《建築節能規範研討會》論文,1997年12月2至4日,香港,香港工程師學會主辦

建築節能標準的宏觀分析
許俊民
網址:http://arch.hku.hk/~cmhui
電郵:cmhui@hku.hk 
張國斌
網址:http://arch.hku.hk/~kpcheung
電郵:kpcheuna@hku.hk

香港大學建築系


 
提要: 針對中國的情況,宏觀地分析建築節能標準的法規體制、類別和模式,討論節能標準在氣候因素、社會經濟發展和建築業發展方面的特色。

關鍵詞: 建築節能標準,建築節能規範,宏觀分析


 
目錄
1. 前言
1.1 建築節能的必要性
1.2 開拓建築節能的問題
2. 建築節能標準的系統
2.1 節約能源的法規體制
2.2 建築節能標準的類別
2.3 建築節能標準的模式
3. 建築節能標準的特性
3.1 氣候的因素
3.2 社會經濟的發展
3.3 建築行業的發展
4. 總結
參考文獻
圖表 
表1   中國現行之建築節能設計標準
表2   加拿大與美國之建築節能規範

 
1. 前言
        自從世界性能源危機以來,建築節能已經成為建築設計中一個新的制約因素。 節約能源是一項重要的能源政策,也是治理污染、保護環境的重要途徑。 當今許多國家都認為,節能與環境保護以及經濟發展有著密切關係,是建立可持續發展的一個有機組成部分。

        中國現今的能源政策方針是“能源開發與節約並重,把節約放在優先地位”[1]。 我國要在本世紀末實現工農業總產值翻兩番,一半要靠節能來實現,所以,節能工作越來越顯得重要。 隨著經濟發展和人民生活改善,再加上新建築建設快速增多,國內建築耗能的增長非常迅速,能源供應緊張已嚴重制約了經濟建設和人民生活水平的進一步提高,建築節能成為一項長期而緊迫的任務[2]

1.1 建築節能的必要性

        建築節能是整體節能工作中的大戶,無論是發達國家或是發展中國家,建築能耗在總能耗中所佔的比重都很大,約為25%至40%。 因此,世界各國都把建築節能列為節能工作的重點。 建築耗能過多不單浪費資源,而且間接帶來溫室效應、氣候變化等不利影響,嚴重威脅社會以至全球的可持續發展,所以必須得到正視和控制。

        中國目前的建築能源利用效率偏低,建築節能潛力很大,開展建築節能,對於促進國民經濟持續健康發展和社會全面進步具有十分重要的意義[2]。 加強建築節能不單可以減輕大氣污染、保障社會經濟發展,而且更可藉此改善建築熱環境、提高室內熱舒適性[3]。 預計我國未來的建築面積和建設將會不斷增加,而國家現今的建築節能目標是要在“九五”達到建築節能50%,總的政策方針是[4]:“以改善居住環境、提高建築功能為中心,以節約能源為目標,以開發節能產業為依托,以加強管理手段,依靠科技,全面深入地推進建築節能工作。” 從這些方針和趨勢,我們可以體會得到中國在這方面的未來發展方向。


1.2 開拓建築節能的問題

        建築節能涉及的範圍很廣泛,需要從多方面入手處理,把政策、技術和管理都認真搞好。 雖然中國的建築節能標準已進入實施階段,但是,與世界發達國家相比,還有相當大的差距[4]。 目前存在的主要問題包括:

(一) 建築節能技術水平低,技術標準不夠健全。
(二) 建築節能標準的要求偏低,設備效率不高,以致能源浪費嚴重。
(三) 節能建築和節能材料、產品的開發和應用比較緩慢。
(四) 節能意識有待加強,知識水平有待提高。
(五) 經濟政策的引導力度不足,建築節能投資缺乏穩定的來源。
(六) 缺乏對建築節能的監管體制。

        由於建築節能很多時會增加一次性基建工程造價,而且需要多費心思去分析和設計,所以在商業角度上不容易被採用。 事實上,單靠市場主導是不能實現節能目標的,因此,需要運用節能標準和其他手段去促進建築節能。 要有效實現建築節能,必須明白政府引導推動和市場機制對資源優化配置的關係。 制定建築節能標準和法規是十分重要的環節,很多國家對此十分重視,而所取得的效果亦非常明顯[3,5]

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2. 建築節能標準的系統
        建築節能標準和規範能夠起促進和示範的作用,使節能工作得到重視,節能科技得到充分應用和發展[6]。 分析建築節能標準首先要從法規體制與標準類別、模式入手。

2.1 節約能源的法規體制

        節能工作的開展需要強而有力的法律規範[7]。 法制建設起重大的監督和指導作用,對節能工作的意義重大,所以,一部有較高權威性的國家節能法律往往是發展節能工作的基石。 例如美國的《能源政策法1992》加拿大的《節約能源法》日本的《能源使用合理化法律》等,都是國家級節能法律的表表者。 由於國家不同,法律的類型不同,各種能源法律的具體表現形式也不一樣[8]。 但是,總體的精神不礙乎通過法律調整,促進社會合理開發利用能源,降低能源消耗,提高經濟效益。

        我國的能源法律體系比較複雜,形式多種多樣,當中包含各類型的國家能源法律、地方法規和部門規章等等,涉及煤、炭、石油、天然氣、電力、核能、農村能源和可再生能源等各種能源的勘探、開發生產、供應和節約能源等方面。 目前,我國的能源法律、法規尚不完備。 從法律形式上來看,大量是國務院制定和頒布的行政法規和規範性文件,還有一部分是國務院所屬各部、各委員會依法發布的命令、指示和規章,還沒有完整的能源法律體系。 相信要等待籌備已久的《節能法》出台,才有較為完整的基本節能法律體系。

        在建築節能方面,國務院於1986年頒布的《節約能源管理暫行條例》是這些工作最重要的指導文件,當中第35條是這樣的:「建築物設計,在保証室內合理生活環境的前提下,應當採取妥當確定建築體型和朝向、改進圍護結構、選擇低耗能設施以及充分利用自然光源等綜合措施,減少照明、採暖和制冷的能耗。」 建設部近年頒布的《建築節能“九五”計劃和2010年規劃》則列出了目前建築節能的基本目標[3]。 要貫徹落實這些基本原則,必須有其他配套法規和標準,以提供節能規定、指標、設計和技術指引。 這便是各種建築節能標準的根本由來。


2.2 建築節能標準的類別

        建築節能標準是多種類型的,而且會因應不同地方、社會和環境產生出本身的特色來。 建築用能的範圍,國內、外有不同的理解,國內過去較多說法是,包括建築材料生產、建築施工和建築物使用幾個方面的能耗,所以跨越了工業生產和民用生活的不同領域[9]。 西方國家的建築能耗則一般是指建築使用的能耗,其中包括採暖、空調、照明、熱水供應、家用電氣、炊事等方面的能耗。 常見的建築節能設計標準可以按建築功能作分類,例如住宅、商業樓宇、旅館或酒店、工業建築等等。 有些國家也分開公共(或政府)建築以及民用建築兩大類。 目前大多數建築節能標準是針對新建建築的,而專為現有或既有建築編寫的節能標準比較少。 表1是中國現行之兩本建築節能設計標準的目次[10,11]表2是加拿大與美國之建築節能規範的目次[12,13],從比較它們的內容和涵蓋面,我們可以知道彼此的差異。 它們的應用範圍不一樣,手法亦有明顯分別,加拿大和美國的規範技術比較先進,節能要求比較高,考慮層面亦較廣(例如包括照明、電力在內),並且提供了不同的途徑給設計者去證明符合節能要求。
表1   中國現行之建築節能設計標準
旅游旅館建築熱工與空氣調節節能設計標準 GB 50189-93 [10] 民用建築節能設計標準 (採暖居住建築部分) JGJ 26-95 [11]
1.  總則
2.  術語
3.  基本規定
4.  建築圍護結構
5.  空調
6.  監測與計量
1.  總則
2.  術語、符號
3.  建築物耗熱量指標和採暖耗煤量指標
4.  建築熱工設計
5.  採暖設計
表2   加拿大與美國之建築節能規範
1997加拿大標準國家建築節能規範 [12] ASHRAE商業及高層住宅建築節能規範 [13]
1.  範圍與定義
2.  基本要求
3.  建築圍護結構
4.  照明
5.  暖通空調
6.  熱水供應系統
7.  電力
8.  建築能效遵從
1.  行政與實施
2.  定義
3.  設計條件
4.  建築設計要求 
- 電力系統及設施 
- 照明系統及設施 
- 建築圍護結構 
- 建築機械系統及設施 
- 建築設備系統及設施
5.  參考標準
        嚴格來說,影響建築節能的法規和標準並不局限於建築設計,其實也包括其他相關連的條例,例如節能產品和建材的檢測標準、設備和電器效率的驗證標準、節能管理法規和政策、以及節能貸款計劃的法規等。 因為節能研究需要結合能源、環境、經濟和社會等不同領域的學科知識,所以建築節能的總體宏觀控制一般會涉及多個政府部門,例如國家計委、國家經貿委、國家科委、建設部、建材總局、稅務局等等。 要達到最佳的節能成果,需要部門彼此互相協調和共同合作;成立專門的節能機構也可以集中力量來統籌有關工作。


2.3 建築節能標準的模式

        建築節能標準通常包含不少技術上的規定和細節,假使要把規範中的條文法律化,可能要在結構、用詞和條款內容方面作適當考究和簡化,使之具有法律地位和效力。 想達到既有法律約束力,又是技術指導文件,其實並不容易,也要多花時間去完成草擬和立法的工作。 有些人在討論強制性和非強制性的節能標準時,也曾提出自願性的節能規範有時會比較靈活和富彈性,可以首先被訂立下來 (日後可以再把它修改和法律化)。
        制定建築節能標準的基本目的是為了保證“最低的”節能要求,達到全面節約能源的目標。 可是,節能標準更高層次的精神,其實是要鼓勵更佳的節能效果,比“最低的”要求更勝一籌,以提高建築節能的技術水平。 很多時,一些建築節能標準,其意義在於提高節能意識和關注方面,往往比實現最低要求的節能作用為大[6]。 分析建築節能標準的效能,不單要從它的科學性和經濟合理性去比較,也應考慮客觀的社會因素和前瞻性。
        現今建築節能標準有兩大特質: 規限性的(Prescriptive)手法和效益為本的(Performance-based)手法[10]。 規限性的手法設定每個單元的節能要求,例如外牆最大傳熱系數和設備最少能效比率等等。 效益為本的手法則按能耗性能指標控制,並無規定用什麼方法和材料去達成,所以建築師能夠有較大的自由度去發揮,突破規限性規定的約束。 通常,早期和現今許多建築節能標準是規限性比較大的,因為實施起來較為簡單、容易。 一些先進國家為追求設計自由和更高節能效果,都傾向發展效益為本的標準,例如美國、加拿大和紐西蘭[6]。 通過全面的節能效益探討,可以鼓勵創新、靈活和具綜合效能的建築設計。 推行這些標準最大的困難就是節能判別比較複雜和不易掌握。
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3. 建築節能標準的特性
了解建築節能標準的特性,可以幫助掌握適合當地環境的規範,以及有計劃地開展節能工作、提高建築技術。

3.1 氣候的因素

        建築能源消耗與其外部的陽光、溫度、風等自然環境有直接關係,建築節能的具體方法會根據各地區的不同氣候條件而有所區別。 節能建築的基本原則就是要充分利用當地的氣候資源和自然因素,以提供室內合理、舒適的生活環境。 氣候區域的劃分以及它對建築設計的影響是建築節能標準的首要部分。 現今的建築節能標準一般會就本身不同的氣候區或地區,作出不同程度的規限性規定和節能指標規定,確定節能處理的一般指導原則。 我國建築節能的氣候分區是根據建築熱工設計的分區而定,主要涉及冬季保溫和夏季隔熱的需求[15]。 目前全國劃分成五個區,即嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖和溫和地區。 要制定有效的建築節能規定,首先要分析和了解本身氣候的特點和規律性[16]。 氣候分界線並非硬性的系統選擇和設計原則,要具備靈活性,否則人們只會陽奉陰違。 研究建築氣候的特性和分析氣象參數資料,對於改進節能標準、建立具地方特色的規範會有很大幫助。
3.2 社會經濟的發展
        能源需求與社會經濟發展有直接關係,而能源消費結構往往會被用來決定建築節能的方針。 建築節能標準的制定通常會優先處理社會上較為重要的耗能部分,所以從節能標準的發展可以反映當地經濟、生活和建築技術的演變。 從一個國家的角度看,節能標準和政策必須配合整體經濟發展和社會效益。 中國現正處於經濟體制轉軌的階段,需要轉變經濟增長方式,從高耗能、低效率的生產模式,轉移到以節約資源、增加效益為中心[1]。 由於經濟的發展,採暖範圍日益擴大,空調建築迅速增加,建築能耗增長的速度將遠高於能源生產增長的速度。 我國的建築能耗增長十分快,建築節能潛力亦很大[17],可以提供有利經濟轉移和發展的機會,因此,建築節能標準的制定工作有必要加快和完善。

        建築節能具有很強的地方性,各地區要結合本身實際條件和需要去制定有關的政策和管理規定,所以建築節能標準在實施時,會按本身地區的情況作修改,變化成適合當地的節能規範。 例如美國每個州都會依據國家能源法律的要求,建立本身的建築節能規範[18]。 在美國,每個州制定本身的規範時,通常會參考一些標準形式的建築節能規範,例如ASHRAE[13]、BOCA[19]和CABO[20]。 但是,也有一些州政府更加進取,自己研究和發展技術更高的建築節能規範,例如加州和佛羅里達州。 這種標準形式、地方法規的做法對於幅員遼闊的國家,可能比全國統一標準較為有效,因為每個地方都有本身獨特的節能問題。 目前,香港特別行政區和中國內地的關係比較微妙,彼此擁有自己的建築節能法規和標準[6],但是長遠發展下去,相互協調和理解是十分重要的。


3.3 建築行業的發展

        建築業會隨著社會經濟現代化和城市化的趨勢而加速發展。 城市化和城鎮建設的速度加快,再加上人們對室內熱環境的要求提高,使城市能源消耗(包括生活、商業和市政公共設施之用能)急劇增長。 如果把農村能源的問題分開處理,建築節能的重點通常在以下幾方面: 建築圍護結構、暖通空調系統、照明系統、熱水供應系統、供電系統、炊事用能。 當中冬季採暖供熱和夏季空調制冷的能耗是最重要的。 建築保溫標準(Thermal insulation standard)可以說是建築節能標準的鼻祖,但是隨著建築技術進步和複雜起來,建築節能已不單純是保溫的問題了。建築節能的趨向,使建築業的技術、產品和組織結構產生種種變化,而且不斷更新[3]。 建築節能標準也需要順應科技發展,改進內容、手法和規定,以配合世界潮流和社會需要。

        中國內地現行的建築節能標準主要針對居住建築的供熱採暖[11]。 我國居住建築圍護結構保溫水平低、熱環境差、採暖耗能大的狀況普遍存在,而且以煤炭為主的低熱效率供熱方式,目前仍佔主導地位,造成嚴重的大氣污染,所以住宅節能是我國首先著手解決的問題[3]。 這跟香港的情況比較起來有十分大的差異。 香港現行和正在草擬的建築節能規範是從商業樓宇和酒店入手[6],控制高層建築的空調制冷和各類建築設備的能耗,這是符合社會上實際的需要,並且反映了南方和暖地區以及商業都市的建築特點。 目前香港節能標準的技術太單薄,也沒有足夠的驗證和測定,所以還需要好好改進和充實[21]

        隨著旅館建築、商業辦公樓、綜合建築和空調住宅的急速發展,“空調熱”在中國內地日較高漲,已經成為某些地區建築能耗激增的主要因素,在迅速發展的大城市形勢尤其嚴峻,譬如上海便是明顯的例子[22]。 空調制冷通常消耗大量電力,而且峰谷差很大,所以對供電網和系統造成很大壓力。 我國電力工業近年發展很快,但是電力供應仍很緊張,特別是東部沿海地區缺電更為嚴重。 能源和供電的缺口直接影響商業運營和人民生活,是不可忽視的問題,能源的供需矛盾越突出就更顯得空調節能的迫切性。 空調節能需要考慮的因素通常比較供熱採暖複雜,而且科技日新月異[23]。 西方先進國家的經驗指出,要有效處理空調節能,建築節能標準的複雜程度會越來越高,並且需要綜合考慮其他各方面的因素,譬如照明系統、日光運用、內部設備能耗和太陽能系統等等。 對付峰谷差的耗電問題,有時也會運用蓄冷空調來移峰填谷以及高峰期節電控制措施等。

        建築節能標準未來發展趨勢,包括效益為本的手法、電腦軟件之應用、以及能效模擬技術[6],都是為了提高節能效率、加強規範的靈活性、鼓勵創新的建築節能設計。 要實踐這些目標,不單要制定先進的建築節能標準,而且更需要依賴有關建築人員的支持。 加強建築節能教育,對相關專業的建築師、工程師、規劃師以及管理者進行培訓,可以提高建築節能的科研和管理隊伍之水平[24]。 科技進步是實現建築節能的根本出路,建築節能標準應該被視作建築技術發展的催化劑,促使大家把可持續發展的意志轉化為具體行動。

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4. 總結
        建築節能涉及的範圍很廣,需要總體規劃和部署。 這裡從宏觀的角度分析了建築節能標準的系統和特性,希望可以幫助大家建立更深入的認識,掌握各方面的關係和意義。 建築節能對於節約資源、保護環境、社會發展有著重大意義,是實現廿一世紀可持續發展的重要環節。 為了推進建築節能事業的健康發展,建築節能標準和法規極待健全完善。 中國(包括香港特別行政區在內)的節能工作起步晚,且落後於世界水平,當務之急是研究和制定適合於本身環境和情況的建築節能標準,發揮宏觀調控的作用。 若要趕上國際先進的建築節能水平,似乎不得不大踏步地進行改革。 這方面的工作,有待大家進一步深入研究和探討。
 
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參考文獻
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