所謂建筑能耗,國內外習慣上理解為使用能耗,即建筑物使用過程中用于供暖、通風、空調、照明、家用電器、輸送、動力、烹飪、給排水和熱水供應等的能耗。在發達國家,建筑能耗約占總能耗的30%-40%。這一比例的高低,反映了一個國家的經濟發展和人民生活水平。我國是最大的發展中國家,建筑能耗約占全國總能耗的11.7%,而北方地區供暖就占了其中80%。上海是國內經濟發展最高的地區之一,雖然沒有大面積的集中供暖,但據估算,上海的建筑能耗約占總能耗的13.2%。隨著我國的經濟騰飛和氣候變化,這一比例正不斷攀升。
自本世紀70年代中東石油危機以來,建筑節能成為發達國家關注的熱點。而90年代提出可持續發展理論和環境資源保護的緊迫性以后,建筑節能更成為世界各國關注的熱點。這十幾年間,除了建筑節能技術日臻完善之外,人們對建筑節能的認識也在逐漸深化。特別是能源需求側管理(DSM,Demand Side Management )理論,使建筑節能的觀念有了深刻的變化。觀念的轉變會給建筑的觀點帶來了深刻影響。
1、從抑制需求到提高能效
如果經常閱讀國外文獻,你會發現,過去為人們熟知的“建筑節能”的英文詞“Building Energy Saving”已經逐漸為“Building Energy Efficiency”所取代。這一字之差,實際上反映了對建筑節能的認識從單純地抑制需求、減少耗能量,發展成為有向樣的耗能量,或用少許增加的耗能量,來滿足人們迅速增加的健康和舒適感的需求,進而提高工作效率和生活質量。國內也有有識之士提出,應將“建筑節能”更準確地表達為“建筑合理用能”。
發達國家的建筑節能技術發展經歷三個階段:
第一階段:60年代末到70年代初的兩次中東戰爭,使發達國家經歷了嚴重的石油危機。美,日等國不得不嚴格限制用能。舒適慣了的歐美人不得不忍受寒冷和氣悶。學者們開始在舒適健康與節能之間尋找新的平衡。
第二階段:80年代初開始,美國人發現,70年代的限制建筑用能的政策帶來一系列后遺癥,室內空氣品質的劣化問題突顯出來。80年代中期,出現了智能化大樓。為了保證智能化大樓生產和腦力勞動的高生產率,智能化大樓中舒適,健康、安全的室內環境占有與OA(Office Automation)、BA(Building Automation)、CA(Communication Automation)同等重要的位置。大都市中產業結構轉為以第三產業和以信息業為主體,拉大了晝夜用電峰谷差。學者們又以生產率和節能之間尋找新的平衡。
第三階段:進入90年代,全球溫暖化問題成為世人矚目的焦點。人們開始對自己為了追求舒適和效益而無節制地消耗地球資源和破壞地球環境的行為進行反思。保護地球資源和破壞地球環境的行為進行反思。建筑節能上升到前所未有的地位。根據可持續發展理論而提出的綜合資源規劃方法(IRP,即Incorporate Resource Plan)和需要側管理技術(DSM),得到了國際上能源和環境機構和組織的高度重視。IRP方法和DSM技術的核心,是改變過去單純以增加資源供給來滿足日益增長的需求的作法,將提高需求側的能源利用率從而節約的資源統一作為一種替代資源。IRP方法和DSM技術可以說是人們觀念上的一個飛躍,使建筑節能技術發展進入到理性的階段。人類對建筑的需求,經歷了掩蔽所——舒適建筑——健康建筑——綠色建筑這樣四個階段,第二和第三階段是高耗能的階段,第四個階段則是高能量效率,大量利用可再生能源(Renewable Energy)和未利用能源(Unused Energy)、親近自然和保護環境的階段。綠色建筑又可稱為可持續建筑(Sustainable Building)。我國已處于第一到第二階段之間,因此能源消費結構中建筑能耗的比重還不大。但從我國經濟發展和人民生活水平提高的速度來看,很快會走到第二和第三階段,必然會給能源供給帶來巨大壓力。我國能不能避開發達國家的老路,在現有建筑能耗比例的基礎上直接跨入第四階段呢?
因此,我們的建筑節能觀,應以提高建筑物能量效率(energy efficiency),用有限的資源和最小的能源消費代價來取得最大的經濟和社會效益,滿足日益增長的需求為目標。同時應盡力減小或消除建筑物的固有能耗(energy saving )。建筑節能并不意味著限制發展,降低建筑物的服務標準。這應該成為建筑節能工作的宗旨,也是能源需求側管理(DSM)的一個重要思想。
2、建立終端節能優先的觀念
DSM中還有一個重要的思想,即將有限的資金投入能耗終端(需求端)的節能,其所產生的效益要遠高于投資能源生產的效益。節約與生產等量的能源投入之比為 1:5--1:10。舉兩個最簡單的例子,一個15W的電子節能燈泡市場價在60元左右,其亮度相當于75W的白熾燈。也就是說,花60元節能60W,其投入是1.0元/W。蓄冰空調移峰1KW電力所需投資是1200元,而建一座30萬KW的火力發電廠投資在20億元以上,其投入是6.67元/W,分別是末端投入的6倍多和5倍多。少建火力發電廠,又可減少大氣污染和溫室氣體的排放,其社會效益和環境效益更是金錢所難以衡量的。
DSM技術從1992年開始陸續介紹到國內,至今DSM的思想還未被普遍接受,表現在:第一,很多房地產投資商寧可在建筑的豪華和設施的先進上花巨資,卻不愿意為建筑節能措施多花一分錢;第二,認為能源建設是政府業績和投資環境的標志之一,而建筑節能卻是看不見、摸不著的事情,造成“一手硬,一手軟”;第三,某些部門不愿意將DSM取得的效益讓利于民,甚至實行壟斷經營,“武大郎開店”。這樣挫傷了用戶采用建筑節能措施的積極性,也使建筑節能技術在我國難以得到發展和普及 。
DSM的關鍵是政府的宏觀調控。在建筑節能領域的政府行為主要有:
(1)理順能源價格,使價格能真正反映能源生產的長期邊際成本。從價格政策上明確對建筑節能項目的補貼。
(2)加強建筑節能的標準化建設。據不完全統計,世界上到少有40多個國家和地區有不同程度的適用于新建筑的強制性節能標準。各發達國家幾乎無一例外的制訂了建筑節能標準。有的還區分住宅建筑和公共建筑。
(3)積極開展建筑節能的科學研究。在這方面尤以美國和日本投入最大,研究水平也居領先地位。值得注意的是,美國很注重建筑節能的軟課題研究,也很注重普及性節能措施研究。
需要指出,建筑節能技術的研究由于地域、氣候、生活習慣和建筑形式的差別,除了其基本理論和共同原則之外,是不可替代的。有些在某一國家或某一地區行之有效的節能措施,用到另一國家或另一地區就可能毫無作用及至起反作用。例如雙層窗在冬季供暖地區是有效的節能措施,而在夏季間歇空調的建筑中。因為夜間空調關機時蓄存的熱量無法順暢地通過窗戶排到室外,雙層窗反而會增加空調的啟動負荷。因此各地都應開展適合本地特點的建筑節能研究,不能坐等國家拿出權威性的統一措施。
(4)制定促使能源供應部門和用戶共同關心建筑節能的政策。
(5)政府設立建筑節能專項基金,為建筑節能提供優惠貸款。并按能源利用率的提高程度,分別給予相應的優惠利率,貸款期長達10年以上。
(6)采用多種措施鼓勵用戶使用節能設備。例如采用以舊換新、給予折扣率、補貼、回扣、分期付款、先用后付款等辦法吸引用戶購買或更新節能設備。
(7)政府還可以采取一系列措施鼓勵建筑節能技術的發展,一是制訂指導性的研究計劃,鼓勵研究開發有市場潛力、節能效果顯著的項目。二是積極扶持可實現產業化的項目,通過減稅和提供低息貸款,使有前景的項目迅速形成生產規模,實現產業化;三是引進國外先進的節能技術,采取技術合作或消化吸收的方式,實現產業化。我國當前急需研究的是全國的和地方性的建筑節能標準和規范。當前可以實現產業化的有:專業化的建筑節能咨詢企業,從事節能方案、節能設計,節能改造等技術服務;專業化的節能系統調試(commiaaioning)企業,從事整個大樓設備系統的調試和開通,以使系統在最佳狀態下運轉,實現預期的節能效果;專業化的物業設備管理(facility management) 公司,從事多幢大樓建筑設備的運行管理,用科學化的管理手段實現設備系統的節能運行。
3、氣候變化與建筑節能
20世紀的最后10年,全世界政治家和學者討論提最熱烈的話題是地球溫暖化和氣候變化。近一萬年中,地球大氣平均溫度僅升高不到2°C,但最近的200年中全球平均氣溫卻升高了1.6°C。照此速度發展,到2030年或2050年全球平均氣溫將升高1.5-4.5°C,是過去的5--10倍。造成這種現象的重要原因,是大量燃燒礦物能源引起的“溫室效應”。
大氣溫度的升高會使兩極冰川融化,使海平面升高,目前海平面升高的速率已達3.9mm/a。照此發展,到下世紀中葉,世界幾個著名大城市如紐約和威尼斯將被淹沒。大氣溫度過升高會使熱帶疾病流行、某些生物物種滅絕、生態平衡被破壞、水資源枯竭、土地荒漠加劇。另一方面,大氣溫度的升高又會使破壞大氣環境流的厄樂尼諾現象出現的周期縮短。1997年的厄樂尼諾現象使我國北方地區經歷了百年不遇的高溫酷暑和干旱,而南美地區則屢受暴雨和洪水的侵襲,造成生命和財產的巨大損失。
我國是世界是最大的發展中國家。我國的煤炭蘊藏量和產量均居世界首位,我國能源工業一直以燃煤的火力發電為主,火力發電量占總發電量的80%左右,1997年我國發電量已位居世界第二。因此,我國的溫室氣體排放量也僅次于美國而居世界第二。
日本學者提出所謂“壽命周期CO2排放量評價指標(LCCO2)”,以建筑物壽命周期內所有溫室效應氣體的排放量來衡量其對地球環境造成的負荷。它主要指在建筑設備的壽命周期內,使用機器設備、消耗材料和能源所排放出來的溫室效應氣體,如CO2、CFC、NOX和CH4等,包括從設備、材料的原料和能源的開采運輸、加工制作、安裝、運行,直至最終解體全過程中的排放量。LCCO2的單位是以CO2中所含C元素的質量來表示的,稱為CO2的原單位(12/44×CO2的排放量)。
可見,LCCO2既可用來評價建筑物對環境的影響,又可用來評價建筑物的能耗特性。它也標志著建筑節能觀念的更新,以及建筑節能與保護地球的密不可分的關系。因此,所謂“綠色建筑”,應當是LCCO2盡可能低、能提高使用者的工作效率和生活質量、親近自然和有益健康的建筑。要減少LCCO2關鍵還是在建筑物壽命周期全過程中提高材料和能源的使用效率。根據測算,我國一幢20000m2的使用熱泵空調的辦公樓,其溫室氣體排放量達700t/a,而日本僅為390t/a。 我國的建筑用能水平不高(例如上海的人均用電量只有發達國家的幾分之一),室內環境標準也不高(例如辦公樓室內照度標準僅為100-200lx,而日本則在500lx以上),在這樣的前提下溫室氣體排放量卻幾乎是日本的一倍。這只能說明我國的能量轉換效率過低。
4 結論
節能和環保是實現可持續發展的關鍵。而從可持續發展理論出發,建筑節能的關鍵又在于提高建筑能量高效率。因此,無論是制訂建筑節能標準還是從事具體工程項目的設計,都應把建筑節能的宏觀目標定位在用占全國總能耗20%左右的能量,滿足下世紀我國建筑的需求。應從現在起便著手:“綠色建筑”的試點工作以及舊有建筑的節能改造試點工作,走出一條與發達國家不同的建筑節能道路來。