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几种主要建筑节能技术发展现状和前景(一)

  1引言
      
       随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们在追求更加舒适的居住环境的同时，也在消耗着越来越多的能源。据文献[1]、[2]报道，在发达国家，建筑能耗约占总能耗的40％，在我国，这一比例为25％左右，居各种能耗首位，其中50％以上消耗在冬季采暖和夏季制冷空调上。随着世界范围内能源供应紧张状况日益加剧，能源将成为制约各国经济的主要因素。为此，我国提出了社会经济和能源可持续发展的战略，建设节约型社会，在实现国民经济快速发展的同时努力降低单位GDP的能源消耗。而建筑行业作为耗能大户，节能潜力巨大，大力发展和推广外墙保温、太阳能光热和光电、地源热泵、热管和相变蓄热材料等新型建筑节能技术，在不断提高人们居住环境舒适度的同时，降低建筑耗能总量，有效缓解能源的供需矛盾，既具有实际经济意义，又具有重要的社会意义和环保价值。
      
       2外墙保温技术
      
       20世纪90年代初，外墙保温技术开始在我国推广使用并表现出良好的保温和节能效果。其主要方法是在建筑物基层墙体的外侧设置保温层(一般为厚度60mm的聚苯泡沫板)，在保温层外面做装饰层。基层墙体和聚苯板之间用专用粘接剂连接，聚苯板用尼龙锚栓固定，然后在保温层外抹聚合物水泥砂浆保护层，并压人耐碱涂塑玻纤网格布，最外层用抗裂腻子和涂料找平和装饰。
      
       2.1外墙保温技术的优点
      
       根据对外墙保温技术实际使用效果进行测试，发现该技术具有如下优点：
      
       (1)节能效果明显。由于保温层的敷设具有连续性，可以避免传统墙体结构所产生的热桥现象，而且聚苯板的导热系数较小，只有0.041W/(m·K)，能够有效地减少室内的热损失和冷损失。采取该保温措施后，在冬季比较寒冷的东北地区，居住建筑的节能效果可以达到50％，在北京地区则能达到65％[3，4]；
      
       (2)可以减薄墙体厚度和减轻墙体的重量，从而增大房屋的使用面积。采用外墙保温技术后，在满足节能要求的前提下，可以使普通砖墙的厚度从490mm减薄为320mm，从而增加使用面积2％～4％，同时也节约了土地等资源的消耗；
      
       (3)能够增加室内环境的舒适度，并能延长建筑物的使用寿命。由于采取了外保温技术，使得墙体的蓄热功能增大，当室外温度发生变化时，复合墙体的蓄热可以缓冲室内温度的变化，使人感到相对舒适；而且由于基层墙体的温度变化变得比较平缓，产生的热应力也大大减小，使得基层墙体产生裂缝和变形的可能性降低，因此能够延长建筑物的使用寿命；
      
       (4)施工工艺简单，使用范围广泛。该技术既适用于多层建筑，又适用于高层建筑；既能满足新建筑物的节能要求，也能满足旧建筑的墙体改造；通过采取一定的技术措施和工艺，还能满足建筑立面设计的装饰要求。
      
       2.2外墙保温技术的缺点
      
       虽然该技术具有上述许多优点，但在使用中也发现存在着一定的问题，主要有：
      
       (1)和普通墙体结构相比造价较高。由于该技术还没有在大范围推广使用，受批量和原材料的影响，主材聚苯板和辅材粘结剂、抹面胶浆等材料的价格还比较高，因此综合造价也比较高。
      
       根据地区不同，采用外墙保温技术和普通墙体结构相比，每平米外墙的造价要偏高30％～40％；
      
       (2)对主辅材料之间的匹配要求比较高，工序较多，工期较长。为保证工程质量，采用的聚苯板和粘结材料、锚固材料和外层涂料之间必须有较好的相容性，而且施工工序也比较多，施工周期也相对较长。
      
       虽然外墙保温技术在推广和应用中还存在着不足，但随着技术的不断完善和国家对建筑节能要求的不断提高，一定会得到更加广泛的应用。
      
       3太阳能光电和光热技术
      
       太阳能作为清洁的可再生能源，越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛。据统计，我国2/3以上国土面积的年日照时间在2200h以上，年辐射总量在502万kJ/m2以上，为太阳能的利用创造了丰富的资源和有利条件。根据太阳能的特点和实际应用的需要，目前在建筑节能方面的应用可分为光电转换和和光热转换两种形式。
      
       3.1太阳能光电技术
      
       太阳能光电技术是指利用太阳能电池将白天的太阳能转化为电能由蓄电池储存起来，晚上在放电控制器的控制下释放出来，供室内照明和其他需要，其转换原理如图1所示。
      
       从图中可以看出，太阳能光电转换系统主要由太阳能电池、充放电控制器、蓄电池、负荷等部分组成。其中，光电池组件由多个单晶硅或多晶硅单体电池通过串并联组成，其主要作用是把光能转化为电能；充放电控制器主要用来控制蓄电池的充电和放电，并具有反向放电保护功能和极性反接电路保护功能，还能够实现对系统的监控和数据采集；蓄电池为系统的储能设备，它的主要作用是将太阳能电池所产生的电能储存起来，在用户需要时提供能源。
      
       3.2太阳能光热技术
      
       太阳能光热技术是指将太阳辐射能转化为热能进行利用的技术。太阳能光热技术的利用通常可分直接利用和间接利用两种形式。
      
       常见的直接利用方式有：(1)利用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥；(2)利用太阳能热水器提供生活热水；(3)基于集热一储热原理的间接加热式被动太阳房；(4)利用太阳能加热空气产生的热压增强建筑通风。图2所示为被动式太阳房结构剖面图。
      
       目前技术比较成熟且应用比较广泛的是蔬菜温室大棚、中药材和果脯干燥及太阳能热水器等。其他几种技术还处于研究开发阶段，且由于一次性投资较大，要想走向市场和大范围推广尚需时日。
      
       太阳能间接利用的主要形式有：(1)太阳能吸收式制冷；(2)太阳能吸附式制冷；(3)太阳能喷射制冷。但目前也还处于研究阶段，有的仅仅制造出了样机，尚未形成定型产品和批量生产。
      
       3.3太阳能光热和光电技术的优点
      
       太阳能作为一次能源和可再生能源，和传统化石燃料相比有如下优势：
      
       (1)对环境没有污染
      
       由于传统化石燃料(煤、石油和天然气)在使用过程中排出大量的有毒有害物质，会对水、土壤和大气造成严重污染，形成温室效应和酸雨，严重危害到人类的生存环境和身体健康，因此急需开发出新的比较清洁的替代能源，而太阳能作为一种比较理想的清洁能源，正受到世界各国的日益重视。
      
       (2)可以源源不断地获得
       　　
       太阳是一个巨大的能量源，每秒辐射到地球上的能量相当于500万t标准煤，和人类存在的时间相比，太阳能可以说是一种久远和无尽的能源。随着化石燃料(煤、石油和天然气)的不断开采和消耗，能源的供应越来越紧张，具有丰富来源的太阳能的开发和利用就显得越发重要和紧迫。
      
       (3)可免费使用，且无需运输
      
       人类可以通过专门的技术和设备将光能转化为热能或电能，就地加以利用，无需运输，为人类造福。而且人类利用这一取之不尽的能源也是免费的。
      
       3.4太阳能光热技术和光电技术的缺点
      
       虽然太阳能光热和光电技术具有许多优势，但太阳能能流密度低，受季节、地点和气候等多种因素影响而不能维持常量，且用于太阳能转换的设备投资较高，其技术尚需进一步完善。因此，目前除太阳能热水器和温室大棚的利用比较普及和成熟外，主、被动太阳房，太阳能发电和太阳能制冷等技术尚处于示范性实验阶段，距离大规模推广应用，走进百姓日常生活还有相当大的距离，近期内尚无法取代常规能源的主导地位。