生态建筑学:能源节约的有效措施

很多陈旧的建筑能耗巨大，达到300 kWh/（m2· a）。经验表明，系统地执行能源节约措施可以将能源消耗降到100 kWh/（m2· a）。在20世纪70年代发生石油危机之后，整个相关的专业领域都开始研究能源节约。当时，有很多措施并不成功。现在不论是与能源节约相关的理论知识还是实际经验，都已经有比较成熟可用的措施了（图4-165）。

1）能源节约的可能性

能源节约措施通常分为四个方面：使用者的习惯、运作和维护、调节和简单测量、改造和替换系统（图4-166）。通常以调节、校准、控制采暖系统和通风设备开始。然后寻找密封、保温和热桥方面的薄弱环节。通常，在窗户上安装第三层玻璃，增补阁楼地板的保温材料，在没有窗户的山墙外立面上增加额外的保温材料，增加地下室天花板的保温材料，这些措施既简单又便宜。为了满足不同公寓的制热要求，制热系统必须进行改造（图4-167）。有时，为了提供一个良好的室内气候，必须对通风设备进行改造从而防止过多的能量损耗（图4-168）。

图4-165　不同节能措施的能耗比较

通过可行的手段，一栋典型的20世纪60年代的建筑的能源消耗可以从220 kWh/（m2· a）降 到90 kWh/（m2· a）。资料源于《改造正在进行中……》，VVS Företagen and Svensk Ventilation，2008

图4-166　能源节约和各种措施成本之间的关系

第1-3项是从个人的角度来看经济可行的。第4、5项是从国家的角度来看经济可行的。第6项只是从长期的环境角度来看可行。资料源于Effektivare energianvändning，SOU 1986:16

图4-167　每年每平方米公寓需要消耗的能源

法尔肯贝里（Falkenberg）市政当局在有效利用能源方面走在前列。在10年里，在一个由150户公寓组成的地区中，城市住房公司成功地减少了62%的能源消耗。这是由技术的逐渐改进、更好的维护技术以及为住户提供信息进行配合等共同实现的。资 料 源 于Nya grepp om ekonomi，energi och miljö på lokal nivå，NUTEK B 1994:5，Naturvårdsverkets Rapport 4284，1994

2）节能手段

（1）检查。许多既有建筑的薄弱点在于气流问题和能量流失巨大。节能顾问在仔细检查建筑之后可以找到问题所在从而提出简单省钱的节能建议。用来检查的设备包括发现气流的发烟器，以及确定冷桥和保温薄弱区域的灵敏的温度计。其中一个有趣的方法是红外照相技术。在寒冷的冬天，可以从外部拍摄建筑物，由于表面温度不同，红外线辐射将产生由不同颜色组成的图像。红外照相机也可以检查新建住宅的保温情况。建筑物的通风系统也需要检查。

（2）节能。通过改用最新的节能型照明技术（例如LED），减少灯的数量（如果可以的话），对照明、通风风扇、采暖系统、水泵实行按时间调节，这些措施都可以节能（图4-169）。适时改用节能高效型的洗衣机及烘干机。

（3）采暖系统的调节。要想在同一建筑的不同房间或公寓里达到要求的温度并降低多余温度就需要进行仔细调节（图4-170）。当每台散热器里所含的水量与其散热表面面积正好相匹配时，供暖系统就会运作良好。好的调控系统需要设置不同的调节阀如旁路阀、主要阀门和散热器阀门。控制系统也需要调节，在合适的位置放置温度调节装置和温度传感器也非常重要。采暖系统需要设定，以便在通风的时候关掉散热器，这样在通风时不会消耗额外的热量。当有热量来自人、太阳辐射和电气设备时，采暖系统也应该能够感应并停止供热，并充分利用这些热量。有些房间具有可以实现良好调节的制热设备，如礼堂。热水的消耗影响着能耗。在独立计量、绝缘管道、降低水温、限制气压及其流动以及在制热系统里调节好热水的流动等方面都还需要提高。

（4）通风系统的调节。需要对不同房间的空气流通进行仔细调节以达到理想的空气流通。窗户和门必须密封好以控制空气流通。通常需要专家的协助来达到预期效果。通风也应适应需求，夏天比冬天需要更多通风，而没有人在的时候需要较少通风。很多房间的通风需求变化很大，例如礼堂。通风系统可以采用手动调节或自动调节。通风受到室外温度、太阳照射的热量等的影响，并且可以根据天气情况进行调节。温度、气压或相对湿度可以控制通风调节系统。根据二氧化物浓度含量来进行控制的方法已经过时了。通风系统应定期清洗，因为泥土、灰尘、油脂很容易堵塞输送管道，从而减缓空气流通。进风口和排风设备、风扇和格栅也应定期清洗。通风系统里的所有过滤设备需要定期更换。

（5）调整燃烧系统。大多数燃烧系统都必须进行调整。这通常都由安装者或专门人员在安装过程中完成。烟灰必须从燃烧的区域转移出来，这个区域需要有规律的清理，并且同时还可以进行检查看看是否有其他需要调整的。当然，所有这些将会影响能效的等级，以及发热的总量。四种不同的方法可以用来确定废气中损失的热量，从而确定锅炉的燃烧效率。它还能确定如何对气流调节器和防烟阀进行调整来改进热能传递。测量的参数包括煤灰的总量、二氧化碳浓度、废气温度和通风气流。细微的调整包括对流入空气和废气速度的细微调整，这些将会影响燃烧、吸热和废气温度。

图4-168　建筑物能量损失的三种确定方法

资料改编自Trimma täta isolera –Åtgärder för energihushållning i hus，en handbok utarbetad av Bygginfo på uppdrag av statens planverk，1978(www.xing528.com)

图4-169　学校可以采取的节能措施

1.窗户：U值1.0 W/（m2· K）。为 了减少气流和安全，很多窗户只有顶部可以开启。2.控制照明和通风的运动感应器。3.调整良好的散热系统。4.动力可调风门。5.只吸入低温空气而不产生散失气流的空气吸纳设备。6.根据房间的使用与否调节空气流动。7.照明：10 M/m2，并由移动检测器控制。8.控制散热器的传感器，当室内温度超过19℃时自动停止供热

（6）密封。以前的建筑通常通风良好，但这也意味着在不知不觉中损失了巨大的能量。使用吹烟器可以很容易地检测出空气渗漏。窗扇与窗架间的空隙应该密封好，有种专门用于密封的特殊的橡胶耐候条，比如三元乙丙橡胶密封条。而窗架与墙之间的空隙也应由环境友好型的填充材料密封好。窗户玻璃与窗框的结合处也需要密封，为了加强陈旧窗户的密封性常常使用油泥。门与门框以及门框与墙体之间的空隙也应密封。应该对外墙和与其相接的地板构造以及相接的墙壁的密封情况进行检查。在电箱、水电线路送入口和壁脚板可能会有渗漏问题。不应该密封的地方有地基墙上的开洞、到阁楼的通气口、外板后的通气管和外立面墙壁下边缘的开洞。这些洞口可以保持建筑结构干燥和维持良好状态。给建筑提供新鲜空气的进风口设施也不应该密封。在某些建筑里，新鲜空气通过窗户缝隙进入，如果缝隙被密封就会阻断空气流通（图4-171）。

（7）窗户质量改善措施。为了减少热量损失，可以在较旧的窗户上安装第三层窗格（图4-172）。这一额外的窗格可以安装在窗户的内侧，这样就不会影响窗户的外观，或者安在窗户外部以保持内部的完整性。另外也可以将原先的一个窗扉更换为新的保温窗格，或是改造一个窗扉以更换保温窗格。还有种方式是将额外的窗格附加到既有窗扉上并加以密封，这从原则上形成一个新的保温的窗格，甚至可以将原有窗格换成带有节能玻璃的双层窗户窗格，但这样节能的作用会减小（图4-173）。在节能窗户领域已经有了很大发展。最现代的窗户对能源利用的效率已经三倍于多户住宅中的最普通的窗户了。在某些情况下，将老的窗户更换为新窗户是最好的解决办法。

（8）附加保温。较早的建筑往往很少有保温措施，可以通过附加的保温措施来改善。百万工程时期的建筑在墙体只有大约10 cm厚的保温层，在屋顶只有15 cm厚。对这些保温层进行替换时，应该加入两倍厚的保温层。最简单廉价的方法是在阁楼地板上增加保温，但是要注意不能堵塞屋檐处的通风口。做好阁楼开口的保温也很重要。阳台门的下部也比较缺乏保温或是根本没有做保温。外门有时在保温上也比较差，所以可以在这些地方安装附加的保温或者直接更换外门[现代的外门的U值为0.7 W/（m2·K）]。如果天花板的高度允许，增加地下室屋顶的保温也是一个很好的措施。旧的保温材料会老化收缩，在这种情况下应该增加保温或是移除进行替换。地板结构的边缘也需要增加保温。连接平板底层的三角形拱梁会成为严重的热桥部位，所以要增加额外的保温。当地下室的外墙被湿气破坏后需要额外保护时，是个给地下室外墙的外部增加保温的好机会。通常来说，对建筑的外立面增加保温是不划算的措施，而且还会丑化建筑外观特征。在暴露在外的部位，例如山墙面上，在一个明确的区域进行保温措施是可行的（图4-174）。如果在外墙上需要增加辅助的保温，要保证湿气能够从保温层散发出去。

图4-170　调整前后建筑温度情况的比对

上图显示了在调整之前建筑内的温度情况。下图显示的是调整之后的同一建筑的情况

图4-171　窗户与外墙之间的密封材料

一个确定窗户和外墙之间是否密封良好的方法实例：拿一根蜡烛到交接部位附近看火焰闪烁的程度。资料源于《节能的方法》，瑞典节能委员会，1978

图4-172　窗户质量改善的简易方式

在调整和控制之外，如果还想在节能措施方面更进一步，建筑改造就是下一步。其中最简单的方法之一就是增加第三层窗格

图4-173　窗户质量改善措施

最大的节能效果是将内侧玻璃替换为由节能玻璃构成的双层玻璃窗。或者是节能玻璃构成的保温窗户。这样，建筑在替换窗户之后和之前看起来一样。如果窗户不需要任何外部的维护，那么最简单最有效率的方式就是通过在内侧替换为节能玻璃的构造来改善窗户。可以在窗户的内侧或是外侧安装一块4 mm厚的硬膜节能玻璃。同时也改进了隔音效果。资料源于《用节能玻璃改造窗户》，瑞典玻璃工业协会

（9）玻璃围合。在空间里进行玻璃围合可以减少能量流失，同时还可以从太阳光吸收一定量的额外能量。阳台以及南向的立面上都可以安装玻璃。大门及入口处可以建造玻璃围合的走廊。阳光房的设置可以在阁楼，或是在地面层建造玻璃围合的走廊。有时，用玻璃围合院子也可以减少热量流失。由玻璃围合的区域只要有热量来源就能一直储存能量，但这是种花费较高的节能方式，除非这些被玻璃围合的区域还能获得其他好处，一般不使用这种方式。

（10）建筑的变形。在某些情况下，人们认为在有窗口的外立面上增加附加的保温层是合适的。在这种情况下，很重要的是确保建筑外观没有因为外部改变太大而变形从而失去魅力。外立面上的窗户需要外移以确保在增加了保温之后依旧与外观齐平。材料和颜色都需要经过仔细挑选，外墙怎样与基础、屋顶起坡、入口、外挂楼梯和延伸物相连接都需要慎重考虑。如果要更换窗户，也要考虑与之前窗户的设计、玻璃窗框、尺寸、细部和比例保持一致（图4-175）。