建筑节能与绿化节能

祝英林 潘长飞

摘 要：建筑节能应处理好围护结构节能与建筑设备节能、单体设备节能与系统节能、建筑节能与室内环境品质（IEQ）的关系。同时，应建立科学、合理和简单的建筑节能评价体系。对建筑物所处环境及建筑物本身进行绿化可降低建筑物周围微环境的温度、提高空气相对湿度，改善空气品质，降低噪音危害，从而延长建筑物通过自然通风降温的时间，改善室内空气品质，降低建筑物能耗，减轻“城市热岛效应”。

关键词：建筑节能 评价体系 室内环境品质自然通风 相对湿度 空气品质

1概述

发达国家的能源统计，是按产业（Industry）、交通（Transportation）、居民和商业等四个部门统计。因此，很容易得到建筑能耗数据，即居民（Residential）和商业（Commercial）能耗之和。其建筑能耗一般占全国总能耗的三分之一左右。照明、插座、电梯等设备能耗当作稳定能耗。尽管冬季昼短夜长，夏季则相反，人们使用照明的时间有一些差别，但在现代商用建筑中从全年能耗角度来看，这种差别并不明显。而采暖和空调的能耗是变动的、不稳定的能耗，它不但随气候区变化，而且随建筑类型、形状、结构和使用情况变化，甚至今天和明天都会有所不同。这就给建筑节能工作带来了复杂性和多样性，但同时也是建筑物中节能潜力最大的部分。

随着国民经济的不断发展，我国住宅工程经历了提供必要的居住条件和满足一定的舒适性要求两个发展阶段。近几年，随着“以人为本”设计理念的提出，对住宅的舒适性要求越来越高，建筑能耗也随之增高。据统计，目前我国建筑能耗约占国民经济总能耗的25%左右，且呈上升趋势。另一方面，随着建筑能耗的增加和大量空调设备的安装，“城市热岛效应”日益严重，使环境日益恶化。经验告诉我们，依靠提高建筑维护结构隔热性能和密封性能的节能效果是有极限的，有时还会造成严重的负面影响，比如IAQ问题。在这种前提下，有学者提出了“绿色建筑”、“生态建筑”的概念，即在不牺牲环境质量的前提下，以较低的能耗为人们提供健康、舒适的居住环境。显然，在众多的空调方式中，自然通风降温是最经济、最符合生态要求的空调方式。然而，能否实现室内持续的开窗通风受建筑物所处微环境的制约。微环境包括建筑物周围热湿环境、光环境、声环境和空气流场、空气品质等，而它们均受建筑规划布局、建筑造型、绿化、水景等的影响。本文主要讨论绿化对建筑周围空气温湿度、空气品质和噪音的影响。

2 结构节能与空调系统节能

围护结构采取节能措施，是建筑节能的基础。由于我国建筑节能是从采暖居住建筑起步的，因此，建筑节能首先考虑加强围护结构保温无疑是正确的决策。从管理的角度看，可以对围护结构制订限定性指标，易于评价。但是，建筑节能的关键是空调采暖系统的效率，最终的节能量也要从空调采暖系统来体现。北方地区在墙改之后又发展到热改。如果没有调节阀和热计量，围护结构保温越好，可能浪费的热量越多。

而在间歇运行的空调建筑中，在空调关机之后，室温升高，当室外气温低于室温时，通过围护结构的逆向传热可以降低第二天空调的启动负荷。因此，围护结构保温越好，蓄热量越大，空调负荷也越大。

对公共建筑而言，围护结构形成的负荷在总负荷中所占比例很小，因此，围护结构的节能潜力有限。

从图3中可以看出，墙体传热系数降低40％，所得到的节能率最大8.1％（哈尔滨），最小2.8%（广州）。可见，在公共建筑节能中重要的环节是降低内部负荷、减少内部发热量。例如，在保证照度的前提下降低照明负荷，既降低照明耗电，又降低空调负荷，可谓一举两得。

3 节能与室内环境品质

非典之后，人们的健康意识和自我保护意识增强，对室内环境品质提出更高的要求。

我国大城市80％以上的公共建筑中的空调末端（AHU）仅有一级粗效过滤，有的甚至只有一层滤网。而根据美国ASHRAE标准62-2001，应在冷却盘管或其具有湿表面的处理设备的前端加设最小效率（MERV, Minimum Efficiency Reporting Value）不低于6的除尘过滤器或者净化器。欧洲标准也要求AHU过滤器达到F7标准。即需要有粗效和中效两级过滤。整个风系统阻力至少比现在增加200Pa。假定一台3600m3/h的空调箱，全年运行，要增加耗电量2500kWh。

另外，很多大楼的空调新风量也没有达到规范的要求。而且，非典之后，一些新建大楼的业主对新风量提出了超出规范的要求。新风负荷占空调负荷的20～30％，加大新风量就意味着能耗的增加。

在公共建筑中，室内环境品质直接影响用户的舒适、健康和工作效率。对大楼管理者来说，这是“开源”。而建筑节能则是降低运营成本，是“节流”。开源和节流应该是相辅相成。

因此，建筑节能工作要以室内环境为底线。一方面，建筑节能决不能以牺牲室内环境品质为代价；另一方面，对不合理的环境消费（例如夏季过低和冬季过高的环境温度、过大的新风量、边使用空调边开窗等）行为，即不合理的用能，则应该改变。

解决节能与室内环境品质矛盾还可以采用很多新技术或原有技术的集成。例如，独立新风系统（DOAS）、辐射吊顶＋置换送风系统、除湿空调系统等。转

4建筑节能的评价

开展建筑节能，需要建立一套科学的建筑能效评价体系。我国基本上还在沿用按建筑面积平均的能耗绝对值的评价方法。这种评价方法属于静态评价，对不同档次、不同用途的建筑很难区分在建筑节能方面孰优孰劣。在上海市地方标准《集中式空调系统（中央空调）合理用能技术要求与运行管理》中引用了日本建设省所推行的PAL/CEC方法。所谓PAL，是Perimeter Annual Load的缩写，即“全年热负荷系数”，另外还有设备系统能量消费系数（CEC，Coefficient of Energy Consumption）。分别有空调、换气、照明、电梯和供热水5个能耗系数。能量消费系数CEC实际上是建筑设备系统全年能效的倒数。因此，用PAL能够评价建筑物围护结构的保温隔热性能，而用CEC则可以更直接地评价建筑的能量转换效率。PAL和CEC反映了动态节能的思想和转换效率的思想，是一种性能性指标。

5绿化对温湿度的影响

不同的地表状况会对建筑物周围的微气候产生很大的影响。实测表明：绿化草坪、水泥地面、裸地面在夏季工况下，由于太阳辐射的作用，表面温度差异较大。这种差异的存在会影响到建筑物所处微气候、建筑物的热工状况、建筑物室内环境等，进而影响到建筑物的能耗。影响建筑物能耗的绿化可以细分成两种——环境绿化和建筑物绿化。

5.1 环境绿化

环境绿化是指建筑物周围一定范围内的地表绿化，它包括草坪、花坛、树木等。环境绿化基本上以大面积的草坪间以灌木为主，道路两侧及广场周边以乔木为主，形成室外场地的立体绿化景观。这种绿化方式的优点在于草坪满足了人们在林立的楼群之间需要开阔场地的心理需求，道路两边的乔灌木可以有效的降低车辆行驶噪音对建筑的影响。

绿色植物在光合作用过程中吸收利用大量的太阳辐射能，直接减少地面对太阳辐射的吸收，与此同时还通过蒸腾作用吸收周围空气中的能量，有效降低该区域的空气温度、增加空气湿度。文献[1]的研究表明：相同时刻水泥地表面的温度大于草坪地表面的温度，该差值在下午16：00時达到最大值，约为10℃，两者之差的最小值出现在4：00左右，差值也在2℃以上。裸地与草坪两者温度分布的差别与水泥地和草坪的分布差别类似。相同时刻裸地地表的温度明显高于草坪地表温度，在下午2：00相差最多，约为12℃，夜间有所降低。相关研究同时表明绿化地面与裸地面、水泥地面相比较，对峰值温度的出现有延迟作用。在调节空气相对湿度方面，一公顷阔叶林，夏季每天可以蒸发2600升水，草坪等植物的叶面积，一般为地面面积的20倍左右，茂密的茎和叶通过蒸腾作用，能使周围空气中的水分增加20%左右。

5.2 建筑物绿化

建筑物绿化是指对建筑物外立面、屋面的绿化。与环境绿化相比，建筑物绿化对建筑节能的作用更直接。主要表现在：夏季，通过植物冠盖、叶片的遮阳作用减少建筑物对太阳辐射热的吸收，通过蒸腾作用吸收建筑物维护结构的热量，释放水蒸汽，改善建筑物外表的热、湿环境，降低建筑空调负荷，实现节能；冬季，绿化主要起屏蔽作用，减小风压对建筑物的作用，从而减小冷风渗透和外表面对流换热损失，降低供热负荷，达到节能目的。

实测结果表明：在室外气温38℃时，无绿化建筑物的外表面（深灰色外墙涂料）温度最高可达50℃，而有绿化建筑物外墙面温度为27℃；有绿化建筑物室内温度较无绿化建筑物室内温度约低3~5℃，降温效果明显。

日本学者的实验研究表明：相同条件的平屋顶，在种植草坪的情况下，可使室内温度降低约7℃。

为达到夏季减少建筑物对太阳辐射的吸收，冬季即起到对风的屏蔽作用又不至于降低太多建筑物对太阳辐射热吸收的绿化目的，建筑物立面的绿化应以多年生落叶攀缘类植物为主，屋面以种植草坪为主。

6 绿化对空气品质的影响

合理选择绿化用花草树木品种可大幅度提高室外空气品质。树木、草坪净化空气是由于植物的光合作用和吸收作用。通过光合作用每公顷阔叶林(相当于1公里道路两侧单行行道树)每天能吸收1000kg的二氧化碳，释放出730kg的氧气，可以供1000人所需，一般來说，一个人一天需要0.7kg的氧气，人均拥有10平方米的树木或25平方米的草坪，就能自动调节空气中CO2与O2的比例平衡，保持空气清新。植物在进行光合作用的同时，还会吸收一氧化碳(CO)、二氧化硫（SO2）、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、氯气、氟化氢 、氨及汞、铅蒸气等，例如成片的松林，每天可以从1立方米的空气中吸收20毫克的二氧化硫。

7绿化与噪声防治

植物能够降低噪音是因为植物的叶片能够将投射到它上面的噪声反射到各个方向上，叶片的轻微震动能使噪声能量得到消耗而减弱，据测定，快车道的汽车噪声，在穿过12米宽的林带后可以降低噪声3～5dB，穿过40米宽的防护林带时，噪声会降低10～15dB。

8结论

空调公共建筑的节能，是一个比较复杂的课题。必须建立动态节能、系统节能的思想，在夏季工况下，通过绿化可有效降低微环境的空气温度、提高相对湿度、降低空气中有害气体浓度和含尘量、降低噪声危害，改善建筑物所处环境的热工状况，为建筑物充分利用自然通风降温提供条件，正确处理好几对看似矛盾的关系，进而达到节能的目的。有很多中国特有的建筑节能与绿化节能课题等待我们去研究。

主要参考文献

[1] H. Zhou, W. Long, The Part Load Performance Study of Water-Cooled Chiller at Chinese Climate Zone, Proceedings of 21st IIR International Congress of Refrigeration, Washington D.C., Aug. 2006

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