方修睦 1 刘兆新2
1.哈尔滨工业大学；2.黑龙江辰能同发置业有限责任公司
1我国建筑节能的发展历程回顾
人生三分之二的时间是在建筑内度过的。人类对居住质量和舒适性的追求，导致建筑能耗不断攀升。为缓解人类建筑文明的进步带来的资源紧张、环境恶化、生态破坏、气候变暖等一系列与人类命运攸关的全球性问题，解决建筑面积增长和降低建筑总能耗以及人们对居住环境要求的提升和减低建筑能耗的矛盾，世界各国大力推进建筑节能。
建筑节能的兴起源于1973年的世界性石油危机。1973年前，各国改善建筑围护结构大多着眼于改善高纬度寒冷地区恶劣的气候条件对人们健康的影响。1973年的石油危机，促进了世界上很多国家开始重视建筑节能工作，为缓解能源紧张压力，各国纷纷出台建筑节能标准。如美国联邦能源管理局规定，州级公共建筑的设计标准应采用美国供暖、制冷与空调工程师学会（AmericanSocietyofRefrigeratingEngineers，ASHRAE）1975年颁布的标准《90-75：新建建筑节能设计》作为最低的节能标准；居住建筑应满足ASHRAE标准或由住房和城市发展部对住宅提出最低要求。德国在1974年修订了DIN4108（高层建筑的隔热.热及湿度保护的技术参数），将最低保温要求的保温等级升级到保温等级‖（热阻为0.47m²·K/W，即K=1.59W/m²·K），窗户传热系数K为3.5W/m²·K。通过石油危机，各国的节能指标要求日趋严格，节能涵盖的范围更广，并通过出台各种措施和相关项目推动低能耗建筑、被动式住宅、零能耗建筑、零碳排放建筑、产能建筑的发展。欧盟的目标是成员国自2020年12月31日起，所有的新建建筑都达到近零能耗建筑要求；德国的目标是2018年政府建筑达到近零能耗，2020年新建建筑达到近零能耗；美国的目标是2030年达到净零能耗；韩国的目标是2025年居住建筑达到零碳。
我国幅员辽阔，人口众多。南北跨越热、温、寒几个气候带，气温年较差大。与相同纬度的北半球城市对比，我国各城市气温普遍偏低，采暖度日数较高。以1月份为例，东北比同纬度城市低14~18℃，黄河中下游城市比同纬度城市低10~14℃，长江以南比同纬度城市低8~10℃；东南沿海比同纬度城市低5℃左右。各城市7月份气温比同纬度城市高1.5~2.5℃。大量的既有建筑以及快速建设的新建建筑所需的能耗数量持续增加，国际能源署（IEA）在《世界能源展望2018》中预测到2040年，中国建筑消耗能源将达到1060百万吨油当量。建筑节能是关系到国家经济全局、影响经济建设、影响能源安全的主要问题。与经过石油危机的各国纷纷开始重视建筑节能一样，我国的建筑节能由工作在北京和哈尔滨的一批建筑节能的先行者（如中国建筑科学研究院、中建一局科研所，即现北京中国建筑科学技术研究院、北京市建委、哈尔滨建筑工程学院（现哈尔滨工业大学）、哈尔滨市建材局、哈尔滨市建委等单位的专家学者）推动，于20世纪70年代末开始对建筑节能开展相关研究。
我国的建筑节能起步虽略晚于发达国家，但建筑节能起步时建筑围护结构的保温状况与发达国家差距不大，只是进展比发达国家慢。我国建筑节能的技术路线是：通过建筑围护结构节能设计，最大幅度降低建筑供暖、空调、照明需求；通过主动技术措施最大幅度提高能源设备与系统效率，以最少的能源消耗提供舒适室内环境。我国的建筑节能以建筑节能标准为先导，总体发展顺序是：先居住建筑，后公共建筑；先城镇新建居住建筑，后城镇既有居住建筑，再农村居住建筑；先严寒寒冷地区，后夏热冬冷地区，再夏热冬暖地区；先一般节能建筑，后绿色建筑，再近零能耗建筑（见图1）。1986年10月我国第一部节能设计标准——《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ26-86开始实施。如今我国已经建立起了自己的建筑节能标准体系，涵盖了建筑节能设计、建筑节能施工、建筑节能验收、系统运行、建筑节能产品、建筑节能评价等环节。且随着节能技术的进步、绿色环保以及节能减排要求的提高，建筑节能涵盖的内容越来越广，建筑节能步伐越来越大，能耗不断降低。近零能耗建筑的能耗指标已经与发达国家先进水平基本一致。
图1建筑节能设计标准颁布实施情况（圆中数字为实施日期）
2我国城镇居住建筑节能能耗指标的演化过程
2.1居住建筑节能设计标准
我国建筑节能始于严寒、寒冷地区居住建筑，居住建筑节能分四步走。每一步在前一步的基础上计划节约30%，即习惯上所说的节能30%（第一阶段，JGJ26-86）、节能50%（第二阶段，JGJ26-95）、节能65%（第三阶段，JGJ26-2010）、节能75%（第四阶段，JGJ26-2018）。节能计算是以当地1980~1981年住宅通用设计（典型建筑为4个单元砖混结构的6层住宅，体型系数为0.3，室内计算温度为16℃，换气次数为0.5次/h）能耗作为起点，采用规定性指标（体形系数、窗墙面积比、传热系数）与性能化指标（权衡判断）相结合的方法用于建筑物的热工性能评价。计算条件及权衡判断方法见表1。
表1各阶段节能标准计算条件及标准依据
表2不同气候子区城市墙体及窗户传热系数
建筑节能实质是在围护结构上采取措施，在技术经济允许的范围内降低建筑物的能源需求；在能源系统上提高用能系统能效。第一阶段和第二阶段居住建筑节能设计标准采用的是建筑物耗热量指标和采暖耗煤量指标作为评价指标。考虑到建筑设计阶段涉及不到系统运行问题，故第三阶段居住建筑节能设计标准取消了采暖耗煤量指标，只采用建筑物耗热量指标作为建筑物热工性能评价指标。第四阶段居住建筑节能设计标准采用的是建筑供暖能耗作为评价指标，该指标是将管网输送效率取为0.92和锅炉运行效率取为0.88后计算得到的。
各个阶段节能标准对墙体及窗户的传热系数要求见表2。为消除不同阶段节能标准规定的室内外计算条件变化对评价指标的影响，将节能计算起点及各个阶段的节能指标均折算到第三阶段标准规定的条件，则可以得到以哈尔滨为例的各个阶段建筑物及供热系统分别承担的节能比例（见表3）。由表3可见，第三阶段，哈尔滨多层建筑的耗热量指标为20.0w/m²，采暖耗煤量指标应为15.29kg/m²，管网承担的节能率为7.61%，锅炉承担的节能率为21.43%，供热系统承担的节能率27.41%，综合节能率为60.3%。
2.2近零能耗建筑技术标准
《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019以建筑能耗作为控制目标，通过采用性能化设计方法对设计方案进行逐步优化，使其达到预定性能目标。建筑本体性能指标采用月平均动态计算方法计算，以满足JGJ26-2018要求的节能建筑本体的能耗作为比对基准。计算所用的气象参数来源及气候分区方法同JGJ26-2018，室内计算温度取20℃。建筑物的气密性为0.6次/h，要求利用新风热回收系统对排风能量进行回收。建筑采暖性能指标中不包含炊事、照明、家电、生活热水、电梯等用能量（见表4）。
表3各个部分承担的节能比例（以哈尔滨为例）
表4不同气候区城市建筑性能指标
3黑龙江第四阶段节能标准要点介绍
黑龙江省于2019年发布了《黑龙江省居住建筑节能设计标准》DB23/1270-2019，该标准是在认真总结黑龙江省多年建筑节能的实践经验，并对影响建筑能耗进一步减低的关键问题进行了专题研究及广泛征求意见的基础上制订的。
3.1标准的主要技术特点
黑龙江第四阶段节能标准与行标JGJ26–2018相比，有以下特点：
（1）提高了行标JGJ26–2018中对围护结构热工性能的要求，将严寒B区与严寒A区的外围护结构热工性能参数限值统一；将≤3层屋面的传热系数由0.15W/(m²·K)降为0.1W/(m²·K)。
（2）根据黑龙江省的地域气候特点，强化了减少地面传热和解决建筑物湿累积的技术要求；将外墙、屋面构造要进行冷凝计算作为强条。要求卫生间、浴室和厨房等用水房间外墙等不满足强条要求的部位，要在适当位置设置防水层或隔汽层。
（3）强化了对变形缝的要求。为避免出现外墙、屋面保温层与变形缝内保温层不连续设置的设计问题，防止变形缝部位局部产生热桥，增大能耗并且发生结露。标准增加了对变形缝两侧墙体之间的保温层热阻要求，强化了设计深度：①要求在变形缝两侧墙体之间填满不燃保温材料，消除变形缝填塞不饱满问题；②要求变形缝内表面温度在室内外空气设计温、湿度条件下应比露点温度高2℃；③要求变形缝两侧墙体的临外墙、距屋面变形缝外侧2.0m范围内以及无地下室的居住建筑首层室内陆面标高以下1.0m区域，应详细进行构造设计。
（4）完善了防止热桥的措施和首层室内陆面以下外围护结构保温的技术要求。要求当外墙有产生热桥的挑出构件及附墙部件时（如：阳台、雨篷、阳台栏板靠近外墙区域、空调室外机搁板、附壁柱、凸窗、立面装饰线和靠外墙阳台分户隔墙等），要采取隔断热桥和保温构造措施。要求对下述部位进行详细的保温、防水构造设计：①接触室外空气的开口部位（如落水管、导光管、建筑的进风口、排烟口、出屋面排烟井道等）；②外墙、屋面孔洞部位及伸出屋（墙）面管道室内局部；③装配式建筑外围护结构内外构件的连接件部位。
（5）强化了建筑外围护结构的气密性要求。建筑出入口应设置保温门斗等设施，与室外接触的门（如高层住宅的首层门斗保温门、地下车库（人员）出入口门、楼梯间出屋面门或孔盖）的气密性应不低于7级，且这些门均要设置闭门器；外窗气密性等级由行标的6级提升到7级；高层楼梯间楼层门、电梯前室门的气密性要求应不小于5级；高层住宅楼梯间中和面以上区域，要采用气密性良好的固定窗（消防排烟要求必须设置的可开启外窗除外）；要对穿外墙、屋面的管线和洞口进行有效封堵，对装配式建筑的构件连接处进行密封及防水处理。
（6）提高了分隔供暖与非供暖空间的隔墙、楼板隔墙等部位热工要求。为解决山墙住户由于相邻用户停热、相邻空间为车库或其他室温要求较低的房间出现的房间温度偏低的问题，标准规定了上述两种住户和其他用户房间隔墙、楼板的传热系数限值要求。为解决与供暖房间相邻的电梯前室墙及电梯井道中与供暖房间相邻的内墙室温低、墙体结露问题，增加了该部位传热系数限值要求；提高了分隔供暖的隔墙、楼板在供暖室外设计温度下，温差大于5K时的热工要求。要求门斗与户内相邻或相连的顶板、隔墙及外墙要按外围护结构的热工性能参数进行保温设计，地面应设置保温构造。
（7）对地面以下构造提出明确的技术要求，见表5。
（8）墙体的热工性能提高后，导致有些保温材料单层厚度无法满足设计的要求，需要多层保温板材的复合。为保证设计及施工安装质量，增加了多层保温材料复合构造的性能要求。当墙体保温层采用不少于两层保温材料复合构造时，设计要给出复合层的粘结强度、复合后保温板的抗拉强度、水蒸气渗透性能等指标要求。当使用不少于两层保温板材复合时，保温板应在工厂加工生产，要对使用复合保温材料的外墙外保温系统给出详细的构造设计及安装、锚固等要求。
（9）完善了权衡判断计算公式及数据。黑龙江省冬季室内外温差大，供暖期长，供暖度日数高；夏季空调时间短，太阳辐射得热对黑龙江省各地供暖能耗影响采用静态法计算的结果与动态方法计算的结果差别很小，因此建筑围护结构热工性能的权衡判断沿用了JGJ26-2010采用的静态方法。根据实测数据和黑龙江省人口情况（2016年我国城镇居民人均住房建筑面积为36.6m²/人，黑龙江省2011年城镇每户家庭平均为2.85口人），分析得到室内得热量为5.02W/m²。据此给出了黑龙江省主要城镇新建居住建筑的建筑物耗热量指标。
（10）增加了Ⅱ类烟煤的流化床燃烧锅炉效率和燃料为Ⅱ类烟煤的层状燃烧锅炉的热效率，根据燃煤锅炉及燃气锅炉能够达到的运行效率（燃煤锅炉运行效率取为0.75，燃气锅炉运行效率取为0.85），及管网输送效率（取为0.92），规定了建筑物供暖能耗、供热系统能耗和锅炉房供热能耗的限值。
（11）明确建筑物供暖耗热量的贸易结算点。必须设置用于建筑物供暖耗热量结算的热计量装置，给出了贸易结算表的设置方法。对室内系统要求根据采暖设备形式和使用条件设置性能可靠、方法简单、维护工作量小的热量分配方法。规定设计安装热计量装置时，应为热计量装置的运行核查（在实际运行条件下，对热计量装置完好状态进行的检查核对）提供条件，留出足够的空间、设置必要的设施；室内系统要设置用户室温自动调控装置；为消除户内系统前后散热器冷热不均问题，建议每组散热器上设置可调节进入散热器水量的散热器调节阀，或在建筑物热力入口处设置水流方向换向阀，自动切换水流方向。
（12）对保障室内空气质量提出明确要求。哈尔滨的低能耗建筑的渗风能耗已经占建筑总能耗的51.3%，是节能重点。研究表明，建筑物采用塑钢窗后，换气次数仅为0.16~0.25次/h，这表明建筑在自然压差下的换气次数无法满足室内人员健康要求。居住建筑气密性增加，有利于降低建筑物整体能耗；强化建筑的气密性，可减少建筑物内无人期间的渗风损失。本标准要求建筑物内空气质量应满足《室内空气质量标准》GB/T18883的要求，并将居住建筑的房间应设置可调节的通风换气装置的要求作为强条，以保证在室内有人期间，能满足居住建筑内人员必须的新风量。严寒地区通风装置的设置，需要有防止由于室外气温较低，导致通风换气口出现结冰或结霜的措施。要求要有解决建筑物气密性增加后，由于排烟罩及卫生间排气扇启动，造成房间负压导致的排水系统的水封被破坏，排水系统臭气进入室内，房间出现异味问题。
（13）以强条方式规定了太阳能热利用系统的安全性能和可靠性能技术要求。规定产品的正常使用寿命不应少于15年。要求在太阳能集热系统中要设置防过热、防结霜、防热水渗漏、防雹、抗风、抗震和保证电气安全等技术措施。
表5地面以下构造技术要求
3.2标准的节能定位
在GB/T51350-2019中，将严寒、寒冷地区按照JGJ26-2010规定建造的居住建筑的能耗指标（节能65%）做为基准，将居住建筑本体能耗降低25%~30%的建筑称为低能耗建筑，即节能75%建筑；将建筑本体能耗降低50%~70%的建筑定义为超低能耗建筑；将建筑本体能耗降低70%~75%以上的建筑定义为近零能耗建筑。按照这样的分类，哈尔滨满足JGJ26-2010的多层建筑的建筑物耗热量指标为20w/m²，低能耗建筑的建筑物耗热量指标应为14~15w/m²，超低能耗建筑的建筑物耗热量指标应为6~10w/m²；近零能耗建筑的建筑物耗热量指标应低于6w/m²。根据GB/T51350-2019规定的超低能耗建筑和净零能耗建筑本体的供暖年耗热量指标（见表4），按照JGJ26-2010规定的计算条件及室内得热内涵，将其室温由20℃折算为18℃、套内使用面积折算为建筑面积、考虑家电及炊事得热后，超低能耗建筑的建筑物耗热量指标为8.43w/m²，净零能耗建筑的建筑物耗热量指标为6.14w/m²（见图2）。表明国标规定的哈尔滨市超低能耗建筑指标处于超低能耗要求的上、下限之间，而近零能耗建筑能耗指标略高于近零能耗建筑要求的上限（高出2.3%）。
如果在低能耗和超低能耗之间，增加一个等级，即将居住建筑本体能耗降低30%~50%的建筑，称为中低能耗建筑的话，则中低低能耗建筑的建筑物耗热量指标应为10~14w/m²。哈尔滨第四阶段节能标准规定，建筑物耗热量指标为11.2w/m²，建筑本体节能率为44%，达到中低能耗水平。分析表明：黑龙江省33个城镇第四阶段节能标准规定的指标，有8个城镇建筑本体的节能率为26.7%~29.4%，达到低能耗建筑水平；有25个城镇建筑本体的节能率为32.0%~48.7%，达到中低能耗建筑水平（见图3）。全省居住建筑本体平均节能率为38.4%，达到中低能耗水平。如果考虑系统输送效率及锅炉运行效率，则与80~81年相比，建筑物节能率为69.5%，系统节能率为32.2%，综合节能率为79.3%（见图4）。
图2哈尔滨市建筑节能等级
图3黑龙江省城镇建筑本体节能率（以节能65%建筑本体能耗为基准）
图4黑龙江省城镇综合节能率（以1980~1981年建筑能耗为基准）
3结语
黑龙江省的地理位置和气象条件，导致了其较早重视围护结构性能的改善，以改善恶劣的气候条件对人们健康的影响。从上世纪70年代后期郭俊教授带领团队开始建筑节能研究开始，经过3代人的持续努力，建筑节能走过了建筑节能30%（第一个建筑节能试点小区嵩山小区）、既有建筑节能改造（中加、中法合作）、建筑节能50%（中加合作）、建筑节能65%和节能65%+、农村住宅节能（中法、国家科技支撑）以及被动式建筑（住宅、厂房、办公建筑，中德合作）等不同阶段的节能建筑的建造及运行等不同节能阶段。目前哈尔滨正在建造低能耗小镇（被动式建筑、中低能耗建筑，中德合作），同时开展相关关键技术的深入研究，试图总结出新阶段节能的经验，推动更高层级的建筑节能。
参考文献
[1]徐伟主编.国际建筑节能标准研究[M].北京：中国建筑工业出版社，2012:26.
[2]徐伟、孙德宇.中国被动式超低能耗建筑能耗指标研究[J].动感(生态城市与绿色建筑),2015,1：37-41.
[3]涂逢祥.中国建筑节能途径探索[M].北京：中国建筑工业出版社，2011:45-49.
[4]方修睦.严寒、寒冷地区被动房能耗指标研究[J].建筑科学，2017,33（4）：158-163.
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