节能减排与低碳建筑

文章编号：1000-4750(2010)Sup.II-0042-06

工 程 力 学 ENGINEERING MECHANICS

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节能减排与低碳建筑

*

王崇杰，薛一冰

(山东建筑大学可再生能源建筑利用技术教育部重点实验室，山东，济南 250101)

摘 要：在当前低碳经济的形势下，低碳建筑作为一种新的理念正被国人接受，我国作为一个能耗和排放大国，节能减排势在必行。发展低碳建筑是实现节能减排的重要途径，这已经成为世界建筑行业的发展趋势。该文根据我国建筑能耗和排放现状，从建筑节能的角度分析了发展低碳建筑的必要性和可行性，并提出了合适我国国情的低碳建筑发展策略，为我国低碳建筑的发展提出了新的发展思路。

关键词：建筑能耗与排放；建筑节能减排；低碳建筑；节能标准；建筑节能策略 中图分类号：TU11 文献标识码：A

ENERGY CONSERVATION, EMISSION REDUCTION

AND LOW CARBON BUILDING

*

WANG Chong-jie , XUE Yi-bing

(Education Ministry Key Laboratory of Architectural Renewable Application Technology, Shandong Jianzhu University, Jinan, Shandong 250101, China)

Abstract: As a new concept, the low Carbon building, is gradually accepted by Chinese people with the development of low Carbon economy. In China, a country with high energy consumption and emission, energy conservation and emission reduction are now very imperative. The development of low Carbon buildings, a very important way to realize energy conservation and emission reduction, has become the development tendency of global building industry. According to China’s current situation of building energy consumption and emission, from the building energy saving perspective, this paper put forwards the suitable development strategy of low carbon buildings by analyzing the necessity and feasibility of the low Carbon building’s development. It is hoped that the paper can introduce a new development trend for low Carbon building’s development in China.

Key words: building energy consumption and emissions; building energy conservation and emission reduction;

low carbon building; building energy efficiency standard; building energy policy

世界经济的持续快速发展，对常规能源的依赖日趋明显，这种高能耗、高排放的经济发展模式已经严重制约了整个国际经济的持续发展。据国际能源署2007年世界能源预测：到2030年，全球能源需求将增加55%以上，石油、煤炭、天然气则占能源需求的82%。因此，“节能减排”已成为当今世界性的主课题。我国经济增长快速，各项成就举世瞩目，但也是以付出巨大的资源消耗和环境破坏为代价。尤其在建设领域，我国每年城乡建设新建房

———————————————

收稿日期：2010-06-13

基金项目：国家自然科学基金项目(51078223)；山东省自然科学基金重点项目(Z2007F01，Y2008F29)

作者简介：*王崇杰(1957―)，男，天津人，教授，学士，校长，主要从事太阳能建筑一体化与建筑节能研究(E-mail: wcj@sdjzu.edu.cn)； 薛一冰(1971―)，男，山东人，教授，硕士，主要从事太阳能建筑一体化与建筑节能研究(E-mail: abc0531@163.com).

屋面积近20亿m2，其中的大多数还是高能耗建筑，建筑能耗已接近社会终端能耗的1/3，城市二氧化碳排放总量中，建筑排放几乎占到1/2。提倡节能减排，发展低碳建筑，主要是减少化石能源煤炭、石油、天然气的消耗，从而减少二氧化碳的排放，这已经成为当今建筑业发展的主旋律。温家宝总理在哥本哈根会议提出，到2020年中国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%―45%，这为我国发展低碳经济提出了新的挑战。

工 程 力 学 43

1 我国的建筑发展与能耗排放状况

我国目前正处于城镇化高速发展时期，城镇人口的增加和大规模的城市建设，使得我国城镇建筑总面积在13年内从62亿m2猛增到204亿m2，预计到2010年底，全国房屋建筑面积约为500亿m，其中城市170亿m2；估算到2020年底，全国房屋建筑面积约为680亿m2，其中城市260亿m2 [1]。如 图1所示。

农村4003002亿㎡亿m 标准煤，增加了2.5倍，约占当年社会总能耗的23%[2]。其中各类建筑能耗的逐年变化如图2所示。

有信息表明，我国目前400多亿m2的建筑中90%都属于高能耗建筑，单位建筑能耗是同纬度西欧和北美国家的23倍，而每年新增近20亿m2 新建建筑也只有15%―20%执行了建筑节能设计 标准。

北方城镇采暖70000夏热冬冷地区城镇采暖城镇住宅除采暖外农村住宅公共建筑除采暖外2

城镇住宅公共建筑6000050000万tce 万tce2820034293631403242324444675082528953576267784000030000200001000001996199719981999200020012002200320042005200620072008年/年11312012696108 22122522710018518919419920120420720921121802008（年）/年 (资料来源：中国建筑节能年度发展研究报告2010) 199619982000200220042006(资料来源：中国建筑节能年度发展研究报告2010) 图1 1996年―2008年我国各类建筑面积变化 (Fig.1 Changes in various types of building area in China

from 1996 to 2008)

图2 各类建筑能耗逐年发展变化

Fig.2 Changes of all types of building energy consumption

year after year

到2006年，我国二氧化碳排放已达5627Mt- CO2，仅次于美国，位居世界第二(见表1)。其中在我国建筑行业每建成1m2房屋，则排放0.8t二氧化碳，在二氧化碳排放总量中建筑排放几乎占到了50%，远远超过了运输和工业领域。

随着经济与生活水平的提高，建筑能耗也在迅速增长，由中国建筑能耗模型(CBEM)对我国建筑能耗进行分析计算，1996年―2008年，我国总的建筑商品能耗从2.59亿t标准煤(tce)增长到6.55亿t

表1 世界主要国家CO2排放情况

Table 1 Major countries of the world CO2 emissions

国 家 美 国 中 国 印 度 日 本 俄罗斯 德 国 英 国 加拿大 韩 国 意大利 墨西哥 法 国 澳大利亚

CO2排放量(Mt- CO2)

5738 5863 5766 3045 5085 5627 970 1191 1264 1224 1252 1242 1484 1515 1564 831 816 816 575 579 579 514 540 519 432 454 462 434 454 448 361 432 432 364 392 381 335 369 375

单位能耗排放量(t- CO2/Mtce)

2005 2.50 3.40 3.13 2.37 2.33 2.36 2.46 1.97 2.14 2.45 2.45 1.42 3.04

2006

2.49 3.42 3.12 2.33 2.44 2.42 2.46 2.04 2.28 2.50 2.40 1.41 3.03

单位产值排放量(t- CO2/百万美元GDP) 2000

2005 533 2686 1819 252 4331 416 354 657 710 400 680 272 786

2006 510 2685 1769 244 4190 405 346 614 688 387 649 259 778

2000 2005 2006 2000

2.48 588 3.40 2540 3.12 2073 2.35 262 2.34 5713 2.34 437 2.51 399 1.92 709 2.13 843 2.43 395 2.44 621 1.40 274 3.06 839

(资料来源：坚持中国特色建筑节能发展道路)

针对我国建筑业能耗高、污染重的局面，大力发展低碳建筑是我国建筑可持续发展的必行之路，也是应对当前气候变化，实现资源节约型、环境友好型社会科学发展的有效途径。

的一种新的建筑发展模式，何为“低碳建筑”，科学界目前仍未作出科学的界定，当前较为常用的提法是“在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量”。这是从定性的角度来定义低碳建筑，而要科学界定低碳建筑，笔者认为必须明确各类建筑的低碳排放标准，同时建立

2 低碳建筑的发展状况

“低碳建筑”是作为当前低碳经济理念下提出

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起低碳建筑的计算方法和评估体系，即从定量的角度来界定低碳建筑。然而，在我国现阶段不能不顾一切的去过度追求低碳，而是应该追求和发展适合中国国情的低碳建筑。笔者认为只要在房屋建造与运营维护过程中满足了国家和地方颁布的关于建筑节能、可再生能源利用以及其他与减排相关的法律、法规与条例，这种建筑在当前阶段就可以称之为低碳建筑，这种低碳是相对于过去高能耗建筑的碳排放而言，是适合我国国情的低碳建筑。 2.1 我国低碳建筑的发展

我国低碳建筑的发展始于20世纪80年代，主要体现在建筑节能领域，在建筑节能专家和领导的倡导下，建筑节能工作首先在哈尔滨和北京等北方地区开展，相继建成了一些示范小区和试点建筑(如哈尔滨的嵩山节能小区)，到90年代初，北京等城市开始强制推行建筑节能，并积累了相应的经验。在此基础上，到21世纪初，国家决定在全国范围内推行建筑节能的发展，执行的节能设计标准一般为节能50%，随后在2006年前后，一些较发达的城市和地区(如山东、天津、北京等地)率先开始执行节能65%的标准，随后，节能65%标准开始在全国逐步推广，并取得了较好的成效(表2)。最近，我国又开始提出既有建筑节能改造和大型公建的能效管理，并取得了较大的进展。

表2 2007年―2008年采暖季北京地区按不同节能

标准建造的住宅实际采暖能耗

Table 2 Actual heating energy consumption according to Beijing different energy conservation standards residential

building in 2007―2008 heating period

节能标准

实施节能标准前建造的住宅 按节能30%标准建造的住宅 按节能50%标准建造的住宅 按节能65%标准建造的住宅

实际标准煤平均消耗量/(kgce/m2)

24.24 19.84 15.28 11.92

完成了《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》JGJ26-95改的修订工作，节能率提高至50%；2005年，我国有颁布了《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005，首次提出公共建筑节能50%的标准，目前又完成了《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26-2010，节能率又提高到65%[3]。

以上工作表明：我国非常重视节能减排工作，正在逐渐发展低碳经济，构建低排放的建筑体系，实现资源节约和环境友好。 2.2 发达国家低碳建筑的发展状况

自70年代石油危机爆发以来，发达国家就在不断修正建筑标准，近30年来，发达国家致力于发展低碳与建筑节能，成果显著。尤其是1990年以来，为了减排温室气体，要求更高，单位建筑面积的能源消耗量进一步减少。如英、法、德、丹麦等国家自1972年―2002年对建筑节能标准已分别修订了4次―6次，每次修订标准时都要求进一步改善建筑围护结构的热工性能[4]。表3、表4为英国和德国历次修订标准时对围护结构传热系数限值要求的变化情况

表3 英国住宅围护结构传热系数(W/(m2·℃))限值 Table 3 The heat transfer coefficient limit value (W/(m2·℃))

of residence envelope in UK

建筑部位 屋 面 外 墙 与地面接触的地板

窗 户

1965

1976 1980 1990

2002

1.42 0.6 0.35 0.25 0.16 1.7 1.0 0.6 0.45 0.35 ― ―

― ―

― ―

0.45 0.25 3.3 2.0

(资料来源：中国统计年鉴)

表4 德国住宅围护结构传热系数(W/(m2·℃))限值

Table 4 The heat transfer coefficient limit value (W/(m2·℃))

of residence envelope in Germany

建筑部位 屋 面 外 墙 地 面 窗 户

1952 1977 1984 1995 0.90 0.45 0.30 0.22 1.39

―

―

0.50

0.90 0.90 0.55 0.35 3.5 3.5 3.1 1.8

2001 0.20 0.20―0.30

1.5

(资料来源：坚持中国特色建筑节能发展道路)

随着节能工作的逐步推进，我国节能立法和节能标准体系工作也取得了较大的进展。建设部先后颁布和修订了《民用建筑节能管理规定》，并从2004年开始，建筑节能受到高度关注，并把节约能源资源做为我国的一项基本国策。2007年颁布了《节约能源法》，2008年颁布了《民用建筑节能条列》和《公共机构节能条例》。节能标准体系建设方面，我国在1986年颁布了我国第一部建筑节能设计标准《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》JGJ26-86，规定了建筑节能率要达到30%；1995年

(资料来源：中国统计年鉴)

表5为国内节能50%标准与国外标准中建筑围护结构传热系数限值的对比，从中可以看出，即使我国全部按照50%的建筑节能标准建造，我国建筑围护结构热工性能与发达国家仍有较大差距。

当前，在全球气候变化的影响下，欧美等发达国家加速了低碳建筑的发展步伐，开始致力于推广和实践低碳建筑，“零碳建筑”(如英国的BedZED社区，图3)，“高环境品质建筑”等也随之出现。

工 程 力 学 45

表5 国内50%标准与国外标准中建筑围护结构

传热系数限值的比较

Table 5 Comparison of envelope heat transfer coefficient limit value between china 50% standard and

abroad countries

国家和地区 北京居住建筑

中 国

夏热冬冷地区 (长江中下游) 居住建筑 英国 德国 美国

(相当于北京采暖度日数)

瑞典(南部)

(资料来源：中国统计年鉴)

0.16 0.35 2.0 0.20 0.19

0.20―0.30 0.32(内保温) 0.45(外保温)

1.5 2.04

0.8―1.0 1.0―1.5 2.5―4.7屋顶 0.60 0.80

外墙 0.82 1.16

窗户 3.50

造、供热系统计量、可再生能源利用、节能管理机制建设等。应该抓住发展低碳建筑的主要矛盾，不能片面追求高技术或多种技术的堆积[6]。 3.1 继续发展和推进建筑节能标准体系

目前我国城乡建筑每年以20亿m2的速度递增，在当前我国快速城镇化发展的过程中，这种状况还要持续20几年。大力推进和发展建筑节能，适时提高节能标准，是实现节能减排，发展低碳建筑的重要途径。节能50%的标准目前在我国已基本普及，65%的节能标准正在逐步推广，在随后的几年还要陆续推出75%和80%节能标准，以上标准的贯彻与推广，在我国是从点到面，逐步推进的过程，符合我国推进建筑节能的发展规律。节能标准的贯彻实施不仅要从设计入手，还要从施工、验收、审查、备案等多个环节进行掌控。据统计，2009年全年新增节能建筑面积近10亿m2，可形成900万t标准煤的节能能力和减排2358万t二氧化碳，可见建筑节能对减排的贡献之大。节能建筑在大中城市的推广普及阻力较少，容易实现，效果客观。但在中小城市和村镇还有较长的路要走，据统计，新建建筑中大约有40%的建筑还没有执行节能标准，这也是推行节能标准的难点。

在我国近400亿m2的建筑中，有90%的尚不是节能建筑，这些建筑年代较久，但其能耗却高于节能建筑数倍甚至数十倍，我国对既有建筑节能改造的立法正逐步出台[7]。目前的策略首先是对能耗高、污染重、排放多的大型公共建筑实行能耗统计和能效审计，进而进行节能改造。据统计，大型公共建筑的能耗是普通住宅的10倍以上，如对这些建筑实施节能改造，则节能减排效果相当明显。目前我国已经完成了3万多栋大型公建的能耗统计，启动了18所著名大学节约型校园的建设试点，对能耗高的公共建筑设立能耗监测平台[8]。通过以上措施解决公共建筑和其他既有建筑的能耗过高 问题。

建立完善的节能标准体系不是一蹴而就的，而是一个不断完善、修正、贯彻、执行的过程，尤其在我国，应综合考虑不同地区之间、城乡之间的社会、经济、文化和发展的不同状况，制定切实可行的实施方案，采取奖罚并举、顺序渐进的方式方法，逐步推进和实现节能减排。 3.2 继续推行供热计量的深化改革

当前，我国北方地区粗放式的集中供暖管理模

0.12 0.17 2.00

欧盟于2007年开始实施低碳政策，提出了3个“20%”的目标，即在2020年以前将温室气体的排放量在1990年水平上降低20%，将建筑能效提高20%，2020年前可再生能源的应用量提高20%[5]。为了实现该目标，英国、瑞士、法国等都制定了相应的能源规划与政策。

图3 英国BedZED“零能耗”社区

Fig.3 The BedZED zero-energy community in UK

3 适合我国国情的低碳建筑发展策略

我国目前已是世界上消耗能源和排放二氧化碳最多的国家之一，同时，能源利用效率低下，浪费严重。我国能源发展策略的首要问题是节约能源、提高能效、降低消耗、大力发展可再生能源应用，从而实现减排。由于能源消耗与减排二氧化碳密切相关，所以在实施节能减排时必需考虑中国国情，而不是不顾代价的一味跟风。我国要发展低碳建筑重要的不是建造一些所谓的“零能耗”和“超低能耗”建筑，而是应该解决量大面广的普通住宅和一般建筑的问题，如建筑节能、既有建筑节能改

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式，其弊端日益显现，年年攀升的供暖价格和居高不下能耗指标，使居民和供热部门均苦不堪言。据统计，我国采暖能耗指标是同类气候条件下发达国家的3倍―5倍，采暖期内建筑的户均二氧化碳已达2.5t，是非集中采暖建筑的1.5倍以上，其主要原因还是设计、施工及管理的滞后。改传统的集中供热按面积收费的运行模式为按用热多少计量收费的计量方式，是我国北方采暖建筑节能减排的有效途径，这种供热计量模式可实现户均减排0.75t，如果推广到整个采暖区域，那将是一个极其巨大的数字，减排潜力巨大。

分户供热计量的改革已经实行一段时间，但因推广受到多方面原因的制约，其推广速度还过于缓慢，推广过程遇到了较大的阻力。面对这种状况，应从多个角度多方位分析原因，找出切实可行的解决思路。首先，应该从技术层面入手，通过技术进步和技术创新，研究切实可行而又计量精确的计量产品和装置，使计量技术更加准确可靠，这是供热改革的前提条件；其次，应加大政策的扶持力度，通过采取有力的保障措施和运营机制，例如通过加大激励机制和财政补贴方式促进供热计量的改革和开展；再次，应及时出台和修订相应的技术标准和规范，作为设计、施工和验收的依据，从法律法规层面上保证供热计量改革发展和推广。 3.3 加大可再生能源在建筑中应用的规模和力度

可再生能源对节能减排的效果明显，据统计，每平方米的太阳能热水器每年可减排二氧化碳320kg，2009年我国推广安装的太阳能热水器为4000多万m2，粗略计算其每年的减排量多达1200多万t，减排效果非常显著。

我国具有丰富的太阳能和地热能资源，我国国土面积2/3以上地区年日照时数在2200h以上，年辐射量超过60MJ/m2，如此丰富的太阳能资源非常利于开展太阳能在建筑中的综合利用[9]。我国浅层地热能储量巨大、分布范围广泛、四季温度适中。太阳能和浅层地热能利用主要有以下方式。

太阳能光伏建筑一体化(BIPV)，由于造价和效率等方面的原因一度使我国光伏建筑的发展非常缓慢，随着《可再生能源法》颁布实施和国家一系列相关激励政策的出台，我国光伏产业有了长足的发展，仅2009年我国的光伏产能已达到7GWp位居世界第一，光伏建筑一体化装机容量也达到37MWp，每年可节约标准煤12000tce，减排二氧化

碳32000多t；太阳能热水与地源热泵，我国是世界太阳能热水器保有量最多的国家，总量已超过 1.5亿m2，而每年还以超过20%的速度递增[10]。全国地源热泵的推广面积已接近3000万m2，我国已成为世界上可再生能源推广量最多的国家。国家的大力支持，促进了可再生能源的迅速推广，但在推广过程中还应注意加强标准、规范的完善与修订，强化示范城市和示范工程的带动作用，还应综合考虑不同气候区之间、城乡之间的均衡发展等问题。 3.4 加强建筑节能的管理机制建设

目前我国大多数地区都强制推行节能50%或65%的设计标准，但由于供热计量技术措施和供热体制改革等多方面原因，导致节能建筑不节能的现象还是没有改观，很多地区出现了“节能不节钱”和“供热大锅饭”的现象，严重挫伤了居民和开发商对节能建筑的热情。而在公共场所，长明灯、长流水、全天候空调等现象随处可见。据统计，我国公共机构的能源消费约占全国能源消费总量的5%，经测算，公共机构节能潜力可达20%，因此，提倡行为节能加强建筑节能管理机制建设势在 必行。

目前我国已经建立了较为完善的法律法规体系，先后颁布实施了《节约能源法》、《可再生能源法》、《民用建筑节能管理规定》、《公共机构节能条例》等多个法律法规文件，随之还出台了一系列建筑节能国家标准和行业标准，对我国建筑节能健康发展起到了关键作用；但在执行建筑节能过程的不同层面、不同阶段均会出现不利于节能的诸多问题。因此，建立强制与激励相结合，奖励与惩罚相结合灵活的建筑节能管理机制，不失为一种有效方法。首先通过强化政府职能，利用政府的引导、约束和调控作用，确保节能工作的持续健康发展；其次通过加强宣传教育，在设计、施工、监理和房地产开发等多方位多层次培训建筑节能技术人才，为建筑节能开展提供技术保证；再次加快技术革新，形成完善的节能技术体系和产品体系，通过对建筑围护结构体系、保温节能体系、门窗体系及节能产品等进行技术创新，为建筑节能的推行提供质优价廉的产品保证。

4 结论

当前，中国的各项事业均处在发展初期，在经历漫长的发展过程中，对能源的依赖将日趋明显，

工 程 力 学 47

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而应对气候变化的能力还尚显单薄，面对气候变化的灾难和资源日趋枯竭的严峻形势，作为拥有13亿人口的大国决不能掉以轻心，应该以积极的态度和有效的途径应对当前的困难。建筑的节能减排和我国的发展前途息息相关，也是当今世界关注的主题。通过构建低能耗高能效和以低碳排放为特征的节能建筑体系，把建筑能耗和排放控制在适合我国国情的合理范围内，是我国经济可持续发展的关键抉择。 参考文献：

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注：该文在第19届结构工程学术会议(2010济南)应邀作特邀报告