呼和浩特市绿色建筑外墙保温节能技术的研究

第一章 绪 论

1.1 课题背景

随着全球日益增长的能源消耗，无论是发展中国家还是发达国家，建筑能耗均在社会总能耗中占据很大的比例。建筑能耗是指从建筑材料生产加工、建筑施工、建筑正常使用，一直到建筑拆除的全过程能耗。其中比重最大的是建筑日常运转能耗，约占80%以上，主要为空调、采暖、照明、热水、炊事、洗衣等用能。随着各个国家工业化和人民生活水平的提高，建筑的蓬勃发展，尤其是居住建筑的迅速发展，导致建筑耗能占国家总能耗的比重将越来越大。根据相关的调查统计，发达国家的建筑能耗占国家总能耗30-45%，如日本约为30%，美国约为35%,而我国作为能耗大国更面临着重大的节能压力。根据清华大学建筑节能研究中心2008年的中国建筑节能年度发展研究报告，2008年建筑能耗在我国社会总能耗中占有约四分之一的比例。因此，要把建筑节能作为节能工作的重点。建筑节能工作也在全国范围内积极的展开。

1.1.1 国内建筑能耗现状

目前，建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为我国能源消耗的三大“耗能大户”。尤其是建筑耗能伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升，呈急剧上扬趋势。在我国能源总消费量中，建筑能耗所占的比例已从1978年的10％上升到2001年的27.45％。目前，我国每年建成的房屋达16至20亿平方米，但是直到2002年末，我国节能建筑面积只有2.3亿平方米。全国既有的近400亿平方米建筑中99％为高耗能建筑，每年新建建筑中95％以上仍属于高能耗建筑。可见我国建筑能耗总量庞大，潜伏巨大的能源危机，阻碍了经济的发展。我国的建筑在建造和使用过程中，直接造成的能耗(包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等)约占全社会总能耗的30％，其中最主要的是采暖和空调，约占到20％。而这“30％”还仅仅是建筑物在建造和使用过程中消耗的能源比例，如果再加上建材生产过程中耗掉的能源(约占全社会总能耗的16.7％)，建筑相关的能耗将占到我国全社会总能耗的约46.7％。2006年底，全国政协调研组就建筑节能问题提交的调研数据显示，按目前的趋势发展，到2020年我国建筑能耗将达到10.9亿吨标准煤[1]。

然而我国严寒和寒冷地区主要包括东北、华北和西北地区,习惯上称为采暖区,其面积约占我国土地面积的70%,其中包括内蒙古地区，这些地区一年内日平均温度不高于5℃的天数超过90天,这一地区共计有采暖居住建筑22亿m3,占总面积的58.8%。在这些采暖居住建筑中,平方及低层建筑仍占大多数,其耗热量指标要比多层建筑高10%~30%。

从供热方式上看,我国目前主要有火炉采暖、分散锅炉房供暖、区域锅炉房供暖和城市集中供热等几种。这其中火炉采暖最多,而火炉采暖的热效平均只有15%~25%。北方大城市采暖以分散锅炉房供暖比重最大。这些锅炉普遍在低负荷、低效率状态下运行。从发展趋势看,火炉采暖比例在逐步减少,集中供热、区域联合供热小区锅炉房供暖量逐步增长。但是,目前热效率低、供热成本高、对环境污染大的供暖方式仍站主导地位。

1.1.2 节能改造前景

多年来，发达国家曾无节制地使用能源，使世界经济遭受能源危机的严重打击，地球大气环境也加剧破坏，由于建筑用能数量巨大，对环境造成重大损害，建筑节能是关系到拯救地球、拯救人类的大事情。近20多年来，建筑节能在世界蓬勃兴起，建筑节能成为世界性的大潮流。由于我国建筑节能形势严峻，政府高度重视建筑节能问题并将建筑节能提到日程，酝酿出台了一系列建筑节能鼓励措施，逐步完善建筑节能规范，使得建筑节能成为了社会与媒体普遍关注的话题，同时也成为了新的研究热点。目前，国内已经开展了大量相关研究工作，但是还不完善，建筑节能技术理论还有待进一步的研究。于是，建筑节能技术的研究及推广应用便成为了本课题的研究重点，本文联系内蒙古地区实际，重点阐述呼和浩特市建筑节能技术的推广应用，对呼和浩特市光华小区项目的外墙保温节能方案进行分析、论证总结，并提出呼和浩特市外墙保温节能技术的发展对策。课题的研究为进一步引起本地区政府、建设行政管理部门的高度重视起到一定作用，为呼和浩特市职能部门制定相关的建筑节能政策提供参考，也为探索内蒙古呼和浩特市建筑节能工作、总结经验提供依据，真正切实的为内蒙古地区建筑节能发展积累有价值的研究资料[2]。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外建筑节能发展概况

从世界各国政府的建筑节能法规出台时间来看，法国的建筑节能法规出台最早，目前正在实行的是2000年的节能标准相对于1974年以前住宅的能耗水平，节能率达到61.2%，达到了相对较好的节能效果。英国的建筑节能标准每隔四、五年就修订一次。为达到更高的节能标准，英国相继采取了一系列节能措施，住宅内部的舒适度也因节能构造的增强得到了明显地提高，按新标准设计的节能型住宅比传统住宅节能75%。美国于1975年第一次颁布了ashrae（美国采暖、制冷及空调工程协会）标准90-75《新建筑物设计节能》标准，并且每五年便对ashrae标准进行一次修订，前后共计节约能耗约65%。1979年6月，日本政府通过了《关于合理化利用能源法》，继1993年和1997年的两次修订后，日本在1998年6月第三次修订了该法律，并于1994年4月起实施。此外，日本政府还颁布了“住宅能源使用合理化的建筑业主判断标准”、“办公用建筑物能源使用合理化的建筑业主判断标准”、“住宅能源使用合理化的设计施工方针”等。

西方发达国家建筑节能工作开展较早，配套建筑节能法规和标准液在逐渐完善，经过长期的努力，取得了明显成效，其中好的做法值得我们学习与借鉴。

1.2.2 国内建筑节能发展概况

自1986年我国试行第一部建筑节能设计标准以来，我国对建筑节能颁布了一系列的法规文件。1998年1月1只正式实施《中华人民共和国节约能源法》；2000年10月1日起施行了第76号中华人民共和国建设部部长令《民用建筑节能管理规定》我国建筑节能工作开展了二十多年，从政策方面、法规制度方面、技术标准体系方面、创新方面取得了阶段性的成果。但是，国内建筑节能起步较晚，相关技术比较落后，与西方发达国家相比，我国建筑节能的差距不小。尤其在建筑外墙、屋面和外门窗的保温隔热方面，我国与国外的差距就更大。好在我国城市居住建筑的体形系数普遍比国外小，部分弥补了国内建筑外围护结构保温隔热性能差的缺陷。近年来，园内建筑及房地产业得到了飞速发展，大量的建筑竣工并投入使用。据有关数据显示，我国当前房屋总量及房屋在建规模已是世界第一，目前全国房屋总量已有400多亿平方米，房屋在建规模也超过所有国家。然而，现有房屋总量中，真正意义上的节能建筑还不到1％。晡更为严峻的是，近几年全国城镇新建建筑中．能够达到节能建筑标准的仍然较低。而在广大农村，能够达到节能建筑标准的房屋就更是风毛麟角，少之又少。

此外，我国还通过加强与国外的交流与合作，促进我国建筑节能工作的发展。2004年，中国政府与德国政府之间签署了技术合作协议，就着手建立适合中国国情的既有建筑改造政策和技术体系，进而在我国北方地区全面推行既有建筑节能改造，提出了节约能源，减轻污染的目标，德国政府为此项目提供技术支持。2005年12月，国家建设部与德国技术合作公司共同成立了中德项目管理办公室，负责整体项目的实施，并确定在河北唐山实施项目示范工程。目前，经过测定，改造后的建筑降低了65％以上的能耗，并具有显著的隔热、保温、隔音和防尘的效果。2007年底，国家建设部决定在全国推广“唐山经验”，北京、天津、乌鲁木齐等城市也纷纷启动既有建筑节能改造示范工程，建筑节能工作也取得了迅速的发展[3]。

1.2.3 内蒙古地区建筑节能发展概况

内蒙古自治区位于中华人民共和国的北部边疆，由东北向西南斜伸，呈狭长形。经纬度东起东经 126°04′，西至东经 97°12′，横跨经度 28°52′，东西直线距离 2400 多公里；南起北纬 37°24′，北至北纬 53°23′，纵跨纬度 15°59′，直线距离 1700 公里；全区总面积 118.3 万平方公里，占中国土地面积的 12.3%，是中国第三大省区。东、南、西依次与黑龙江、吉林、辽宁、河北、山西、陕西、宁夏和甘肃 8 省区毗邻，跨越三北（东北、华北、西北），靠近京津；北部同蒙古国和俄罗斯联邦接壤，国境线长 4200 公里。全区地势较高，平均海拔高度 1000 米左右，基本上是一个高原型的地貌区。在世界自然区划中，属于著名的亚洲中部蒙古高原的东南部及其周沿地带，统称内蒙古高原，是中国四大高原中的第二大高原。在内部结构上又有明显差异，其中高原约占总面积的 53.4%，山地占 20.9%，丘陵占 16.4%，平原与滩地占 8.5%，河流、湖泊、水库等水面面积占0.8%。

内蒙古属典型的中温带季风气候，具有寒暑变化剧烈、降水量少而不匀的显著特点。冬季寒冷而漫长，多数地区冷季长达 5 个月到半年之久。其中 1 月份最冷，月平均气温从南向北由零下 10℃递减到零下 32℃，夏季温热而短暂，多数地区仅有一至两个月，部分地区无夏季。最热月份在 7 月，月平均气温在 16℃–27℃之间，最高气温为 36℃–43℃。气温变化剧烈，冷暖悬殊甚大。降水量受地形和海洋远近的影响，自东向西由 500 毫米递减为 50 毫米左右。蒸发量则相反，自西向东由 3000 毫米递减到 1000 毫米左右。与之相应的气候带呈带状分布，从东向西由湿润、半湿润区逐步过渡到半干旱、干旱区。这里晴天多，阴天少，日照时数普遍都在 2700 小时以上，长时达 3400 小时。冬春季多风大，年平均风速在 3m/s 以上，蕴藏着丰富的光热、风能资源。按照中国建筑热工设计分区图，内蒙古自治区属于严寒地区。

图1-1 中国建筑热工设计分区图

内蒙古自治区的住宅节能现状不容乐观:

一、根据建筑热工设计分区,内蒙古自治区的地理位置属于严寒地区,冬季采暖能耗主要以燃煤为主,但是目前还没有落实分户计量。

二、已建住宅建筑中绝大部分都采用 370 mm厚的实心粘土砖,这不仅大量占用和消耗土地资源,严重破坏了自然环境,而且保暖效果不理想,达不到既保温又节能的要求,与提倡的可持续发展的宗旨相违背。门窗方面,导热系数大,封闭不严的铝合金门窗,市场容量还特别大,应着力推广应用新型门窗产品。

三、建筑节能工作开展的不理想,50%的居住建筑节能标准未能全面执行。

四、用户、开发商、部分地区相关部门的节能意识缺乏,由于缺乏建筑节能的基本知识和意识,导致一些地方政府对供热改革和建筑节能工作不够重视,地产商不愿意投资节能建筑,用户对建筑节能积极性不高。

五、由于造价、节能材料、节能技术落后等因素的影响,住宅节能的推广工作面临一定的阻力。另外,随着经济水平的提高,家用电器的拥有率也在明显上升,家用电器等设备的耗能在维持住宅建筑正常使用过程的总能耗中占有很大的比例。尤其是近年生活水平的提高,无论是住宅建筑还是一般性民用建筑空调的安装使用率迅速提高。内蒙古自治区夏季短暂且日温差大,早晚凉爽,在最热月中午人体感觉需用空调天数不超过一个月,所以如果新建建筑严格按照节能设计标准设计建造,并对已有老建筑进行节能改造,完全可以做到不装空调也可保证夏季基本处于舒适范围。
内蒙古自治区位于中国北部边疆,处于 37至53 纬度范围,日照充足,大部分地区全年日照时数都大于 2700 小时,太阳能资源丰富。大部分住宅建筑都安装了太阳能热水器,可满足家庭生活用水需要。
理想的节能住宅应该是一年四季温度总能接近或保持在 20-26 摄氏度,充分利用自然光能、风能、太阳能等。想要建设这样的节能住宅,我们的差距还很大,要克服多方面的困难,切实推进建筑节能工作顺利进行[7]。

1.3 研究意义及内容

1.3.1 本论文研究意义

1.3.2 本论文研究内容

第二章 内蒙古地区建筑节能评价标准

2.1 绿色建筑的概念

从宏观上讲绿色建筑指在建筑的全寿命期内,最大限度地节约能源（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。
发展绿色建筑是当今时代的大势所趋，我国的绿色建筑发展虽然较晚,但是在理论建设上经历了长期的探索,当前的理论相对完善。在注重建筑节能的基础上,将为人类建筑一个舒适、健康的生活环境设定为绿色建筑的重要目标,其中包含了适宜的空气质量、光照、噪音、通风、温度、湿度等物理指标,同时也包括对人的心理健康有直接影响的环境色彩、建筑布局、室内空间、建筑材料等。

绿色建筑是综合功能完善、协调的建筑表征形式,其包含以下内在含义：

(1)在建筑的全生命周期内,将其对资源的耗费降到最低限度;

(2)在建筑的全生命周期内,对外界的污染物的排放降低到最低限度;

(3)在建筑的全生命周期内,最大限度的保护自然环境;

(4)在建筑的全生命周期内,为居住者建造一个健康、安全和舒适的空间;

(5)在建筑的全生命周期内,实现建造费用、运行费用达到最低。

2.1.1绿色建筑的三大特性

1、绿色建筑的社会特性
在目前,绿色建筑的推广所遇到的最大难题是社会观念问题。由于绿色建筑要求建设者和使用者必须在建设领域和生活领域约束自己的消费行为,比如在开发阶段,开发商必须考虑到开发项目对周围湿地的影响,如果为了项目的整体设计效果和经济效益,大量侵占湿地,势必会对周边生态环境造成不利影响,这样的建筑就不能称为绿色建筑。因此绿色建筑传达的首先是一种社会理念,它要求人们在社会活动中,把对自然的保护放在第一位,适当缩减自己的利益追求和私欲追求,这之间的矛盾和冲突将考量人们的环境道德和生态伦理。

2、绿色建筑的技术特性

绿色建筑必须着眼于现代技术体系和产品体系,用现代的手段来解决现代问题,实现现代的目标。当然以进入工业时代的建筑技术、产品是难以实现绿色建筑目标的,可是又不能重新采用农业社会的土窑、地穴等绿色但不现实的技术,人类必须在现有技术条件下开发出新的建筑技术和产品,因此发展绿色建筑也是一场新的技术革命,它将带动规划、设计、施工、运行等技术的跨越式发展,对原有的传统技术进行升级和改造。

3、绿色建筑的经济特性
绿色建筑具有明显的社会效益和环境效益,但是额外增加的初期成本制约了投资者的信心,从建筑的全寿命周期来看,绿色建筑的总体经济效益是明显优于普通建筑的,如果能引入激励机制,将投资者纳入建筑的运行阶段,使其获得运行阶段的经济收益,势必会增加其投资信心和积极性。

2.1.2建设绿色建筑的基本思路

绿色建筑是关联到众多学科的,复杂的系统工程,强调的是人、自然与环境之间的有机结合,要求建设者必须综合考虑绿色建筑的社会效益、经济效益、环境效益。建设者必须站在建筑全寿命周期的角度内,将绿色建筑的节能、节地、节水、节材、保护环境等要素与建筑功能统筹考虑,使其达到和谐统一。为达此目的,在建设绿色建筑时,即可以从如下角度入手:

(1)高度重视建筑设计

根据建设场地条件、气候条件,优化建筑总平面布置,合理选取建筑朝向、建筑体型、建筑的楼间距、密度、高低错落的空间布局,以获得良好的自然采光、自然通风,以减少建筑照明和空调采暖对能源的消耗。因此,必须高度重视建筑设计,尽量通过建筑设计来采取被动节能方式,将建筑物对能源的需求降到最低限度。

(2)发展新型外墙围护结构材料

现有的建筑围护结构材料,在满足保温、隔热、阻燃、透光、通风等各种技术指标方面存在较大的缺陷,无法根据变化了的外界条件即时调节其物理性能,难以实现在维持室内良好的空气质量的同时降低能源的消耗。新型的外墙围护结构材料,如性能优异的外墙、屋顶保温隔热材料、热工性能优异的外窗、智能外遮阳装置等,将为绿色建筑的节能提供更加有效的实现手段。

(3)培育舒适的区域环境

良好的区域环境可以通过合理的绿色植物来调节居住区的微环境,消除城市”热岛效应”,并改善区域内的生活环境质量,降低建筑能耗。成片的绿色建筑有助于培育良好的区域环境,区域生态环境的改善对绿色建筑功能的实现同样具有很好的促进作用。

(4)加大绿色建筑标识的推广工作
绿色建筑自引入我国后,初期所采用的国外评价标准因其操作复杂、本土化不强等因素,进展一直较为缓慢,并且因其高成本的特性,一度成为贵族建筑的别称,普通民众很难享受。我国的绿色建筑就此特别提出了功能与经济相统一的理念,即便在前期有部分的增量成本,但也可在短期内通过能源的节约而收回成本,因此我国的绿色建筑评价标准是适合我国国情的绿色建筑标准。建筑节能是绿色建筑的重要内容和组成部分,对我国这样的人口众多,资源紧缺的国家,发展绿色建筑标识更是一件极为紧迫的任务。

(5)建立完善的绿色建筑节能标准体系

在绿色建筑评价体系中,各项指标均规定了明确的符合性规范规定,这些规定都有相对应的各项建筑、设备规范作为技术支撑。在绿色建筑推广中,必须严格执行这些标准和规范,在全部符合的情况下,才能具备评价的资格。而标准体系是否完善,标准水平是否能紧跟社会进步的步伐,对绿色建筑的实际效果作用巨大,因此本文将以此为切入点,对绿色建筑各项标准进行深入研究[5]。