聚焦：节能建筑材料与暖通技术的结合
谭洪卫
同济大学 绿色建筑及新能源研究中心
常务副主任
Tan Hongwei
TongjiUniversityResearchCenter of GreenBuilding & New Energy
Vice Executive Director
浅论建筑节能领域中材料技术与暖通技术的结合
The combination between materials technology and HVAC technology in the field of building energy-saving
建筑节能技术一般分为被动式节能技术与主动式节能技术，前者重点是降耗，主要是通过建筑师们在建筑空间、平面及围护结构的设计中基于绿色生态理念，积极利用自然通风、遮阳、保温隔热等技术对实现建筑采暖、通风、空调、采光能耗的削减；后者主要是通过建筑设备工程师们设计高效的建筑暖通、照明等设备系统，采用高效能产品来实现建筑的高效用能。
两者看似有不同专业领域的分工，实际上有密不可分的关系。建筑能耗中大部分来自建筑室内热舒适环境的营造而需要的供冷和供热，以一般办公建筑为例，建筑能耗的一半来自空调采暖系统，而这些能耗又都主要取决于建筑的热工性能。可见，被动与主动节能技术是相互耦合的关系。
近年来大型公共建筑盛行玻璃幕墙，隔热性能差、光污染、安全等问题备受关注，建筑师出于建筑视觉、采光、外皮造型设计等的效果追求对玻璃幕墙热意不减，暖通工程师基于对降低空调采暖能耗实现低碳环保的需求，对玻璃幕墙的泛滥奋起批判。这些纠结也催生着包括玻璃幕墙、外窗在内的建筑透明围护结构体的材料技术革新，从 Low-E 玻璃到最新的纳米隔热涂层技术，再到选择性隔热吸热调色玻璃。
因此，建筑节能方面材料与暖通的技术结合首先需要不同专业领域的交叉融合和共识。大多数建筑师们对建筑节能的理解也是迫于近年来逐步深化的全球性节能减排的大趋势，但大都也只是停留在一些概念上，对绿色技术的理解尚待时日。而暖通工程师们虽熟练掌握着暖通系统的工程技术，但大多数却缺乏对建筑本身的理解，一些好的技术方案并未得到建筑师的认可和采纳。设计院的设计流程也一直延续着从建筑设计－结构配合－水暖电配合的流水线式的作业方式，缺乏整体的统筹规划、缺乏有机的技术整合，是影响绿色建筑技术发展的瓶颈之一，亟待形成建筑（艺术）与工程技术的跨界交叉。中国绿色建筑的推进首先需要这个问题。
关于建筑新材料与暖通技术的结合，也分主动结合和被动结合，还有单独作用和联动作用问题。
保温隔热材料（保温材、Low-E 玻璃及各类玻璃隔热涂料等）主要用于降低建筑暖通系统能耗，属于被动结合，而蓄冷蓄热（相变材料、蓄冰球等）材料不仅可用于被动结合，而且还可主动结合暖通系统，以自身的吸放热性能发挥对建筑或暖通系统的调温调湿作用，实现节能舒适目的。
建筑节能材料除单独发挥其保温隔热、吸热蓄热等作用外，还可与暖通系统联动产生作用，例如玻璃、遮阳材料与室内采光照明系统以及空调系统的结合；从单纯的外窗到呼吸的双层幕墙，在改善热工特性的同时，为材料技术与通风系统的有机结合提供了空间。
相变材料技术除了与内饰材料（内饰石膏板）结合外，也在可再生能源利用（蓄热）等方向得到发展。其中被动房的建材一体化应用和太阳能蓄热利用方面的技术创新受到热点关注。
关于建筑节能环保新材料技术应用还有一个关键问题为适应性问题，在不同的建筑类别、不同的地域条件下，建筑新材料技术的应用有其适用范围，不可能放之四海而皆准。例如墙体保温材料及工法对不同气候条件下适用；玻璃类透明材料、屋顶热反射涂料等对建筑的隔热和吸热功能则是因地致用；建筑内相变材料在不同气候温差条件下选用；相变材料对不同蓄热源条件下选用等。而这些适应性的评价和判断需要建立系统且高效使用的现场测评技术和标准，而非仅依赖实验室的数据。
推进绿色建筑，需要把握被动技术优先、主动技术优化的原则，交叉融合建筑学与暖通能源专业，方能科学集成绿色建材和高效暖通系统技术而发挥出最佳节能效益。
黄庆鸿
上海斯图华纳空调有限公司
高级顾问
Huang Qinghong
Shanghai STEWART—WARNER AIR CONDITIONING EQUIPMENT CO.,LTD
Senior Consultant
受主编之托，特邀我谈谈建筑材料的节能与暖通技术结合的问题。这使我想起了在十年前，上海建筑科学研究院建筑新技术研究所邀请了参加制冷空调研讨会的代表们，赴闵行参观了新落成的上海首座生态化节能建筑楼房。这座新奇的长方形的建筑物， 南两层、北三层的屋顶铺满了亮晶晶的金属板，之所以叫做生态楼房，缘于整个办公楼采用了四种外墙保温材料、室内采用的装装饰材料既隔热隔声又环保、电子遮阳百叶窗均为智能化、太阳能热水型吸附式热泵空调的驱动和采暖复合系统化等等。
总之，这栋大楼云集了多项领先于国际先进水平的生态技术，具有“智慧”和“表情”的功能，楼内一旦人数增多，二氧化碳含量上升，传感器会自动“通知”排风窗打开，徐徐清风会源源不断地吹入，每小时可换风、通风数十次。大楼中庭屋顶的巨大透明玻璃天窗可变换开启角度，并尽量把阳光均匀地分散到各个角落。在完全生态的环境中，大楼一年使用空调的时间能够减少2至3个月。据称，示范楼的综合能耗仅为普通建筑的1/4，其中利用再生能源占20％，每平方米的建筑造价（不含土地费）4000多元，远低于普通写字楼的造价，体现了“节约资源 节省资源 保护环境 以人为本”的宗旨。更让人惊异的是，漂亮的大楼主要是由拆迁碎料、再生混凝土、再生石膏墙、工业废渣等“垃圾”组成，全楼的再生资源利用率达60％。目前这幢写字楼的一层被作为展示厅，二三层已成为上海建科院科研示范基地办公场所。
受此启迪，再结合多年来的实践不难看出，我国随着经济建设的发展，商用建筑的大量兴建，普遍存在着建筑高能耗的问题以及能源供应紧张的局面。建筑之高能耗一方面来自于建筑设备的使用能耗，诸如空调设备、照明电器设备、采暖、通风、供应热水等等。另一方面又来自于内、外围护结构材料的选用是否具有保温隔热的环保功能，这也是制冷空调系统中一项关键的节能措施。据资料显示，两者相辅相成可占建筑总能耗的50％，且随着人均居住面积的不断增大，暖通空调系统的广泛应用，还势必会使能源供求矛盾进一步激化。
因此，为缓解用电紧张局面，优化能源结构和提高能源利用率，暖通空调技术领域行之有效的节能途径，当前有以下诸多方面仅供参考：
（一）、设计。必须精心设计暖通空调系统，因为设计的优劣直接影响到系统的使用性能。但现实情况是常规设计者都是按最大负荷设计，而实际运行基本上是在部分负荷下运行的，显然这样会使系统的能耗造成很大的浪费。可以说空调系统的设计对系统的节能起着重要的作用。
（二）、太阳能空调。太阳能空调是将太阳能转化为热能或电能进行制冷的一种方式。太阳能是公认的未来人类最合适、最安全、最绿色、最理想的替代能源之一，具有取用方便、能量巨大、无污染、安全性好等优点。据有关资料，我国是太阳能资源十分丰富的国家，三分之二的地区年辐射总量大于5020MJ/m2。利用太阳能驱动空调系统，一方面可以大大减少不可再生能源及电力资源消耗，另一方面因较低的耗电减少了因燃烧煤等常规燃料发电带来的环境污染问题。
（三）、节能建筑材料。 在国家出台的建筑节能设计规范和标准中，首先要求的就是提高围护结构的保温隔热性能。因为保温材料的选择在制冷空调系统中是一项关键的节能措施，所以应该慎重选择节能环保的材料和改善建筑围护结构的保温性能，减少冷热损失。在国标《设备及管道保冷技术通则》的规定中，一般保温材料的常温导热系数不得大于0.0442W/(m • k)，导热系数越小，表示材料的性能越好。与此同时，对保温材料的热稳定性、燃烧性能、化学稳定性、密度、吸水率、透湿系数、防火性能、机械强度、耐老化性、环境影响等等，这诸多性能达标也至关重要，不仅便于施工，而且对人体无害，对大气的臭氧层也不具有破坏能力。
此外，保温材料应用于制冷空调系统中的作用，一是保冷功能，即防止或减少周围环境的热量传入设备、管道及其附件，减少系统运行过程中的冷量损失；二是还需要维持管道内介质的工作温度，以满足室内的参数要求；三是提高风管表面的温度，防止管道冷表面结霜。
概括而言，节能型的建筑材料对减少建筑系统总能耗意义重大，其中，以建筑采暖和空调能耗为主的话，占建筑总能耗的50％。所以针对当前对建筑节能实施可囊括为：建筑规划设计、建筑外墙、屋顶、门窗等围护结构的保温隔热以及采暖、通风、空调系统等方面提高系统控制水平至关重要。
综上所述，目前节能材料与暖通技术对于我国现代化建设来说，具有重大的意义。建筑节能的不断发展带来了新的暖通空调工艺技术，这些生产工艺技术实施不仅可以降低建筑物本身的能耗，同时也提高了室内居住的舒适性和人们的生活品质，因此，研究和发展新的环保节能技术、节能产品，才能保证节能建材与暖通空调系统与时俱进。
