建筑节能系统的认识基础探析

余晓平，付祥钊

（1.重庆大学 城市建设与环境工程学院，重庆400045；2.重庆科技学院 建筑环境与设备工程系，重庆401331）

国际社会是在能源危机的胁迫下，仓促开展建筑节能的，事先没有起码的思想准备，如：密闭建筑，减少新风能耗；加强保温，减少围护结构能耗等，其目标简单，方法粗糙。中国的建筑节能自20世纪80年代初期启动，距今30余年，一个有中国特色的建筑节能发展道路还在不断的探索过程中，对建筑节能的认识还是一个不断发展的过程。怎样开展建筑节能是方法论问题，这对于当前正确认识建筑节能领域中“节能建筑不节能”的实践有重要意义，但对于“什么是建筑节能？如何科学认识建筑节能系统？”等一系列认识论问题，仍然没有给出清晰的认识。笔者主要讨论建筑节能的认识基础，探索“建筑节能是什么？”的问题。

1 关于建筑节能认识问题的提出

1.1 中国建筑节能认识尚不清晰

《民用建筑节能条例》自2008年10月1日开始实施，落实新建建筑节能标准、推动既有建筑节能改造、降低大型公建能耗水平等一系列重要工作，都第一次获得了国家法律法规的保障。文献[1]提出了“什么是建筑节能”的问题，并从建筑节能评价理论的角度分析比较了4种建筑节能评价方法，回答了用什么评价标准来评估一个建筑是否节能的问题。清华大学建筑节能研究中心连续4年（2007－2010）编著《中国建筑节能年度发展研究报告》表明，建筑节能领域仍存在许多亟待研究和解决的问题，如建筑节能“叫好不叫座”；“重技术、重资金、轻管理”观念普遍存在；建筑节能评价标准不统一；追求数字节能等。龙恩深把从微观到宏观的基因分析方法引入建筑能耗的研究，体现了“将哲学思想融入并指导建筑节能理论研究与实践过程”的方法论实践[2]。

同样，近年来高等院校的上百篇建筑节能相关博士或硕士学位论文，以及《建筑学报》、《城市发展研究》、《暖通空调》等重点期刊的大量建筑节能专栏的学术论文[3－8]，从理论研究或工程事例中提出并建立不同气候地区不同类型建筑能耗特征，逐步形成建筑能耗构成体系，其理论基础是围绕“如何开展建筑节能？”这一科学观领域的方法论问题，但在回答“什么是建筑节能？”“节能建筑是否真正节能？”等基本认识问题时，对建筑节能系统性认识仍然不清晰，建筑节能的整体认识还存在片面性。

1.2 建筑节能的学科体系尚未正式确立

根据国家自然科学基金委员会工程与材料科学部对学科的界定[9]，建筑、环境与土木工程是一个相互联系又各具特色、差异显著的学科群，其中，一级学科建筑学是研究建筑与环境的学科，建筑学下设二级学科4个：建筑历史与理论、建筑设计及其理论、城市规划与设计和建筑技术科学，其中建筑技术科学又分3个学科方向：建筑热环境、建筑光环境和建筑声环境。从研究对象上划分，建筑学又形成了相对独立的6个专门技术工种：城市规划与建筑设计、建筑构造、景观学、建筑物理学和采暖通风与空调工程等。而建筑节能涉及到上述不同层次不同学科方向，是典型的学科综合、交叉形成的新型学科之一。

根据教育部2010年7月12日《关于公布同意设置的高等学校战略性新兴产业相关本科新专业名单的通知（教高[2010]7号）》公布的高校新设置的新能源材料与器件、新能源科学与工程、资源循环科学与工程、能源化学工程和建筑节能技术与工程等140个本科专业中，共有湖南大学、南京工业大学等5所院校获准设置建筑节能技术与工程专业（代码：080716S），是批准在少数高校试点的目录外新增专业，表明建筑节能技术与工程专业首次获得教育部本科专业二级学科地位，体现了建筑节能专业高级人才培养的重要性，同时也表明建筑节能的学科体系构建的紧迫性。

但在教高厅函[2011]28号《普通高等学校本科专业目录（修订一稿）》中，建筑节能技术与工程（代码：082804M）则设在建筑学类下，重新进行了调整。根据高等学校建筑环境与设备工程学科专业指导委员会的意见，现有的建环专业的课程体系已经覆盖了“建筑节能技术与工程”的内容，建筑节能的各种技术本来就是建环专业各门专业基础课和专业课传授的知识，同时在各教学环节中也已经都贯彻了建筑节能的理念教育。因此建议把“建筑环境与设备工程”改成“建筑环境与能源工程”，“建筑节能技术与工程”作为建环的一个专业方向。可见，建筑节能作为一门科学，其学科体系尚未建立。

1.3 建筑节能科学观尚未形成

吴良镛等[1994]第一次正式提出建立“人居环境科学”（The Sciences of Human Settlements），倡导建立以人与自然的协调为中心、以居住环境为研究对象的新的学科群[10]。钱学森[1996]提出建筑科学作为第11个科学大部门列入了现代科学技术体系，并认为建筑科学内部纵向也分建筑基础理论、建筑技术科学和工程应用技术3个层次，认为建筑科学的中心内容是研究人居环境，其基础理论涉及建筑与人、建筑与社会、建筑与自然、建筑与文化、建筑与科技等相关内容，是广泛吸纳其他科学大部门的综合性理论[11]。

建筑节能科学观是建筑节能科学的最高层次，是解决建筑节能为谁服务的根本问题。结合中国的基本国情，建筑节能科学的发展应以有限资源建设高度文明生活方式，能源消费特色应体现在能源的可持续利用与追求适度舒适模式相协调上。建筑节能的基础理论涉及到建筑工程学、人居社会学、建筑文化学、建筑经济学和能源工程学等众多领域，具有显著的社会和自然双重属性，是多学科交叉形成的综合复杂科学。而目前，建筑节能基础理论、建筑节能技术科学体系和建筑节能工程应用技术体系还没有形成，建筑节能应该遵循什么样的基本原则等问题都没有解决，对建筑节能的科学认识还没有形成，即还没有形成建筑节能的科学观。

这些普遍现象和问题正说明全社会对建筑节能的认识不清晰，工程界对建筑能耗产生和发展规律还没有充分把握，开展建筑节能实践还缺乏正确理论的指导。由于中国对建筑节能科学认识的研究还处在初级阶段，建筑节能的系统认识还未形成，必然影响建筑节能事业的科学发展。因而，无论学术界还是工程界都应该重视建筑节能认识基础的研究。

2 建筑节能的认识基础

2.1 建筑节能的系统性认识

在分析建筑节能概念的历史发展和当前建筑节能工程实践基础上，笔者认为建筑节能作为一个复杂的系统，应包含4层含义：首先是目标原则上应包含“以人为本”的科学发展观思想，建筑是为人服务的，建筑节能应以人居环境舒适和健康保障为前提，要求建筑节能实践符合人与自然协调发展的原则，以实现我国建筑能源战略目标为基础。其次，时间上应体现全过程节能的概念，从建筑系统寿命周期角度要求节能活动各环节前后制约，协调一致。第三，空间上建筑节能是建筑与相关自然、人工环境的系统节能，强调建筑整体节能，不是某个环节或局部节能，要求建筑设计、建筑材料、设备系统、能源系统配置与环境协调发展。第四，节能实现低碳减排，通过实施减少建筑使用能耗的手段包含提高建筑系统用能效率和控制用能需求两个方面，来实现降低建筑用能和减少温室气体排放的目的。第四点表明，中国的国情决定了我们既要重视提高用能效率，同时还要强调节约建筑用能，营造适度的人均居住面积，提高适宜的舒适和健康的室内环境，避免过度的能源需求；而与发达国家一般只强调提高建筑用能系统效率，而不去反思如何消减或抑制过度的建筑能源需求存在显著区别。这表明建筑节能总与国家或地区的一定社会经济条件相关联，其系统性要求建筑节能实践因时、因地制宜，有必要探索、构建中国建筑节能系统发展变化的规律和特征。

可见，建筑节能是在保证建筑使用功能和建筑环境质量的前提下，为建筑可持续发展实现建筑能源战略目标，对整个建筑系统在寿命周期过程中实施减少建筑使用能耗的社会活动。这里强调提出建筑节能是一项社会活动，突出建筑节能的主体是全社会的人，表明建筑节能具有显著的社会性，公众参与建筑节能是建筑节能实践系统性的重要体现。

2.2 构建建筑节能认识基础的原则

尊重历史文化传统的社会学原则。开展建筑节能，对建筑节能工程实践的认识，就要尊重历史与文化传统，从历史的地域的实际条件出发，在自然资源开发利用、能源使用过程中实现人与自然的和谐发展，这也是中国历史悠久的科学实用的建筑理念，体现了最朴素的建筑价值观，是建筑节能系统社会属性的必然要求。

发挥建筑节能主体作用的管理学原则。建筑节能作为一项社会活动，其社会属性及节能工程本身的外部性，都要求国家的各级政府作为建筑节能主体之一发挥强大的政治动员能力和经济干预能力，通过建筑节能相关法制建设，保证建筑节能事业长期健康稳定发展。科学认识建筑节能，同时要全面分析政府、开发商、设备材料供应商、业主和物业管理公司等不同社会主体在建筑节能中的地位和作用，协调好彼此之间的利益，处理好建筑节能的经济、社会和环境效益之间的关系。这是建筑节能系统主体多样性的体现。

合理利用气候资源的地域性原则。气候条件的多样性是建筑地域性的客观因素之一。建筑负荷是影响建筑用能的主要因素之一，建筑负荷的大小受建筑气候条件直接影响，不同气候区域建筑围护结构形式和布局、采暖空调通风方式不同，能耗差异很大，实现建筑节能因地、因时、因建设项目制宜。地域性是建筑节能系统的重要特征。

适应经济社会发展水平的经济学原则。建筑节能的发展必然从城市、城镇到城乡，逐步覆盖全国，统筹兼顾重点建筑与一般建筑、公共建筑与居住建筑的节能，协调好城市建筑与农村建筑在建筑节能在不同发展时期、发展阶段上的关系。这表明对建筑节能的认识，必须结合经济社会发展现状和未来趋势，处理好建筑节能与低碳经济发展、和谐社会建设之间的关系，才能形成对建筑节能的系统认识。

所以，建筑节能系统认识的原则就是追求“自然—人—社会”之间和谐的系统理念，其核心是以人为本，要使人、自然与社会协调发展。

2.3 建筑节能的认识体系结构

建筑节能的认识体系是认识论的理论基础。根据上述建筑节能系统认识构建的原则，正确认识建筑节能系统中建筑、能源、环境、自然、经济、文化与社会等相互之间的关系。笔者初步确立的建筑节能认识体系的知识结构如图1所示。

图1 建筑节能认识体系的知识模型

建筑节能认识体系是基于建筑节能作为一项社会活动，本身就是一个包含社会主体、社会经济文化、自然生态环境的巨系统。在不同时期，对不同的社会主体，描述建筑节能系统的具体内容可以不同，但基本上都应该反映出建筑节能发展过程的一般规律，并为大多数人所接受，在建筑节能实践中接受检验，才能不断丰富和发展建筑节能自身的理论，形成一个与时具进的、开放的建筑节能科学体系的认识过程。

2.4 建筑节能系统认识的层次性

对建筑节能的认识，就是通过对建筑节能系统特性的分析，掌握建筑节能不同层次子系统的属性，研究建筑节能系统发生、发展过程和变化规律，才能为建筑节能社会实践提供方法论的基础。建筑节能系统作为一个复杂的开放的巨系统，其基本属性决定了建筑节能遵循的是整体节能，是全过程的系统节能。这既是建筑节能的认识基础，也是建筑节能发展必须遵循的原则之一。对建筑节能系统层次性的认识，可以用图2表示。

建筑节能系统的复杂性源自建筑节能知识体系具有科学、工程、技术和产业不同层次，同时建筑节能活动具有生态、管理、经济、工程和社会等多重属性。建筑节能主体的多样性决定了建筑节能工程具有多目标要求，不同目标之间并不完全一致，常常存在冲突，需要进行权衡优化，这就决定了建筑节能实践具有较大难度。由于建筑节能系统不仅本身属性与功能多样、系统与环境关系密切，而且还存在系统内部各要素及子系统之间关联的复杂特性，所以建筑节能系统是复杂系统，具有复杂系统的典型特征。

图2 建筑节能认识体系的层次结构

3 建筑节能系统理论的认识框架

图3 建筑节能系统理论的框架

建筑节能的系统理论也是建筑节能基础理论之一，是系统科学论与建筑节能理论相结合形成的关键理论，包括建筑节能的系统认识论和系统方法论，是用来分析建筑节能系统构成要素与相关要素之间相互关系的理论方法，也是建筑节能实践的指导思想、方法、工具、知识和理论基础。笔者构建的建筑节能系统认识理论框架如图3所示。

上述建筑节能认识体系的知识结构、系统层次结构和系统理论框架，表明对建筑节能的认识应从系统角度把握建筑节能的整体性，不能片面或孤立地去认识建筑节能。

4 建筑节能的系统性分析

通过对复杂的能源环境问题和建筑自身问题进行跨学科的综合分析，以建筑与人、建筑与自然的整体利益为目标，充分体现建筑节能系统的整体性和阶段性，采取因时因地制宜的方法和策略，就应将建筑节能作为一个有机的复杂系统综合集成进行研究。从建筑节能工程的全过程、全空间和建筑能源利用的全方位3个维度，构建建筑节能工程的系统认识，并指导建筑节能工程实践，其系统模型如图4所示。

图4可见，建筑节能的系统性是基于建筑节能过程的有机性、空间组成的层次性和能源环境的集成性基础上的综合集成系统。从工程角度分析建筑节能，表现出建筑节能工程典型的系统特性：

图4 建筑节能系统认识的概念模型

建筑节能系统过程的有机性。从时间维度分析，建筑节能工程全过程包含了从规划、设计、施工、运行管理到改造拆除等不同阶段，这不同阶段构成了建筑节能工程生命过程，具有时间发展的单向性，前期的发展状况对后期相连或不直接相连的过程都有影响。这就要求建筑节能工程要从源头重视，在规划设计阶段要求规划师、建筑师具有大系统的工程观念，为建成建筑的节能营造良好的先天环境。

建筑节能系统空间组成的层次性。从空间层次维度分析，从建筑节能工程的单元、单体、城区、城市到国家或区域，体现了从微观、中观、宏观到宇观认识对象的范围，其层次性反映出建筑节能工程空间结构上的构成关系。通过广泛开展建筑节能工程活动，促进建筑节能事业发展，就需要从具体环节的工作出发，将从建筑节能单元或单体节能的目标转向促进建筑节能产业的发展，实现国家建筑节能的总体目标。这种分析方法有利于推动节能建筑向绿色低碳建筑工作重点的转变。

建筑节能系统与能源环境的集成性。从能源环境维度分析，建筑节能工程的建成环境需要大量资源和能源，资源能源的输入和输出是建筑节能工程系统开放性认识的重要基础。能源环境包含了能源的自然环境、技术环境、经济环境、社会环境和管理环境五种不同要素构成的不同类型，通过建筑能源的输配和利用与建筑外部环境和建筑室内环境形成一个整体，并且基于时空条件发生复杂变化，是建筑节能工程复杂性和客观性的重要体现。建筑节能工程的系统分析方法，就是将建筑内外环境和能源环境看成一个整体，在工程系统实践中，既要重视技术系统、管理系统的支撑作用，又要重视经济系统、社会系统和能源资源系统的有机集成。因为能量的承载与交换同样贯穿了建材生产、运输、建筑建造、运行、拆除各个阶段，把它们联系在一起，才能形成建筑能源消耗的系统认识。

陈光等引用“载能体”的概念，认为“建筑系统节能既要节约能源，又要节约非能源；既要节约，更要合理利用能源”。从空间维度上，认为建筑节能工程的系统分析要考虑建筑单元子系统、建筑单体子系统、建筑小区系统、城市系统之间的相互关系对能耗的影响，把建筑节能工程作为城市能源系统的组成单元进行认识，科学认识建筑节能工程开展的外部环境[12]。建设部科技司武涌教授在总结建筑节能“十一五”工作教训时，用3个“单”（只关注单体建筑、单纯节能和单关注设计师）分析了“十一五”期间工作存在的建筑节能主体单一、对象单一、手段方法单一和内容片面等问题，并提出了“十二五”建筑节能的关键将是开展好区域建筑、绿色建筑和全寿命周期的建筑节能。上述认识实质上就是强调了把握建筑节能系统特性的重要性。

5 结 语

科学认识建筑节能，就要把握其系统性，就是要从建筑节能系统的时间、空间和环境要素角度，分析实现建筑全过程节能的物质基础和技术手段，就是把建筑节能看成一个有机整体，研究实现建筑整体节能的理论基础和实践方法。建筑节能系统寿命周期不同阶段的技术原理、技术方法和技术手段不同，相互之间联系紧密、相互制约，体现了建筑节能寿命周期系统节能的复杂性和综合性，表明建筑节能是整体节能、全过程节能，而不是局部节能或某阶段的节能，要求对建筑节能的认识和实践必须采用系统科学的方法。

建筑节能作为一项社会实践活动，是一个复杂的系统工程，强调的是将建筑节能活动看成一个复杂的开放的集成系统，就是从系统科学的角度认识建筑节能，从整体出发，通过建筑节能系统的结构层次分析，揭示各子系统之间的相互关系，以及子系统与上下各级系统的相互影响。建筑节能系统作为一种社会实践系统，有很强的环境依存性，其发展必须考虑到经济社会的持续发展、协调发展和以人为本的发展，为构建和谐社会做贡献。

科学认识建筑节能，掌握建筑节能系统发生发展和变化的规律，这是一项艰苦的工作，需要从事工程学、社会学领域的专家学者共同努力，也需要公众的理解和参与。笔者只是对建筑节能系统的认识基础进行初步探索，希望更多学者能以积极、开放的态度去认识建筑节能这一复杂的科学问题，为建筑节能理论的构建奠定认识基础。

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