关于建筑节能的几点辩证思考

关于建筑节能的几点辩证思考

像我国耗能高、技术、管理、运营都非常粗放的基础工业一样，我们的建筑及相关产业目前也处于粗放的发展和管理之中，处在粗放地解决有和无的原始阶段，包括：基础材料、设计施工、运行管理等环节，深入考虑节能的还很少。其主要原因来自体制和政府执政能力的不足。随着提倡建设节约型社会和提高政府执政能力，相信这方面会不断有重大进展。技术面更应该与时俱进，做排头兵。

近来将建筑节能的东西很多，国家也出台了《公共建筑节能设计标准》，结合自己的体会谈以下几点自身辩证的思考。

一、绿化环境与建筑节能。

这看起来风马牛不相及，实际上应该引起大家重视。

深圳的夏季，一般人们认为受太阳照射得热最多的南向窗口，在最热的六七月份事实上根本晒不到太阳。因为深圳在北回归线以南，六七月份的太阳在正头顶，阳光根本射不到朝南的窗口。然而很多时候窗口仍然是烤热难耐，原因是窗玻璃温度有四十度多，其热辐射能力很强，人靠近时就有烤热的感觉。

玻璃的热量显然不是从直射的阳光中来的，认真观察就能看到：大量的热量是从地面、其他低矮建筑的楼顶发射出来的远红外辐射。夏季的深圳地面、道路、楼顶的温度可能达到六七十度，其辐射能力很强，能量集中在长波红外波段。而玻璃对长波红外线又是几乎完全吸收的，这也就造成了玻璃表面温度很高，继而向室内大量传热的情况。

裸露的马路、广场、低矮建筑屋顶是城市热岛的主要热源和热辐射源，使邻近的高层建筑深受其害。因此建议对于马路、广场等有条件的公共设施实施绿化，减少象征现代、气派的大面积裸露广场。也建议政府在政策上加以引导。绿化有助于节能与和谐发展。

二、值得关注的窗节能

一般来说，外墙、窗户、其他传热和渗漏风带来的损耗是围护损耗的四大部分，其中与窗直接相关的有窗传热和渗漏风，其能耗将近占围护损耗的一半甚至更多。因此，建筑节能首先应该重视窗的节能问题。

窗的传热包括传导和辐射两部分。

1、在降低窗传热系数上，采暖和空调的要求都是一致的。目前可行的办法有中空玻璃和双层窗。这里应该有一个辩证的思考：中空玻璃比双层窗到底好多少？实际上，两者的传热性能差别不大：中空玻璃的优势是充干燥氩气，双层窗的优势是玻璃之间间距大。综合来看传热性能双层窗略胜一筹，成本上双层玻璃窗可能小有优势。

但中空玻璃由于工艺要求高，质量问题逐渐显现，遭遇到了类似当年节能灯“质量门”的困难，行业发展一时难以走出困境。

其实中空玻璃的问题要来自自身结构对质量的严格要求。而真空玻璃的制造工艺简单可靠，不会出现类似的问题。真空玻璃内部真空彻底隔断热传导，其热性能远远好于中空玻璃。因此，相对于中空玻璃，倒不如大力发展真空玻璃。没有真空玻璃时也不如采用双层窗更耐久可靠。

2、在降低辐射上，采暖与空调的意见就不一致了。采暖希望尽量增加辐射得热，而空调反之。可见高科技的Low-E玻璃并非放之四海而皆准，更不能轻信“节能40%”之类的片面之辞，采用前一定要认真辩证分析。

经过认真分析我们能够发现，一般建筑用高铁浮法玻璃，在总厚度超过6毫米时，其对红外线几乎是不透明的，对远红外更是全部吸收。因此对于厚度超过6毫米的玻璃我们可以将之简化成只透过可见光的构件，在其内表面温度超过室内温度时其具有远红外的发射能力。远红外辐射不可能直接穿过，而是在窗玻璃上被吸收后再进行传导或对流传热。

对于真空玻璃来说，室外的辐射被外侧玻璃吸收，室内的辐射被内侧玻璃吸收，转化为热量后不能通过传导或对流传递，只能通过辐射方式传递，传热效率很低，相当于空调季隔断外来辐射，采暖季隔断内部辐射，但对阳光影响不大。

3、对于来自窗户的渗漏风，主要与窗户的类型和工艺相关。无论何种类型，双层窗户的渗漏阻力增加一倍，其渗漏率也自然降低一倍。

渗漏风肯定是需要重视的。从理论上渗漏风带来的能量损失与窗户传热相当。在南方可能远远大于传热。据个实际的例子：南方的同志大多有个概念性的体会，就是一般分体空调的空调水会持续不断地流个不停。经过仔细的测算，我的办公室二十多平米，一面朝南有阳台，有铝合金推拉窗和平推门各一扇。夏季4至6个小时的空调水一般能够装满一个15升的水桶。这些水基本都来自渗漏风，消耗1800~2600瓦的制冷功率，约占我的空调总制冷量3500瓦的一半到四分之三！

由此可见：不仅寒冷的北方应加强门窗密封，高湿的南方也应该予以同样的重视。那种认为南方温差小，“随便安个铝合金窗就可以了”之类不重视窗节能的老观点很值得重新评估。这种观点已经大量地体现在深圳的老建筑中。

4、如果大家都非常重视建筑节能，比如在深圳，采用Low-E玻璃、密闭性很好的门窗，空调的能耗可能会降下去，但我们就会发现房间缺乏阳光、缺乏新鲜空气。失去了阳光和空气，建筑的舒适度就会大打折扣，甚至进入病态，损失可能更大。

综合的来看，传统观念和高科技并不一定都是当然的和普遍使用的，需要我们认真思辨。

这里仍然推荐真空玻璃，其热性能好，低导热、低热辐射，光线投射率高。这里也推荐密闭性好的门窗技术，在北方推荐双层窗（其隔绝噪音的能力也很高），同时我们还推荐大量采用具有能量回收的新风装置，在基本不增加空调能耗的前提下，加强通风，达到健康舒适的标准。

5、理想窗帘。

理想的窗帘首先要透光并可以调节入射阳光，其次要在冬季将室内热量保留在室内、夏季将室外热量挡在室外。

真正的理想窗帘是不存在的，现实中最接近的是具有辐射隔断功能的百叶窗帘。我的设计是其一面是高反射、低发射的抛光铝表面，另一面是适当吸收率（尤其是红外和远红外波段）的涂层，颜色越浅越好。这个窗帘对热辐射就是一个单向透过的隔断。这样夏季可以反射室外红外辐射而不得热，冬季反射室内远红外辐射保温。其隔离热传导的功能不强，但隔离对流传热的功能还是不小的。而室内热量主要依靠对流方式传递。理论上，这种理想的窗帘应该安装在双层窗户之间。但实际中一般要安在内侧，隔热效果会差一些。

提出这个概念只是抛砖引玉，我们离理想的窗帘永远都会有一段距离，但其节能效果应引起重视，如果在吸收涂料上有所进展，其对节能的价值还是有的。顺便提一句，可以利用百叶窗帘反射给室内采光，效果较好。

6、太阳辐射和太阳能玻璃

太阳辐射中，可见光和红外线各占近一半的能量。但当太阳地平角度很低时，如5度时，可见光占28%，而红外线占72%。这是由于可见光比红外线波长短、散射强、衰减快。因此如果重视北方采暖季窗户采光更多的得热，应该重视玻璃对红外线的透过率。

普通平板玻璃由于其铁含量较高，其对红外线强烈吸收的，而对远红外辐射则是完全吸收的。只有低铁玻璃才能透过红外线。因此低铁玻璃（铁含量0.1%以下）被称为太阳能玻璃。对于北方冬季采暖的需求，应该重视太阳能玻璃的运用。我国已于2005年开始具备生产太阳能玻璃的能力，每平米的价格约60元。

人体发出的主要辐射是远红外辐射，各类玻璃基本上都是完全吸收的，不会发生有些资料上说的“冬季室内热辐射透过窗玻璃流失到室外”的情况。冬季在大面积直接接触室外寒冷空气的窗口而产生的“冷辐射”感觉，实际上来自人体表面与窗玻璃内表面之间的温差带来的辐射传热。

事实上，任何空调采暖环境都需要保证窗玻璃内表面有一个适宜的温度，否则都会产生冷或热辐射的不舒适感。玻璃内表面温度适宜的情况下会与室外产生大的温差，这只能依靠降低玻璃（组件）的传热系数来控制热损耗。

真空玻璃基本没有传导和对流传热，应该是隔热能力最好的组件结构。

三、外墙节能

外墙节能我们一般采用加强隔热的方法，这是一个放之四海而皆准的原则，但对旧建筑改造的成本和施工都有劣势。但在冬暖夏热的南方，如深圳，如果能够有效降低外墙表面温度，也可以大量节能。其中采用热反射涂料、采用百叶结构实施围护遮阳以及屋顶植物等都是可行的方案。

在各种新型墙体材料中，应尽量采用膨胀珍珠岩等高耐火材料，而避免采用有机隔热材料，在火灾中这些材料会助燃和释放有毒气体。

四、空调节能

除了签署的围护负荷外，空调负荷中，设计新风负荷一般占总负荷的20% ~ 30%，有些场合甚至超过50%。降低负荷，能够从总体上降低总能耗。新风负荷节能被认为是空调系统节能的主要内容。其途径主要有合理配置新风和能量回收。对于已经建成的系统，采用能量回收是最容易实施的改造手段。

而我国很多的中央空调系统在处理这个问题时往往采用减小新风供给甚至关闭新风供给。这样造成的突出问题就是室内空气质量问题严重。好在我国很多建筑的门窗气密性较差，有的甚至远远超过3m³/hm²，对于人少的办公、酒店场合能够缓解很大的矛盾，人多的办公环境由于费用与自己没有关系很多情况下是开窗开空调的。但对于人员集中的超市等人多缝少的环境，矛盾就比较突出。况且我国还处于发展阶段，人们使用空调的诉求主要还停留在解决有无的问题上，对空气品质要求不高。室内空气污染所造成的社会影响初步显现，但还没有成为主要问题。

这里需要进行辨析的有：换气和吸附的差异，室外大环境与室内小环境的关系，热轮式全热回收等热质回收和单纯显热回收的差异。

1、国内很多人认为室内空气不好，买一个吸附器就行了。吸附器多是采用活性炭等物理吸附材料，对流过的空气中的大分子污染物进行吸附以降低污染浓度的，对各类污染物基本都有效。但是我们一般只重视买来用，而不重视换滤芯。对于活性炭而言，其吸附能力随着附着量增加不断下降，最终失效。失效后的滤芯如果不及时更换，甚至还会在室内空气很好时向室内反向散发污染。但滤芯更换费用高且麻烦，所以一般这样的设备都成了摆设。

也有专门针对甲醛等特定污染物的化学吸收器，但由于化学反应针对性强，适用面窄。一般家庭、办公等多种复合污染的情况并不适合使用。

还有根本的一点，吸附、过滤等并不能排除室内的二氧化碳，不可能增加室内氧气的浓度。这也就从根本上把吸附是治表、换气是治本区别开来了。

2、有认为室外空气的质量也很差，换气可能会增加污染。这里需要明辨的一个问题：总的来说室外的大环境决定室内的小环境，室内小环境除了在可过滤粉尘等指标上能优于室外大环境外，总的来说还是决定于室外大环境的。另外一个概念就是室内的污染物一般情况下比室外高十几倍甚至上百倍。

对于室外空气污染严重的地方只有两个出路：如果是短时间的阶段污染，可以在污染期间关闭门窗减少交换，并向有关部门要求整改；如果是长期的危及生命安全大气污染的只能放弃居住。除了太空舱不可能用吸附或其他办法造一个与外界无关的小环境。

综合来看，可以控制的换气是非常必要的，也是唯一根本解决室内空气污染的方法。

3、能量回收换气技术主要分显热和全热热交换两大类。其中全热热交换主要采用热质交换回收来实现，也就是不仅回收热，还利用吸附再释放或渗透的方式回收排气中的水蒸气。这种方式不仅回收了水蒸气，同时回收了排气中的污染物。

2003年日本西部技研的一项专利中详细阐述了一种用于热轮的选择性吸附材料，能够将多种污染物返回的二次污染率从40%降低至18%，个别污染物如甲苯、异丁醇可从20%降至0%。但仍然不能消除所有污染物的二次污染率。如果不采用类似吸附材料，扣除二次污染率影响，热轮的全热回收效率仅能达到33%~36%（计算以行业标准JB/T 5151为基础），低于平板式热交换器；采用新材料可能达到45%~49%，与平板式热交换器持平。

由此可见热轮式热交换器没有明显优势。

板翅式全热热交换器采用纸作为换热材料，但纸是非选择性透过介质，如考虑二次污染，其热效率必定低于显热热交换器。国内有专利指出采用只透水汽的选择性吸收膜可以将二次污染率降至零，这是事实，但由于选择性透膜的价格昂贵，在实际应用中没有任何使用价值。

综合可见，目前公开使用的技术中采用热质回收的全热回收没有竞争力和应用价值。

我们已经研制成功二次污染率为零、显热回收效率接近90%、全热回收效率80%的高效率能量回收型换气技术，值得向大家推广。

4、采用高效率能量回收型换气是空调节能和改善是那空气质量的有效手段。

节能：能够降低中央空调系统负荷16%~24%。

健康：充分供给室内新鲜空气，保证人员健康需求。

高效：增加建树舒适度能够提高人员工作效率，姑且撇开欧美学者认为可能提高10%以上的效率不论，哪怕提高效率5%，按深圳人均工资3万元每年每人最少也可以增产1500元啊。这也许比节能的意义更大。

简单：对于中央空调仅需要对新风口进行加装能量回收装置的改造。

实用：在建筑节能中可能是工程量最小、投资最少、相对效果最好的手段，尤其是在对既有建筑的节能改造中。

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以下是部分摘自论坛的讨论

结合snail_yin关于玻璃的提问，我们逐步展开文中话题。

1、低铁玻璃。

玻璃根据含铁量不同大致分为高铁玻璃和低铁玻璃，低铁玻璃的铁含量在0.1%或更低。玻璃中铁含量主要影响其对红外线的吸收。以厚度为6mm的玻璃为例来比较，铁含量0.02%的低铁玻璃对红外辐射透过率为90%左右，而铁含量0.5%的普通玻璃透过率在10%左右。由于太阳辐射中可见光和红外线各占约一半的能量，玻璃铁含量的高低对太阳辐射得热有直接影响，所以低铁玻璃又称太阳能玻璃。在北方冬季太阳地平角度较低时，可见光辐射衰减远高于红外辐射，采用太阳能玻璃增加得热更有意义。

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2、南方地区南向窗口基本不需要遮阳。

南方地区南向窗口基本不需要遮阳，减少远红外辐射得热是节能的主要方向。

在新节能规范中强调了遮阳，对于东西向窗户是适用的，但却很难实施，因为有效的遮阳需要挑出比例达到1:1或更高（此处不展开讨论原因和计算，有兴趣另外专门讨论）。对于北方的南向窗户这样是很适用的，但对于南方的南向窗户则没什么意义。原因是对于向深圳这样的南方地区（以及向北至长江流域），夏天空调季正午的太阳都是在正头顶上，基本无法直射到室内。例如深圳的夏季，南向窗口在最热的六七月份事实上根本晒不到太阳，反倒是北向的窗口晒到了太阳。因为深圳在北回归线以南，六七月份的太阳在正头顶，阳光根本射不到朝南的窗口。

然而很多时候窗口仍然是烤热难耐，原因是窗玻璃温度有四十度多，其热辐射传热能力很强，人靠近时就有烤热的感觉。

玻璃的热量显然不是从直射的阳光中来的，认真观察就能看到：热量来自被晒烫的地面等发出的远红外辐射。夏季的深圳地面、道路、楼顶的温度可能达到70℃，其辐射能力很强，能量集中在远红外波段。而玻璃对远红外辐射又是几乎完全吸收的，这也就造成了玻璃表面温度很高，继而向室内辐射传热，导致靠近时的烤热感，以及通过对流传导等形式向室内大量传热，导致室内得热。

这样的情况对于东西向窗口也是一样的，不过东西向窗口还有很强烈的太阳直射辐射。

所以：南方地区减少窗口得热，遮阳不是主要的。主要的是减少远红外辐射和红外辐射的得热。

后面讨论如何减少的问题。

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to lincy :

感谢参与讨论。您的观点很有代表性，也请持有类似观点的同仁注意。

“遮阳有效”的观点对北方的南向窗户是适用的，但对南方不适用。这正是我们要思辨的，也是本文的目的之一。

在南方，如深圳，夏季6、7月太阳根本晒不进南向窗口，而是晒进北向窗口（这是天文和地理要素决定的）。南向窗口遮阳又有何意义呢？

对东西向窗口，外挑率达到1的遮阳才有实际意义（可以采用分时计算得到此结论，此处不展开）。但这样的外遮阳是无法实现的。

只有百叶窗帘可以实现相当于外挑率为1的遮阳效果。这也就是为什么本文提出理想窗帘的概念（后面展开讨论）。

关于双层玻璃主要是由于其结构特点导致对粘接材料和工艺的高要求，而分散的定制安装特点又使其质量无法得到系统性保证，目前已经初步陷入行业的“质量门”中，今后情况还会更严重。所以不推荐。

真空玻璃的结构保证了不会出现上述问题，而且性能更好。如果不能采用，建议采用双层窗，也好过双层玻璃。

双层玻璃可以看成是由于设计不良，导致应用障碍。而真空玻璃的基本设计是优秀的。

关于窗帘，希望大家对理想节能窗帘发表看法。

理想节能窗帘：

目前的设计是：窗帘叶片的一个面试反光、反射红外辐射的镜面铝表面，另一个面是具有一定反光能力但强烈吸收红外、远红外的涂料。目前的困难是涂料尚未落定。

理想的目标是：有一定调光功能，实现单向传热。

但从理论上是不可能的。现实上，1）对辐射传热可能能够实现单向传热：夏季反射来自窗的辐射得热，并吸收来自室内的远红外热辐射。2）对传导和对流传热增加相当的阻隔能力。

3、如何减少辐射得热

首先减少辐射得热不应该建立在减少可见光照射基础上。阳光的可见光照射，不仅有利于室内照明，更是人类生物对自然光线的心理依赖和生理依赖。

在这个原则下，减少辐射得热的基本的思路是：首先吸收红外和远红外辐射，使辐射不能直接进入室内；然后加强窗的隔热能力，使热难以向室内传递，而以热的形式传到室外大气。双层玻璃、双层窗或真空玻璃都是不错的选择。

真空玻璃：采用高铁玻璃，强烈吸收红外和远红外辐射。夏季外层玻璃吸收辐射后升温，大部分热量通过对流、传导和辐射向室外大气传递，少部分热量通过辐射向内层玻璃传递，室内玻璃得热升温后，大部分热量通过对流传导和辐射向室内传递，少部分热量再通过辐射传回外层玻璃并反复。在20度以内的小温差条件下，辐射传热可以看作是线性的；传导和对流也是线性的。辐射传热能力为传导和对流的三、四分之一。所以在小温差条件下，真空玻璃的传热系数可以降到双层玻璃的一半以下。实际产品的性能也大致如此。欲了解真空玻璃详细内容请以“真空玻璃”为关键词在Google上搜索。性能差不多，只是本文作者的真空玻璃技术路线与国内已知技术不同而已。

但当太阳地平角度很低时，如5度时，可见光占28%，而红外线占72%。这是由于可见光比红外线波长短、散射强、衰减快。因此如果重视北方采暖季窗户采光更多的得热，应该重视玻璃对红外线的透过率。

普通平板玻璃由于其铁含量较高，其对红外线强烈吸收的，而对远红外辐射则是完全吸收的。只有低铁玻璃才能透过红外线。因此低铁玻璃（铁含量0.1%以下）被称为太阳能玻璃。对于北方冬季采暖的需求，应该重视太阳能玻璃的运用。我国已于2005年开始具备生产太阳能玻璃的能力，每平米的价格约60元。

人体发出的主要辐射是远红外辐射，各类玻璃基本上都是完全吸收的，不会发生有些资料上说的“冬季室内热辐射透过窗玻璃流失到室外”的情况。冬季在大面积直接接触室外寒冷空气的窗口而产生的“冷辐射”感觉，实际上来自人体表面与窗玻璃内表面之间的温差带来的辐射传热。