1 引言
目前,全球能源形勢(shì)非常嚴(yán)峻,據(jù)一些國(guó)際研究機(jī)構(gòu)分析,世界一次性能源僅夠人類(lèi)使用30年,能源危機(jī)始終困擾各國(guó)。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的中國(guó),能源匱乏也引起人們的高度關(guān)注。中國(guó)煤炭消耗量占世界消耗總量的40%,石油消耗量成為僅次于美國(guó)的第二大國(guó)。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家測(cè)算,至2020年,中國(guó)對(duì)海外石油能源的依賴(lài)程度將達(dá)到驚人的55%以上,中國(guó)社會(huì)科學(xué)院的學(xué)者也表明,到2020年,我國(guó)要再實(shí)現(xiàn)GDP翻兩番,即便是按能源再翻一番考慮,保障能源供給也有很大的困難。若繼續(xù)按照傳統(tǒng)的發(fā)展模式,中國(guó)的資源需求量將接近世界其他國(guó)家資源消費(fèi)量的總和。建設(shè)節(jié)約型社會(huì),節(jié)約能源消耗,已成為維持可持續(xù)發(fā)展的緊迫要求。
在能源消耗的眾多形式中,建筑能耗在我國(guó)能源總消費(fèi)量中所占比例逐年上升,已經(jīng)從20世紀(jì)70年代末的10%上升到如今的27.6%,而采暖、空調(diào)、通風(fēng)的能源消耗又占其中的60%左右。我國(guó)建筑采暖、空調(diào)、通風(fēng)主要利用的是不可再生的能源,如煤、天然氣、電力等,低品質(zhì)的一次性能源應(yīng)用很不普遍,因此石油、電力、天然氣等能源已經(jīng)十分短缺。
建筑節(jié)能是節(jié)省能源消耗的一個(gè)重要途徑??墒牵覈?guó)現(xiàn)有的節(jié)能水平還很低,雖然國(guó)家從1997年就開(kāi)始強(qiáng)制實(shí)施建筑節(jié)能50%的標(biāo)準(zhǔn),到目前已有170多個(gè)城市強(qiáng)制實(shí)施了節(jié)能50%的標(biāo)準(zhǔn),而北京、天津已經(jīng)開(kāi)始強(qiáng)制實(shí)施節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn),但實(shí)際建筑能耗仍然高于建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)要求,節(jié)能步伐也比較慢,因此到2020年將有大量高能耗的既有建筑存在,將會(huì)持續(xù)消耗大量能源,這對(duì)工業(yè)用能會(huì)造成嚴(yán)重威脅,而對(duì)既有建筑的節(jié)能改造不僅難度大,而且成本也要遠(yuǎn)高于新建建筑。
因此,只有加快低能耗建筑技術(shù)的發(fā)展,并充分利用可再生能源如太陽(yáng)能等低品質(zhì)能源,才能有效地降低我國(guó)的建筑能耗,從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材、節(jié)水的目標(biāo)。而建筑節(jié)能的根本出路,在于能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,實(shí)現(xiàn)化石能源退出建筑能源消耗領(lǐng)域,繼而用低品質(zhì)(低能值轉(zhuǎn)換率)的能源、可再生能源、特別是太陽(yáng)能來(lái)替代現(xiàn)在使用的高品質(zhì)能源。其中最好的途徑是推廣和普及低能耗建筑。這是未來(lái)建筑發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。
2 不合理的建筑節(jié)能技術(shù)會(huì)加劇能源危機(jī)
2.1 錯(cuò)誤的建筑節(jié)能技術(shù)路線(xiàn)導(dǎo)致垃圾建筑和建筑垃圾
節(jié)能建筑并不是都能為子孫造福,很多節(jié)能建筑會(huì)給社會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。原本立足于節(jié)能的建筑會(huì)成為垃圾建筑,同時(shí)在建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生大量的垃圾建筑和建筑垃圾。所謂垃圾建筑,就是指保溫層的構(gòu)造位置不合理,從而影響了建筑的安定性,使得建筑物的壽命縮短;而建筑垃圾是指保溫層材料耐候能力不夠,保溫層的壽命短。
我國(guó)《民用建筑設(shè)計(jì)通則》JGJ 37-1987規(guī)定,重要建筑和高層建筑主體結(jié)構(gòu)確定的耐久年限為100年,一般性建筑為50~100年。國(guó)家頒布的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068-2001)也規(guī)定,紀(jì)念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。但實(shí)際上,我國(guó)城市住宅壽命低于50年的情況相當(dāng)普遍。相當(dāng)大的一部分樓房結(jié)構(gòu)壽命縮短是因?yàn)楸貙咏Y(jié)構(gòu)不合理,造成墻體開(kāi)裂。
2000年~2015年是我國(guó)建筑發(fā)展鼎盛時(shí)期的中后期。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明,我國(guó)2000年以后新建建筑面積為上世紀(jì)80年代2倍,到2020年新增建筑面積會(huì)將達(dá)到200億m2。一般外保溫做法將延長(zhǎng)20年的建筑壽命,內(nèi)保溫做法將減少20年建筑壽命,內(nèi)外混合保溫將減少30年建筑壽命,如果新增建筑中有50%未采用合理的外保溫形式,那么四、五十年之后,將會(huì)有上百億平方米的垃圾建筑產(chǎn)生(見(jiàn)圖1)。相反,外保溫做法是有利于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,能夠保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)主體。
近些年我國(guó)的外墻保溫做法有多種。為了降低造價(jià),一些建筑師選擇了內(nèi)保溫、夾芯保溫、自保溫等。以上這些做法將建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)分別形成兩個(gè)不同的溫度環(huán)境,引發(fā)了不同溫度環(huán)境的不同形變,形成了建筑結(jié)構(gòu)的不安定狀態(tài),造成了建筑結(jié)構(gòu)的裂縫發(fā)生。
目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用于建筑保溫的高效保溫材料,其導(dǎo)熱系數(shù)均在0.06W/(m•K)以下。這些高效保溫材料有很強(qiáng)的熱阻斷能力,兩側(cè)建筑構(gòu)造的不同部位有很大的溫度差。以?xún)?nèi)保溫這種墻體保溫形式為例,保溫層內(nèi)側(cè)的墻體、樓板因受室內(nèi)溫度環(huán)境影響,其年溫差變化不大,一般在10℃以?xún)?nèi);保溫層外側(cè)的外墻受室外環(huán)境溫度影響,其年溫差變化較大,一般在50~80℃左右。重質(zhì)墻體材料在溫度變化10℃時(shí)約發(fā)生萬(wàn)分之一的形變。50m高的內(nèi)保溫建筑受年溫差形變影響內(nèi)墻與外墻會(huì)發(fā)生25~40mm的形變差。這種建筑結(jié)構(gòu)不同部位發(fā)生不同形變的結(jié)果會(huì)使墻體多處發(fā)生裂縫,破壞建筑物主體結(jié)構(gòu)。這種使建筑物永久不安定的狀態(tài)并反復(fù)引發(fā)的眾多現(xiàn)象,我們稱(chēng)之為“內(nèi)保溫技術(shù)綜合癥”。
外墻外保溫的構(gòu)造形式是合理的,它使建筑物避免了室外環(huán)境溫度