我国建筑节能现状分析

我国建筑节能现状分析同济大学龙惟定摘要本文分别从住宅建筑和公共建筑两方面的能耗数据，分析了我国建筑能源消费水平低、能源浪费严重、用能效率不高、能耗增长潜力大的总体形势。并提出了对策。关键词建筑节能，建筑能耗，住宅，公共建筑我国建筑能耗的现状如何？可以用一句话来概括：“建筑能源消费水平低、能源浪费严重、用能效率不高、能耗增长潜力大”。考察一个国家的建筑能耗情况，不能脱离当地的气候条件和经济发展水平。从表1可以看出，我国城市的采暖度日数比同纬度甚至高纬度的发达国家城市高，而7月的平均温度比同纬度乃至低纬度的发达国家城市高。而且，我国哈尔滨和北京的采暖度日数是在采暖期内统计的。这说明我国城市的采暖需求比发达国家大得多。除了采暖需求，夏季还有较大的供冷需求。表1我国城市气候与发达国家城市气候的比较城市纬度采暖度日数1月平均气温7月平均气温柏林Berlin522540-0.4°C17.9°C汉堡Hamburg53〜5531560.5°C16.8°C纽伦堡Nürnberg49〜513010-0.8°C18.3°C慕尼黑Munich47〜493061-2.2°C17.3°C罗马Rome4215701.9°C(Min)31.2°C(Max)哈尔滨Harbin455032-19.2°C22.8°C北京Beijing402699-4.3°C25.9°C东京Tokyo35.715795.2°C25.2°C旧金山SanFrancisco37.616757.7°C18.1°C亚特兰大Atlanta33.716625.0°C26.0°C洛杉矶LosAngeles34127414.6°C23.5°C达维斯Davis38.715277.3°C24.0°C休斯顿Huston29.71371-2.3°C22.3°C上海3116913.7°C27.8°C我国与发达国家在建筑节能上的差距，一是在建筑围护结构热工性能上；二是在集中空调采暖系统的系统效率上；三是在运行管理水平上。从表2可以看出，与德国节能标准相比，我国采暖建筑围护结构的最薄弱环节是窗的热工性能。表2我国围护结构热工性能与德国的比较德国EnEV2004北京哈尔滨20世纪80年代1995年节能标准2004年北京市65%标准20世纪80年代1995年节能标准外墙内保温0.451.280.824层及以上0.600.730.40外保温0.353层及以下0.45窗户1.706.404.002.803.262.50屋顶坡屋顶0.300.910.604层及以上0.600.640.30平屋顶0.253层及以下0.45表2说明，我国建筑采暖负荷要大于德国。如果以北京80年代保温水平计算，在同样室温条件下，北京住宅建筑的采暖负荷大致是德国的3-4倍。但负荷并不等于能耗，能耗与室内设定温度、采暖系统能效，特别是使用时间有很大关系。德国没有采暖期的概念，只要夜间温度足够低，即使在9月份或是5月份，也会启动采暖设备。由于我国城市采暖度日数普遍高于德国城市，因此合理的住宅建筑能耗比较应该是用单位面积单位度日数的能耗值。表3给出了比较结果。表3我国部分城市住宅采暖能耗与德国平均值的比较城市北京哈尔滨长春鞍山唐山太原兰州包头德国纬度39°45°43°41°39°37°36°40°采暖度日HDD269950324642328328533160309440173043能耗kgce/m226.926.125.833.61818.817.42417.8能耗kWh/m2219212209274147153147194145单位度日能耗强度kWh/m2HDD0.08110.04210.04500.08350.05150.04840.04750.04830.0477注：1.本表国内城市住宅采暖能耗源自文献[1]；北京市住宅采暖能耗值源自文献[2]；德国住宅采暖能耗值源自文献[3]。2.我国城市采暖度日数除鞍山、包头外均为最新研究成果，仅指各地采暖期内的度日数。3.德国采暖度日数是2000年至2004年的5年平均值。为了方便比较，将住宅单位面积单位度日能耗值绘成直方图。很明显，除了北京和鞍山，其它城市的采暖能耗同德国差不多。但是，这其中有几点是不可比的：0.08110.04210.0450.08350.05150.04840.04750.04830.047700.020.040.060.080.1北京哈尔滨长春鞍山唐山太原兰州包头德国图1我国住宅单位面积单位度日采暖能耗与德国平均值的比较（kWh/m2HDD）首先，如上所述，德国没有采暖期的概念。其次，由于德国建筑围护结构保温良好，尤其是门窗的质量和热性能是世界一流的，因此，保证了室内温度的均匀性和环境的舒适性。即提供采暖的质量不一样。再者，德国采暖系统技术也是世界一流的，系统调节性能好，可以完全根据用户需求自主调节供热量，不会出现过冷和过热。也就是说，保证采暖的能耗“物尽其用”，消耗的能源完全用来满足需求，没有浪费。51.161.7987.880.769.8135.730.824.482016.38.090.340102030405060708090100199019951997199819992000200120022003200420052006图2我国城镇每百户家庭房间空调器拥有量的增长我国还有一半的住宅地处夏热冬冷和夏热冬暖地区，传统上是没有采暖的。随着经济发展和气候变暖，近几年包括寒冷地区在内，我国城市家庭空调器的拥有量呈快速增长的态势（见图2）。但是，由于电费与收入相比，还占较高的比例，因此，多数居民使用空调的时间并不多。根据在上海市的调查，一般家庭年使用空调只有600～800小时，有超过一半的家庭冬季从来不使用空调（热泵）。根据上海市2004年在1万户家庭中的调查，平均一次能耗（包括电力和燃气）只有973kgce/户（折合13.7kgce/m2a或166.3MJ/m2a），是美国家庭平均能耗（3320kgce/户）的三〜四分之一。上海平均每户年耗电2081kWh，低于美国2001年平均家庭空调（单供冷）耗电（2263kWh），是美国家庭平均耗电（10656kWh）的五分之一。因此，认为我国建筑能耗已经是发达国家的几倍的提法并不准确，客观上为“中国能源威胁论”制造了口实。再看公共建筑。近年来很多城市对公共建筑能耗做了调研。但因为迄今为止还没有开展正规的建筑能耗统计和建筑能源审计，加之各地能够接受调查的楼宇样本数有限，所以各地调查数据并不一定反映当地能耗现状。在数据采集上，以电力、燃气等用表具按月计量的数据最为准确。像燃油等批量采购的数据，特别是北京地区市政热网供热按建筑面积打包收费的耗热量数据，在各调查中要么是估值、要么干脆回避。笔者采用按住宅2004年调研同样的采暖能耗量来替代。另外，在各地公开发表的调查数据中，笔者尽量弃用带有商场的办公楼的能耗数据。1.6731.4462.21.5982.1931.5531.4771.0421.1651.8211.80400.511.522.5长沙武汉天津上海北京杭州重庆广州深圳台湾日本GJ/m2a图3我国部分城市和地区办公楼能耗调查结果与日本省能中心（ECCJ）调查结果的比较从图3中可以看出，除了京津和台湾省以外，其它城市办公楼能耗均小于日本的办公楼能耗。日本的发电效率高于中国，其电力/一次能换算采用2200kCal/kWh，而我国则是2900kCal/kWh。如果我国的发电效率能达到日本的水平（近年来我国发电效率逐年有所提高），则我国公共建筑能耗还可能更低。就图3进行分析，可以发现以下几个问题：(1)日本办公楼能耗比中国多数城市高的主要原因，笔者也曾多次与日本学者探讨，可以归结为，第一，日本办公楼空调运行时间长，晚上有人加班，整栋楼的空调都会运行；第二，日本的“大楼管理法”对办公楼室内空气品质做了法律规定，必须确保新风量和空气处理装置的过滤级别。因此，日本的建筑节能的归宿是“以人为本”。(2)我国台湾地区办公楼建筑能耗与日本基本相当。是不是也是出于上述原因，笔者没有调查，无法妄下结论。(3)我国北京、天津的能耗高于日本，完全是由于采暖系统的低效率所造成的。像广州、深圳这样基本没有采暖负荷的地区，其能耗值要低于其它城市,也说明空调供冷效率远大于集中供热。(4)图2中数据都是均值。各地调查也发现，能耗最大的办公楼能耗值是能耗最小的办公楼的几倍。所以，图2并不能证明各地没有高能耗公共建筑。根据上面的分析，是不是说，我们就不需要搞建筑节能了？显然不是的。这恰恰证明，我们必须认真分析中国的国情，科学地、理性地、有重点地、有针对性地发展我国的建筑节能事业。归纳起来有以下几点：(1)根据上面的分析，北京地区按“节能50%”标准设计的住宅，其理论采暖能耗值是13.5kgce/m2a，与上海2004年住宅全年能耗相当。由此可见，采暖能耗在我国建筑能耗中占有“半壁江山”，建筑节能的重点应是采暖建筑的节能。要实现实质性建筑节能，就应该重视既有采暖建筑的节能。(2)对既有采暖住宅建筑的围护结构节能改造，重点应放在窗户的改造上，特别要发展不动窗框而改造窗户的产品和技术。(3)结合采暖分户计量改造，使用户能够根据需要手动调节采暖散热器的散热量。这是采暖建筑能够实现实质性节能的关键。(4)对夏热冬冷和夏热冬暖地区的住宅建筑，其节能目标应该是控制建筑能耗增长相对于经济增长的弹性系数。即以尽可能少的能耗，去满足日益增长的需求，改善室内环境。(5)夏热冬冷地区住宅围护结构除了重视遮阳之外，还是需要有保温。因为该地区住宅空调采暖主要依靠对流型的房间空调器，建筑物保温主要起到夏季降低内壁面温度、冬季提高内壁面温度、避免结露，从而提高舒适性的作用。按照当地人生活习惯，壁面辐射温度的降低（提高）可以使人们耐受更高（低）的室内空气温度，推迟开启空调的时间，同样起到节能作用。(6)夏热冬冷和夏热冬暖地区住宅建筑节能，重点不在围护结构，而在于提高耗能设备的能效。例如采用高能效等级的房间空调器、推广热泵热水器和太阳能热水器等。(7)我国公共建筑的主要问题是在管理上。此处所指的“管理”，并不仅指运行管理，它涵盖了公共建筑建设的全过程。从规划开始，就没有把建筑节能和建筑能源系统考虑在内。设计中高估负荷、设备选型偏大、系统不做平衡。设备招标中没有对能效指标做强制性要求。系统不做“commissioning”。而在运行管理中，多数公共建筑无法做到兼顾节能与室内环境品质，从前些年SARS流行到这些年讲节能，我们不少公共建筑的空调运行也经历了从不惜代价提高室内空气品质的一个极端，走到以牺牲室内环境为代价而节能的另一个极端。(8)公共建筑节能要抓“两头”，即高能耗建筑和低能耗建筑。前者要通过节能改造降低能耗，如果是能耗特别大的公共建筑，要下决心更换主要用能设备。后者则分成三种情况，一种是该建筑确实通过科学管理实现了节能，应该被树为“标杆建筑”；另一种是依靠牺牲环境、牺牲服务质量而实现的节能（例如关闭新风、少开设备等），应该限期整改；第三种情况往往出现在一些超标政府办公楼中，每人占有面积达到上百平米，尽管耗能低，但占用其它资源。这种情况也不符合建设节约型社会的目标，必须整改。参考文献1.涂逢祥，建筑节能形势与政策建议，建筑节能（45），中国建筑工业出版社，2006年4月，ISBN7-112-08115-72.王君来，刘应宗，我国北方城市建筑节能现状及对策探讨，河北建筑科技学院学报，第21卷第2期，2004年3.EdelgardGruber，BehaviourandEnergyConsumptionintheResidentialSectorinGermany，龙惟定，马素贞，白玮，我国住宅建筑节能潜力分析——除供暖外的住宅建筑能耗，暖通空调，第37卷第5期，2007年5.龙惟定，我国大型公共建筑能源管理的现状与前景，暖通空调，第37卷第4期，2007年6.龙惟定，试论建筑节能的科学发展观，建筑科学