建筑能耗與城市熱島效應(yīng)

王琳　張冰　徐衛(wèi)星　趙建廣

摘要：簡述了什么是城市熱島效應(yīng)及產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)的原因，解釋了建筑能耗的定義與我國建筑能耗的現(xiàn)狀，分析了城市熱島效應(yīng)與建筑能耗之間的關(guān)系：城市熱島現(xiàn)象增加建筑能耗，建筑能耗增加又加劇了城市熱島效應(yīng)。從減少建筑能耗和太陽輻射這兩方面的具體措施中有效的削弱城市熱島效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：城市熱島效應(yīng)；建筑能耗；節(jié)能措施

1.概述

1.1城市熱島效應(yīng)

隨著城鎮(zhèn)化進程的發(fā)展，導(dǎo)致城市氣溫高于郊區(qū)氣溫的現(xiàn)象稱之為“城市熱島效應(yīng)”。城市下墊面、大氣污染、人工熱源、綠地減少、人口遷徙等是形成城市熱島效應(yīng)的主要因素。

第一、城市下墊面（大氣底部與地表的接觸面）特性的影響

城市內(nèi)大量人工構(gòu)筑物改變了下墊面的熱力屬性，在相同的太陽輻射條件下，他們比自然下墊面升溫快；城市地表含水量少，熱量更多地以顯熱形式進入空氣中，導(dǎo)致空氣升溫。

第二、大氣污染

城市中的機動車輛、工業(yè)生產(chǎn)以及大量的人群活動產(chǎn)生的NOX、CO2、SO2、CO、粉塵等物質(zhì)可大量吸收環(huán)境中的熱輻射能量，引起大氣的進一步升溫。

第三、人工熱源的影響

居民生活和工業(yè)生產(chǎn)不但需要消耗大量能源，而且在同時向周圍環(huán)境排放熱量！

此外，隨著城市化的發(fā)展，城市人口的增加，城市中的建筑、廣場和道路等大量增加，綠地、水體等卻相應(yīng)減少，緩解熱島效應(yīng)的能力被削弱。

1.2建筑能耗的定義及我國建筑能耗的現(xiàn)狀

建筑能耗由廣義建筑能耗和狹義建筑能耗兩種定義方法。我們一般所說的建筑能耗指的是狹義的建筑能耗，它指的是在建筑使用期限內(nèi)，為維持建筑正常功能所消耗的能耗，包括采暖、空調(diào)、照明、熱水、家用電器和其他動力能耗。

建筑市場的飛速發(fā)展以及人民對居住舒適度的要求的提高，使得我國的建筑能耗飛速增長。據(jù)統(tǒng)計，我國的建筑能耗占全社會總能耗約28%，按照國際經(jīng)驗和我國目前建筑用能水平發(fā)展預(yù)測，到2020年，這一比例將達到35%左右，成為社會各行業(yè)中能源消耗的首位。

1.3建筑能耗與城市熱島效應(yīng)之間的關(guān)系

熱島效應(yīng)對建筑能耗影響較大，既有正面影響也有負面影響。在熱島效應(yīng)的影響下，將會減少冬季的建筑能耗而增加夏季的建筑能耗。目前，我國建筑能耗中的能源絕大部分最終以熱能的形式排入周圍環(huán)境，增強城市的熱島效應(yīng)，從而增加建筑的空調(diào)負荷。

根據(jù)理論分析，建筑能耗隨著城市熱島效應(yīng)的增強而增加。因此減少城市熱島效應(yīng)是降低建筑能耗的措施之一，而降低建筑能耗又能從一定程度上減緩城市熱島效應(yīng)所帶來的負面影響。

2.降低建筑能耗緩解城市熱島效應(yīng)

建筑能耗在消耗傳統(tǒng)化石能源的同時，還在不停地向外“傾瀉”著熱量，因此合理的建筑節(jié)能措施不僅可以節(jié)約能源而且可以削弱城市熱島效應(yīng)。建筑節(jié)能從技術(shù)途徑上來說，主要有以下幾方面：

2.1減少能源總需求，提高能源使用效率

減少能源的需求量，主要是減少建筑的冷、熱及照明能耗；提高能源使用效率，即提高制冷（采暖）系統(tǒng)的效率，包括設(shè)備本身的效率、管網(wǎng)的輸送效率、末端計量及室內(nèi)環(huán)境控制裝置的效率等。一般需從建筑的規(guī)劃設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備和運行管理等方面實現(xiàn)。在對建筑進行規(guī)劃和設(shè)計時，優(yōu)先考慮利用現(xiàn)有的自然環(huán)境營造良好的室內(nèi)微氣候，減少對采暖、空調(diào)、照明、通風(fēng)等相關(guān)設(shè)備的依賴；在圍護結(jié)構(gòu)方面，改善建筑物圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，從而減少建筑冷、熱消耗；在建筑設(shè)備方面，設(shè)計高能效的暖通空調(diào)系統(tǒng)，提高能源的使用效率等。

2.2建筑圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計

建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱量損失主要來自于外墻、門窗和屋頂。高效經(jīng)濟的保溫隔熱材料及切實可行的構(gòu)造措施是這三部分節(jié)能設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。

2.2.1墻體節(jié)能

墻體是建筑圍護結(jié)構(gòu)的主體，應(yīng)將建筑設(shè)計和保溫節(jié)能改造措施結(jié)合起來來節(jié)約能耗。在設(shè)計時，首先要嚴格控制建筑物的體形系數(shù)，有研究表明，體形系數(shù)每增加0.01.能耗指標約增加2.5%。其次，減少外圍護結(jié)構(gòu)總面積，建筑外表面積越小，能耗越小。同時，結(jié)合建筑所在地的地理位置，正確選擇建筑朝向，充分利用太陽能。

2.2.2門窗的節(jié)能措施

門窗具有通風(fēng)、采光及裝飾建筑的作用，是圍護結(jié)構(gòu)中熱量損失最嚴重的部位。門窗等圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能可從以下幾點著手：

（1）在滿足室內(nèi)通風(fēng)、采光的景觀的條件下，盡量降低窗墻比。

（2）提高窗的保溫隔熱性能。

（3）提高門窗的氣密性，減少空氣滲透。

（4）設(shè)置遮陽設(shè)施，遮擋過度的陽光輻射，阻隔熱輻射進入室內(nèi)。

2.2.3屋面保溫隔熱節(jié)能

屋面節(jié)能也是圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能中不可缺少的一部分，屋面保溫隔熱性能的好壞是頂層樓居住條件和降低空調(diào)（采暖）能耗的重要因素。屋面的保溫主要是通過改善屋頂?shù)臒峁ば阅芤宰柚故覂?nèi)熱量的損失；屋面的隔熱主要是減少直接作用于屋頂表面的太陽輻射熱量，常用的構(gòu)造做法有架空個屋面、種植屋面和蓄水屋面。

2.3降低建筑設(shè)施運行能耗

采暖、制冷是建筑能耗的主要部分，降低這部分能耗將對節(jié)能起著重要的作用。具體措施有：在空調(diào)系統(tǒng)中，采用大溫差小流量、變溫差、變流量等技術(shù)減少水路、風(fēng)路系統(tǒng)的容量，降低水泵、風(fēng)機的功率，降低能耗；在系統(tǒng)運行時，根據(jù)實際產(chǎn)生的負荷對機組的冷（熱）量、循環(huán)管路的水流量及送風(fēng)量進行調(diào)整等。此外，合理設(shè)計照明回路、減少不必要的照明負荷，采用高效節(jié)能的光源和燈具、制定合理的節(jié)能控制策略、加強運行管理。

3.改善城市熱島效應(yīng)降低建筑能耗

前面分析得出太陽輻射也是產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)的主要原因之一。因此可以通過減少太陽輻射的影響來減少城市熱島效應(yīng)以及減少建筑能耗。目前常用的方法是將太陽能轉(zhuǎn)化為其他可利用形式的能源：

3.1太陽能熱水器

太陽能熱水器是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能將水從低溫加熱到高溫的產(chǎn)品，是太陽能利用中技術(shù)較簡單、應(yīng)用最廣泛的設(shè)備。使用太陽能熱水器減少了煤、石油、電等常規(guī)能源的消耗從一定程度上緩解了我國能源的緊迫現(xiàn)狀，而且太陽能屬于清潔能源使用之后不會污染環(huán)境。但太陽能熱水器的使用受氣候環(huán)境影響因素大在陰雨天氣里太陽能熱水器利用率低。

3.2太陽能吸收式制冷空調(diào)

太陽能空調(diào)一種只用太陽能，即可夏天制涼冬季取暖的空調(diào)。其工作原理是：

在集熱器中，利用太陽輻射將水加熱，為制冷機組發(fā)生器提供所需的熱量，從而保證系統(tǒng)正常運行，產(chǎn)生制冷的效果。與常規(guī)空調(diào)相比，太陽能吸附式空調(diào)具有以下三大優(yōu)點：

（1）季節(jié)適應(yīng)性好：夏季，太陽輻射越強，人們的空調(diào)的需求越高，而此時系統(tǒng)的制冷效率也將達到最高。

（2）經(jīng)濟有效：可同時提供夏季制冷、冬季采暖以及熱水供應(yīng)，一機三用，能源利用率高，經(jīng)濟性能顯著；

（3）環(huán)境效益顯著：系統(tǒng)的運行不消耗傳統(tǒng)的化石能源，不向外界排放廢水、廢氣和廢渣，且所使用的制冷劑對臭氧層無破壞作用。

3.3太陽能發(fā)電技術(shù)

根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式的不同，太陽能發(fā)電可分為光熱和光伏兩種形式。太陽能光熱發(fā)電是利用反射鏡聚焦的方式將太陽直射光聚集起來，加熱水產(chǎn)生蒸汽，蒸汽驅(qū)動汽輪機發(fā)電。根據(jù)光生伏特效應(yīng)，將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電形式稱為光伏發(fā)電。太陽能光伏發(fā)電的產(chǎn)銷量、發(fā)展速度及應(yīng)用前景都優(yōu)于光熱發(fā)電，待其成本降低后，幾乎可用于任何需要電能的場所。

4.結(jié)語

根據(jù)不同建筑的功能與特點，可選用多種節(jié)能技術(shù)綜合應(yīng)用，既能減少建筑本身的能源消耗，又能減少太陽輻射對城市熱島的影響，從而大達到緩解城市熱島現(xiàn)效應(yīng)和降低建筑能源消耗的雙重目的。

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作者簡介：王琳（1984-），女，河南洛陽人，碩士，助教，河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院，從事建筑節(jié)能與室內(nèi)熱環(huán)境方面研究。