1 引言
目前,全球能源形势非常严峻,据一些国际研究机构分析,世界一次性能源仅够人类使用30年,能源危机始终困扰各国。在经济快速发展的中国,能源匮乏也引起人们的高度关注。中国煤炭消耗量占世界消耗总量的40%,石油消耗量成为仅次于美国的第二大国。据有关专家测算,至2020年,中国对海外石油能源的依赖程度将达到惊人的55%以上,中国社会科学院的学者也表明,到2020年,我国要再实现GDP翻两番,即便是按能源再翻一番考虑,保障能源供给也有很大的困难。若继续按照传统的发展模式,中国的资源需求量将接近世界其他国家资源消费量的总和。建设节约型社会,节约能源消耗,已成为维持可持续发展的紧迫要求。
在能源消耗的众多形式中,建筑能耗在我国能源总消费量中所占比例逐年上升,已经从20世纪70年代末的10%上升到如今的27.6%,而采暖、空调、通风的能源消耗又占其中的60%左右。我国建筑采暖、空调、通风主要利用的是不可再生的能源,如煤、天然气、电力等,低品质的一次性能源应用很不普遍,因此石油、电力、天然气等能源已经十分短缺。
建筑节能是节省能源消耗的一个重要途径。可是,我国现有的节能水平还很低,虽然国家从1997年就开始强制实施建筑节能50%的标准,到目前已有170多个城市强制实施了节能50%的标准,而北京、天津已经开始强制实施节能65%的标准,但实际建筑能耗仍然高于建筑节能设计标准规定的指标要求,节能步伐也比较慢,因此到2020年将有大量高能耗的既有建筑存在,将会持续消耗大量能源,这对工业用能会造成严重威胁,而对既有建筑的节能改造不仅难度大,而且成本也要远高于新建建筑。
因此,只有加快低能耗建筑技术的发展,并充分利用可再生能源如太阳能等低品质能源,才能有效地降低我国的建筑能耗,从而实现我国节能、节地、节材、节水的目标。而建筑节能的根本出路,在于能源消费结构的调整,实现化石能源退出建筑能源消耗领域,继而用低品质(低能值转换率)的能源、可再生能源、特别是太阳能来替代现在使用的高品质能源。其中最好的途径是推广和普及低能耗建筑。这是未来建筑发展的一个必然趋势。
2 不合理的建筑节能技术会加剧能源危机
2.1 错误的建筑节能技术路线导致垃圾建筑和建筑垃圾
节能建筑并不是都能为子孙造福,很多节能建筑会给社会带来灾难性的后果。原本立足于节能的建筑会成为垃圾建筑,同时在建设过程中产生大量的垃圾建筑和建筑垃圾。所谓垃圾建筑,就是指保温层的构造位置不合理,从而影响了建筑的安定性,使得建筑物的寿命缩短;而建筑垃圾是指保温层材料耐候能力不够,保温层的寿命短。
我国《民用建筑设计通则》JGJ 37-1987规定,重要建筑和高层建筑主体结构确定的耐久年限为100年,一般性建筑为50~100年。国家颁布的《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068-2001)也规定,纪念性建筑和特别重要的建筑结构设计使用年限为50年。但实际上,我国城市住宅寿命低于50年的情况相当普遍。相当大的一部分楼房结构寿命缩短是因为保温层结构不合理,造成墙体开裂。
2000年~2015年是我国建筑发展鼎盛时期的中后期。据统计数字表明,我国2000年以后新建建筑面积为上世纪80年代2倍,到2020年新增建筑面积会将达到200亿m2。一般外保温做法将延长20年的建筑寿命,内保温做法将减少20年建筑寿命,内外混合保温将减少30年建筑寿命,如果新增建筑中有50%未采用合理的外保温形式,那么四、五十年之后,将会有上百亿平方米的垃圾建筑产生(见图1)。相反,外保温做法是有利于建筑结构的稳定性,能够保护建筑结构主体。
近些年我国的外墙保温做法有多种。为了降低造价,一些建筑师选择了内保温、夹芯保温、自保温等。以上这些做法将建筑物的围护结构分别形成两个不同的温度环境,引发了不同温度环境的不同形变,形成了建筑结构的不安定状态,造成了建筑结构的裂缝发生。
目前国内应用于建筑保温的高效保温材料,其导热系数均在0.06W/(m•K)以下。这些高效保温材料有很强的热阻断能力,两侧建筑构造的不同部位有很大的温度差。以内保温这种墙体保温形式为例,保温层内侧的墙体、楼板因受室内温度环境影响,其年温差变化不大,一般在10℃以内;保温层外侧的外墙受室外环境温度影响,其年温差变化较大,一般在50~80℃左右。重质墙体材料在温度变化10℃时约发生万分之一的形变。50m高的内保温建筑受年温差形变影响内墙与外墙会发生25~40mm的形变差。这种建筑结构不同部位发生不同形变的结果会使墙体多处发生裂缝,破坏建筑物主体结构。这种使建筑物永久不安定的状态并反复引发的众多现象,我们称之为“内保温技术综合症”。
外墙外保温的构造形式是合理的,它使建筑物避免了室外环境温度