基于技术集成理论的建筑节能技术路线研究
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作者: 李 进
从全国范围来看,我国建筑节能的总体水平与发达国家之间还存在着较大差距。而我国目前正处在建设的高峰时期,要实现2020年单位GDP温室气体排放比2005 年下降40―45%的控制目标,就必须要在现有建筑节能工作成效的基础之上,针对建筑节能发展的主要问题和障碍,坚持依靠技术创新和管理创新,推动节能减排工作进一步取得实质性和系统性的进展。为此,本文通过运用技术集成的理论,对建筑节能技术路线进行系统地分析和研究,并提出实现建筑节能技术路线集成创新的可行途径。
一、技术集成理论
(一)技术集成的基本概念
技术集成是一种普遍的、长期的、重要的技术管理和生产组织方式,是人类对产品的多样化需求以及技术日益复杂的必然产物。美国哈佛商学院的Marco Iansiti教授认为,技术集成是对那些在研究阶段被开发出的、并将在开发阶段中被采用的一系列技术的研究、评价和精炼过程,是一种更有效的创新管理方法和规程。
现有对技术集成的研究大体有两条主线,一条是技术主线,即把技术集成看作是产品开发的技术路线,是对现有技术的整合过程,这方面的研究被称为技术集成在技术层次上的研究;另一条是管理主线,即把技术集成看作是一种技术管理和生产组织方式,通过研究管理变革以达到适应和促进集成开发方式的目的,这方面的研究被称为技术集成在管理层次上的研究。
上述两个层次构成了现有技术集成的理论体系。技术层次是基础,对技术集成的研究正是从这个层次开始的;管理层次随着对技术集成认识的深入而逐渐扩展到市场、组织、管理等各个方面,从而丰富了技术集成理论。与这两个层次相对应的分别是狭义和广义的技术集成。
(二)技术集成与系统论
技术集成是典型的系统集成,基于系统观的技术集成以系统要素之间的联系作为依据,将技术集成中涉及的知识分为三类:元件知识、建构知识、接口知识,而以知识为视角的技术集成创新理论正是技术集成研究的基础和特色。
技术集成的路径包含逻辑维和知识维两个维度。逻辑维表示技术集成由系统建构和系统集成两个阶段的工作组成,并且它们之间存在着先后关系,系统建构先于系统集成;知识维表示技术集成过程中不同阶段主要涉及到的知识,在系统建构阶段涉及到的知识主要是元件知识和建构知识,在系统集成阶段所用到的知识主要是接口知识。
由于系统是普遍存在的,而技术集成是典型的建立新系统的过程,因此包括知识划分和实现路径等在内的技术集成理论也具有普遍性。不论在哪个行业,不管是否意识到,运用技术集成理论都将实现系统性的创新,不同的只是所对应的具体知识内容有所不同。
二、建筑节能技术路线集成的必然趋势
(一)技术要素不断丰富
随着我国经济社会的不断发展,建筑节能的技术要素也在不断地丰富。一方面,技术层次的实体要素不断取得创新和突破;另一方面,管理层次的软体要素也在逐步发展和完善。同时,在过去大量的研究工作中,我们往往对技术层次的要素研究得比较多,而对管理层次的要素研究得比较少。对前者的研究主要是由建筑技术领域的科研人员完成,对后者的研究则主要是由政府管理部门和管理类研究人员完成,两个研究部分的衔接与整合也并不理想。即便是采用了较为综合的专业委员会形式,但在系统性整合方面也未取得理想的进展。因此,基于更精细化节能目标驱动下的技术路线集成就是技术要素发展的必然要求。
(二)路线交叉不断密集
随着我国建筑节能工作的持续推进和不断深入,节能技术路线之间的交叉正在不断密集。面对日益复杂的建筑功能和日益庞大的能耗需求,单一的建筑节能技术路线难以有效控制建筑能耗,而只有依靠多种技术路线的紧密衔接与配合才能取得进一步的节能成效。以往我们对建筑节能技术系统的研究较多的是关注单个的、具体的技术途径,较少关注这些技术途径之间的联系方式和结构关系,这限制了系统要素和的贡献的增加(某些情况下甚至会出现减少),而仅仅停留在了系统各个要素贡献的简单总和。
(三)应用导向不断增强
技术研究的根本目的是为了推动社会进步和生产发展,因此只有将建筑节能的理论研究与实际应用紧密结合起来,建筑节能的技术研发才具有真正意义上的科学价值。同时,建筑节能的具体实践需要以实际应用为导向的技术集成研究,建筑节能工作是在具体目标引领下的具体实践,这一实践也包含了大量的创新,离开了实际应用作为创新的导向,势必严重制约建筑节能的技术开发与管理发展。由于建筑节能所要面对的是一个极为庞大且又需要实际应用的技术系统。因此,建筑节能技术集成是实现以应用为导向的技术研发的必然途径。
三、建筑节能技术路线集成的基本模型
(一)要素组成
从要素组成(元件知识)来看,建筑节能技术系统包括单纯意义上(狭义)与节能相关的建筑设计技术(如朝向的选择、体形系数的控制、窗墙比的设定、采光与通风的考虑等)、建筑物理技术(保温、隔热等)、建筑构造技术(构造节点设计等)、建筑设备技术(机械通风、自动控制等)、建筑施工技术(材料选用、安装方法等)等技术层次要素,也包括广泛意义上(广义)与节能相关的节能标准、研发体系、法规保障、政策激励、市场监管、教育推广等管理层次要素。这里讨论的建筑节能技术路线的集成属于广义的技术集成研究,即在进行技术层次研究的基础上扩展到管理层次的综合性研究。
(二)结构关系
从结构关系(建构与接口)来看,系统各个组成部分与组成部分之间、组成部分与系统之间、组成部分内在各子要素之间都存在着相互联系和制约的关系:如良好的自然采光设计有利于减少照明能耗,但带来较多的辐射热能,从而增加空调能耗;还有方案设计与实际施工的衔接问题、审批管理与检测验收的对应问题以及政策激励与市场培育问题等等。因此,不同的结构方式使得系统的整体效能大不相同,科学合理的系统内在联系方式将使得系统的总体效能大于各个组成部分效能的简单相加。
(三)系统功能性
从系统的功能性来看,系统在与其外部环境进行相互联系和相互作用的过程中表现出系统的性质、能力和目的,建筑节能技术系统最基本的功能性(目的)是在不损失使用舒适度的前提下降低能耗和提高能效。例如,为了减少空调的能耗,曾经出现过整个建筑形态极为封闭的设计倾向,由于大幅减少了外窗的面积,因此有效控制了建筑空调的能耗。但是,随之而来的是建筑使用者中出现了大量的“空调综合症”,最终使得建筑节能技术系统的整体功能性受到了破坏。建筑是人类的空间艺术,节能技术不能以损失空间的基本使用和艺术享受为代价来减少能耗,这就如同不能以增加建筑能耗作为享受空间艺术的代价一样。
四、建筑节能技术路线集成的实现途径
(一)要素集成途径
1、加强技术层次研发平台的集成与创新
应通过搭建节能技术的科研平台和整合社会资源,加大科研投入和集成技术创新,结合高新技术和先进实用技术的研发,围绕建筑节能应用的技术难题,组织开展技术攻关和试点示范,加快成熟先进技术推广应用。例如开展既有民用建筑节能改造适用技术集成、建筑高效用能设备智能和能效优化控制管理系统、太阳能与建筑一体化应用技术、可再生能源与建筑结合应用技术集成、建筑能耗统计分析研究与建筑能耗模拟计算及分析评估软件研究等。
2、加强管理层次法规保障与技术标准的完善
在法规保障方面,要在不断完善建筑节能相关国家法规的基础上,进一步研究制定适合各区域特点的建筑节能政策法规体系,例如建立和完善建筑物能耗统计体系和方法,开展大型公共建筑能源审计等;在技术标准方面,要在深化建筑节能应用技术研究的基础上,进一步建立健全适合各区域气候特征、资源状况、技术经济发展水平的建筑节能标准化体系,例如配套完善相应的设计标准、应用规范、节点图集、设计软件、检测评估、施工验收、产品标准、工程造价及配套定额等内容。
(二)结构集成途径
1、技术层次与技术层次之间的集成
注重优化建筑方案、改进外围护、改进空调通风、加强可再生能源利用以及其他节能技术路线之间的相互联系与相互作用,注重统筹技术施工、材料应用及设备安装、监理检测等节能环节之间相互配合,并在此基础之上进一步密切城市规划、建筑设计、室内设计、景观设计、产品设计等专业领域之间的相互衔接。
2、技术层次与管理层次之间的集成
一是要加强技术研发与技术标准之间的紧密结合,例如对既有民用建筑节能改造适用技术集成等领域的技术研发所取得的技术成果应尽快通过试点实践逐步完善成为相应的技术标准;二是加强技术标准与法律规范之间的紧密结合,例如在既有民用建筑节能改造技术标准制定的基础上,建立必要的基础数据平台并进行进一步的分析和评价,进而在法律层面制定既有建筑节能改造与管理的相关政策;三是加强技术应用与市场培育之间的紧密结合,如鼓励采用合同能源管理模式和多渠道资金筹措方式,充分利用市场机制推进既有建筑节能改造等。
3、管理层次与管理层次之间的集成
管理层次本身也需要优化相互之间的联系和相互之间的作用,即对法律法规、组织保障、政府引导、市场培育等方面进行有效集成。一方面应当加强法律法规与组织保障之间的紧密结合,通过建立健全网络化的工作构架,使得建筑节能的法律法规在实施与执行过程中能够得到足够的机制条件和组织保障;另一方面加强政府引导与市场培育之间的紧密结合,通过研究制定建筑节能激励政策、培育发展建筑节能服务市场、配套完善财政资金支持、鼓励合同能源管理创新等措施,不断探索管理层次结构关系的再优化。
(三)功能性集成途径
1、强化系统运行的过程控制
系统运行效率的提高有利于系统整体功能性的提升,就建筑节能技术路线的系统整体而言,加强节能技术路线系统运行过程的监督管理有利于建筑节能整体目标的增值实现和实施成本的相对降低。就具体工作而言,应当依据有关法规要求,依托建筑业项目管理流程,依法实施审查、监督与处置,构建多层次、多方位、属地化、网格化的建筑节能监管网络,加大建筑节能执法监管力度,使建筑节能推进形成依法管理的科学构架,确保建筑节能法规、标准、规划的全面实施。
2、优化系统外部的生态环境
建筑所处的基本外部环境是自然生态系统,自然生态系统的优劣是开展建筑节能工作的基本前提和客观条件,很难想象在自然环境极端恶劣、生态系统濒临崩溃的条件下,建筑节能能够取得良好的成效。以大型城市为例,大型城市建筑节能系统外部生态环境的关键问题是城市热岛效应,城区气温明显高于郊区,白天热岛效应强于夜间,无风条件下热岛效应强于有风条件。针对这些问题,就需要不断优化城乡结构,控制城市规模,保持足够的城市区域蒸发面积,加强市区范围内自然通风的引导与控制,降低城市热岛效应,并注重改善城市整体的水、气、声、光、热、绿化、能源等系统的生态运行状况,推动建筑节能工作在原有系统效能的基础上进一步发挥出更大的作用。
3、促进系统自身完善的可持续
相关的教育、培训与宣传等工作有利于系统自身完善的可持续,也是促进系统整体功能性提升的重要途径之一。具体包括加强建筑节能知识宣传与普及,强调建筑节能与健康舒适相结合的社会导向,树立人均建筑能耗的观念;加强建筑节能专业技术的教育培训,可在学校范围内开设相关课程,还应在执业管理中强化节能技术要求,并注重在建筑设计、建筑施工、材料供应、设备安装、装饰工程、咨询服务等领域提倡节能产品和节能指导及节能服务,引导市场节能型消费;加强节能政策和法规的宣传与教育,同时不断促进符合各区域特征的新型建筑节能技术的研究与推广,并开展有关节能标准的检测、评估、认定与标识工作。
五、展望
从时间维来看,分为新建建筑节能和既有建筑节能,与此对应的是增量控制和存量挖潜。由于节能改造涉及众多管理部门且相应投入的节能改造经费有限以及当前能源市场价格机制不合理等因素,因此对既有建筑节能改造需要进一步加强以管理为主线的建筑节能技术集成研究。从类型维来看,分为居住建筑节能和公共建筑节能。公共建筑节能技术的集成应将重点放在转变能源消费方式、促进公共建筑转型等方面。同时,基于“部分时间、部分空间”的居住建筑能源消费方式和太阳能一体化技术路线也应在居住建筑节能技术的集成中予以重点研究和应用。而从更广泛的意义上来看,建筑节能技术路线的集成创新也必将成为绿色建筑发展和低碳社会建设的重要有机组成和科学实现途径。
(基金项目:本文系2010年上海市建设行业重大研究课题“城乡一体化节能减排集成研究”阶段性成果)
(李进,1976年生,湖北黄冈人,上海城市管理职业技术学院建筑与环境研究中心主任、园林与环境学院院长、副教授)
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