第一节 绿色建筑节能基础知识
随着人民生活水平的提高，建筑能耗将呈现持续迅速增长的趋势，加剧我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾，最终导致全社会的能源短缺。降低建筑能耗，实施建筑节能，对于促进能源资源节约和合理利用，缓解我国的能源供应与经济社会发展的矛盾，有着举足轻重的作用，也是保障国家资源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观的一项重要举措。因此，如何降低建筑能源消耗，提高能源利用效率，实施建筑节能，是我国可持续发展亟待研究解决的重大课题。
我国建筑节能工作的实践充分证明，积极推进建筑节能设计，有利于保证国民经济持续稳定发展，有利于改善人民生活和工作环境，对于构建社会主义和谐社会起着十分重要的作用。根据我国的基本国情，节约建筑用能源是贯彻可持续发展战略的一个重要方面，是执行节约能源、保护环境基本国策的重要组成部分。目前，世界多数国家都十分重视节约能源的问题，兴起了世界性的建筑节能运动，并把节能称为五大能源之一，与煤炭、石油、天然气、水电四大常规能源相提并论。
一、建筑节能的定义和内涵
1.建筑节能的定义
（1）节能的基本概念 关于节能的定义，不同的国家有不同的解释。在《中华人民共和国节约能源法》中明确指出：“节约能源（以下简称节能），是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。”这也是国际能源委员会的节能概念。
节能是一个综合性、世界性的课题，也是一个非常复杂的社会经济问题。因此，节能不能简单地认为只是少用能，节能的核心是如何科学利用能源、提高能源效率。从能源消费的角度，能源效率是指终端用户提供的能源服务与所消耗的能源量之比。
（2）建筑节能的概念 建筑节能指确保改善建筑舒适条件，合理使用资源，以不断提高能源使用效率。具体地说，它是在建筑规划、设计、建设、改造和使用过程中，实施节能效率标准，使用节能技术、工艺、设备、材料和产品，加强建筑物用能系统（采暖、制冷、通风、给排水等）的运行管理，采用节能型用能系统和可再生能源利用系统，切实降低建筑能耗的活动。
2.建筑节能的内涵
随着我国城市化的快速发展和人们对生活水平要求的不断提高，对于居住环境也提出更高的要求，绿色建筑也就应运而生。在我国现行标准《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378—2014）中指出：绿色建筑是指“在全寿命期内，最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑”。绿色建筑是综合运用当代建筑学、生态学及其他技术科学的成果，把住宅建造成一个小的生态系统，为居住者提供生机盎然、自然气息深厚、方便舒适并节省能源、没有污染的居住环境。由此可见，绿色建筑最大的特点之一就是节能。
国内外工程实践充分证明，建筑节能的内涵是指建筑物在建造和使用过程中，人们依照有关法律、法规的规定，采用节能型的建筑规划、设计，使用节能型的材料、器具、产品和技术，以提高建筑物的保温隔热性能，减少采暖、制冷、照明等能耗，在满足人们对建筑舒适性需求的前提下，达到在建筑物使用过程中，能源利用率得以提高的目的。
二、建筑节能的特征及范围
1.建筑节能的特征
全面的建筑节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用，缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾；有利于加快发展循环经济，实现经济社会的可持续发展；有利于长远地保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观。建筑节能是确保人与社会、人与自然、当今人与未来人和谐共处的系统工程，具有明显的个性特征。
（1）建筑节能实施的政府主导性 建筑节能是一个庞大的系统工程，从范围方面来讲，关系到人与社会、人与自然是否能和谐共处；从时空方面来讲，关系到当今人与未来人能否和谐共处；从涉及对象来讲，是个人、家庭、社团必须参与，但又不是个人、家庭、社团所能主宰的工程，必须由国家以及各级地方政府主导实施。
我国推行建筑节能的历程也充分表明：建筑节能是一个市场机制部分失灵的领域，单纯依靠市场机制不能全面推行建筑节能工作。这项工作必须依靠政府，由政府主导，由国家立法，调动建材研制供应商、建筑开发商、科研工作者的积极性，协调各方利益关系，从而推进建筑节能工作的顺利实施。
（2）建筑节能标准的动态渐进性 对于建筑节能从认识到重视是逐步形成的，建筑节能的标准也是逐渐提高的。各国的实践证明，建筑节能标准视国家资源状况、社会经济发达程度、社会文明进步程度、国家在世界范围的影响力，以及国家意志的认知力的不同，而表现出一定时期的不同标准幅度。
例如我国建筑节能是以1980～1981年的建筑能耗为基础，按每步在上一阶段的基础上提高能效30%为一个阶段。因此，通常所说的第一步节能是在1980～1981年的基础上节约30%，通称为节能30%的标准；第二步节能是在第一步节能的基础上再节约30%，即节能50%的标准；第三步节能是在第二步节能的基础上再节约30%，即节能65%的标准。
（3）建筑节能方案的实施多样性 我国幅员辽阔，横跨寒、温、热三个气候带，气候类型复杂多样，大部分地区主要的气候特点是冬寒夏热。因此，建筑节能要根据各地气候特点和资源条件，因地制宜，就地取材，生产节能、保温建筑材料和制订实施与各地情况相适应的建筑节能方案，做到多样性、多元化。
建筑节能有别于工业、交通运输等领域的节能，它量大面广、产业链长、情况复杂，具有自己的特点和难点，因此实施建筑节能要从整个系统加以考虑和研究。首先要选用资源消耗少、制造耗能低的建筑材料；保温隔热性能好的建筑围护结构材料；热效率高的采暖、制冷及照明设备；尽可能利用太阳能及地热等可再生能源。
（4）建筑节能受益群体的广泛性 建筑节能是关系到全国人民的大事，是未来我国经济继续增长的切入点和突破口。衣、食、住、行是人们基本的生存需求，其中衣、食、住直接或间接与建筑节能相关。抓好建筑节能，直接受益者是地球上的每一个人。
（5）建筑节能发展前景的可观性 建筑是文明社会人类生存、工作和活动的场所，随着社会的发展，人类的繁衍，建筑将永无止境地延续。不可再生的一次能源的有限存量以及随时间推移而逐渐减少，人口的不断增加与城镇化的加速导致建筑量的不断增大以及人们对建筑舒适度要求的逐步提升，决定了建筑节能具有广阔、长久的发展潜力。
我国近些年开展建筑节能的经验告诉我们：建筑节能的开展将直接减少能源的利用，在提高能源使用效率同时，既可以满足人们不断提高的生活需求，也可以满足城市化快速发展的要求。
2.建筑节能的范围
建筑用能主要包括建造能耗和使用能耗两个方面。建造能耗属于生产能耗，系一次性消耗，其中又包括建筑材料和设备生产能耗，以及建筑施工和安装过程中的能耗；而建筑使用能耗属于民用生活领域，系多年性的长期消耗，其中又包括建筑采暖、空调、照明、生活、工作、娱乐、热水供应等能耗。
发达国家把建筑节能的范围只限于建筑使用能耗，这是因为建筑使用能耗要比建造能耗大得多，而且建造能耗属于生产能耗领域。我国建筑节能的范围按照国际上通行的办法，即指建筑使用能耗。但是，由于新建建筑和既有建筑改造规模很大，也应同时重视节约建造能耗和既有建筑的节能改造工作。
三、建筑节能概念的链接
1.节能建筑
节能建筑是指遵循气候设计和节能的基本方法，对建筑规划分区、群体和单体、建筑朝向、间距、太阳辐射、风向以及外部空间环境进行研究后，设计出的低能耗建筑。节能建筑与普通建筑相比具有如下特征。
（1）冬暖夏凉 建筑围护结构使用的材料保温隔热性能良好，房屋的东西向尽量不开窗或开小窗，避免阳光射入屋内。
（2）通风良好 设计中十分重视建筑通风问题，采用自然通风与人工通风相结合，并且兼顾每个房间，实现建筑整体通风良好。
（3）光照充足 建筑光照是否充足，关系到室内光环境舒适度和是否充分利用自然光节能的问题。节能建筑应尽量采用自然光，天然采光与人工照明相结合。
（4）智能控制 智能控制是节能建筑发展的方向，即实现采暖、通风、空调、照明等家电均可程序化集中管理。
2.绿色建筑
绿色建筑是指为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作和活动的空间，同时在建筑全生命周期（物料生产、建筑规划、设计、施工、运营维护及拆除过程）中实现高效率利用资料（能源、土地、水资源、材料），最低限度地影响环境的建筑物。绿色建筑与普通建筑的区别主要有以下几种。
（1）普通建筑的能耗非常大，在建造和使用过程中大约消耗了全球能源的50%，同时还会产生34%的污染；而绿色建筑耗能可以降低70%～75%，有些发达国家甚至可以达到零能源、零污染、零排放。
（2）普通建筑采用的是商品化的生产技术，建造过程的标准化、产业化，造成建筑风格大同小异，千城一面；而绿色建筑强调的是采用本地的文化、本地的原材料，看重本地的自然条件和气候特点，这样在建筑风格上完全本地化。
（3）普通建筑是比较封闭的，与自然环境几乎隔离，室内环境往往不利于人体健康；而绿色建筑的内部与外部采取有效的连通办法，会随着气候变化自动调节。
（4）普通建筑形式仅仅在建造过程或使用过程中对环境负责；而绿色建筑强调的是从原材料的开采、加工、运输一直到使用，直至建筑物的废弃、拆除，都要对人类社会负责。
3.生态建筑
所谓生态建筑，是根据当地的自然生态环境，运用生态学、建筑技术科学的基本原理和现代科学技术手段等，合理安排并组织建筑与其他相关因素之间的关系，使建筑和环境之间成为一个有机的结合体，同时具有良好的室内气候条件和较强的生物气候调节能力，以满足人们居住生活的环境舒适，使人、建筑与自然生态环境之间形成一个良性循环系统。
4.可持续建筑
可持续建筑是指以可持续发展观规划的建筑，内容包括建筑材料、建筑物、城市区域规模大小，以及与它们有关的功能性、经济性、社会文化和生态因素。为实现可持续建筑，必须反映出不同区域的状态和重点，以及需要建立不同的模型去执行。可持续建筑的理念就是追求降低环境负荷，与环境相结合，且有利于居住者健康。其目的在于减少能耗、节约用水、减少污染、保护环境、保护生态、保护健康、提高生产力、有利于子孙后代。
世界经济合作与发展组织（OECD）对可持续建筑给出了四个原则和一个评定因素：一是资源的应用效率原则；二是能源的使用效率原则；三是污染的防止原则（室内空气质量，二氧化碳的排放量）；四是环境的和谐原则；评定因素是对以上四个原则方面内容的研究评定，是否为可持续建筑以评定结果来判断。
四、建筑节能设计中常用术语
（1）热导率 稳态传热条件下，1m厚的物体两侧表面温差为1K时，单位时间内通过单位面积传递的热量。单位为W/（m·K），通常用λ表示。
（2）比热容 1kg物质，当温度升高或降低1K时，所需要吸收或放出的热量。单位为kJ/（kg·K），通常用C表示。
（3）材料蓄热系数 当某一足够厚度的单一材料层一侧受到谐波热作用时，表面温度将按同一周期波动，通过表面的热流波幅与表面温度波幅的比值。其值越大，材料的热稳定性越好。单位为W/（m2·K），通常用S表示。材料的蓄热系数可通过计算确定，或者从《民用建筑热工设计规范》（GB 50176—2016）附录中查取。
（4）围护结构 指建筑物及房间各面的围挡物，围护结构分透明和不透明两部分。不透明围护结构有墙、屋顶、楼板和地面等，透明围护结构有窗户、天窗和阳台门等。按是否同室外空气直接接触以及在建筑物中的地位，又可分为外围护结构和内围护结构。
（5）表面换热系数 表面与附近空气之间的温差为1K，1h内通过1m2表面传递的热量。在内表面，称为内表面换热系数；在外表面，称为外表面换热系数。单位为W/（m2·K），通常用α表示。
（6）表面换热阻 围护结构两侧表面空气边界层阻抗传热能力的物理量，为表面换热系数的倒数。在内表面，称为内表面换热阻（Ri）；在外表面，称为外表面换热阻（Re）。具体数值可按国家标准《民用建筑热工设计规范》（GB 50176—2016）中取用。
（7）建筑物体形系数 建筑物与室外大气接触的外表面面积F0与其所包围的体积V0的比值，通常用S表示。外表面面积中不包括地面和不采暖楼梯间隔墙与户门的面积。
（8）围护结构传热系数 在稳态条件下，围护结构两侧空气温度差为1K，单位时间内通过单位面积传递的热量。单位为W/（m2·K），通常用K表示。
（9）外墙平均传热系数 考虑了墙上存在的热桥影响后得到的外墙传热系数。单位为W/（m2·K），通常用Km表示。
（10）围护结构传热系数的修正系数 有效传热系数与传热系数的比值，即εi=Keff/K。εi实质上是围护结构因受太阳辐射和天空辐射影响而使传热量改变的修正系数。
（11）热阻 表征围护结构本身或其中某层材料阻抗传热能力的物理量。单一材料围护结构热阻R=d/λc。d为材料层的厚度（m）；λc为材料的热导率计算值［W/（m·K）］。多层材料围护结构的热阻R=Σ（d/λc）。单位为m2·K/W。
（12）围护结构传热阻 表征围护结构（包括两侧表面空气边界层）阻抗传热能力的物理量，为结构材料层热阻（ΣR）与两侧表面换热阻之和。单位为m2·K/W。
（13）围护结构热惰性指标 表征围护结构抵御温度波动和热流波动能力的无量纲指标。单一材料围护结构热惰性指标为D=RS；多层材料围护结构热惰性指标为D=Σ（RS）。式中R、S分别为围护结构材料层的热阻和对应材料层的蓄热系数。
（14）窗墙面积比 窗户洞口面积与房间立面单元面积（即建筑层高与开间定位线围成的面积）之比。
（15）平均窗墙面积比 整栋建筑外墙面上的窗及阳台门透明部分的总面积与整栋建筑外墙面的总面积（包括其上的窗及阳台门的透明部分面积）之比。
（16）外窗的遮阳系数 表征窗玻璃在无其他遮阳措施的情况下对太阳辐射得热的减弱程度。其数值为透过窗玻璃的太阳辐射得热与透过3mm厚普通透明玻璃的太阳辐射得热之比值。
（17）外窗的综合遮阳系数 考虑窗本身和窗口的建筑外遮阳装置综合遮阳效果的一个系数，其值为窗本身的遮阳系数（SC）与窗口的建筑外遮阳系数（SD）的乘积。
（18）计算采暖期天数 采用滑动平均法计算出的累年日平均温度低于或等于5℃的天数。计算采暖期天数仅供建筑节能设计计算时使用，与当地法定的采暖天数不一定相等。
（19）计算采暖期室外平均温度 计算采暖期室外日平均温度的算术平均值。
（20）采暖度日数 在一年中，当某天室外日平均温度低于18℃时，将该日平均温度与18℃的差值乘以1d，并将此乘积累加，得到一年的采暖度日数。其单位为℃·d。
（21）空调度日数 在一年中，当某天室外日平均温度低于26℃时，将该日平均温度与26℃的差值乘以1d，并将此乘积累加，得到一年的采暖度日数。其单位为℃·d。
（22）建筑物耗冷量指标 按照夏季室内热环境设计标准和设定的计算条件，计算出的单位建筑面积在单位时间内消耗的需要由空调设备提供的冷量。
（23）建筑物耗热量指标 在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内设计计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、需由室内采暖设备供给的热量。
（24）空调年耗电量 按照夏季室内热环境设计标准和设定的计算条件计算出的单位建筑面积空调设备每年所要消耗的电能。
（25）采暖年耗电量 按照冬季室内热环境设计标准和设定的计算条件计算出的单位建筑面积空调设备每年所要消耗的电能。
（26）采暖能耗 用于建筑物采暖所消耗的能量，其中包括采暖系统运行过程中消耗的热量和电能，以及建筑物耗热量。
（27）空调、采暖设备能效比 在额定工况下，空调、采暖设备提供的冷量或热量与设备本身所消耗的能量之比。
（28）典型气象年 以近10年的月平均值为依据，从近10年的资料中选取一年各月接近10年的平均值作为典型气象年。由于选取的月平均值在不同的年份，资料不连续，还需要进行月间平滑处理。
（29）热桥 围护结构中包含金属、钢筋混凝土或混凝土梁、柱、肋等部位，在室内外温差作用下，形成热流密集、内表面温度较低的部位。这些部位形成传热的桥梁，故称热桥。
（30）可见光透射比 透过透明材料的可见光光通量与投射在其表面上的可见光光通量之比。
（31）围护结构热工性能权衡判断 当建筑设计不能完全满足规定的围护结构热工设计要求时，计算并比较参照建筑和所设计建筑的全年采暖和空气调节能耗，判定围护结构的总体热工性能是否符合节能设计要求。
（32）可再生能源 从自然界获取的、可以再生的非化石能源，包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。
（33）空气源热泵 以空气为低位热源的热泵。通常有空气/空气热泵、空气/水热泵等形式。
（34）水源热泵 以水为低位热源的热泵。通常有水/水热泵、水/空气热泵等形式。
（35）地源热泵 以土壤或水为热源、水为载体在封闭环路中循环进行热交换的热泵。通常有地下埋管、井水抽灌和地表水盘管等系统形式。
（36）所设计建筑 正在设计的、需要进行节能设计判定的建筑。
（37）参照建筑 参照建筑是一栋符合节能标准要求的假想建筑。对围护结构热工性能进行权衡判断（或综合判断）或选用对比评定法对所设计建筑物进行建筑节能设计综合评价时，作为计算全年采暖和空气调节能耗用的假想建筑。参照建筑的形状、大小、朝向与设计建筑完全一致，但围护结构热工参数应符合相关节能标准的规定值。
（38）对比评定法 将所设计建筑物的空调采暖能耗和相应参照建筑物的空调采暖能耗作对比，根据对比的结果来判定所设计的建筑物是否符合节能要求。
（39）换气体积 需要通风换气的房间体积。
（40）换气次数 单位时间内室内空气的更换次数。
（41）节能诊断 通过现场调查、检测以及对能源消费账单和设备历史运行记录的统计分析等，找到建筑物能源浪费的环节，为建筑物的节能改造提供依据的过程。
（42）能源消费账单 建筑物使用者用于能源消费结算的凭证或依据。
（43）能源利用效率 广义上是指能源在形式转换过程中终端能源形式蕴含能量与始端能源形式蕴含能量的比值。本书中是指公共建筑用能系统的能源利用效率。
五、“十三五”建筑节能目标
住房和城乡建设部发布的《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》中提出，“十三五”时期，建筑节能与绿色建筑发展的总体目标是：建筑节能标准加快提升，城镇新建建筑中绿色建筑推广比例大幅提高，即建筑节能改造有序推进，可再生能源建筑应用规模逐步扩大，农村建筑节能实现新突破，使我国建筑总体能耗强度持续下降，建筑能源消费结构逐步改善，建筑领域绿色发展水平明显提高。
《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》旨在建设节能低碳、绿色生态、集约高效的建筑用能体系，推动住房城乡建设领域供给侧结构性改革。为了实现建筑节能与绿色建筑发展的总体目标，“十三五”建筑节能与绿色建筑发展的具体目标如下：到2020年，城镇新建建筑能效水平比2015年提升20%，部分地区及建筑门窗等关键部位建筑节能标准达到或接近国际现阶段先进水平；城镇新建建筑中绿色建筑面积比重超过50%，绿色建材应用比重超过40%；完成既有居住建筑节能改造面积5亿平方米以上，公共建筑节能改造1亿平方米，全国城镇既有居住建筑中节能建筑所占比例超过60%；城镇可再生能源替代民用建筑常规能源消耗比重超过6%；经济发达地区及重点发展区域农村建筑节能取得突破，采用节能措施的比例超过10%。