生态建筑：能源利用与消耗

托马斯 约翰松（Thomas B. Johansson）和彼得 斯汀（Peter Steen）于1980年以瑞典文发表了一篇关于能源的研究报告《能源如何使用，使用多少》，得出以下结论：我们已经表明，尽管世纪之交后人们对物质和服务的需求将提高50%，我们仍有可能把能源消耗从当前的400 TWh/a减少到200—250 TWh/a。降低能耗可以通过更有效地利用能源来达到，而不是像现在这样运用廉价的工艺技术。评论家认为尽管存在明显的消费需求增长，减少50%的能耗仍然是有可能的，但是需要超过20—25年时间，并在很大程度上取决于将来有关能源以及社会经济发展的总体政策（图2-1）。

图2-1　2050年全球能源消耗的预测

国际能源署（IEA）预计到2050年全球能源需求将会翻倍。这意味着消耗更多的化石能源，如煤炭（■）、石油（■）、天然气（■），二氧化碳的排放量会急速增长。无论如何，2050年之前二氧化碳的排放量必须减少50%以避免急剧的气候变化。绿色和平组织的报告显示，如果使用节能手段和节能设备并且利用可再生能源，这一目标是有可能在不损害全球经济的情况下达到的。根据绿色和平组织的预测，到2030年核电站将被淘汰，到2050年全球一半的基础能源需求将由可再生能源供给，如生物质能（■）、水电（■）、太阳能（■）、风能（■）和地热（■）。资料源于《能源革命》，绿色和平组织，2005

（1）4倍 数。在 恩 斯 特 冯 威 茨 塞 克（Ernst von Weizsäcker）、阿莫 瑞 B.洛文斯（ Amory B. Lovins ）和L.亨特 洛文斯（L. Hunter Lovins）于1997年所著的《4倍数——双倍财富，一半消耗》一书中，作者作出以下假设：4倍数意味着生产力可以并应该增长4倍，特别是对每个资源单位的使用效率应增长4倍。换句话说，我们可以将现有生活质量提升一倍，而只需消耗一半的资源。这本书分章节说明了如何达到这一目标。目前已出现了只需要现行标准四分之一能源的住宅，已制造出行驶100 km只消耗2.5 L汽油的汽车，而普通汽车行驶100 km一般需消耗10 L汽油。作者分别考察了各工业部门并得出结论“4倍数”同样适用于工业。因此，这不再是技术是否可行的问题，而是我们是否愿意把我们的社会改造成为可持续发展社会的问题。

（2）建筑业的资源消费。建筑业是资源消耗最大的部门之一，它有时被称为40%部门，因为在瑞典和其他许多国家，它消耗了全社会能源和物质总量的40%。从全球来看，建筑业消耗了木材总量的1/4以及水资源的1/6。因为建筑有很长的生命周期，建造节能建筑变得尤其重要，同时，还要改造现有建筑，使它们更为节能。

（3）能源效率。有关能源消耗量的讨论不应脱离能源质量。举例来说，电能具有3倍于热能的效能，那么当一个电力驱动的热泵被用于为房屋供暖时，从能源转换的效率看，它应该有不低于3的能效比时才值得安装。热因子是热泵产生的低温供暖量和运行热泵所需要的高质量能源之间的比值。最好的家庭热泵的“热因子”已差不多能达到3了。熵（Entropy）被用来描述能源转化率。不论熵如何损失，能源不会消失。在转换的各阶段都存在能源损耗，特别是在转化率很低的情况下。这意味着使用能源的过程中要尽可能减少能源转换次数。例如，用柴油发电机产生的电能来加热水就有较大的熵损失。 （Exergy）^[1]是把能源的量和它的转换率联系起来的概念。例如，电相对于相同能源量的热来说具有更高的 。这意味着，原则上讲，高品位的能源不应该被转化为低品位的能源使用，比如用电为房屋供暖是很不经济的。(www.xing528.com)

（4）能源梯级利用。能源梯级利用的意思是同一能源的多次使用，换言之，就是提高 。例如发电站燃烧燃料得到蒸汽，蒸汽推动涡轮以产生电能，当蒸汽冷却为热水后，通过区域系统给建筑供暖。造纸业提供了另一个例子，燃料燃烧产生高温作业所需的热量，作业完成后还有足够高温的剩余热量可用以区域供暖（表2-1）。

（5）分户计量。不同家庭的能耗量差别很大，它很大程度上取决于住户节约能源的意识。电能消耗取决于许多生活琐事，比如，离开房间时关上电灯了吗？厨房排气扇开多久？有没有使用大小合适的壶？水壶盖上盖了吗？想过关上炉火利用余热煮熟食物吗？冰箱除霜了吗？冷藏箱和冷冻箱的温度是否太低？这些因素都会影响到能耗。一个提高能源消费意识的好方法就是分户计量。仪表应该方便看到，租用协议也应该包括精确的消费支付方式。分户计量被认为能大幅度减少家庭电能消费。对于热能和水也同样如此（图2-2）。

（6）能源声明。欧盟决定从2006年开始，针对每一幢建筑，由执业的能源专家编写一本能源使用说明，内容包括建筑基本信息、通风系统、热水系统、传热系统、产热系统、控制及调节系统、家庭用电、操作用电等，应说明该幢建筑运行所需的热能和电能（图2-3）。说明的目的是促进节能，因此，这里面还应包括如何节能的建议。

表2-1　能量级联的原理示意表

注：相对于用1 000℃的热来直接供暖，这种方式可节能90%。