节能是节约能源的简称,在不同时期有不同的内涵。我国新修订通过的《中华人民共和国节约能源法》中,节约能源是指“加强用能管理,采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施,从能源生产到消费的各个环节,降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费,有效、合理地利用能源”。这表明,要达到节能的目的,需要从能源资源的开发到终端利用的全过程,通过能源管理和能源技术创新与应用,与社会经济发展水平相适应,与环境发展相协调,实现能源的合理利用、节约利用,以达到提高能源的利用效率、降低单位产品的能源消费和减少能源从生产到消费过程中对环境的不利影响。可见,节能既涉及生产领域的节能,又包括消费领域的节能,并总与一定历史时期的社会、经济、环境和技术条件密切联系。
从建筑节能理念发展的历程来看,最初的建筑节能(energy saving in building)是指降低能耗,减少能量的输入;后来是指在建筑中保持能源(energy conservation in building),意思是保持建筑中的能量,减少建筑的热工散失;现在是指提高建筑中的能源利用效率( energy efficiency in building),即不是消极被动地节省能源,而是从积极意义上提高能源利用效率,高效地满足舒适要求。能源效率,按照物理学的观点,是指在能源利用中,发挥作用的与实际消耗的能源量之比,即为终端用户提供的服务与所消耗的总能源量之比。1995 年,世界能源委员会出版《应用高技术提高能效》,把能源效率定义为“减少提供同等能源服务的能源投入”。我国《民用建筑节能条例》将民用建筑节能定义为“在保证民用建筑使用功能和室内热环境质量的前提下,降低其使用过程中能源消耗的活动”,表明民用建筑节能的基本任务是降低建筑使用过程中的能源消耗,节能的前提条件是确保建筑的使用功能和营造适宜的人工环境。
按照能源服务对象的不同,能源消耗通常分为生产、建筑和交通三大领域。在这三大领域中,能源消耗的技术设备、使用环境、操作方式及运行主体不同,其能耗形成规律也就不一样。国际上的建筑能耗有狭义和广义之分,狭义的建筑能耗是指建筑物在使用过程中消耗的能源,即建筑运行能耗;广义的建筑能耗则是指在狭义建筑能耗上加上建筑材料生产和建筑施工过程中的建造能耗。与生产、交通相比,建筑能耗具有不同的特征,具体如表 1.1 所示。
表1.1 不同能源服务领域能耗的特征
由表 1.1 可知,与生产能耗和交通能耗相比,建筑能耗具有一定的特殊性。建筑的使用者和建筑能源系统的服务对象是全社会的人,所有生活在建筑中的人都可以参与建筑设备的操控和建筑环境参数的调节,但大多数人都不理解建筑设备的性能和正确的操作方法,更不理解建筑节能的原理,没有强制的节能使用规程进行指导,对建筑设备的操作方法和环境的控制方式是主观的、随意的,建筑使用者的行为方式和生活习惯对建筑能耗的影响很大,体现了建筑节能主体的特殊性和广泛性。
建筑能耗需求的层次性和能源服务水平的多样性源于建筑自身的特性;建筑的基本属性决定了建筑环境营造必须以适宜居住为本。人的需求存在个体差异,要求建筑能源服务水平因人而异。此外,建筑的地域特征决定了建筑能耗受地域气候条件影响很大,不同地区、不同功能的建筑,提供不同服务水平的建筑能耗水平也不同。中国幅员辽阔,各地区的气候差异显著,各气候地区的建筑节能必须与当地气候条件相适应,不同地区采取的节能技术措施、产品和途径不一样,没有统一的标准或规范能概括所有气候地区的建筑,表明建筑能耗具有显著的地域性。这些特性表明,建筑能耗不能用简单的指标进行描述,建筑能耗高低受诸多非技术因素制约,其形成与发展比生产能耗和交通能耗复杂得多。
建筑节能包含建筑节能科学、建筑节能技术、建筑节能工程与建筑节能产业等不同层次的理论知识与实践活动,它们相互影响,共同构成建筑节能的知识体系,如图 1.1 所示。
图1.1 建筑节能知识体系的结构层次
从知识链角度来看,建筑节能既包含科学技术的内涵,又包含工程科学、工程技术和工程管理的理念,这些知识在实践活动中可以转化为现实生产力;从工程活动的社会属性来看,建筑节能是一项有计划、有组织、有目的的人工活动,通过建筑节能技术、产品或服务,向社会提供节能建筑,创造相应的经济、社会或环境效益。从社会活动角度认识建筑节能,需要系统研究其作为一门科学的理论体系和结构,作为一门学科的知识体系和人才培养要求,作为工程和技术层次应遵循的原则和发展规律,作为一个新兴产业应遵循的发展机制。建筑节能工程既有与建筑节能科学、建筑节能技术的关联性,又有与建筑节能产业、经济与社会的关联性。建筑节能科学是对建筑节能活动的构成、本质及运行规律的探索与发现,并不一定要有直接的、明确的经济目标,但建筑节能技术、工程和产业则有明显的经济目标或社会公益目标,必然与市场、资源、能源、资金、环境、生态等基本要素相联系,与经济和社会的关联程度比建筑节能科学高。
建筑节能工程是为了实现节能工程在建筑系统中的目标而组织、集成的活动。建筑节能工程活动的核心标志是建筑节能实践的物化成果——构建具体的建筑节能项目所提供的建筑节能服务,是通过建筑节能技术要素与诸多非技术要素的系统集成为基础的工程活动。
建筑节能技术是建筑节能工程中的一个子项或个别部分,不同的建筑节能技术在建筑节能工程中有着不同的地位,起着不同的作用,彼此之间存在不同的功能。不同的建筑节能技术在一定环境条件下,通过有序、有效的合理集成,以不可分割的集成形态构成建筑节能工程整体。不同建筑节能技术方案的对比取舍、优化组合以及实施后的效果评价都是工程决策中应该考虑的重要内容。虽然建筑节能工程与建筑节能技术之间具有集成与层次的关系,但建筑节能工程不仅集成“建筑节能技术”要素,还集成许多非技术要素,是建筑节能技术与当前社会、经济、文化、政治及环境等因素综合集成的产物。
按照产业经济学的定义,产业是指具有某种同类属性、具有相互作用的经济活动的集合或系统。这里的“具有某种同类属性”是将企业划分为不同产业的基准,同一产业的经济活动均具有这样或那样相同或相似的性质。“具有相互作用的经济活动”表明,产业内各企业之间不是孤立的,而是相互制约、相互联系的。这种“相互作用的经济活动”不仅表现为竞争关系,也包括产业内因进一步分工而形成的协作关系。产业内部企业间的相互竞争与协作,促进了产业的不断发展。
建筑节能产业是指因建筑节能的兴起、发展而引起的各种产业的总和。构成建筑节能产业的各部分产业以建筑节能领域为主要服务对象,以节约能源使用、提高能源利用效率为目的,从事于各种咨询服务、技术开发、产品开发、商业流通、信息服务、工程承包等行业。建筑节能产业涉及范围广,图 1.2 为整个建筑节能产业的构成关系。
主导产业在建筑节能全局中起着主导作用,引领着节能行业的发展方向,这部分产业的发展可带动整个建筑节能行业的发展;反之,建筑节能的开展情况也决定着这部分产业的市场发展、企业生存等状况,产业与建筑节能存在相互依存的作用。基础产业是开展建筑节能工作的基础,其企业的生存和发展与建筑节能的开展状况密切相关,对建筑节能有很大的依赖性。相关产业与建筑节能有相关性,其服务含有建筑节能的内容;其企业的发展对建筑节能开展状况也有影响,同时又相对独立于建筑节能;企业中有关建筑节能的服务质量,对建筑节能的影响显著,因而,会受到建筑节能的制约。以上 3 部分产业相互影响,共同作用,形成了涉及设计、咨询、施工、监理、运行、维护、检测、评估等多个领域的建筑节能集成产业。同时,上述产业的有效联结,使得我国建筑节能产业成长为一个新兴的行业。
图1.2 整个建筑节能产业的构成关系
建筑节能市场又可以分为新建建筑节能市场和既有建筑节能改造市场两类。由于一些既有建筑的节能改造是通过能源服务公司,以合同能源管理的方式实现的,因此能源服务公司成为节能服务市场的一部分。在节能服务市场上,市场交易的商品是专门的节能服务,市场的供方为节能服务企业,需方为建筑使用者,即业主。节能服务企业通过“合同能源管理”等方式,为业主提供能源节约服务,包括为帮助业主降低建筑能耗而提供的咨询、检测、设计、融资、改造、管理等节能服务。节能部品市场是指以符合节能标准的各类建筑部品为交易对象的市场。市场的供方是节能部品生产商,需方有两类,一类是房屋的最终使用者,即业主,他们可以在市场上直接购买节能部品,并在建筑的日常运行中使用;另一类是房屋的建造者、提供者,即开发商,他们购买节能部品,并将其作为建筑的一部分提供给业主。
一般认为,节能建筑是指在保证建筑使用功能和满足室内物理环境质量的条件下,通过提高建筑围护结构隔热保温性能、采暖空调系统运行效率和自然能源利用等技术措施,使建筑物的能耗降低到规定水平;同时,当不采用采暖与空调措施时,室内物理环境达到一定标准的建筑物。人们对节能建筑概念的理解,经过一段时间的发展,从最初的一味节省能源,到后来的集中关注减少热量散失,再到现在的强调提高建筑中的能源利用效率。也就是说,节能建筑并不意味着牺牲舒适度,它要求用现实的手段更方便地实现高舒适度。
节能建筑最大的好处在于降低建筑能耗,从而降低维护费用。按照北欧的经验,节能建筑在初始投资上比一般建筑高出 3%,但运行维护费用可降低 60%。发达国家建筑用能一般占一国能耗的 30%~40%,我国占能源消费总量的 28%。目前,我国能源形势相当严峻,但我国的建筑节能水平较低,在能源利用效率方面有很大的提高空间。例如,瑞典、丹麦的建筑能耗大约为 11 kW·h /(m 2 ·a),而我国北京为 31.7 kW·h /(m 2 ·a)、哈尔滨为 33.7 kW·h /(m 2 ·a),如果能达到上述先进国家的水平,则可节约 60%~70%的建筑能耗。其次,建筑节能可以提高建筑室内环境的质量,满足人们日渐提高的生活水平的需要。再次,建筑节能可以有效减轻建筑采暖、空调引起的大气污染。如果采用新型材料的墙体,还能节约有限的黏土资源。
绿色建筑是在建筑的全生命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间与自然和谐共生的建筑。从建筑特征来看,绿色建筑主要有 5 个要点:少消耗资源,设计、建造、使用要减少资源消耗;高性能品质,结构用材要有足够的强度、耐久度,围护结构要保温、防水等;减少环境污染,采用低污染材料,利用清洁能源;延长建筑运行使用寿命;建筑材料多回收利用。