第三节 我国的建筑能耗与发达国家的对比
一、我国的气候特点
我国幅员辽阔，南北跨越热温、寒几个气候带，气候类型多种多样，但大部分地区属于东亚季风气候，冬夏盛行风向交替变更，冬季多干冷的偏北风，夏季多暖湿的偏南风。同时，我国气候还有很强的大陆性气候特征，即气温年较差大，冬季平均温度大大低于同纬度地区，而夏季平均温度又略高于同纬度地区。这些气候特点，对我国建筑节能工作有着重大的影响。
（一）温度
我国冬季受北方冷空气侵袭，大部分地区在极地大陆气团控制之下，高纬度的寒冷气团通过冬季风不断输送到低纬度。我国东部平原地区气温的高低，主要由接受太阳辐射多少所决定，由北向南气温逐渐升高。0℃等温线，亦即亚热带气候北界，在我国东部大体上位于秦岭、淮河一线，比欧洲地中海地区偏南约10个纬度。
我国冬季气温较低，南北温差很大，主要是由于寒潮活动所致。使我国大部分地区日平均气温骤减10℃以上的北方强大寒潮，平均每年就要发生6次之多，较弱的寒潮或冷空气活动就更多了。寒潮入侵频繁，其间的回暖期十分短促。正因为如此，使我国冬季成为世界上同纬度地区最冷的地方。从图1-3-1中可以看出，我国各地1月平均气温普遍低于世界同纬度地区平均气温。与世界同纬度地区的平均温度相比，大体上我国东北偏低14～18℃，黄河中下游偏低10～14℃，长江以南偏低8～10℃，华南沿海偏低5℃左右。
不仅冬天气温较低，而且冷季时间很长。即使在东部平原地区，一年内寒冷的持续时间也相当漫长。一年内日平均温度≤5℃的日数，哈尔滨达177d，沈阳达152d，北京达126d，就是在长江中下游的武汉、合肥和南京，也分别有59d、72d和77d，这是由于这些地方冬季常有寒潮滞留的缘故。至于西部的青藏高原，北部的内蒙古高原，由于地势关系，寒冷天数比同纬度的平原地区还要长得多。
到了夏季，我国北方与南方的温差，就远较冬季小得多，这是因为北方太阳高度角虽然较低，但白昼的时间却比南方要长，接受辐射热的总量少得并不很多。然而，和同纬度的世界其他地区相比，除了沙漠干旱地带以外，我国又是夏季最暖热的国家。只有华南沿海一带和同纬度的平均温度接近，其他地区都要比世界各地同纬度的平均温度高一些，一般高1.3～2.5℃。我国夏天气候还有一个特点，即极端最高气温很高，从华北平原到江南地区以至甘新戈壁沙漠地带，极端最高气温都超过40℃
图1-3-1 中国冷天气温与世界同纬度平均气温的比较
（二）采暖度日数
在许多发达国家的建筑节能工作中，往往以采暖度日数作为冷天气候的一个重要基础数据。采暖度日数是指室外日平均气温与采暖基准温度之差值与一天乘积之和。国际上通常采用18℃作为采暖基准温度，有的国家也采用其他基准温度值（如65℉、15.5℃等）。凡平均温度低于基准温度的日子，均计入采暖度日数。例如，某地某日日平均气温为-4℃，当日的采暖度日数即为18-（-4）=22。将同年（或同月）各日的采暖度日数累计，即得该年（或该月）的采暖度日数。作为一种大大简化了的计算方法，假定采暖耗热量近似地与室外平均温度与室内基准温度之间的差值成正比，可用以估算采暖能耗，并综合对比不同地区的冷天气温状况。
与相同纬度的北半球城市对比，我国各城市的采暖度日数较高。以18℃为基准温度的采暖度日数，同纬度下我国各地均高于北美，更远高于欧洲各地。例如，此数我国哈尔滨（北纬45.7°）为5578，长春（北纬43.6°）为5172，沈阳（北纬41.8°）为4291，北京（北纬39.8°）为3076；而纬度较高的柏林（北纬52.5°）只为3420，法兰克福（北纬50.2°）只有3030，加拿大温哥华（北纬49.2°）低达2924，多伦多（北纬43.7°）也只到3640。见图1-3-2。
（三）湿度
在暑热和冬寒的日子，空气相对湿度过高，会使人更加不适。在湿热天气里，人体排汗不易散发，使人感到闷热；而在湿冷的天气里，人体皮肤接触到较多寒凉水汽，衣被潮湿，处处使人感到阴冷。而我国气候除西部和西北地区全年都相当干燥以外，整个东部经济发达地区最热月平均湿度均较高，一般达75％～81％；这些地区到了最冷月，在华北北部湿度较低，而长江流域一带仍保持较高湿度，达73％～83％。由此可见，湿度过高，伴随着冬寒夏热的气候条件，使改善我国建筑热舒适环境成为一个需要十分迫切解决的问题。
（四）太阳辐射
在气候资源方面，太阳辐射对建筑节能是个有利因素，我国占有一定优势。与许多发达国家、尤其是欧洲国家相比，我国北方寒冷的冬季晴天较多，日照时间普遍较长，太阳辐射强度较大。如1月北京的日照时数为204.7h，总辐射为283.4 MJ/m2，兰州日照时数为188.9h，总辐射为253.5 MJ/m2。而在欧洲除南欧冬季日照较多以外，其他地区由于纬度较高，冬季白天时间甚短，加上阴雨天相当多，因此冬季每天日照时间平均只有1～2h左右。如1月伦敦的日照总时数只有13.4h，总辐射只有70.1 MJ/m2，1月斯德哥尔摩的日照时数也只有37.2h，总辐射只有40.2 MJ/m2，比我国北方少得很多。北美及日本冬季日照也比欧洲多。
图1-3-2 不同纬度城市的采暖度日数
冬季，太阳入射角较低。最低的日子是冬至日。我国北方冬至日太阳入射角低至13°～30°。因此，冬天建筑南向窗户接收到的太阳辐射较多，愈是寒冷的月份，南向受到的太阳辐射量愈多，这对于外界的寒冷气候构成一种补偿。这时，由于太阳光的入射角较小，在窗玻璃表面反射回室外的光热所占的比例也较少，透过玻璃射入室内的光热较多，而且通过南向窗户阳光射入室内的深度较大，我国建筑又多是以砖石、混凝土等重质材料建成，有利于太阳热能在室内更好地为建筑墙体、地面及物品所吸收、蓄存，提高室内温度，节约采暖用能。
二、外围护结构传热系数的对比
发达国家在经历了1973年世界性石油危机后，普遍都把建筑节能作为国家的大政方针，一方面从建筑立法和节能技术上予以保证，一方面从经济政策上加以引导、鼓励或限制。为了推进建筑节能，各国都已颁布了若干项标准，组成配套的标准系列。由于能源紧张和环境恶化的压力，随着科学技术的进步，各国无不每隔几年就修订一次与节能有关的标准，不断提高节能要求，挖掘能源潜力。如法国现在执行的，已是石油危机后第三个节能25％的标准。英国标准中外墙传热系数［单位为W/（m2·K）］限值，1963年为1.6，能源危机爆发后的1974～1975年即降至1.0，到1982～1983年又降至0.6，1988年再度减为0.45。又如北欧国家对建筑保温本来就比较重视，原来丹麦的建筑法规规定，外墙按其自重的不同，传热系数应不大于0.6和1.0，经1977年和1985年的修订逐步降低到0.30和0.35，而现在则分别降低到0.2和0.3。德国节能规范中对建筑围护结构要求变动的情况见表1-3-1。这些国家的标准中对建筑节能的要求越来越高，而这些标准都得到认真的遵守。其他发达国家的情况也与此类似。
我国居住建筑的保温要求，如果按1986年颁布的《民用建筑热工设计规程》（JGJ 24-86）和《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26-86），以及要求1996年7月1日开始施行的《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26-95）对比，已有较大的提高。但问题是对1986年颁布的节能设计标准大部分地区执行不力，绝大多数新建建筑的保温水平仍停留在原热工规程的基础上。
表1-3-1 德国节能规范对建筑围护结构要求［W/（m2·K）］的变化
注：* 接触土壤的地板或墙体；
** 适用于小型居住建筑。
现将国内外建筑外围护结构传热系数的比较列于表1-3-2。其中北京和哈尔滨外围护结构传热系数为原热工规程和先后两个节能设计标准的限值，几个发达国家的数据为现行标准对外围护结构传热系数的限值。在进行比较时，要注意不同国家、不同地区气候条件的差别。一般情况是：气候越是寒冷，采暖度日数越高，其建筑外围护结构的传热系数的规定就应越是严格。
表1-3-2 国内外建筑外围护结构传热系数［W/（m2·K）］的比较
由表1-3-2可见，目前我国建筑保温隔热水平与气候条件接近的发达国家相比，差距相当大。大体上外墙差4～5倍，屋顶差2.5～5.5倍，外窗差1.5～2.2倍，门窗气密性差3～6倍。
三、建筑能耗对比
欧美发达国家能耗量往往按工业、农业、交通运输、商业等行业及住宅领域分别统计。建筑用能多归于住宅和商业范围，而工业建筑、农业建筑中的能耗当然分别纳入工农业生产范围。各发达国家在其经济增长较快的发展阶段，随着人民生活水平的提高，住宅能耗所占的比例也逐步增长。到了近期，其住宅能耗占全国能源消耗总量的比例都相当高，欧洲一些国家的情况见图1-3-3。在居住生活能耗中，各种用途能耗的比例，由于各国国情的不同，也有相当的差别。对于天气寒冷期间较长的一些国家和地区，如西北欧国家、加拿大，采暖及供热水能耗均占住宅能耗中的大部分。
发达国家城市及乡村建筑到了冷天普遍采暖，在气温低于舒适温度时就开启采暖设备。采暖系统也颇有不同，有的是自家安设小型锅炉的独户系统，有的是一个小区、一个城市的区域系统，还有的是一个很大区域的联合系统。采暖系统所用的能源主要不是用煤，而多是用煤气、燃料油或者电力，采用固体燃料的很少。其采暖室温一般为20～22℃，多设恒温控制，室温低（高）于所要求的温度时即自行启动（停止）采暖。与我国相比，在相近的气候条件下，发达国家一年内采暖时间较长，并常年供应家用热水；炎热地区建筑则安有空调设备。
发达国家认为，已有建筑比每年新建建筑多得多，要使建筑节能取得大的成效，就必须大力推进既有建筑的改造工作。北欧和中欧国家的旧房按照新的节能要求进行改造的工作，在1980年前即已形成高潮，到80年代中期即已基本完成。西欧、北美的已有房屋，也早已逐步组织节能改造，到现在仍在大规模地成区成片地进行。因此，有些国家尽管建筑面积逐年增加，但整个国家建筑能耗却大幅度下降。如丹麦1992年比1972年的采暖建筑面积增加了39％，但同时采暖总能耗却由1992年的322 PJ减少到222 PJ，即减少了31.1％；采暖能耗占全国能源总消耗的比例，也由39％下降为27％；每平方米建筑面积采暖能耗由1.29GJ减少到0.64 GJ，即减少了50％。
图1-3-3 欧洲国家家用能耗占总能耗的百分比资料来源：欧洲联盟统计局。
多年以来，我国按规定只有采暖区中的城镇才可设采暖设施。所谓采暖区，是指一年内日平均气温稳定低于5℃的时间超过90d的地区。这条采暖区与非采暖区间的界线大体上与陇海线东、中段接近，但略靠南，至西安附近后斜向西南。也就是说，尽管非采暖区很多地方冬天寒冷的时间也相当漫长。实际上采暖区南部的一些建筑有的也无采暖设施，更何况广大北方农村。过去，供应非采暖区及北方、南方农村的采暖用商品能源甚少，其结果一是亿万人们受寒冬折磨，二是广大山林田野的柴草受灭顶之灾。总之，我国采暖地区所占比例还较小。当然，在市场经济条件下，所谓采暖区的界线是限制不了的，也不该进行限制。还应指出的是，我国采暖建筑室温很不均匀，极少数房屋采暖室温过高，大多数房屋偏低，有些甚至很低。总的情况是，采暖温度较低。
从多方面情况综合分析，与气候条件接近的发达国家相比，我国建筑围护结构的保温隔热水平差得很远，采暖系统的热效率相当低，也缺乏控制调节。但是，发达国家独户住宅和联户住宅多，其建筑体型系数较大，欧洲国家冬季通过太阳辐射得热较少。因此，从总体上看，我国单位建筑面积采暖能耗为同等条件下发达国家的3倍左右。