一.綜述
能源是社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎,是實現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平的先決條件。隨著社會的高速發(fā)展,能源問題越來越受到世界各國的高度重視。所為能源問題,就是指能源的開發(fā)和利用之間的平衡,或是生產(chǎn)和消費之間的平衡問題。解決能源問題的對策"開源節(jié)流",開源就是開發(fā)新的能源、節(jié)流就是節(jié)約能源的消耗。節(jié)能工作的指導思想是:采取技術上可行的,經(jīng)濟上節(jié)約和合理的,社會能接受的和環(huán)境所允許的一切措施來提高能源利用率。其基本途徑有四種:調(diào)節(jié)節(jié)能、管理節(jié)能、技術節(jié)能、回受節(jié)能。
能源消耗主要分三個方面:建筑能耗、工業(yè)生產(chǎn)和交通運輸部門。在這三方面消耗中,建筑環(huán)境耗能量占國家能源消耗總量的比例較大。建筑能耗通常是指建筑物使用過程中消耗的能源,主要包括采暖、空調(diào)、降溫、熱水供應、炊事、家用電器和照明等能耗。分為兩部分:(1)照明、家電及建筑輔助系統(tǒng)用電約占30%;(2)建筑供暖、空調(diào)、降溫及熱水供應約占70%。
我國建筑規(guī)模巨大。據(jù)有關部門統(tǒng)計,從1979年至1995年底為止,我國城鄉(xiāng)共建筑住宅建筑129億m2,其中,城鎮(zhèn)25.5億m2。農(nóng)村103.5億m2 。近幾年來,城鎮(zhèn)平均每年新建筑住宅建筑2億m2,農(nóng)村6億m2,其中約有一半為采暖住宅建筑。到1995年底為止,我國采暖區(qū)(即嚴寒和寒冷地區(qū))共有集中采暖建筑14.7億m2,采暖能耗6230萬t(標準煤,下同)分散采暖建筑22.7億m2,采暖能耗5200萬t,兩者共計1.143億t。據(jù)估計,北方農(nóng)村采暖用商品能源約1500萬t,長江流域冬季采暖用商品能源約400萬t。夏季電扇降溫用能約150萬t,空調(diào)用能約600萬t,全國建筑照明用能約350萬t。上述總計建筑能耗約1.443億t,約占全國商品能源占總消費量的11.7%。到1995年底,我國采暖地區(qū)城鎮(zhèn)居住建筑的采暖能耗已達6710萬t,而且以每年新建1億m2采暖居住建筑,新增采暖能耗300萬t的速度在增長。
采暖和空調(diào)能源如此之大、增長速度之快是十分驚人的。因此,建筑節(jié)能的重點應放在采暖和空調(diào)上。
二、建筑節(jié)能措施
1 。建筑物設計中的節(jié)能措施
建筑物的外圍結構直接與外界接觸,是室內(nèi)熱量向外界散失的主要途徑。其技術措施主要是提高建筑物外圍護結構的保溫標準和空氣密封性要求。建筑物的形態(tài)因素,即外圍護結構的面積和建筑物供暖體積的比值也是一重要影響因素。在實踐中利用各種材料和設計特點改進這些結構設計,克服熱橋的影響,也成為一主要節(jié)能措施。在設計方面,采用對建筑物適當?shù)臏囟确謪^(qū),可降低小型獨立式住宅的耗能量。
2 。玻璃與窗戶安裝技術
窗戶是外圍護結構中保溫性能最薄弱的部位,對室內(nèi)舒適性要求起主要作用,因此其節(jié)能改進措施具有重要意義。近幾年,經(jīng)過對玻璃和窗戶技術的研究和發(fā)展,取得了進一步的改進措施,主要有兩種方法:
(1)一種方法是在內(nèi)窗的外表面鍍上一薄層金屬(如銀)或氧化物(如氧化錫)膜,來減少以室內(nèi)溫度向外輻射的熱能,而對采光僅有很小的影響,且不產(chǎn)生明顯的顏色變化。
(2)另一種方法是在密封的窗戶內(nèi),將導熱數(shù)低于空氣的氣體(如氬氣)填充在兩層玻璃之間。從而提高窗戶的熱阻減少熱損失。將上面兩種方法結合起來,既選擇合適的玻璃鍍層又在密封層內(nèi)填充氣體的方法具有更高的應用價值。
利用玻璃窗的"溫室效應"為建筑物提供太陽輻射能。從而降低對供暖系統(tǒng)的熱量要求,達到節(jié)能目的。采用"溫室效應"時,需滿足幾個條件:
(1)供暖系統(tǒng)必須設置一快速反應裝置。當有足夠的太陽入射能時,能迅速關斷供熱站的熱量供應。
(2)對室內(nèi)溫度有一定要求的建筑物中,玻璃窗上必須設有遮陽裝置,阻止已較高的室內(nèi)溫度進一步升高。
(3)建筑物的表面和內(nèi)部設計特點必須具有良好的導熱性和蓄熱性,并具有對輻射能的高吸收率。
(4)室內(nèi)溫度的波動必須能滿足居民的舒適性要求。
3. 對原有的獨立式住宅和新建的低能耗獨立式住宅的節(jié)能措施。
一般獨立式住宅的外表面積與采暖體積的比值都較高,這表明可以采用附加保溫層節(jié)能的方法。適當應用保溫層,不僅可以增大外圍護結構的熱阻還能降低熱橋的不良影響,并對密封性產(chǎn)生明顯改善。目前,普遍采用外保溫方法。對原有獨立式住宅中的熱水供暖系統(tǒng)可進行的節(jié)能改進是設置一恒溫閥感應空氣溫度,并控制各個散熱器的開關,這樣可以充分利用來自太陽的入射能和照明、家用電器的附加熱量。對設有機械排風系統(tǒng)的住宅,設置從排風中回收熱量的熱泵系統(tǒng)也是一重要的節(jié)能措施。回收的熱量能夠用于制備生活用熱水和房間供暖。
4 。對原有公寓建筑和新建低能耗公寓建筑的節(jié)能措施
建筑普遍采用磚作為外墻材料,由于其外墻熱阻很低,因此采用附加保溫層的節(jié)能措施具有明顯經(jīng)濟性。我國北方幾乎所有的公寓建筑都采用熱水供暖系統(tǒng),約有一半的建筑從建造或經(jīng)改造后都與集中或區(qū)域供暖系統(tǒng)相連。因此對供熱站鍋爐的正確運行、服務和調(diào)節(jié),對熱量輸配系統(tǒng)和各散熱器熱中熱水溫度和流量調(diào)節(jié)都具有重要節(jié)能意義。高層公寓建筑的通風系統(tǒng)中由于熱空氣流的上升易產(chǎn)生煙囟效應。這一現(xiàn)象表明建筑圍護結構的密封性和通風系統(tǒng)的特性之間的相互關系隨高度增加而變得更為重要。因此,對通風系統(tǒng)的節(jié)能改進必須與建筑圍護結構密封性的已有條件或改進設計相匹配。建筑研究委員會的研究成果表明:對設有機械排風系統(tǒng)的建筑安裝熱泵系統(tǒng)從排風中回收熱用于生活用熱水的制備和房間供暖;對采用自然通風的建筑安裝廢水氣式熱泵,都有效的節(jié)約了能量。利用新能源供應技術――熱泵或太陽能供熱站,對原來采用普通型熱輸配系統(tǒng)的建筑環(huán)境進行改進十分有效。設計者在進行建筑設計時必須充分重視由于結構上的要而對建筑采暖的影響,并盡量減少這些不利影響。對新建公寓建筑可充分利用太陽入射能實現(xiàn)節(jié)能。
三、采取的采暖、供熱、通風新技術
傳統(tǒng)的采暖、供熱、通風系統(tǒng)形式的設計沒有或很少從節(jié)能角度和利用新能源技術上考慮。因此,必須利用國家能源方面的研究成果對其進行節(jié)能新技術的改進。
在采暖系統(tǒng)方面,由于近年來對電能使用的限制?;旧蠈㈦姽┡到y(tǒng)取消,以熱水供暖系統(tǒng)為主要采暖形式,并充分利用新能源技術-熱泵系統(tǒng)和太陽能采暖系統(tǒng)作輔助系統(tǒng),實現(xiàn)節(jié)能目的。建筑物的熱水采暖系統(tǒng)多數(shù)都與集中或區(qū)域供熱站相連,便與對供熱站鍋爐房的集中調(diào)節(jié)。因此,對供熱站鍋爐的正確運行和調(diào)節(jié)使其在滿足功率要求的一個最佳值下運行是非常值得的一項節(jié)能措施。對區(qū)域供熱的用戶服務單元中自動控制設備的準確安裝,定期檢查和調(diào)節(jié)也具有重要節(jié)能意義。在供熱方面取得的一項重大改進是為建筑環(huán)境供熱的熱水輸配新技術。用帶有塑料外殼的組合式管道系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的輸配管道。這種組合式管道系統(tǒng)中間的管子是鋼制的,管外是塑料,熱保溫層是由泡沫塑料直接澆注而成。這大大降低了安裝費用,使熱水能輸送到那些因建筑物不密集而不能設混凝土溝渠的較遠地區(qū)。在對長期處在區(qū)域和集中供熱 站供熱溫度條件下塑料性能測定完成以后。由于管子柔軟能很好的符合地形條件,溝渠可用傳統(tǒng)的挖掘方式,開挖、鋪設、連接、回填工作進行迅速。不僅具有經(jīng)濟性,而且減少了交通的影響;在通風方面,傳統(tǒng)式建筑一般采用自然通風。目前的最低要求是設機械排風系統(tǒng)。這也為節(jié)能措施的改進提供了便利條件,可以從通風系統(tǒng)的排風中回收熱量用于供暖。
四、低品位能源的開發(fā)和利用
1. 熱泵系統(tǒng)
熱泵系統(tǒng)是一能從低品位能源中提取熱量,供給需能單位的新能源利用系統(tǒng)。其中除煙氣和工業(yè)余熱外,熱泵所利用的熱源溫度一般在-50C~250C之間,可使大量低品位能源得到充分利用,但必須給熱泵輸入一定量的高位能源作為驅動能。熱泵系統(tǒng)具有兩個優(yōu)點:一是能使較低溫度下的熱源得到充分利用。另一個是在輸入相同量的初級能下,較傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)具有更高的供熱效率。熱泵供應能量為輸入驅動能的2~4倍,其效率以性能系數(shù)表示εh=制熱量/輸入驅動能,通??偞笥?。
目前,用于驅動熱泵的大部分是電動壓縮機,燃氣式壓縮機由于可利用天然氣節(jié)省電能消耗而具有獨特的優(yōu)點,但其投資較高,效率也低于電動式熱泵。吸收式熱泵是以壓縮式熱泵的有效改進形式,其特點是不需電能,而是以兩種循環(huán)介質(zhì)的相互作用為基礎的化學式熱泵,利用1200C~2000C溫度范圍內(nèi)的熱作為輸入能,因而可將煙氣和一定量的工業(yè)余熱作為輸入能。
利用土壤,巖石和地下或地表水的熱泵是從低拉熱源的孤立系統(tǒng)中吸收熱,然后通過熱交換器將熱傳給熱泵蒸發(fā)器。土壤和巖石式熱泵的主要缺點是投資較高,應用較少。在原有的建筑中多數(shù)采用廢氣式熱泵系統(tǒng)輔助供暖和生活用熱水的制備。熱泵技術最佳應用之一是回收公用污水系統(tǒng)的熱并提供給區(qū)域供熱系統(tǒng)。這種技術具有較高經(jīng)濟價值,已得到廣泛的商業(yè)性應用。
2.太陽能供熱系統(tǒng)
太陽輔射的年平均有效功率很低,在我國北部的平原地區(qū)達0.1kw/m2,難以直接利用。太陽能供熱系統(tǒng)就是利用品質(zhì)較低的太陽直射輻射能或大氣散射輻射能為建筑環(huán)境供熱的新型能源系統(tǒng)。
太陽能供熱系統(tǒng)的主要組成部分是太陽能集熱器。通過對幾種型式的太陽能集熱器的測試表明:在我國北部的地理氣候條件下,最適宜用于房間供暖的集熱器是平板式集熱器,工作溫度在300C~900C范圍內(nèi),其主要優(yōu)點有兩個:(1)不僅能利用的太陽的直射輻射且能充分利用大氣的散射輻射;(2)便于安裝,節(jié)省費用??稍谠薪ㄖ镂蓓?shù)倪m當方向安裝上平板式集熱器。太陽能供熱系統(tǒng)需配置季節(jié)性蓄熱裝置,將夏季日照充足時的太陽能蓄存起來,在需要時為建筑環(huán)境供熱。因此,太陽能供熱系統(tǒng)方面的工業(yè),同大型蓄熱裝置的研究、發(fā)展與試驗性建筑工業(yè)緊密相關。太陽能供熱系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性是十分顯著的,其全部費用基本由投資費用決定,運行費用僅限于循環(huán)泵所耗能和維持正常的管理和檢查的費用。科技人員研制的太陽能供熱系統(tǒng)的實踐應用證明了其高效性和在氣候劇變時具有的較強適應性,為這一新能源技術的推廣應用奠定了理論和實踐基礎。
3. 蓄熱
如前所述季節(jié)性蓄熱能力是大規(guī)模使用太陽能供熱系統(tǒng)的前提條件,也是提高余熱、廢物燃燒熱和其它全年都能獲得的或主要在夏季能獲得的低品位熱源利用率的一重要條件。在充滿水的巖石洞中蓄熱;經(jīng)保溫的注滿水的凹形溝或蓄熱池的蓄熱。土壤本身粘土的蓄熱或蓄水層蓄熱。其中水具有較高的蓄能力達1.16kwh/m3k,充滿飽和水的粘土的蓄熱能力達1kwh/m3k,巖石:如片麻巖和花崗巖的蓄熱能力為0.6kwh/m3k。蓄熱池的大小和形狀是決定相對熱損失的重要因素。當蓄熱池的大小和形狀一定時,蓄熱溫度是影響熱損失的主要因素。因此,在設計和應用上必須注意對在可直接用于建筑環(huán)境供暖的足夠高溫條件下的蓄熱和那些需要熱泵來吸取熱量的低溫條件下的蓄熱之間的差別。根據(jù)具體使用條件進行設計,從而實現(xiàn)高效利用低位熱源的目的。
近幾年,商業(yè)性建筑夏季的制冷要求明顯增加,而冬季供暖需求有所降低。這主要是受其內(nèi)部大量的計算機、照明設施及其它設備釋放的熱量影響。根據(jù)這一現(xiàn)象,研究者提出一可行的方法,即將住宅與商業(yè)區(qū)集中布置。利用季節(jié)性蓄熱,將商業(yè)性建筑中多余的熱蓄存并在需供暖時充分利用,將蓄熱作為供冷和供熱組合系統(tǒng)的一部分,從而有效的節(jié)約了能量。
熱泵系統(tǒng),太陽能供熱系統(tǒng)及蓄熱對低位熱源的充分利用為國家提供了新的可利用能源,同時因其不產(chǎn)生污染而能較好地滿足環(huán)保要求,這對于整個人類社會的發(fā)展進步起了巨大的推動作用。
五.小結
以上是在理論和技術對暖通空調(diào)節(jié)能的分析,然而在具體的實施過程中很難實現(xiàn)上述的要求和措施。"能源危機"在世界各地被人們所認識,且制定相應的措施。但在我國至今還沒有規(guī)范性的標準出臺,即使有了地方性的規(guī)范,由于監(jiān)督力度的不夠也沒能認真執(zhí)行。從某種方面來講,節(jié)能只不過是一種口號,并沒有引起人們的充分重視。建筑節(jié)能貫穿于設計、施工、驗收、運行、維護的全過程中,是一個節(jié)能系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中,要求各個環(huán)節(jié)、各個方面都要切實可行。不是哪一個人、哪一個企業(yè)的利益為先,而應考慮整個社會的大環(huán)境。我國長期以來,因片面強調(diào)建筑造價、只考慮個體利益,加之沒有建筑熱工和建筑節(jié)能方面的標準規(guī)范可供依據(jù),導致重復建設、質(zhì)量結癥問題的存在,致使能源浪費情況嚴重。遺憾的是,在建筑業(yè)中這種傾向還十分頑固。
目前在暖通空調(diào)設計時很少設計人員先計算室內(nèi)負荷,大多設計人員還是沿用估算值來確定負荷。即使計算,也只是用現(xiàn)有程序計算,計算后沒有針對具體的情況加以調(diào)整。這一現(xiàn)象往往造成負荷過大,而加大投資浪費能源。對于某些"三邊"工程,設計人員為了加趕進度,沒有視具體的情況進行全面分析得出最佳方案,結果風管彎頭過多,局部阻力損失過大壓力不平衡,使風量分配不均,引起不同房間冷熱不均,達不到要求的室內(nèi)環(huán)境。雖然我國建筑業(yè)發(fā)展迅速,但是,廣泛采用新的建筑材料不考慮保證建筑物的熱力狀態(tài)的建筑設計方案,導致一系列不能滿足室內(nèi)微氣候條件的情況出現(xiàn)。應該注意到建筑地區(qū)的氣候特征,以及當?shù)亟ㄖ?jīng)濟特點和建筑物的經(jīng)營管理具有決定性作用。有的地方還有這種情況,當建筑物采用隔熱性能差的材料設計時,計算中要考慮采用昂貴的微氣候的空調(diào)設備。而在執(zhí)行該設計時,由于經(jīng)濟方面的原因,無法采用此種空調(diào)設備,結果會出現(xiàn)夏季過熱和冬季過冷的現(xiàn)象。
就施工而言,由于國內(nèi)體制原因,設計、施工由不同承包商承包,考慮問題的角度利益不同,很難達到最佳配合。就供暖方式來看,我國采暖地區(qū)居住建筑存在著由于施工問題導致圍護結構保溫水平低,門窗氣密性差,采暖設備熱效率低的狀況,導致平均每年每平方米采暖能耗高達30.5kg。這一現(xiàn)象的造成,主要是施工技術人員對圖紙理解不夠和施工人員素質(zhì)較差。資金不到位盲目上馬,致使停工時間過長,也是造成上述現(xiàn)象的重要原因。
運行及維修直接關系到運行成本大小、運行效果好壞、系統(tǒng)壽命長短。在運行過程中,管理人員對空調(diào)系統(tǒng)運行系統(tǒng)認識不夠,不能區(qū)分運行高峰期。在正常期和高峰期機器的運行數(shù)量一樣,造成能量浪費。維修和保養(yǎng)直接影響運行能力,定期檢修是至關重要的,這一點管理人員往往做不到。因風道滲漏引起熱損失、空調(diào)機盤管和過濾器附著異物引起機器性能下降等現(xiàn)象處處可見。對于低效率的設備不能及時維修和更換,造成不必要的能耗。
隨著科學技術的發(fā)展,在技術上節(jié)能可以做的很好,如高節(jié)能設備的出現(xiàn)、綠色空調(diào)的出現(xiàn)。但是人為方面作的還很不夠,人們的觀念和意識急需改變。建筑節(jié)能意識差,還沒有在社會上、建筑界形成強大的輿論,特別是一些管理干部對此認識不足。立法不健全,盡管技術標準屬于強制標準,卻缺乏行政法規(guī)和執(zhí)行機構實行監(jiān)督和強制。包費制與用戶利益無關,不能使用戶節(jié)能,建筑節(jié)能缺乏經(jīng)濟政策驅動機制,建設單位往往只計較一次性基建投資,而忽視了幾年后的回收。節(jié)能科技投資太少,從研究到推廣各環(huán)節(jié)的工作還不配套,建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)體系還未建立。
總之,節(jié)能在現(xiàn)代社會中已被認為是具有戰(zhàn)略性的問題,社會輿論應加大力度,廣泛宣傳,讓全社會都動員起來,從我做起,從現(xiàn)在做起。行政執(zhí)法機構應強制實行監(jiān)督和執(zhí)行。就建筑業(yè)來講,加強項目立項和設計方案的優(yōu)化工作;加大工程師監(jiān)理制度力度;對設備運行效果進行專家論證。此外,引進國外一些先進技術,結合我國的地理環(huán)境特點最大限度地開發(fā)利用新能源并對已有建筑存在問題進行改造。不僅能夠緩解我國能源短缺的問題,而且有利于環(huán)境條件的改善。
能源是社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎,是實現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平的先決條件。隨著社會的高速發(fā)展,能源問題越來越受到世界各國的高度重視。所為能源問題,就是指能源的開發(fā)和利用之間的平衡,或是生產(chǎn)和消費之間的平衡問題。解決能源問題的對策"開源節(jié)流",開源就是開發(fā)新的能源、節(jié)流就是節(jié)約能源的消耗。節(jié)能工作的指導思想是:采取技術上可行的,經(jīng)濟上節(jié)約和合理的,社會能接受的和環(huán)境所允許的一切措施來提高能源利用率。其基本途徑有四種:調(diào)節(jié)節(jié)能、管理節(jié)能、技術節(jié)能、回受節(jié)能。
能源消耗主要分三個方面:建筑能耗、工業(yè)生產(chǎn)和交通運輸部門。在這三方面消耗中,建筑環(huán)境耗能量占國家能源消耗總量的比例較大。建筑能耗通常是指建筑物使用過程中消耗的能源,主要包括采暖、空調(diào)、降溫、熱水供應、炊事、家用電器和照明等能耗。分為兩部分:(1)照明、家電及建筑輔助系統(tǒng)用電約占30%;(2)建筑供暖、空調(diào)、降溫及熱水供應約占70%。
我國建筑規(guī)模巨大。據(jù)有關部門統(tǒng)計,從1979年至1995年底為止,我國城鄉(xiāng)共建筑住宅建筑129億m2,其中,城鎮(zhèn)25.5億m2。農(nóng)村103.5億m2 。近幾年來,城鎮(zhèn)平均每年新建筑住宅建筑2億m2,農(nóng)村6億m2,其中約有一半為采暖住宅建筑。到1995年底為止,我國采暖區(qū)(即嚴寒和寒冷地區(qū))共有集中采暖建筑14.7億m2,采暖能耗6230萬t(標準煤,下同)分散采暖建筑22.7億m2,采暖能耗5200萬t,兩者共計1.143億t。據(jù)估計,北方農(nóng)村采暖用商品能源約1500萬t,長江流域冬季采暖用商品能源約400萬t。夏季電扇降溫用能約150萬t,空調(diào)用能約600萬t,全國建筑照明用能約350萬t。上述總計建筑能耗約1.443億t,約占全國商品能源占總消費量的11.7%。到1995年底,我國采暖地區(qū)城鎮(zhèn)居住建筑的采暖能耗已達6710萬t,而且以每年新建1億m2采暖居住建筑,新增采暖能耗300萬t的速度在增長。
采暖和空調(diào)能源如此之大、增長速度之快是十分驚人的。因此,建筑節(jié)能的重點應放在采暖和空調(diào)上。
二、建筑節(jié)能措施
1 。建筑物設計中的節(jié)能措施
建筑物的外圍結構直接與外界接觸,是室內(nèi)熱量向外界散失的主要途徑。其技術措施主要是提高建筑物外圍護結構的保溫標準和空氣密封性要求。建筑物的形態(tài)因素,即外圍護結構的面積和建筑物供暖體積的比值也是一重要影響因素。在實踐中利用各種材料和設計特點改進這些結構設計,克服熱橋的影響,也成為一主要節(jié)能措施。在設計方面,采用對建筑物適當?shù)臏囟确謪^(qū),可降低小型獨立式住宅的耗能量。
2 。玻璃與窗戶安裝技術
窗戶是外圍護結構中保溫性能最薄弱的部位,對室內(nèi)舒適性要求起主要作用,因此其節(jié)能改進措施具有重要意義。近幾年,經(jīng)過對玻璃和窗戶技術的研究和發(fā)展,取得了進一步的改進措施,主要有兩種方法:
(1)一種方法是在內(nèi)窗的外表面鍍上一薄層金屬(如銀)或氧化物(如氧化錫)膜,來減少以室內(nèi)溫度向外輻射的熱能,而對采光僅有很小的影響,且不產(chǎn)生明顯的顏色變化。
(2)另一種方法是在密封的窗戶內(nèi),將導熱數(shù)低于空氣的氣體(如氬氣)填充在兩層玻璃之間。從而提高窗戶的熱阻減少熱損失。將上面兩種方法結合起來,既選擇合適的玻璃鍍層又在密封層內(nèi)填充氣體的方法具有更高的應用價值。
利用玻璃窗的"溫室效應"為建筑物提供太陽輻射能。從而降低對供暖系統(tǒng)的熱量要求,達到節(jié)能目的。采用"溫室效應"時,需滿足幾個條件:
(1)供暖系統(tǒng)必須設置一快速反應裝置。當有足夠的太陽入射能時,能迅速關斷供熱站的熱量供應。
(2)對室內(nèi)溫度有一定要求的建筑物中,玻璃窗上必須設有遮陽裝置,阻止已較高的室內(nèi)溫度進一步升高。
(3)建筑物的表面和內(nèi)部設計特點必須具有良好的導熱性和蓄熱性,并具有對輻射能的高吸收率。
(4)室內(nèi)溫度的波動必須能滿足居民的舒適性要求。
3. 對原有的獨立式住宅和新建的低能耗獨立式住宅的節(jié)能措施。
一般獨立式住宅的外表面積與采暖體積的比值都較高,這表明可以采用附加保溫層節(jié)能的方法。適當應用保溫層,不僅可以增大外圍護結構的熱阻還能降低熱橋的不良影響,并對密封性產(chǎn)生明顯改善。目前,普遍采用外保溫方法。對原有獨立式住宅中的熱水供暖系統(tǒng)可進行的節(jié)能改進是設置一恒溫閥感應空氣溫度,并控制各個散熱器的開關,這樣可以充分利用來自太陽的入射能和照明、家用電器的附加熱量。對設有機械排風系統(tǒng)的住宅,設置從排風中回收熱量的熱泵系統(tǒng)也是一重要的節(jié)能措施。回收的熱量能夠用于制備生活用熱水和房間供暖。
4 。對原有公寓建筑和新建低能耗公寓建筑的節(jié)能措施
建筑普遍采用磚作為外墻材料,由于其外墻熱阻很低,因此采用附加保溫層的節(jié)能措施具有明顯經(jīng)濟性。我國北方幾乎所有的公寓建筑都采用熱水供暖系統(tǒng),約有一半的建筑從建造或經(jīng)改造后都與集中或區(qū)域供暖系統(tǒng)相連。因此對供熱站鍋爐的正確運行、服務和調(diào)節(jié),對熱量輸配系統(tǒng)和各散熱器熱中熱水溫度和流量調(diào)節(jié)都具有重要節(jié)能意義。高層公寓建筑的通風系統(tǒng)中由于熱空氣流的上升易產(chǎn)生煙囟效應。這一現(xiàn)象表明建筑圍護結構的密封性和通風系統(tǒng)的特性之間的相互關系隨高度增加而變得更為重要。因此,對通風系統(tǒng)的節(jié)能改進必須與建筑圍護結構密封性的已有條件或改進設計相匹配。建筑研究委員會的研究成果表明:對設有機械排風系統(tǒng)的建筑安裝熱泵系統(tǒng)從排風中回收熱用于生活用熱水的制備和房間供暖;對采用自然通風的建筑安裝廢水氣式熱泵,都有效的節(jié)約了能量。利用新能源供應技術――熱泵或太陽能供熱站,對原來采用普通型熱輸配系統(tǒng)的建筑環(huán)境進行改進十分有效。設計者在進行建筑設計時必須充分重視由于結構上的要而對建筑采暖的影響,并盡量減少這些不利影響。對新建公寓建筑可充分利用太陽入射能實現(xiàn)節(jié)能。
三、采取的采暖、供熱、通風新技術
傳統(tǒng)的采暖、供熱、通風系統(tǒng)形式的設計沒有或很少從節(jié)能角度和利用新能源技術上考慮。因此,必須利用國家能源方面的研究成果對其進行節(jié)能新技術的改進。
在采暖系統(tǒng)方面,由于近年來對電能使用的限制?;旧蠈㈦姽┡到y(tǒng)取消,以熱水供暖系統(tǒng)為主要采暖形式,并充分利用新能源技術-熱泵系統(tǒng)和太陽能采暖系統(tǒng)作輔助系統(tǒng),實現(xiàn)節(jié)能目的。建筑物的熱水采暖系統(tǒng)多數(shù)都與集中或區(qū)域供熱站相連,便與對供熱站鍋爐房的集中調(diào)節(jié)。因此,對供熱站鍋爐的正確運行和調(diào)節(jié)使其在滿足功率要求的一個最佳值下運行是非常值得的一項節(jié)能措施。對區(qū)域供熱的用戶服務單元中自動控制設備的準確安裝,定期檢查和調(diào)節(jié)也具有重要節(jié)能意義。在供熱方面取得的一項重大改進是為建筑環(huán)境供熱的熱水輸配新技術。用帶有塑料外殼的組合式管道系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的輸配管道。這種組合式管道系統(tǒng)中間的管子是鋼制的,管外是塑料,熱保溫層是由泡沫塑料直接澆注而成。這大大降低了安裝費用,使熱水能輸送到那些因建筑物不密集而不能設混凝土溝渠的較遠地區(qū)。在對長期處在區(qū)域和集中供熱 站供熱溫度條件下塑料性能測定完成以后。由于管子柔軟能很好的符合地形條件,溝渠可用傳統(tǒng)的挖掘方式,開挖、鋪設、連接、回填工作進行迅速。不僅具有經(jīng)濟性,而且減少了交通的影響;在通風方面,傳統(tǒng)式建筑一般采用自然通風。目前的最低要求是設機械排風系統(tǒng)。這也為節(jié)能措施的改進提供了便利條件,可以從通風系統(tǒng)的排風中回收熱量用于供暖。
四、低品位能源的開發(fā)和利用
1. 熱泵系統(tǒng)
熱泵系統(tǒng)是一能從低品位能源中提取熱量,供給需能單位的新能源利用系統(tǒng)。其中除煙氣和工業(yè)余熱外,熱泵所利用的熱源溫度一般在-50C~250C之間,可使大量低品位能源得到充分利用,但必須給熱泵輸入一定量的高位能源作為驅動能。熱泵系統(tǒng)具有兩個優(yōu)點:一是能使較低溫度下的熱源得到充分利用。另一個是在輸入相同量的初級能下,較傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)具有更高的供熱效率。熱泵供應能量為輸入驅動能的2~4倍,其效率以性能系數(shù)表示εh=制熱量/輸入驅動能,通??偞笥?。
目前,用于驅動熱泵的大部分是電動壓縮機,燃氣式壓縮機由于可利用天然氣節(jié)省電能消耗而具有獨特的優(yōu)點,但其投資較高,效率也低于電動式熱泵。吸收式熱泵是以壓縮式熱泵的有效改進形式,其特點是不需電能,而是以兩種循環(huán)介質(zhì)的相互作用為基礎的化學式熱泵,利用1200C~2000C溫度范圍內(nèi)的熱作為輸入能,因而可將煙氣和一定量的工業(yè)余熱作為輸入能。
利用土壤,巖石和地下或地表水的熱泵是從低拉熱源的孤立系統(tǒng)中吸收熱,然后通過熱交換器將熱傳給熱泵蒸發(fā)器。土壤和巖石式熱泵的主要缺點是投資較高,應用較少。在原有的建筑中多數(shù)采用廢氣式熱泵系統(tǒng)輔助供暖和生活用熱水的制備。熱泵技術最佳應用之一是回收公用污水系統(tǒng)的熱并提供給區(qū)域供熱系統(tǒng)。這種技術具有較高經(jīng)濟價值,已得到廣泛的商業(yè)性應用。
2.太陽能供熱系統(tǒng)
太陽輔射的年平均有效功率很低,在我國北部的平原地區(qū)達0.1kw/m2,難以直接利用。太陽能供熱系統(tǒng)就是利用品質(zhì)較低的太陽直射輻射能或大氣散射輻射能為建筑環(huán)境供熱的新型能源系統(tǒng)。
太陽能供熱系統(tǒng)的主要組成部分是太陽能集熱器。通過對幾種型式的太陽能集熱器的測試表明:在我國北部的地理氣候條件下,最適宜用于房間供暖的集熱器是平板式集熱器,工作溫度在300C~900C范圍內(nèi),其主要優(yōu)點有兩個:(1)不僅能利用的太陽的直射輻射且能充分利用大氣的散射輻射;(2)便于安裝,節(jié)省費用??稍谠薪ㄖ镂蓓?shù)倪m當方向安裝上平板式集熱器。太陽能供熱系統(tǒng)需配置季節(jié)性蓄熱裝置,將夏季日照充足時的太陽能蓄存起來,在需要時為建筑環(huán)境供熱。因此,太陽能供熱系統(tǒng)方面的工業(yè),同大型蓄熱裝置的研究、發(fā)展與試驗性建筑工業(yè)緊密相關。太陽能供熱系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性是十分顯著的,其全部費用基本由投資費用決定,運行費用僅限于循環(huán)泵所耗能和維持正常的管理和檢查的費用。科技人員研制的太陽能供熱系統(tǒng)的實踐應用證明了其高效性和在氣候劇變時具有的較強適應性,為這一新能源技術的推廣應用奠定了理論和實踐基礎。
3. 蓄熱
如前所述季節(jié)性蓄熱能力是大規(guī)模使用太陽能供熱系統(tǒng)的前提條件,也是提高余熱、廢物燃燒熱和其它全年都能獲得的或主要在夏季能獲得的低品位熱源利用率的一重要條件。在充滿水的巖石洞中蓄熱;經(jīng)保溫的注滿水的凹形溝或蓄熱池的蓄熱。土壤本身粘土的蓄熱或蓄水層蓄熱。其中水具有較高的蓄能力達1.16kwh/m3k,充滿飽和水的粘土的蓄熱能力達1kwh/m3k,巖石:如片麻巖和花崗巖的蓄熱能力為0.6kwh/m3k。蓄熱池的大小和形狀是決定相對熱損失的重要因素。當蓄熱池的大小和形狀一定時,蓄熱溫度是影響熱損失的主要因素。因此,在設計和應用上必須注意對在可直接用于建筑環(huán)境供暖的足夠高溫條件下的蓄熱和那些需要熱泵來吸取熱量的低溫條件下的蓄熱之間的差別。根據(jù)具體使用條件進行設計,從而實現(xiàn)高效利用低位熱源的目的。
近幾年,商業(yè)性建筑夏季的制冷要求明顯增加,而冬季供暖需求有所降低。這主要是受其內(nèi)部大量的計算機、照明設施及其它設備釋放的熱量影響。根據(jù)這一現(xiàn)象,研究者提出一可行的方法,即將住宅與商業(yè)區(qū)集中布置。利用季節(jié)性蓄熱,將商業(yè)性建筑中多余的熱蓄存并在需供暖時充分利用,將蓄熱作為供冷和供熱組合系統(tǒng)的一部分,從而有效的節(jié)約了能量。
熱泵系統(tǒng),太陽能供熱系統(tǒng)及蓄熱對低位熱源的充分利用為國家提供了新的可利用能源,同時因其不產(chǎn)生污染而能較好地滿足環(huán)保要求,這對于整個人類社會的發(fā)展進步起了巨大的推動作用。
五.小結
以上是在理論和技術對暖通空調(diào)節(jié)能的分析,然而在具體的實施過程中很難實現(xiàn)上述的要求和措施。"能源危機"在世界各地被人們所認識,且制定相應的措施。但在我國至今還沒有規(guī)范性的標準出臺,即使有了地方性的規(guī)范,由于監(jiān)督力度的不夠也沒能認真執(zhí)行。從某種方面來講,節(jié)能只不過是一種口號,并沒有引起人們的充分重視。建筑節(jié)能貫穿于設計、施工、驗收、運行、維護的全過程中,是一個節(jié)能系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中,要求各個環(huán)節(jié)、各個方面都要切實可行。不是哪一個人、哪一個企業(yè)的利益為先,而應考慮整個社會的大環(huán)境。我國長期以來,因片面強調(diào)建筑造價、只考慮個體利益,加之沒有建筑熱工和建筑節(jié)能方面的標準規(guī)范可供依據(jù),導致重復建設、質(zhì)量結癥問題的存在,致使能源浪費情況嚴重。遺憾的是,在建筑業(yè)中這種傾向還十分頑固。
目前在暖通空調(diào)設計時很少設計人員先計算室內(nèi)負荷,大多設計人員還是沿用估算值來確定負荷。即使計算,也只是用現(xiàn)有程序計算,計算后沒有針對具體的情況加以調(diào)整。這一現(xiàn)象往往造成負荷過大,而加大投資浪費能源。對于某些"三邊"工程,設計人員為了加趕進度,沒有視具體的情況進行全面分析得出最佳方案,結果風管彎頭過多,局部阻力損失過大壓力不平衡,使風量分配不均,引起不同房間冷熱不均,達不到要求的室內(nèi)環(huán)境。雖然我國建筑業(yè)發(fā)展迅速,但是,廣泛采用新的建筑材料不考慮保證建筑物的熱力狀態(tài)的建筑設計方案,導致一系列不能滿足室內(nèi)微氣候條件的情況出現(xiàn)。應該注意到建筑地區(qū)的氣候特征,以及當?shù)亟ㄖ?jīng)濟特點和建筑物的經(jīng)營管理具有決定性作用。有的地方還有這種情況,當建筑物采用隔熱性能差的材料設計時,計算中要考慮采用昂貴的微氣候的空調(diào)設備。而在執(zhí)行該設計時,由于經(jīng)濟方面的原因,無法采用此種空調(diào)設備,結果會出現(xiàn)夏季過熱和冬季過冷的現(xiàn)象。
就施工而言,由于國內(nèi)體制原因,設計、施工由不同承包商承包,考慮問題的角度利益不同,很難達到最佳配合。就供暖方式來看,我國采暖地區(qū)居住建筑存在著由于施工問題導致圍護結構保溫水平低,門窗氣密性差,采暖設備熱效率低的狀況,導致平均每年每平方米采暖能耗高達30.5kg。這一現(xiàn)象的造成,主要是施工技術人員對圖紙理解不夠和施工人員素質(zhì)較差。資金不到位盲目上馬,致使停工時間過長,也是造成上述現(xiàn)象的重要原因。
運行及維修直接關系到運行成本大小、運行效果好壞、系統(tǒng)壽命長短。在運行過程中,管理人員對空調(diào)系統(tǒng)運行系統(tǒng)認識不夠,不能區(qū)分運行高峰期。在正常期和高峰期機器的運行數(shù)量一樣,造成能量浪費。維修和保養(yǎng)直接影響運行能力,定期檢修是至關重要的,這一點管理人員往往做不到。因風道滲漏引起熱損失、空調(diào)機盤管和過濾器附著異物引起機器性能下降等現(xiàn)象處處可見。對于低效率的設備不能及時維修和更換,造成不必要的能耗。
隨著科學技術的發(fā)展,在技術上節(jié)能可以做的很好,如高節(jié)能設備的出現(xiàn)、綠色空調(diào)的出現(xiàn)。但是人為方面作的還很不夠,人們的觀念和意識急需改變。建筑節(jié)能意識差,還沒有在社會上、建筑界形成強大的輿論,特別是一些管理干部對此認識不足。立法不健全,盡管技術標準屬于強制標準,卻缺乏行政法規(guī)和執(zhí)行機構實行監(jiān)督和強制。包費制與用戶利益無關,不能使用戶節(jié)能,建筑節(jié)能缺乏經(jīng)濟政策驅動機制,建設單位往往只計較一次性基建投資,而忽視了幾年后的回收。節(jié)能科技投資太少,從研究到推廣各環(huán)節(jié)的工作還不配套,建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)體系還未建立。
總之,節(jié)能在現(xiàn)代社會中已被認為是具有戰(zhàn)略性的問題,社會輿論應加大力度,廣泛宣傳,讓全社會都動員起來,從我做起,從現(xiàn)在做起。行政執(zhí)法機構應強制實行監(jiān)督和執(zhí)行。就建筑業(yè)來講,加強項目立項和設計方案的優(yōu)化工作;加大工程師監(jiān)理制度力度;對設備運行效果進行專家論證。此外,引進國外一些先進技術,結合我國的地理環(huán)境特點最大限度地開發(fā)利用新能源并對已有建筑存在問題進行改造。不僅能夠緩解我國能源短缺的問題,而且有利于環(huán)境條件的改善。





