国内外建筑节能关键技术的发展现状及趋势

国内外建筑节能关键技术的发展现状及趋势

[摘要]建筑能耗将是我国未来能源消费的主要增长点，建筑节能技术的研究应用将对我国未来的能源消费产生深远的影响。为此，本文对当前国内外的建筑节能关键技术进行了比较系统的总结，并从建筑物本体、建筑设备和建筑环境控制系统三个角度重点回顾了我国的建筑节能技术的发展现状，分析了取得的成果的同时研究了各种关键技术的发展障碍。在此基础上，展望了我国未来建筑节能的重点发展领域，并指出了未来应该重点支持的建筑节能关键技术的发展方向。

1 国外建筑节能关键技术的发展现状和趋势

1.1 房间空调器

在世界空调器行业中，60％的市场被日本所占有，并且在制造技术、控制技术上都处于世界最前沿。现以日本空调器的发展为例来说明其变迁过程。空调器的发展过程，大致可以分为五个阶段。在其发展过程中，变频技术和人工神经网络技术在房间空调器上的应用，具有划时代的意义，它不仅为创造舒适环境、实现空调器的高效节能运行提供了技术保证，而且为VRV 空调系统的开发和发展提供了坚强的技术基础。

日本空调器的发展主要集中在三个方面。追求空调器的高效节能，特别是在1972年石油危机以后，改善压缩机、热交换器、风扇的性能，加强对制冷循环特性的研究，优化制冷系统，实现了空调系统的小型化、低能耗、低噪音、高可靠性；追求室内环境的高舒适性，从单一的温度控制发展到室内热环境特性(如PMV等)的综合控制，从简单的双位控制发展到人工神经网络与模糊技术相结合的智能控制，以实现人们对舒适性的要求；追求空调系统的多功能化、多元化，从单冷型窗式空调器发展到热回收型VRV空调系统，极大地拓广了冷剂式空调系统的使用范围，开辟了集中空调系统的新领域。

到了上世纪90年代以后，人们对舒适性的要求，趋向于自然环境的特征。人们希望空调环境具有能感觉到温度和气流的变化、能感觉到温暖和凉爽、有音乐声、有芳香感和明亮感等特征。总的目的是让人处于一个精神愉快的空调环境中，这就是人们追求的“感知空调阶段或动态自然环境阶段”。要实现这种模拟自然环境，必须采用包括“人体感觉输入控制”、“热环境因素综合控制”、“空气质量控制”、“声、光控制”在内的“环境变化控制技术”，环境变化控制技术的实现不仅需要开发出相应的传感器，更重要的是要建立一套符合人体生理和心理需要的人工环境智能控制理论。

1.2 小型中央空调

1.2.1 美国小型中央空调发展现状

美国的小型中央空调普及率较高，这与其良好的居住条件以及较高的生活水平是分不开的。美国是世界第一经济大国，人民生活水准较高，对居住的舒适性要求也较高，这些都促进了该国家用小型中央空调的普及使用。

美国的别墅型住宅(Single House)具有宽敞、高大的特点，通常由中、高收入的家庭居住。由于其层高较大，具有足够的建筑空间用于布置风道，因此在美国，风管式系统在家用小型中央空调中所占的比重相当大。同时，由于美国居民对家用空调舒适性的要求较高，因此多采用有新风的风管式系统。目前，美国风管式系统的年产量约为600万台／a，占其家用空调产量的一半左右。美国的公寓型住宅适合于中、低收入的人群居住，其消费水平偏低，其家用空调的型式以窗式空调器为主，也有采用小区供冷／热水的，一般不使用家用小型中央空调。目前美国窗式空调器年产量约为600万台／a，占其家用空调产量的一半左右。

美国的家用小型中央空调的型式以风管式系统为主，其具体形式多种多样。风管式单元空调系统和风管式空调箱系统在美国的应用都很广泛，此外，集成了燃气炉的家用小型中央空调系统在美国的应用也非常普遍。此种家用小型中央空调系统在供冷季由制冷机组提供冷量，在供热季由燃气炉提供热量，对室内回风和新风进行处理，消除房间空调负荷，同时也可以满足家庭生活热水的需求。

1.2.2 日本小型中央空调发展现状

与美国以风管式系统为主的特点不同，日本的小型中央空调走的是一条“氟系统”为主的发展道路，从窗式空调器到定速分体式空调器，再到变频分体式空调器。同样，日本的家用小型中央空调也以变频空调即VRV系统(包括一拖多)为主。

VRV空调系统的研究起源于日本，在日本已有多家公司拥有此项技术。三洋电机、日本电器HE、松下电器产业、大金工业、日立制作所、东芝、三菱电机、三菱重工、夏普、长府制作所等是世界最主要的变频空调器生产企业，其变频空调系统及控制器的开发能力都很强，且各家均有自己的特色。其中大金工业、三菱电机、日立制作所、松下电器产业、东芝、三菱重工、夏普等几家拥有多元VRV系统的开发、生产能力。大金工业、三菱电机、日立制作所、东芝四家企业的产品比较最为先进，大金工业的市场占有率最高，约为世界60％～70％。

在世界空调行业中，在20世纪90年代以前，60％的市场被日本所占有，并且在设备开发和控制技术上都处于世界最前沿。这为日本发展VRV系统提供了技术保证。同时，日本国土面积小而人口众多，人口密度非常大，其住宅多属于高密度住宅，建筑结构较为紧凑。一般层高均较低，不适合于布置需要占用较大层高的风管式空调系统。而且日本是个国内资源匮乏的国家，其能源消耗主要依赖于从国外进口，因此该国非常强调节能。家用空调作为能源消耗大户，其节能技术的开发尤其受到重视。VRV系统的节能性是其在日本得到广泛应用的一个重要原因。另外，对于专业的空调安装队伍来讲，VRV系统的安装非常规范，施工费用低。以上这些因素决定了日本家用小型中央空调的型式以VRV系统为主。

此外，在日本，对于比较高档的别墅住宅，也有采用风管式系统的，风管式单元空调系统和风管式空调箱系统都有应用。对于面积很大的高级住宅还采用新风机组+风管式空调箱系统，通过新风道将室外空气引入室内，运行时需要关闭房间所有的窗户，原则上可实现全年连续运行。对于中级住宅或规模较小的高级住宅也有采用冷／热水机组的，在这种系统中，室内末端装置多采用落地式风机盘管，当采用吊顶式风机盘管，在冬季供热时，室内上下温差太大，通常辅以电热壁毯作为辅助热源。

小型空调系统的控制技术，至今已取得了显著的进步。日本空调界现在所关注的问题主要集中在减少空调系统对环境、电网的污染，加速空调系统可持续发展的技术开发方面。①削减氟里昂的使用量。现在小型空调系统的制冷剂主要采用HCFC22，由于削减计划的逐渐实施，替代制冷剂大多偏向于采用混合工质方案，但关于采用新工质制冷系统的控制问题的研究仍属空白。②解决变频系统电磁兼容性问题。高次谐波会降低空调系统的功率因数，造成配电系统