通過暗溝將雨水導(dǎo)入集水池儲存，經(jīng)生物分解、中水處理等先進技術(shù)凈化處理可代替潔凈水，可澆灌花草、沖廁等，從而節(jié)約大量水資源。如廣東省立中山圖書館通過雨水回收利用，設(shè)計雨水收集回用系統(tǒng)［8］，便在最大程度上實現(xiàn)了水資源的妥善凈化和循環(huán)利用。
2．5利用先進技術(shù)與設(shè)備
（1）空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能。目前，圖書館采用的空調(diào)系統(tǒng)主要有三類：一是非中央空調(diào)系統(tǒng)的分體機和柜機，其優(yōu)點是初始投資最省、使用較靈活，但能效比低，機器使用壽命短，其室外機還會影響建筑外立面形象；二是中央空調(diào)多聯(lián)機組，系統(tǒng)可以集中控制，有效節(jié)約能源，其機組制冷效率、使用壽命均比分體機和柜機高，但初始投資較高；三是冷水機組，制冷效率和使用壽命最高，初始投資介于多聯(lián)機組和分體機柜機之間，適于大空間公共建筑，但操作靈活性低于前兩類?，F(xiàn)代圖書館大多采用中央空調(diào)系統(tǒng)，但合理的空調(diào)系統(tǒng)，對圖書館耗能至關(guān)重要。中央空調(diào)的設(shè)置也應(yīng)該有合有分，既有總體控制的中央大空調(diào)，又應(yīng)該有獨立開關(guān)的通風設(shè)備。根據(jù)圖書館不同功能區(qū)使用要求的特點，可分別采用不同的冷熱源和空調(diào)系統(tǒng)。針對中央空調(diào)機組，通過變頻改造可節(jié)能20－30％。在條件允許的情況下，可以采用地下儲能空調(diào)系統(tǒng)，利用地下水作為介質(zhì)進行儲能并進行能源的循環(huán)利用。（2）照明節(jié)能。現(xiàn)代圖書館建筑應(yīng)采用以自然采光為主，以人工照明為輔。①盡量利用自然采光，可通過合理設(shè)計的玻璃幕墻及結(jié)構(gòu)布置，提高對白天自然光的利用，達到節(jié)能的效果?？茖W(xué)表明，讀書時的最佳照度為30—40勒克司。在設(shè)計中，可因地制宜設(shè)計小天井采光，同時也起到穿堂風的效果，換氣效果好。②圖書館照明系統(tǒng)設(shè)計光照度一般比較強，且光源分布也比較廣。故在學(xué)習區(qū)域均使用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品，優(yōu)質(zhì)節(jié)能燈具可大幅度節(jié)能。③引進智能照明技術(shù)，采用可分區(qū)域智能控制的照明系統(tǒng)。通過分層分段電路設(shè)計，實行分區(qū)控制，避免全開、全關(guān)的電路設(shè)計。根據(jù)實際使用功能的不同按區(qū)域確定合理的照度標準。如在走廊、廁所、公共休息區(qū)等區(qū)域使用節(jié)能燈。④在日常管理中加強巡視和管理。如分層、分區(qū)引導(dǎo)，集中開放閱讀室。（3）新材料節(jié)能建筑物向外散失的總熱量中，約有70－80％是通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱向外散失的。因此，對大型公共建筑節(jié)能材料的研發(fā)就越發(fā)顯得重要?！吧昙~麗”外保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在寧夏大學(xué)圖書綜合實驗樓的工程實踐中取得了良好的效果。新型材料包括新型保溫、防水、隔熱玻璃等材料，廣泛應(yīng)用于圖書館墻體、屋面、外門窗等各個部位。①外墻、屋面。外墻選用節(jié)能性較好的材料如加氣混凝土砌塊、多孔磚、空心砌塊、砂加氣制品等或粉刷淺色或光滑的飾面材料，減少外表面對太陽輻射的吸收。如在寒冷的地區(qū)使用空心墻或各種蓄熱墻體；在炎熱的地區(qū)，可以在墻體中使用風口設(shè)計。對于屋面的節(jié)能和保溫可以采用以下措施：一是屋面設(shè)保溫層，保溫層密度不宜太大；二是設(shè)置保溫隔熱屋面，如頂架空隔熱屋面、蓄水屋面，遮陽屋；三是可以對屋頂進行綠化。②門窗、玻璃幕墻。研究表明，外門窗的傳熱系數(shù)約為墻體的3－4倍，超過30％的能源都是通過門窗而損耗的。在建筑設(shè)計中，應(yīng)合理控制窗墻面積比，不宜提倡大面積使用玻璃幕墻。將窗戶的玻璃改為特種玻璃，可比普通玻璃減少35％的日射，可起到保溫隔熱作用。如鄭州圖書館新館的玻璃幕墻采用高尖端技術(shù)的真空玻璃替代了雙層中空玻璃，從而減少外圍結(jié)構(gòu)的熱耗。
2．6宣傳及管理
（1）大力度向讀者宣傳圖書館節(jié)能知識，使人們意識圖書館節(jié)能的重要性。如利用圖書館大廳電子屏作節(jié)能宣傳，定期檢查建筑節(jié)能設(shè)備等。（2）建立科學(xué)合理的節(jié)能管理制度，提高監(jiān)管力度。目前，物業(yè)能源管理（PEM）是一種創(chuàng)新性節(jié)能服務(wù)模式，已在圖書館界得到應(yīng)用。
3現(xiàn)代圖書館建筑節(jié)能設(shè)計實例
3．1空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計
湖北省圖書館中央空調(diào)冷熱源系統(tǒng)采用地源熱泵與冰蓄冷系統(tǒng)相結(jié)合的方式，空氣處理系統(tǒng)采用大溫差低溫送風系統(tǒng)，空調(diào)水系統(tǒng)采用大溫差變流量系統(tǒng)。計算機房、特藏書庫等采用獨立恒溫恒濕機組。這些設(shè)備的合理組合，降低了空調(diào)系統(tǒng)的能耗和運行費用。地源熱泵原理是在季節(jié)轉(zhuǎn)換過程中，地源熱泵相當于將冬季的冷量儲存在地下供夏天使用；在夏天制冷時，將熱量存入地下供冬天使用。武漢地區(qū)土壤溫度波動小，常年在18℃左右，應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率高約40％，一次能源使用量可減少50－60％。污染物排放量，比空氣源熱泵的排放量減少40％以上，比電供暖的減少70％以上，節(jié)能效益顯著。冰蓄冷系統(tǒng)是在用電較少、電價較低時開始制冷，蓄存冷量；而在用電高峰、電價較高時停止制冰，同時依靠冰溶化來制冷，從而降低運行成本。此系統(tǒng)節(jié)源降耗，還降低室內(nèi)的相對濕度，提高熱舒適性，這對高溫高濕的地區(qū)意義重大。
3．2太陽能利用
武漢常年日照小時數(shù)約為1900小時，日照強度足夠。為了實現(xiàn)太陽能與建筑一體化，該工程采用分散式熱水器，集中式太陽能熱水系統(tǒng)。設(shè)計小時用水量為5m3／h。利用太陽電池光生伏特效應(yīng)原理，實現(xiàn)室外道路及綠化庭院太陽能LED燈夜間照明。
3．3外墻、窗、屋面
圍護結(jié)構(gòu)體系外墻采用干掛保溫墻面，外窗采用鋁合金低輻射鍍膜中空玻璃，外遮陽百葉系統(tǒng)有效遮擋太陽輻射，增加室內(nèi)漫射光，保障均勻采光。外墻、屋面優(yōu)先選擇保溫性能與施工效果均可得到保證的30厚擠塑聚苯苯板保溫材料。
3．4能源回收技術(shù)
湖北省圖書館采用全熱回收型熱泵機組，回收空調(diào)系統(tǒng)中的冷凝熱，可加熱水；并采用全熱新風換氣機組，回收排風中的能量，減少能源的消耗量。
作者：藍培華 單位：湖北工業(yè)大學(xué)圖書館
第三篇：建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢
目前，我國已成為世界第三大能源生產(chǎn)國和第二大能源消費國，每年建成建筑總面積已超過所有發(fā)達國家的總和。建筑在生產(chǎn)和使用過程中要消耗能源總量的50%，其中建筑能耗約占全社會總能耗的24%，而該比例還僅僅是建造和使用過程中所消耗的能源比例，如果再加上建筑材料在生產(chǎn)過程中所消耗的能源，那么建筑能耗將占到全社會總能耗的47.24%，在社會總能耗中位居首位。近年來我國建筑業(yè)的長足、快速發(fā)展，需要大量運行和使用能源，尤其是采暖和空調(diào)。2012年5月30日國務(wù)院常務(wù)會議討論通過的《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出了七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的主要任務(wù)和重點發(fā)展方向，包括節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)、新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、高端裝備制造產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)、新材料產(chǎn)業(yè)、新能源汽車產(chǎn)業(yè)[1-2]，制定了一系列產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖，提出了上述七大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的標志性目標、拓展市場應(yīng)用以及提升整體創(chuàng)新能力等主要政策措施、重大行動計劃。規(guī)劃中對節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的要求是要突破以下關(guān)鍵核心技術(shù)：能源高效與梯次利用、污染物防治與安全處置、資源回收與循環(huán)利用，根據(jù)高效節(jié)能、先進環(huán)保和資源循環(huán)利用的目標發(fā)展新裝備和新產(chǎn)品，推行清潔生產(chǎn)和低碳技術(shù)，加快形成支柱性產(chǎn)業(yè)。在我國，建筑能耗已與工業(yè)能耗、交通能耗并稱三大“能耗大戶”(見圖1)，節(jié)能潛力巨大，建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)已然成為節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要有機組成部分。如果采用全方位、科學(xué)、有效的節(jié)能措施，到2020年，我國在建筑總面積增加150億m2、人民生活水平顯著提高的前提條件下，全國建筑能耗用電增量僅為2300億kW•h/a，相對于不采取任何節(jié)能措施，每年可節(jié)約2.6億t標準煤，約等于我國2004年煤產(chǎn)量的18.6%；建筑用電每年可節(jié)約3500億kW•h時，相當于三峽發(fā)電站年發(fā)電量的4倍。
1建筑節(jié)能相關(guān)政策分析
近年來國家頻繁出臺建筑節(jié)能政策和行業(yè)法規(guī)。在規(guī)劃和管理方面的政策和法規(guī)有：(1)2006年7月出臺的《“十一五”十大重點節(jié)能工程實施意見》，規(guī)定了新建建筑全面嚴格執(zhí)行50%節(jié)能標準，北方寒冷地區(qū)和4個直轄市實施新建建筑節(jié)能65%的標準，要求采用新技術(shù)對既有建筑的電氣、空調(diào)、熱水供應(yīng)、采暖、炊事等方面進行全面改造；(2)2007年6月國務(wù)院印發(fā)的《節(jié)能減排綜合性工作方案》，對建筑行業(yè)明確提出要組織實施30個低能耗、綠色建筑示范項目，推動北方采暖區(qū)既有居住建筑供熱計量及節(jié)能改造1.5億m2，開展大型公共建筑節(jié)能改造示范與運行管理，啟動200個可再生能源在建筑中規(guī)?；瘧?yīng)用示范推廣項目；(3)2008年8月國務(wù)院頒布《民用建筑節(jié)能條例》和《公共機構(gòu)節(jié)能條例》；(4)2010年國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)國家發(fā)展和改革委員會等部門《關(guān)于加快推行合同能源管理促進節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見的通知》(國辦發(fā)[2010]25號)。為大力支持建筑節(jié)能的發(fā)展，我國在財政補貼方面也出臺了一系列相應(yīng)政策，如2008年1月財政部、國家發(fā)展和改革委員會聯(lián)合印發(fā)的《高效照明產(chǎn)品推廣財政補貼資金管理暫行辦法》，2008年10月14日財政部印發(fā)的《再生節(jié)能建筑材料財政補助資金管理暫行辦法》，2008年12月9日財政部、稅務(wù)總局聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于資源綜合利用及其他產(chǎn)品增值稅政策的通知》，2009年3月財政部制定并印發(fā)的《太陽能光電建筑應(yīng)用財政補助資金管理暫行辦法》，2011年財政部印發(fā)的《節(jié)能技術(shù)改造財政獎勵資金管理辦法》(財建【2011】367號)等，在照明節(jié)能、新能源利用等方面均給予了一定的財政獎勵和補貼。近年陸續(xù)出臺的一系列行業(yè)標準主要有《智能建筑設(shè)計標準》、《公共建筑節(jié)能標準》等全國性的行業(yè)標準。近年來國家出臺的眾多關(guān)于建筑及相關(guān)行業(yè)節(jié)能產(chǎn)業(yè)政策和行業(yè)法規(guī)，充分表明了我國政府對建筑能耗的認識和重視。目前，建筑節(jié)能已成為國家明令規(guī)定的“十二五”期間重點控制能耗的領(lǐng)域，此期間建筑節(jié)能工作的總體目標是到“十二五”期末，建筑節(jié)能要形成1.16億t標準煤節(jié)能能力：(1)發(fā)展綠色建筑、加強新建建筑節(jié)能工作，要形成4500萬t標準煤節(jié)能能力；(2)深化供熱體制改革，全面推行供熱計量收費，推進北方采暖地區(qū)既有建筑節(jié)能改造及供熱計量，城鎮(zhèn)居住建筑單位面積采暖能耗至少下降15%，要形成2700萬t標準煤節(jié)能能力；(3)加強公共建筑節(jié)能監(jiān)管體系建設(shè)，推動節(jié)能改造與運行管理，力爭公共建筑單位面積能耗至少下降10%，要形成1400萬t標準煤節(jié)能能力；(4)推動可再生能源與建筑一體化應(yīng)用，要形成常規(guī)能源替代能力3000萬t標準煤[4]。
2建筑節(jié)能主要技術(shù)
2.1建筑能耗損失途徑及建筑節(jié)能的概念
建筑能耗即建筑使用能耗(見圖2)，包括采暖、空調(diào)、照明、電氣、熱水供應(yīng)、炊事、家用電器等方面的能耗。其中，采暖和空調(diào)系統(tǒng)能耗約占建筑總能耗的50%~60%，照明能耗約占20%~30%，電梯能耗約占8%~10%[5]。目前，我國建筑能耗存在科技含量低、智能化程度不高、缺乏能效管理等缺點。通過對我國建筑現(xiàn)狀的全面調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)建筑能耗主要的損失途徑有：(1)設(shè)計不合理：設(shè)備選型過大，配置存在瓶頸；(2)運維管理不善：浪費現(xiàn)象嚴重，缺乏及時、合理的維護設(shè)備，缺乏科學(xué)、合理、有效的管理系統(tǒng)；(3)能量的輸配損失：配管和通風管道的熱量損失以及阻力損失；(4)機器設(shè)備的效率低下：設(shè)備老化，技術(shù)陳舊造成效率低下，能耗大增；(5)未充分利用自然資源：未有效地充分利用外部空氣、地熱、太陽能等自然資源。建筑節(jié)能是指在建筑中提高能源的利用效率，利用有限的資源和最小的能源消費代價取得最大限度的經(jīng)濟和社會效益，具體指在建筑物的規(guī)劃、設(shè)計、新建(包括改建和擴建)、改造和使用過程中，嚴格執(zhí)行節(jié)能標準，采用節(jié)能型的技術(shù)、設(shè)備、工藝、材料和產(chǎn)品，提高采暖供熱、空調(diào)系統(tǒng)效率和保溫隔熱性能，加強建筑物用能系統(tǒng)的優(yōu)化管理，利用可再生能源，在保證室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的前提下，減少供熱、空調(diào)、照明、熱水供應(yīng)的能耗。
2.2建筑節(jié)能的主要技術(shù)及解決方案
建筑節(jié)能的解決途徑只有2種：一方面通過開發(fā)利用可再生能源及節(jié)能建材等途徑降低建筑能耗的需求；另一方面要提高能耗系統(tǒng)的效率，從而降低終端能源使用量。通過對我國建筑能耗的分析可知，技術(shù)手段的推廣和合理利用是建筑節(jié)能的關(guān)鍵。建筑節(jié)能的關(guān)鍵不僅在于以后新建的商業(yè)建筑，而且在于通過一些投資小、見效快的技術(shù)手段對現(xiàn)有建筑的改造和提高運行管理水平提升能源利用效率，這是商業(yè)建筑節(jié)能的重點所在。目前，建筑節(jié)能主要的方案和技術(shù)有：采用合理的能效管理方法、風機水泵的變頻技術(shù)、供配電設(shè)備節(jié)能、中央空調(diào)的智能控制和照明節(jié)能、分布式能源的利用、建筑的規(guī)劃及保溫建材的應(yīng)用，具體為基于模擬分析的建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計、新型建筑圍護結(jié)構(gòu)材料與部品、通風裝置與排風熱回收裝置、熱泵技術(shù)、降低輸配系統(tǒng)能源消耗的技術(shù)、中央空調(diào)的溫度濕度獨立控制技術(shù)、建筑自動化系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制、樓字式燃氣驅(qū)動的熱電冷三聯(lián)供技術(shù)、燃煤燃氣聯(lián)合供熱和末端調(diào)峰技術(shù)以及節(jié)能燈、節(jié)能燈具與控制等。其中節(jié)能效果最明顯的要數(shù)空調(diào)節(jié)能、照明節(jié)能、分布式能源的利用和門窗幕墻的保溫。表1顯示了部分節(jié)能技術(shù)的經(jīng)濟效果。
2.2.1建筑能源管理及綜合利用系統(tǒng)
建筑能源管理及綜合利用系統(tǒng)是針對暖通、空調(diào)、照明、電梯、供水等常規(guī)控制方式不能跟隨負荷和需求動態(tài)變化而調(diào)節(jié)，造成系統(tǒng)效率降低、能源浪費較大的問題，而提出的一套完整、科學(xué)的解決方案，并采用動態(tài)跟蹤、尋優(yōu)控制；根據(jù)大樓內(nèi)的使用功能分區(qū)來建立能源需求模型；依據(jù)能源需求模型，結(jié)合大樓市電、太陽能、三聯(lián)供機組配置等進行合理的能源分配管理。該系統(tǒng)主要通過在用能設(shè)備現(xiàn)場安裝用能監(jiān)測裝置，采集用能信息，使用有線/無線的通信模式傳輸數(shù)據(jù)到能效監(jiān)控管理平臺。依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，參照同行業(yè)的能耗標準和先進管理經(jīng)驗，結(jié)合對重點能耗設(shè)備的現(xiàn)場巡檢結(jié)果，為用能客戶提供用能信息、能耗預(yù)警、重點能耗設(shè)備體檢報告、用能審計報告、專業(yè)節(jié)能方案、管理改進建議等。管理者可以實時掌握能源流向，改變能源的粗放式管理方式，為節(jié)能改造的效果提供對比。平臺可提供遠程監(jiān)測、能源審計、能耗統(tǒng)計等服務(wù)，為深入挖掘節(jié)能潛力奠定基礎(chǔ)。
2.2.2空調(diào)節(jié)能
中央空調(diào)是辦公大樓的耗電大戶，正常供暖或供冷季節(jié)每年的電費中空調(diào)耗電占40%~60%左右，因此，中央空調(diào)的節(jié)能改造尤為重要。中央空調(diào)系統(tǒng)按最大負荷設(shè)計，并且留10%~20%的設(shè)計余量，而實際上絕大部分時間里空調(diào)非滿負荷運行，存在較大的冗余，節(jié)能潛力巨大。另外冷凍水泵和冷卻水泵不能隨負載變化調(diào)節(jié)數(shù)量和運行速度，只能靠門和旁通來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量與壓差，存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，從而致使大量電能浪費(冷凍水泵額外負載增多間接造成冷水機組負荷變大)和中央空調(diào)最末端達不到合理效果。中央空調(diào)節(jié)能的解決方案主要有智能變頻控制和冷卻塔供冷控制。智能中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)不僅全面控制中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、冷卻塔風機等環(huán)節(jié)，而且采用系統(tǒng)集成技術(shù)將各個控制子系統(tǒng)在物理、邏輯和功能上互連，實現(xiàn)信息綜合和資源共享，在一個計算機平臺(模糊控制器)上進行集中控制和統(tǒng)一管理，實現(xiàn)中央空調(diào)全系統(tǒng)的綜合性能優(yōu)化和整體協(xié)調(diào)運行。把中央空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)反饋信號、介質(zhì)溫度、壓力、流量信號接入中心監(jiān)控計算機，中心監(jiān)控計算機實時監(jiān)測并計算中央空調(diào)各用戶端所需能耗，綜合調(diào)節(jié)中央空調(diào)冷凍水、冷卻水的流量、溫度和制冷主機壓縮機的運行負荷比例，使制冷或制熱主機按最佳能效比運行曲線工作，使用戶制冷或制熱需求量之和與中央空調(diào)供給能量相平衡(見圖3)。其次，空調(diào)節(jié)能技術(shù)手段還有冰蓄冷技術(shù)、冷熱電三聯(lián)供技術(shù)、熱泵技術(shù)和太陽能吸附空調(diào)等，在合適的條件下均能取得很好的經(jīng)濟效益。
2.2.3綠色照明
綠色照明包含高效節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適等4項指標。高效節(jié)能即以消耗較少的電能獲得足夠的照明，從而明顯減少電廠大氣污染物的排放，達到環(huán)保的目的。安全、舒適是指光照清晰、柔和及不產(chǎn)生紫外線、眩光等有害光照，不產(chǎn)生光污染。辦公樓宇照明能耗約占20%~30%，照明新技術(shù)和新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，使得綠色照明在建筑節(jié)能中具備很大的潛力。現(xiàn)在主要的技術(shù)手段有以下幾種：(1)智能照明控制技術(shù)：為照明系統(tǒng)分別安裝感應(yīng)及控制裝置，進行動態(tài)調(diào)光控制。如可以定時開關(guān)燈的時序控制器、通過檢測環(huán)境光強自動開關(guān)照明設(shè)備的晝光感知器、可以自動檢測室內(nèi)人體溫度開關(guān)燈的熱感開關(guān)裝置、結(jié)合中央監(jiān)控系統(tǒng)進行樓宇群控式照明的整體控制系統(tǒng)等，通過動態(tài)調(diào)光控制實現(xiàn)照明裝置自動關(guān)閉，避免大范圍無意義光照造成的能量損耗。(2)采用高效光源：如LED燈、熒光燈和無極燈等。(3)采用照明節(jié)電器等節(jié)電設(shè)備：目前主流的照明智能節(jié)電系統(tǒng)是以電磁感應(yīng)的方式優(yōu)化供電系統(tǒng)的輸入電壓，采用AC-AC直接變換技術(shù)調(diào)整電壓，使輸給照明負載的電壓為燈具設(shè)計電壓的最佳值，這樣可實現(xiàn)既節(jié)省用電，又延長燈具的壽命，同時保證照明的標準要求的三重目的。
2.2.4太陽能等清潔能源的利用
光伏建筑一體化系統(tǒng)，將太陽能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護結(jié)構(gòu)外表面來提供電力(見圖4)。根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的方式不同，可將光伏建筑一體化系統(tǒng)分為兩大類：(1)光伏方陣與建筑相結(jié)合，這種方式是將光伏方陣依附于建筑物上，建筑物作為光伏方陣的載體，起支承作用；(2)光伏方陣與建筑集成，這種方式是光伏組件以一種建筑材料的形式出現(xiàn)，光伏方陣成為建筑不可分割的一部分，如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂?shù)?。在這2種方式中，光伏方陣與建筑相結(jié)合比較常見，特別是與建筑屋面的結(jié)合。由于光伏方陣與建筑的結(jié)合不占用額外的地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中廣泛應(yīng)用的最佳安裝方式，因而倍受關(guān)注?！笆濉逼陂g，將要創(chuàng)建2000家節(jié)約型公共機構(gòu)示范單位。
2.2.5門窗幕墻的保溫
當前，門窗的能量損失約占建筑能耗的50%，而其中通過玻璃的能量損失占門窗能耗的75%[6]，由此可見建筑玻璃節(jié)能改造潛力巨大。建筑節(jié)能改造的重點是公共建筑，門窗及幕墻改造是建筑材料節(jié)能的關(guān)鍵，而其中的玻璃改造則是節(jié)能工作的重要環(huán)節(jié)。對既有建筑中的玻璃節(jié)能改造的辦法只有2種選擇：(1)把原有的玻璃換上節(jié)能玻璃(Low-E中空玻璃)；(2)給原有玻璃貼上建筑用的低輻射隔熱安全膜。美國在20世紀80年代末期，低輻射鍍膜玻璃窗已占整個雙層玻璃窗市場的1/4以上。歐洲每年用量在5000萬m2以上，全世界年用量已超過1.2億m2。德國政府1996年立法規(guī)定，所有建筑物都必須采用低輻射鍍膜玻璃，日本和美國部分行業(yè)協(xié)會也采取了一些措施，鼓勵應(yīng)用低輻射鍍膜玻璃。建筑物使用普通中空玻璃比單層普通玻璃節(jié)能50%左右，而使用低輻射膜玻璃的中空玻璃窗，則可比單層普通玻璃節(jié)能75%左右。因此，玻璃節(jié)能在我國建筑節(jié)能市場具有良好的推廣前景。建筑是一個各用能子系統(tǒng)相互影響相互牽制的綜合系統(tǒng)(如建筑圍護結(jié)構(gòu)和空調(diào)系統(tǒng)相互影響、照明系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)相互影響、空調(diào)系統(tǒng)與電網(wǎng)互動節(jié)電)，建筑節(jié)能是一個系統(tǒng)工程，必須統(tǒng)籌兼顧，不能顧此失彼。建筑節(jié)能一般采用開源與節(jié)流并舉的戰(zhàn)略，實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、空調(diào)智能控制技術(shù)與建筑智能化系統(tǒng)的無縫連接。樓宇能源管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能和設(shè)備的運行控制。而光伏發(fā)電系統(tǒng)可與電網(wǎng)信號交互，實現(xiàn)電網(wǎng)對光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制，并可與電網(wǎng)進行信息交互，實現(xiàn)節(jié)能目標和需求響應(yīng)功能。
3合同能源管理在建筑節(jié)能中的典型應(yīng)用
20世紀70年代世界石油危機爆發(fā)后，合同能源管理(EnergyManagementContract，以下簡稱EMC)作為一種全新的節(jié)能機制在市場經(jīng)濟國家逐步發(fā)展起來。所謂合同能源管理，是指節(jié)能服務(wù)公司(EnergyServiceCorporation，以下簡稱ESCo)通過與客戶簽訂節(jié)能服務(wù)合同，為客戶提供節(jié)能改造的相關(guān)服務(wù)，并從客戶節(jié)能改造后獲得的節(jié)能效益中收回投資和取得利潤的一種商業(yè)運作模式(見圖5)。通常情況下，在節(jié)能改造之后的合同期內(nèi)，客戶企業(yè)原先單純用于支付能源費用的資金，可同時支付節(jié)能改造后的能源費用、節(jié)能服務(wù)公司的費用，并且能夠獲得一部分的節(jié)能效益。合同期滿后，客戶享有全部的節(jié)能效益[7]。建筑節(jié)能是我國節(jié)能戰(zhàn)略的重要組成部分，在建筑領(lǐng)域引進合同能源管理模式，既節(jié)省能源，又節(jié)省開支，還可以減少機關(guān)輔助人員，降低管理成本。2011年5月4日財政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于進一步推進公共建筑節(jié)能工作的通知》，明確要求“十二五”期間，兩部委從加強新建公共建筑節(jié)能管理，推動公共建筑節(jié)能改造，推進EMC、能效交易等節(jié)能機制創(chuàng)新等多方面出臺一系列措施，力爭在推進建筑節(jié)能上有所突破。目前，在建筑節(jié)能領(lǐng)域，EMC從業(yè)公司主要針對公共和商業(yè)建筑，從事空調(diào)、供熱和照明節(jié)能工作。傾向于選擇投資回收期短于2~3年的項目和技術(shù)，簽訂的建筑節(jié)能合同分享期通常不超過5年[8]。其主要采用的技術(shù)包括系統(tǒng)優(yōu)化、能源階梯利用、可再生能源利用、資源再利用、高效設(shè)備的應(yīng)用、智能控制等方面。在新建建筑領(lǐng)域中，部分節(jié)能服務(wù)公司采用BOO(建設(shè)、運營、持有)模式，對區(qū)域供冷供熱中心或冷熱源進行投資和運營，并從收取的供冷供熱費用中盈利。建筑節(jié)能合同模式一般有如下5種類型。
3.1效益分享型
效益分享型是節(jié)能服務(wù)公司與業(yè)主通過簽訂合同的方式確定節(jié)能效益的分享比例。節(jié)能分享依據(jù)為第三方評測機構(gòu)出具的節(jié)能效益評估或?qū)嶋H運行的效益，節(jié)能服務(wù)公司與用戶按比例分享其經(jīng)濟效益。一般節(jié)能服務(wù)公司在頭幾年的分成占主要比例，用戶占次要比例，若干年后經(jīng)濟效益全部歸用戶所有。
3.2效益擔保型
效益擔保型的合同能源管理模式是指節(jié)能服務(wù)公司向業(yè)主保證一定的節(jié)能量，或者是保證將業(yè)主能耗降低或維持在某一水平上，業(yè)主按照合同規(guī)定向節(jié)能公司支付能源服務(wù)費用。實際節(jié)能量超過保證值的部分，其分配情況要根據(jù)合同的具體規(guī)定，可按一定比例進行分成，也可用于償清節(jié)能服務(wù)公司的投資，也可屬業(yè)主所有。
3.3設(shè)備租賃型
設(shè)備租賃型顧名思義是采用租賃節(jié)能設(shè)備的方式進行節(jié)能合同能源管理，在一定時期(租賃期)內(nèi)，設(shè)備的所有權(quán)屬于節(jié)能服務(wù)公司，業(yè)主以設(shè)備租賃費用的方式向節(jié)能公司支付節(jié)能服務(wù)費用。合同期后，設(shè)備屬業(yè)主所有，設(shè)備維護和運行時間可以根據(jù)合同延長到租賃期以后。
3.4改造工程施工模式
業(yè)主委托專業(yè)的節(jié)能服務(wù)公司做能源審計、節(jié)能整體方案設(shè)計、節(jié)能改造工程施工，按照普通工程的方式進行實施。該模式對于高耗能行業(yè)、節(jié)能意識強、注重節(jié)能技術(shù)與節(jié)能效益的用戶較為適用。該模式中，節(jié)能公司不能分享項目節(jié)能的巨大效益，因此其收益是最低的。
3.5能源管理服務(wù)型
對許多業(yè)主而言，能源及其管理不是企業(yè)核心能力的部分，其對用能的管理投資大、效率低、專業(yè)性相對較差。節(jié)能服務(wù)公司不僅為其提供節(jié)能服務(wù)業(yè)務(wù)，而且提供能源管理業(yè)務(wù)。企業(yè)能源管理的外包，將有助于企業(yè)全心投入核心業(yè)務(wù)和提升核心競爭力。
4結(jié)語
建筑能耗已成為我國一次能源消耗的三大部分之一，隨著建筑總量的快速增加和對舒適度要求的提高，而呈急劇上升趨勢。目前我國城鄉(xiāng)既有建筑超過400億m2，其中僅有3億多平方米是節(jié)能建筑，不到全國既有建筑的l%。同時，我國北方采暖地區(qū)單位建筑面積能耗是發(fā)達國家的3倍。建筑用能所排放的溫室氣體超過全國溫室氣體排放的25%。由此可見，建筑節(jié)能在中國是一個潛力很大的新興行業(yè)，具有廣闊的成長空間。近年來，我國政府日益加大對建筑能耗的審查和限制，陸續(xù)頒布實施相關(guān)標準規(guī)范。建筑節(jié)能市場潛力巨大，目前已有一些建筑節(jié)能服務(wù)公司開始運營。有許多國外的電能效率服務(wù)和管理行業(yè)的節(jié)能服務(wù)公司也開始把目光轉(zhuǎn)向我國的建筑節(jié)能市場。盡早研究和制定規(guī)范建筑節(jié)能服務(wù)市場的政策和法規(guī)，是防范建筑節(jié)能服務(wù)市場混亂、建筑能源利用安全的必要保證。建筑節(jié)能是一項全方位、綜合性的系統(tǒng)工程，建筑節(jié)能技術(shù)涉及建筑技術(shù)、能源技術(shù)、材料技術(shù)、仿生技術(shù)、智能技術(shù)、廢物再利用技術(shù)等，也涉及政策法規(guī)、設(shè)計、施工、管理等諸多部門，在策劃、實施及取得實效的長時間過程中涉及規(guī)劃、設(shè)計、施工、調(diào)試、運行、維修等諸多環(huán)節(jié)。為提高建筑節(jié)能的有效性還需技術(shù)含量高的節(jié)能產(chǎn)品，如節(jié)能型空調(diào)、節(jié)能型電梯、節(jié)能型燈具等，并開發(fā)新型能源利用技術(shù)，使建筑逐漸實現(xiàn)低能耗、零能耗。雖然目前超低能耗的生態(tài)示范樓還處于試驗階段，用于展示和實驗各種低能耗、人性化、生態(tài)化的建筑形式及先進技術(shù)產(chǎn)品，但它代表著我國建筑節(jié)能的美好藍圖和發(fā)展方向。隨著人們對建立資源節(jié)約型社會重要性認識的不斷深入和節(jié)能科學(xué)技術(shù)的不斷進步，建筑節(jié)能技術(shù)一定能夠大幅度降低能耗成本，并在可以預(yù)見的未來逐步推廣。
作者：趙東來1 胡春雨2 柏德勝2 李武峰2 單位：1.中國電力科學(xué)研究院 2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院
第四篇：建筑節(jié)能氣凝膠應(yīng)用與效果
1引言
在中國城鎮(zhèn)化飛速發(fā)展的今天，我國能源需求結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，建筑用能占全國新增能源消費總量從2005年不到35%上升到2012年的57%～75%，因此建筑節(jié)能是中國在未來20年實行“節(jié)能優(yōu)先、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、環(huán)境友好”的可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略的重要領(lǐng)域［1］。通過使用高效的節(jié)能系統(tǒng)能夠有效的減少建筑能耗。據(jù)估算使用先進的節(jié)能材料和合理的節(jié)能措施能夠節(jié)省高達80%的建筑能耗［2］，其中采用保溫絕熱材料是實現(xiàn)建筑能耗降低的主要措施之一，但傳統(tǒng)建筑保溫材料已越來越難以滿足建筑節(jié)能的需求。1931年首次制備出的氣凝膠材料，是一種納米多孔結(jié)構(gòu)的固體新材料，具有超輕、高絕熱等優(yōu)點，近年來隨著研究的深入和應(yīng)用的拓展，氣凝膠的在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用將使得節(jié)能效果實現(xiàn)數(shù)量級上的提高，因此日益展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢和前景。
2氣凝膠簡介
氣凝膠，又被稱為“固態(tài)煙”或“凍煙”，是目前已知最輕固體材料。氣凝膠具有三維網(wǎng)狀的微觀結(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)使其具有低密度、低導(dǎo)熱系數(shù)、高比表面積、高聲阻抗等特有的性能［3-5］，從而使其在隔熱、隔音、儲氫、催化等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。氣凝膠的制備一般包括三個階段:一是濕凝膠的制備。用溶膠-凝膠法來制備濕凝膠，在反應(yīng)過程中分散在液體中的納米顆粒凝聚在一起進而在整個溶液中形成一個連續(xù)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。二是濕凝膠的老化。溶膠達到凝膠點時，硅聚合物充滿了整個盛溶膠的容器。然而，凝膠中的硅骨架上還有很多尚未反應(yīng)的活性基團。水解反應(yīng)和縮合反應(yīng)可能會繼續(xù)，并且有足夠的時間時會加強二氧化硅的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。三是濕凝膠的干燥。干燥是氣凝膠生產(chǎn)過程中最后也是最關(guān)鍵的一步，毛細管力是整個干燥過程中的關(guān)鍵因素。最常用的干燥方法有常壓干燥(APD)和超臨界干燥(SCD)兩種［6］，常壓干燥方法工藝簡便，但濕凝膠干燥過程中骨架孔隙中的液體毛細張力會引起干燥過程中凝膠的收縮甚至開裂。超臨界干燥方法是讓骨架孔隙中的液體在高于其臨界溫度Tcr和臨界壓力Pcr條件下排出，在干燥過程中使溶劑毛細管張力消失，能夠制備超低密度的氣凝膠，但工藝、設(shè)備復(fù)雜、成本較高。
3氣凝膠材料在建筑中的實際應(yīng)用形式
氣凝膠有諸多的優(yōu)點，在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用中主要是利用其低密度、良好的隔熱性和阻燃性等性能，氣凝膠與幾種常用保溫材料性能對比如表1所示。
3．1氣凝膠顆粒
氣凝膠顆粒一般為二氧化硅氣凝膠，分為疏水性和親水性。氣凝膠顆粒制備常用方法有一次成型法和二次成型法，李興旺等［9］采用一次成型法以甲酰胺作為反應(yīng)催化劑，水玻璃作為凝膠先驅(qū)體，利用溶膠-凝膠法在常壓下制備出了性能優(yōu)良的二氧化硅氣凝膠微粒。二次成型是制備出塊狀二氧化硅氣凝膠后，按粒徑要求采用不同的破碎方法制備不同粒徑的二氧化硅氣凝膠顆粒。烏爾里克鮑爾等［10］將疏水氣凝膠顆粒通過均化器進行研磨，并在研磨過程中進行表面處理以防止凝聚或聚集，可制備出粒徑小于1微米的氣凝膠顆粒。常壓下合成氣凝膠粉粒比較容易，具有實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的可行性。國內(nèi)外很多廠家已經(jīng)生產(chǎn)出性能優(yōu)良的商用氣凝膠顆粒。例如美國卡博特公司采用新的工藝省去了成本高昂的傳統(tǒng)超臨界干燥過程，可在室溫條件下連續(xù)生產(chǎn)完全疏水的二氧化硅氣凝膠，產(chǎn)品粒度分布廣(5～4mm)熱導(dǎo)率低(0．009～0．012W/m•K)密度低(30～100kg/m3)。國內(nèi)的廣州埃力生公司也有類似的商用氣凝膠顆粒在售，其性能和國外產(chǎn)品相近，粒度在0．5～5mm，密度在40～200kg/m3，比表面積可達600m2/g。
3．2氣凝膠氈
氣凝膠氈是通過將氣凝膠與纖維增強材料進行復(fù)合，解決了氣凝膠機械強度低，易碎易裂、高溫隔熱性能不佳等問題，能夠使其在建筑領(lǐng)域有更大的實用價值。氣凝膠氈的增強材料有兩類:一類是韌性較好的有機纖維如芳綸纖維、聚氨酯纖維等;另一類是耐高溫的無機材料如玻璃纖維、陶瓷纖維、硅鈣石等。將制得具有流動性的溶膠與纖維增強材料復(fù)合，再經(jīng)過凝膠(a)P-typeAerogelblanket;(b)C-typeAerogelblanket干燥等過程就得到了氣凝膠氈。這種方法即可制得剛性的復(fù)合氣凝膠板材也可制備具有柔性的氣凝膠氈。Chand等［11］以水玻璃為硅源氧化鋁溶膠改性的玻璃棉為增強體常溫干燥制備出氣凝膠氈，密度在0．1～0．14g/cm3，具有良好的力學(xué)性能和疏水性。韓國的Kyung等［12］采用兩種類似的方法將二氧化硅氣凝膠與PET纖維棉復(fù)合，常壓下制備出有機纖維增強的氣凝膠氈具有良好的隔熱性和吸聲性。美國阿斯彭氣凝膠公司將氣凝膠和超細玻璃纖維復(fù)合后得到的P型氣凝膠氈(圖1a)是一種柔軟有彈性的高溫隔熱保溫氈，具有較低的熱導(dǎo)率(室溫0．02W/m•K)。該公司將氣凝膠氈外表面復(fù)合鋁箔防水層后制備出C型氣凝膠氈(圖1b)，同樣具有柔性、彈性、更低的導(dǎo)熱系數(shù)(0℃為0．014W/m•K)，并且C型氣凝膠氈可在低至－270℃的環(huán)境下使用，阿斯彭兩種氣凝膠氈如圖1所示。
3．3氣凝膠板
氣凝膠復(fù)合板是將純氣凝膠和纖維、顆粒、砂漿、金屬、有機聚合物等復(fù)合制成剛性的板材。由于可以和氣凝膠復(fù)合的材料較多，復(fù)合形式也比較多樣，所以其產(chǎn)品較為豐富，不僅可做成保溫隔熱板，還可用設(shè)計的模具制備所需的各種結(jié)構(gòu)件。將制備氣凝膠氈的方法改進即可制得剛性氣凝膠-纖維復(fù)合材料，與制備氣凝膠氈不同的是在制備剛性板時加入纖維的量較小，并且根據(jù)需要加入一些其它添加劑。其制備的板材中纖維和氣凝膠都是連續(xù)相，即保證了其強度，又使其隔熱性相對氣凝膠氈有一定提升。另一種復(fù)合纖維方法是先制得具有不同粒徑的顆粒狀純氣凝膠顆粒，再將這些顆粒與有機或無機增強體、粘結(jié)劑等混合均勻，二次成型(澆注或模壓)得到復(fù)合氣凝膠，如明克(Min-K)材料［13］。Kim等［14］將制備的SiO2氣凝膠顆粒粉碎后和PVB顆粒按一定比例通過不同的方式(干混或濕混)混合均勻。最后將混合粉末放入模具中在150℃和0．28MPa下熱壓成型得到SiO2氣凝膠-PVB復(fù)合板。程頤等［15］將制得的疏水顆粒和親水顆粒按照一定比例分別與水泥砂漿混合均勻，向混合物中加入一定量的水充分攪拌后倒入模具，干燥后即可得到SiO2氣凝膠-水泥墻板。目前商用氣凝膠板一般是將SiO2氣凝膠與無機纖維氈復(fù)合制得的，比如廣州埃力生氣凝膠公司采用納米技術(shù)將制備的GY06系列氣凝膠板，具有低的密度(320kg/m3)、低導(dǎo)熱系數(shù)(0．019W/m•K在25℃時)并且呈現(xiàn)出整體憎水性。紹興納諾高科公司通過進一步改進，結(jié)合真空技術(shù)制備的VIP真空絕熱板具有更低的密度(200～250kg/m3)、更低的導(dǎo)熱系數(shù)(≤0．004W/m•K在25℃時)，能在低溫環(huán)境下使用(－200～100℃)可取代聚氨酯泡沫、酚醛樹脂泡沫等傳統(tǒng)保冷材料。
3．4氣凝膠玻璃
氣凝膠有較好的透光率和隔熱性能，在節(jié)能窗上有很好的應(yīng)用前景。但是氣凝膠的極限拉伸強度很小，要避免直接的機械撞擊。目前氣凝膠很難單獨作為玻璃應(yīng)用，要和普通玻璃板結(jié)合應(yīng)用，主要有氣凝膠鍍膜玻璃板和真空夾層氣凝膠玻璃兩種。氣凝膠鍍膜玻璃就是在普通玻璃板上增加一層氣凝膠薄膜來提高其隔熱性能，Kim等［16］首先通過將TEOS溶解到IPA中用酸堿兩步催化法來制備TEOS/IPA基溶膠;然后通過浸泡涂膜法在玻璃表面形成一層濕凝膠薄膜;最后溶液替換和常壓干燥制得氣凝膠涂膜玻璃。氣凝膠涂層厚度在0．16～10μm，折射率為1．08～1．09，氣凝膠涂膜玻璃的透光率超過90%，導(dǎo)熱系數(shù)達0．016W/m•K。真空夾層氣凝膠玻璃是利用上下兩層玻璃板對其夾層的氣凝膠進行保護，并通過抽真空密封的方式進一步提高整個復(fù)合玻璃的隔熱性能，也可使夾層氣凝膠避免接觸空氣中的水分。Schultz等［17］研究了真空夾層氣凝膠玻璃的影響因素，其主要制備過程有以下幾步:首先用超臨界干燥法制備出塊狀的氣凝膠平板。然后將氣凝膠平板夾在兩片玻璃板之間并對邊緣進行密封，最后對兩片玻璃之間空間抽真空。該方法制出的中間夾層15mm的55×55cm的樣品中心傳熱系數(shù)為0．7W/m2•K，透光率為76%。雖然上述兩種氣凝膠玻璃視覺效果較好，但是涂膜玻璃節(jié)能性能提升有限，真空夾層氣凝膠玻璃所用氣凝膠板難以制備價格昂貴。實際應(yīng)用時，一般將半透明納米二氧化硅氣凝膠顆粒作為夾層填充物，雖然視覺效果差、折射率大，但可應(yīng)用在大型劇院、展覽中心、會議中心等無需良好視覺效果的位置或可以應(yīng)用于太陽能集熱器。Reim等［18］研究了透明二氧化硅氣凝膠顆粒填充厚度填充方式對氣凝膠玻璃的透光率和導(dǎo)熱系數(shù)的影響，其制備的氣凝膠夾層玻璃傳熱系數(shù)為0．4W/m2•K透光率可達88%。紹興納諾高科公司以半透明納米二氧化硅氣凝膠顆粒、薄膜或板材為主體夾層材料，與優(yōu)質(zhì)玻璃鋼材料復(fù)合制成的絕熱采光板透光率大于70%，同時保證低至0．020W/m•K的導(dǎo)熱系數(shù)，如圖2所示。
4國內(nèi)外氣凝膠在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用方法及效果
4．1氣凝膠在節(jié)能門窗的應(yīng)用
就目前典型的建筑圍護結(jié)構(gòu)而言，通過門窗損失的熱量約占建筑總的熱量損失的40%～50%［19］，并且隨著人們居住環(huán)境的提高，門窗面積還要不斷增加，節(jié)能玻璃的應(yīng)用對整個建筑節(jié)能將起到重要的作用。氣凝膠節(jié)能玻璃相對傳真空玻璃、夾層玻璃等統(tǒng)節(jié)能玻璃有著諸多優(yōu)點。Schultz等［17］通過仿真模擬，將其制備的真空氣凝膠玻璃替換三層充氬氣中空玻璃安裝于建筑門窗上。其模擬實例為處在丹麥氣候的居民住宅。其中兩棟符合丹麥保溫建筑標準，另兩棟復(fù)合丹麥節(jié)能建筑標準(房屋取暖耗能＜15kW•h/m2/a)。通過計算房屋的年取暖耗能量來比較兩種玻璃的節(jié)能性能。結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出普通居民住房相對中空玻璃氣凝膠玻璃年節(jié)能量為1180kWh/a，約19%，而在節(jié)能住宅中這一數(shù)字是700kWh/a，占到了總耗能的34%。真空氣凝膠玻璃不僅更節(jié)能也有不錯的視覺效果，圖3為氣凝膠玻璃在美國耶魯大學(xué)建筑的玻璃幕墻中的應(yīng)用。
4．2氣凝膠在建筑管道中的使用
氣凝膠氈具有超高隔熱性和疏水性等優(yōu)點，是一種理想的管道保溫材料。圖4展示一種氣凝膠氈管道保溫層的結(jié)構(gòu)，緊貼管道第一層的為卷繞管道的氣凝膠保溫氈，為保溫結(jié)構(gòu)的主要保溫層，外層為金屬保護層和綁帶，提供了機械和戶外風吹日曬雨淋的防護，如果卷繞多層氣凝膠氈可采用錯位搭接方式提高保溫性能。氣凝膠氈有較好的柔性與抗拉、抗壓強度，施工方便快捷，另外氣凝膠氈的整體疏水性使其在整個使用周期導(dǎo)熱系數(shù)幾乎沒有變化。與傳統(tǒng)保溫材料相比氣凝膠保溫結(jié)構(gòu)保溫性能明顯好于其他材料。根據(jù)美國阿斯彭公司的估算，平均每公里的高溫蒸汽管道在8a的使用中僅能耗一項就可以帶來250萬美元的節(jié)省，而在建筑供熱管道保溫材料改造中，理想情況下一年左右即可以節(jié)省下改造投入的成本。
4．3氣凝膠板在墻壁和屋頂中的使用
傳統(tǒng)的墻壁和屋頂保溫材料分為無機材料和有機材料，占據(jù)保溫材料市場80%的有機保溫材料聚苯泡沫板防火阻燃性不佳，無機保溫材料如巖棉、玻璃棉等大多密度大且保溫效果欠佳［21］。氣凝膠板具有低熱導(dǎo)率、低密度、高阻燃性是墻壁和屋頂?shù)睦硐氡夭牧?。圖5展示了目前常見的氣凝膠板保溫層，其中包括墻壁保溫層(圖5a)和屋頂保溫(圖5b)。該結(jié)構(gòu)的主要保溫層是氣凝膠板，其導(dǎo)熱系數(shù)在常溫下可到達0．013W/m•K，幾乎只有擠塑聚苯板的三分之一，更是遠低于其它建筑保溫材料，具有高效的保溫隔熱性能。氣凝膠板還可以起到吸聲降噪的功能，該結(jié)構(gòu)還可以有效的阻絕噪聲。此結(jié)構(gòu)使用的氣凝膠氈和板燃燒性能為A1級，為完全不燃性材料，解決了建筑保溫與建筑防火無法共存的巨大矛盾。氣凝膠氈或板密度低于200kg/m3，施工時方便的同時也減輕了整棟建筑的重量。
4．4氣凝膠在涂料中的應(yīng)用
氣凝膠粉體可以應(yīng)用在涂料中，做成具有保溫效果的保溫涂料，起到補充保溫作用。劉紅霞等［22］分別以空心微珠、自制的SiO2氣凝膠為隔熱填料，添加到丙烯酸酯白色外墻涂料中制成隔熱涂料，通過自制的測量裝置測得SiO2氣凝隔熱涂料隔熱性能明顯優(yōu)于空心微珠隔熱涂料。盧斌等［23］用穩(wěn)定劑愛利索TMRM-825對SiO2氣凝膠進行改性并制備成漿料，以水性丙烯酸樹脂為成膜物，在助劑的配合下制得水性納米透明隔熱涂料，結(jié)果表明玻璃涂覆膜厚為20～25μm時，涂膜有良好的機械性能，可見光透過率大于89%，透明性好，同時有較好的隔熱效果。氣凝膠涂料不僅可以應(yīng)用在外墻體的保溫中，還可以應(yīng)用在建筑內(nèi)墻保溫和建筑頂部保溫和建筑底部保溫。2010年上海世博會零碳館及萬科實驗樓應(yīng)用了該種涂料，表明這種涂料具有突出的節(jié)能效果。
4．5作為混凝土添加劑
氣凝膠還可以用于降低混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)。Kim等［24］開展了混凝土基料中摻入不同量的疏水或親水SiO2氣凝膠粉末的研究，混凝土塊的熱導(dǎo)率隨著SiO2氣凝膠粉末含量的增加而減少，但抗壓強度會有所降低，收縮率也會有所增大。據(jù)此特點可將添加SiO2氣凝膠的混凝土用于非承重墻，或是作為粘結(jié)試劑使用的水泥砂漿。隨著混凝土助劑的發(fā)展，可以加入助劑來補充損失的力學(xué)性能。
5展望
氣凝膠材料以其獨特的結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)的優(yōu)異的保溫隔熱和防火性能使其具有在建筑節(jié)能中應(yīng)用的可能性。目前氣凝膠在實際應(yīng)用中，主要有氣凝膠顆粒、氣凝膠氈、氣凝膠板、氣凝膠玻璃和氣凝膠采光板等幾種形式，在建筑圍護結(jié)構(gòu)、管道保溫層、涂料、混凝土等應(yīng)用領(lǐng)域具有諸多優(yōu)勢，尤其是節(jié)能效果顯著。要實現(xiàn)氣凝膠在建筑領(lǐng)域大范圍推廣應(yīng)用，將來的發(fā)展方向?qū)⒅饕性谝韵氯齻€方面:(1)降低氣凝膠材料制備成本，若要大面積推廣應(yīng)用必須具有一定的經(jīng)濟型，可通過選擇廉價的原料或改善制備工藝來降低制備成本;(2)復(fù)合氣凝膠建材的開發(fā)，將氣凝膠材料和現(xiàn)有建材復(fù)合，如聚氨酯泡沫、石膏板等，彌補氣凝膠本身缺點的同時降低氣凝膠材料的使用量;(3)氣凝膠應(yīng)用方案優(yōu)化，利用計算機模擬技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用方案，量化節(jié)能效果，使氣凝膠的節(jié)能效果直觀化，對氣凝膠應(yīng)用的宣傳至關(guān)重要，為氣凝膠的市場化奠定基礎(chǔ)。隨著國家能源戰(zhàn)略和經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型必將在保溫節(jié)能領(lǐng)域有更多的投入，傳統(tǒng)保溫材料會越來越多的被氣凝膠所替代。因此，氣凝膠材料在建筑保溫領(lǐng)域具有廣闊的前景。
作者：郭曉煜1 張光磊1 趙霄云2 秦國強1 李廣鵬1 單位：1.石家莊鐵道大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 2.河北省安裝工程有限公司
第五篇：建筑節(jié)能可再生能源的應(yīng)用
近年來，我國建筑方面的節(jié)能工作越來越受到國內(nèi)外各界的重視，同時也是人民群眾都非常關(guān)注的問題，加強建筑節(jié)能的工作是一個綜合性研究的問題，它主要是提高能源的利用率和實現(xiàn)能源的綜合利用。我國可再生能源非常豐富，大力開發(fā)可再生能源并且運用到建筑各方面是非常有效的一項工程。只要能將可再生能源有效應(yīng)用在建筑中，我國能源問題在很大程度上就會得到緩解。
1如今國內(nèi)建筑節(jié)能的概況
目前，許多西方國家對建筑節(jié)能的認識和實行已經(jīng)達到了很高的高度，建筑節(jié)能不僅能夠節(jié)約能源，改善室內(nèi)空氣和溫度，而且能夠節(jié)約開支，減緩溫室效應(yīng)，保持生態(tài)平衡，有利于可持續(xù)發(fā)展。建筑節(jié)能已經(jīng)成為全世界都非常重視的話題。而在國內(nèi)，自從改革開放以來，我國建筑面積迅速增加，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活工作的環(huán)境要求不斷提高，這就難免會造成耗能過度的現(xiàn)象，近年來，我國建筑節(jié)能的問題越來越嚴峻，人們對建筑節(jié)能的認識都不足，而且由于我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展遠不如西方國家，導(dǎo)致建筑節(jié)能在某些方面實行起來有一定的難度。
2太陽能的利用
至于太陽能，我們都不陌生，我們很早就開始運用太陽能了，可以說，太陽能是最早被運用在建筑的可再生能源。太陽能在建筑中的運用主要有被動式太陽能技術(shù)、主動式太陽能技術(shù)、太陽能光電技術(shù)三種方式。
2．1被動式太陽能技術(shù)
被動式太陽能技術(shù)不利用任何任何機械設(shè)備，也不借助任何控制系統(tǒng)，它是指在建筑物中直接利用太陽能，這種利用方式有直接獲取系統(tǒng)、間接獲取系統(tǒng)和混合式系統(tǒng)三種方式。例如，為了提升室內(nèi)的溫度，可以在修助房子時，選取適當光照時間長的方向，或者也可以調(diào)整房子之間的距離以增加太陽的光照面積，從而提高室內(nèi)的溫度。
2．2主動式太陽能技術(shù)
主動式太陽能技術(shù)主要是利用太陽能提供熱水、室內(nèi)升溫、室內(nèi)降溫、室內(nèi)除濕以及進行通風空氣的預(yù)熱等等。這種方式主要是利用太陽能產(chǎn)生熱，用于其他設(shè)備中。
2．3太陽能光電技術(shù)
利用太陽能進行發(fā)電發(fā)熱的時候，我們應(yīng)該注意將太陽能與建筑物之間的協(xié)調(diào)，達到和諧的美。其次，利用太陽能進行產(chǎn)生熱量后我們應(yīng)該注意建筑的排水問題。
3風能的利用
3．1風力發(fā)電
在高層建筑物中利用風力發(fā)電必須考慮到當?shù)氐钠骄觑L速、風向和風力資源。在高層建筑中，風力資源自然不用說，非常充分。所以在高層建筑物利用風力發(fā)電主要考慮當?shù)氐娘L速和風向就可以了。此外，在修建高層建筑物的時候，一定將風力發(fā)電的機械設(shè)備的裝載考慮進去，不然后期再安裝時極有可能會導(dǎo)致嚴重后果發(fā)生。
3．2自然通風
自然通風是一種純天然的利用太陽能的方式，所謂自然通風就是及時將屋子內(nèi)的窗門打開，保持室內(nèi)的通風，同時可以帶走室內(nèi)的熱空氣流，從而降低室內(nèi)的溫度。這種利用風能的方式不利用任何機械設(shè)備和控制系統(tǒng)，也就不會造成任何環(huán)境污染。
4地熱能的利用
4．1地熱能利用技術(shù)
在建筑物中利用地熱能主要是用熱泵將地表淺層的低溫熱抽走，供建筑產(chǎn)熱和獲取熱水，而到了夏天，建筑則通過熱泵將熱能輸送到地表。利用熱泵獲取輸送熱能主要有土—氣型地熱泵技術(shù)和水—水地熱泵技術(shù)兩種技術(shù)方式。土—氣型地熱泵技術(shù)是從地表土壤中地下水中獲取熱能，然后分散在各個房間中，直接轉(zhuǎn)化成熱風或者冷風。而水—水地熱泵技術(shù)則是將獲取的熱能經(jīng)過熱泵機轉(zhuǎn)換成熱水或冷水，然后分散在各個房間里通過風機盤轉(zhuǎn)換成熱風或冷風來供熱或者制冷。
4．2利用地熱能應(yīng)注意的問題
利用地熱能時，地理的選取是非常重要的。修建建筑物時，首先要做好規(guī)劃，對建筑地基進行勘測，選取地熱能源較廣的地方進行建筑，并且在地下預(yù)留空洞，以便以后安裝地熱泵來傳輸?shù)責崮?。同時，利用地熱能的時候還要建立機房以便加強對地熱能利用的控制，以及地熱能裝置的埋置都是值得注意的問題，埋置時不能影響建筑物的外觀造型，以免造成不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象發(fā)生。
5生物質(zhì)能的利用
5．1沼氣的廣泛運用
我們對生物質(zhì)能最多的就是沼氣的運用，沼氣是在沼氣池中利用微生物將植物的秸稈和動物的糞便發(fā)酵，然后將產(chǎn)生的沼氣進行過濾以提升其純度從而更高效地運用在生產(chǎn)生活中。最后通過管道將沼氣運輸?shù)矫總€家庭中。并且沼氣能夠減少廢物的排放，達到環(huán)保的效果。
5．2利用生物質(zhì)能應(yīng)注意的問題
在建筑中利用生物質(zhì)能需要注意很多問題，比如說沼氣場地的選擇，沼氣池應(yīng)該建多大，沼氣池應(yīng)該與植物園建在一起，植物對沼氣池的影響作用，以及沼氣池的外觀與內(nèi)在結(jié)構(gòu)的和諧性，沼氣池不僅要可觀，而且要可行等等。最重要的是沼氣池不能破壞建筑物的美觀和結(jié)構(gòu)，它必須與建筑物達到一定的協(xié)調(diào)性，這些都是設(shè)計師在設(shè)計建筑物的時候應(yīng)該考慮的問題。
6結(jié)束語
建筑節(jié)能是我國發(fā)展的重大策略之一，近年來，我國政府一直將建筑節(jié)能作為放在國家發(fā)展的首要位置，采取措施去緩解能源問題，但是我國建筑節(jié)能還存在很多很嚴重的問題，這些問題直接影響著我國經(jīng)濟能源的發(fā)展，也阻礙著我國的全面整體的發(fā)展。為了我國能夠可持續(xù)發(fā)展，我們每個人都應(yīng)該負起一份責任，積極參與到建筑節(jié)能的行動中去。此外，開發(fā)利用可再生能源是一項能夠有效緩解我國能源問題的行動，我們必須研究并且熟練掌握相關(guān)技術(shù)，提高可再生能源的利用率，減少溫室氣體的排放，從而達到綠色建筑的效果。
作者：王丹單位：保定市廣廈工程建設(shè)監(jiān)理有限公司
第六篇：建筑電氣設(shè)計節(jié)能的應(yīng)用
城市化進程的加快使得我國建筑行業(yè)出現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，建筑規(guī)模與數(shù)量也在逐漸擴大。其中，最突出的就是高層建筑的出現(xiàn)。在建筑施工中，電氣設(shè)計與人們的日常生活息息相關(guān)，電氣設(shè)計的安全性和可靠性直接影響著建筑能源的使用，對社會經(jīng)濟發(fā)展有重大的影響。只有合理使用節(jié)能技術(shù)，才能有效地節(jié)約資源。因此，加強建筑電氣設(shè)計中的節(jié)能工作已經(jīng)成為了當前相關(guān)領(lǐng)域的重要研究課題。
1推行電氣節(jié)能的意義
隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深入，我國大力提倡使用節(jié)能技術(shù)，同時，這也是全世界談?wù)摰臒狳c話題之一。我國是典型的人口大國，盡管當前各種資源、能源較為豐富，但是，人均擁有的資源卻少之又少，而且隨著人口數(shù)量的持續(xù)增長，資源消耗也在逐漸增加。中國加入WTO以后，經(jīng)濟實力和綜合國力顯著提升，建筑行業(yè)的跨越式發(fā)展在國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮了非常重要的作用。但是，在建筑施工中，能源浪費和電能浪費的情況十分嚴重，對經(jīng)濟和環(huán)境造成了一定的影響，因此，加強建筑節(jié)能在電氣設(shè)計中的應(yīng)用是非常重要的。當前，我國資源、能源形勢日益嚴峻，引起了國家與各級地方政府的高度關(guān)注。在節(jié)能減排的大環(huán)境背景下，為了節(jié)約資源，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，使用節(jié)能技術(shù)是大勢所趨。我國積極倡導(dǎo)使用節(jié)能技術(shù)，鼓勵各個領(lǐng)域創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)，并且逐步擴大節(jié)能技術(shù)的使用范圍。我國已經(jīng)認識到了在建筑施工中使用節(jié)能技術(shù)的重要性，而且各級地方政府也高度關(guān)注此問題。在電氣設(shè)計中應(yīng)用建筑節(jié)能技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟的雙效益，以順應(yīng)新時期建筑行業(yè)的發(fā)展要求。應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，不僅節(jié)約了電能、保護了生態(tài)環(huán)境，還為我國經(jīng)濟、社會的建設(shè)和發(fā)展提供了強大的動力支持。
2節(jié)能原則
2.1滿足建筑物的基本功能
在電氣設(shè)計的過程中，要先遵循滿足建筑物基本功能的節(jié)能原則，即需要滿足建筑的基本照明亮度、空調(diào)溫度和建筑內(nèi)部樓道暢通無阻等日?；居秒娦枨?。另外，還要滿足現(xiàn)代化特殊工藝的要求，例如，在一些大型娛樂場所中，需要設(shè)計一些獨特的照明系統(tǒng)，以提高亮化程度，滿足工藝照明的需求，同時還能起到亮化、美化的作用。
2.2充分考慮經(jīng)濟效益
電力節(jié)能活動需要根據(jù)當前我國的國情科學(xué)開展。要充分考慮經(jīng)濟效益，避免盲目性，不能因為過度節(jié)能而浪費不必要的資金，增加運行成本。
2.3減少不必要的能源耗費
對一些高層建筑而言，由于樓層較高，內(nèi)部人口較多，所以，需要消耗大量的能源來維持其正常運行。但是，在這個過程中，往往會出現(xiàn)一些不必要的能源浪費情況。為了有針對性地解決這個問題，可以有效調(diào)查高層建筑中的日常能源使用情況，詳細掌握每個環(huán)節(jié)對能源的使用程度，進而采用先進的節(jié)能技術(shù)減少無謂的能量消耗，在不影響建筑物內(nèi)正常使用電能的前提下，減少用電設(shè)備，降低不必要的能耗。
3建筑節(jié)能在建筑電氣設(shè)計中的應(yīng)用
3.1配電系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)設(shè)計
在設(shè)計配電系統(tǒng)時，相關(guān)設(shè)計人員和施工人員需要結(jié)合配電系統(tǒng)的實際容量、配點距離和電氣設(shè)備的功能、特點等內(nèi)容合理設(shè)計，盡可能地縮短變配電所與負荷中心之間的距離。這樣做，不但能夠大大節(jié)省輸電材料，還能夠有效降低輸電過程中消耗的電能，從而發(fā)揮出節(jié)能的作用。同時，設(shè)計人員還要合理選擇電源變壓器的數(shù)量和容量，改變變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進而起到一定的節(jié)能效果。另外，在完全放電的狀態(tài)下，電容器才能充電。如果電容器中還有電就充電，會增加電能的耗費。因此，在實際工作中，要防止這種問題出現(xiàn)。
3.2照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計
照明系統(tǒng)是建筑中的重要組成部分，該系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計是不可忽視的。盡管白熾燈安全、簡單，便于維護，光色好，價格較低，但是，其發(fā)光率不高，不利于節(jié)能。在實際的施工過程中，可以選取高效能的光源。在室內(nèi)場所，應(yīng)該盡量選用功率較小的熒光燈、高壓鈉燈和LED節(jié)能燈，而在室外或道路照明中，可以使用金屬鹵化物燈和高壓鈉燈等。如果使用熒光燈和氣體放電燈，就需要安裝電容器。另外，建筑物中要盡量使用一些自然光，靠近室外的地方要充分利用自然光。
3.3降低線路和產(chǎn)品的電能浪費
在高層建筑中，線路中的電能損耗也是電能浪費的重要方面。因此，電氣設(shè)計人員在設(shè)計電路時，要重視線路耗能的情況。根據(jù)機械長度和發(fā)熱條件，盡量選擇低壓線路截面，以降低線路的電能損耗。同時，也可以選取電阻率較小的材料作為線路的導(dǎo)線，例如鋁線和銅芯導(dǎo)線等。同時，還要選取低能耗的變壓器和無噪聲、節(jié)能型號的接觸器。
3.4提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)
提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)是一種有效的節(jié)省電能的方法。要想提高自然功率因數(shù)，可以通過選取異步電機、使用同步電動機和實現(xiàn)電力變壓器輕載運行的方式來實現(xiàn)。在無功功率的人工補償環(huán)節(jié)，設(shè)計人員在設(shè)計過程中，可以使用高低壓柜集中與分散就地補償?shù)姆绞窖a償，但這要根據(jù)高層建筑中電力設(shè)備的實際情況合理設(shè)計。另外，在設(shè)計過程中，要盡量使三相負荷達到平衡狀態(tài)，采取相應(yīng)措施有效提高用電設(shè)備的功率因數(shù)，選擇合適的容量和地點進行無功補償。
3.5其他節(jié)能技術(shù)
在現(xiàn)代建筑中，對電氣設(shè)計的要求比較高，同時，還要踐行節(jié)能環(huán)保的理念。因此，在照明系統(tǒng)的設(shè)計中，要嚴格按照我國建筑施工的照明設(shè)計標準執(zhí)行，滿足其對功率的要求。在建筑電氣設(shè)計中，要加大節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器和電感器的應(yīng)用比例；在建筑樓道內(nèi)、電梯間使用聲控開關(guān)，對于一些庭院中的照明系統(tǒng)，也要使用聲控、光控等開關(guān)來調(diào)節(jié)；對于車庫照明設(shè)計，則要根據(jù)停車位、車道等不同要素劃分，從而實現(xiàn)分級控制；大廳、禮堂和走廊等大型公共場的用電，可以采用樓宇自控或者集中控制的方法；宴會廳、高檔會議室、別墅等場所和住家可以使用智能化的照明管理控制系統(tǒng)。這樣，不僅能夠?qū)φ彰飨到y(tǒng)實現(xiàn)定時開關(guān)、調(diào)光、調(diào)聲和場內(nèi)效果等方面的控制，而且由于現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，還能夠?qū)崿F(xiàn)能源的動態(tài)化、規(guī)范化管理，進而降低能耗。
4結(jié)束語
現(xiàn)階段，能源危機日益嚴峻，一定要高度重視建施工中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，要加大對節(jié)能技術(shù)的研究力度，加大科技投入，節(jié)約資源，降低能耗，減少運行成本，最大程度地滿足現(xiàn)代化建筑施工的需要，提高經(jīng)濟效益，促進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。
作者：李杰 單位：中機中聯(lián)工程有限公司綜合八所
