我国建筑耗能状况及有效的节能途径

本文摘抄自:江亿.我国建筑耗能状况及有效的节能途径[J].暖通空调,2005(05):30-40. 本文仅筛选摘取部分原文,不代表原著完整内容。

根据能源界的研究和实践,普遍认为建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式,是缓解能源紧张、解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一。

我国城镇民用建筑能源消耗按其性质可分为如下几类:[1]

a)北方地区供暖能耗,此项能耗约占民用建筑总能耗的56% ~58%;

b)除供暖外的住宅能耗(照明、炊事、生活热水、家电、空调),约占民用建筑总能耗的18% ~ 20%;

c)除供暖外的一般性非住宅民用建筑(办公室、中小型商店、学校等)能耗,主要是照明、空调和办公室电器等,约占民用建筑总能耗的14% ~ 16%;

d)大型公共建筑(高档写字楼、星级酒店、大型购物中心等)能耗,此部分建筑能耗占民用建筑总能耗的12% ~14%。

我国建筑节能的重点应为:建筑围护结构的节能、建筑供暖系统的节能、灯具和其他电器效率的提高、新建大型公共建筑的节能、既有大型公共建筑的节能改造。

建筑节能可能的技术创新和我国应重点发展的领域:

1、优化建筑设计

建筑造型及围护结构形式对建筑物性能有决定性影响。直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平等。而这三方面涉及的内容将构成70% 以上的建筑供暖通风空调能耗。

目前的问题是如何进一步发展推广DeST 软件,将其与国家的各个建筑节能规范与标准相结合,以其作为工具,推动建筑节能标准的全面落实。并开展基于这一模拟分析工具的建筑节能优化设计方法研究,同时不断完善这一工具,逐渐发展出完整的建筑节能优化方法,在建筑设计和改造中全面推广。

2、新型建筑围护结构材料和部品

开发新的建筑围护结构部件,以更好地满足保温、隔热、透光、通风等各种需求,甚至可根据变化了的外界条件随时改变其物理性能,达到维护室内良好的物理环境同时降低能源消耗的目的。这是实现建筑节能的基础技术和必需产品。

主要涉及的产品有:外墙保温和隔热、屋顶保温与隔热、热物理性能优异的外窗和玻璃幕墙、智能外遮阳装置以及基于相变材料的蓄热型围护结构和基于高分子吸湿材料的调湿型内饰面材料。

3、通风装置与排风热回收装置

随着外窗的气密性不断提高,关闭外窗后所能产生的室内外换气量已不能满足室内空气质量的要求。然而目前大多数外窗都无法控制开窗通风量,开启一扇窗所导致的通风换气量远大于维持室内空气质量所要求的换气量。这就造成冬季供暖的热损失。

在欧洲就非常重视室内的受控通风。可在窗台下设专门的可调式通风窗,可采用上翻式外窗调节通风量,还可在外窗上专门开设用于通风的小窗。就排风热回收而言,国内目前已研制成功蜂窝状铝膜式、热管式等显热回收器,以及可同时解决夏季全热回收的纸质和高分子膜式透湿型全热回收器。

通过专门装置有组织地进行通风换气,同时在需要的时候有效地回收排风中的热量或冷量,对降低这类建筑的能耗就具有重要意义。显热热回收装置回收效率达到70% 时,就可以使供暖能耗降低40% ~ 50% 。

4、热泵技术

通过热泵技术从低温热源中取热,提升其温度后,为建筑物提供热量,解决供暖和生活热水的热量供应,是直接燃烧一次能源而获取热量的主要替代方式。

直接电热相当于燃煤供热效率为30% ,无论如何不应推广。采用热泵技术,只要其电热转换效率大于3,就应是最节省一次能源的产热方式。因此当推广冬季用电供暖时,应该着重推广热泵方式。由于热泵在夏天又可用作空调制冷,随着空调的大范围应用,就使得采用热泵并不比直接燃烧燃料方式增加一次投资。

热泵方式的主要问题是从哪种低温热源中取热,怎样使低温热源能够提供足够的热量,同时热泵又能高效提取。依低温热源不同,主要有如下形式:1)热泵型家庭热水机组、2)空气源热泵、3)地下水水源热泵、4)污水水源热泵、5)地下埋管式土壤源热泵

5、降低输配系统能源消耗的技术

与住宅和一般性非住宅建筑不同,大型公共建筑供暖空调电力消耗中,60% ~ 70% 由输送和分配冷量热量的风机水泵所消耗。这是导致此类建筑能源消耗过高的主要原因之一。对大规模集中供热系统,负责输配热量的各级水泵的能源消耗也在供热系统运行成本中占很大比例。目前建筑系统中风机水泵的电力消耗(包括集中供热系统水泵电耗)占我国城镇建筑运行电耗的10% 以上,而这部分电耗有可能降低60% ~ 70% ,因此也应是建筑节能的重点,尤其是大型公共建筑节能的主要途径。

6、温度湿度独立控制的空调系统

目前集中空调都使用出口温度为5~ 7 ℃或更低的冷水作为冷媒,对空气进行处理,这是因为空气除湿的需要。而如果仅为了降温,采用出口温度为18~ 20 ℃ 的冷源都可满足要求。然而一般除湿负荷仅占空调负荷的30% ~50% 。结果大量的显热负荷也用这样的低温冷媒处理,就导致冷源效率低下。

近年来此领域的一个重要方向就是采用温度湿度独立控制的空调方式。将室外新风除湿后送入室内,可用于消除室内产湿,并满足新鲜空气要求;而用独立的水系统使18~ 20的冷水循环,通过辐射或对流型末端来消除室内显热。这一方面可避免采用冷凝式除湿时为了调节相对湿度进行再热而导致的冷热抵消,还可用高温冷源吸收显热,使冷源效率大幅度提高。同时这种方式还可有效改善室内空气质量,因此被普遍认为是未来的主流空调方式。目前世界各国都积极开展大量的相关研究和工程尝试。

7、大型公共建筑的节能控制调节

大型公共建筑安装有建筑自动化系统,对各种用能对象进行检测和控制。但是,90% 的自动化系统都不能有效地对耗能系统,尤其是供暖空调系统进行自动调节,从而不能实现节能效果。在上世纪80 年代,此现象可解释为担心传感器不可靠造成的误动作。但现在传感器和计算机网络技术的发展已可以充分实现其可靠性,这一现象的原因就不能再从硬件可靠性上去找。实际的问题是缺少有效的可操作的协调级控制策略。

需要全面了解系统各设备运行状态,识别建筑物的实际需求,又不能过度依赖于预知各种设备与系统的特性。优化控制的实现,至少可达到15% ~ 20% 的节能效果。

8、建筑热电冷三联供系统

当天然气为城市中主要的一次能源时,与简单的直接燃烧方式相比,采用动力装置先由燃气发电,再用发电后的余热向建筑供热或作为空调制冷的动力,可获得更高的燃料利用率。这就是所谓热电冷三联供(BCHP:building combined heating & power generation)。

这种方式通过让大型建筑自行发电,解决了大部分用电负荷,提高了用电的可靠性,同时还降低了输配电网的输配电负荷,并减少了长途输电的输电损失(在我国此损失约为输电量的8% ~10% )。

BCHP为大型公共建筑能源供应提供一种整体解决方案。通过天然气发电替代使用电网电力,其余热又可解决建筑供冷供热问题。当解决好电热冷的负荷匹配时,与直接利用电网电力相比,这种方式可节约一次能源20% ~30% 。

9、燃煤燃气联合供热与末端调峰

可以利用大型集中供热网,以燃煤作为燃料,提供供暖的基础负荷,整个供热季稳定运行。在末端采用天然气为燃料的小型调峰锅炉根据负荷需求补充不足的热量。天然气调峰锅炉可根据各自的末端状况及时准确地调节,避免调节不当造成的浪费,燃煤热源又可稳定运行,保证清洁与高效。

这种方式应是今后北方地区大中城市燃煤燃气共同构成一次能源时应首先采取的供热方式。这种方式的引入,由于改善了调节,并提高了集中热源的效率,可以使集中供热系统的能耗降低20% ~ 30% 。

10、节能灯和节能灯具

由于照明用电为建筑物用电量的30% ~ 60% ,因此节约照明用电对建筑节能有重大意义。降低照明用电的途径包括:发展高效光源(如LED光源)、采用高效灯具、改进照明控制(如采用照度传感器对光源进行连续调节)。

参考资料:
[1] 江亿.我国建筑耗能状况及有效的节能途径[J].暖通空调,2005(05):30-40.

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评论  

0 #1 暖通妹 2019-10-25 23:05
10多年后再次拜读江亿院士的文章,还是没有过时,江院士当年提出的方向,依旧是现在暖通行业的研究热点 :sad: :P
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