试述推广节能建筑的必要性及其节能技术
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作者: 张 伟
摘要:建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋向,也是当代建筑科学技术的一个新的生长点。抓住机遇,不失时机地推进建筑节能,有利于国民经济持续、快速、健康发展,保护生态环境,实现国家发展的第二步和第三步战略目标,并引导我国建筑业与建筑技术随同世界大潮流迅速前进。
关键词: 建筑;节能;技术
1 发展节能建筑的必要性
1.1经济发展的需要
发达国家建筑用能一般占到全国总能耗的30%一40%,所占比重很大。建筑用能的状况如此,浪费还是节约,是个牵动国家经济全局的大问题。以我国来说,我国采暖区城镇人口只占全国人口的13.6%,而采暖用能却占到全国总能耗的9.6%。由于经济的发展,采暖范围日益扩大,空调建筑迅速增加,建筑能耗增长的速度将远高于能源生产增长的速度,从而成为国民经济的一个重要的制约因素。由此可见,如果建筑这个用能大户的能源省不下来,势必会限制国家经济的发展。
1.2减轻大气污染的需要
近年来,世界上许多国家越来越关心燃烧矿物燃料所产生的污染问题。各发达国家节能的政策,也是以减少燃料燃烧的排放物为明确的目标。其原因是,人们已经认识到,所排放的硫和氮的氧化物,会危害人体健康,造成环境酸化,而产生的二氧化碳的积累,将导致地球产生重大气候变化,危及人类生存。建筑采暖用能无疑是造成大气污染的一个主要因素。
1.3改善建筑热环境的需要
随着现代化建设的发展和人民生活水平的提高,舒适的建筑热环境已成为人们生活的需要。在发达国家,适宜的室温已成为一种基本需要,他们通过越来越有效地利用好能源,满足了这种需要。在我国,这种需要也在日益迫切。这和我国大部分地区冬寒夏热的气候特点关系很大。与世界同纬度地区相比,1月平均气温我国东北低14―18℃,黄河中下游低10-14℃,长江以南低8―10℃,东南沿海低5℃左右;而七月平均气温,我国绝大部分地区却要高出1.3―2.5℃。加之热天整个东部地区湿度均高,冷天东南地区仍保持高湿度、因此,夏天闷热,冬天潮凉,使人更加难受。而且冷热的时间相当漫长。而人民生活越是改善,越不堪忍受寒冬暑夏的折磨,冬天需要采暖,夏天想用空调,这都需要用能源。而我国的能源供应十分紧缺。也就是说,只有在节能的条件下改善热环境,这种改善才有可能,否则只能是无米之炊。
从以上可以看出,建筑节能是一种客观的社会需要,是一种必然性。
2 推广建筑节能的措施
2.1优化设计对建筑节能的影响
2.1.1设计方案影响工程建造直接能源消耗
在工程设计中,其建筑和结构方案的选择对建筑的直接能耗有较大影响,如建筑方案中的平面布置为内廊式还是外廊式、进深与开间的确定、立面形式的选择、层高与层数的确定、基础类型选用、结构形式选择等都存在着技术经济分析问题。 中国住宅建设用钢平均每平方米55公斤,比发达国家高出10%~25%,水泥用量为221.5公斤,每一立方米混凝土比发达国家要多消耗80公斤水泥。据统计,在满足同样功能的条件下,技术经济合理的设计,可降低工程建造直接能源消耗5%～10%,甚至可达10%～20%。
2.1.2设计方案影响建成后使用的能耗
建筑是牵涉到很多专业的复合体,并且完整的建筑节能工作包括了从最初的规划、方案到设计、施工,以及多年的运营使用,直至最后拆除重建的全生命周期过程。 但以往只注重直接建造成本的降低,轻运营阶段能耗的使用情况。从住宅使用过程中的资源消耗看,与发达国家相比,我国住宅使用能耗为相同技术条件下发达国家的两到三倍。2020年,中国的建筑能耗将达到29430亿度电,比三峡电站34年的发电量总和还要多。现在,我们必须用全寿命周期的节能理念对建筑进行优化设计,即以较低的寿命周期能耗实现必要的功能,获得丰厚的寿命周期经济效益。
建筑节能优化设计的途径主要是通过围护结构保温和气密性能的提高,以及采暖空调设备能效的提高等等,来达到减少空调和采暖等能源的消耗。在方案设计当中,建筑师需要对建筑的方位、体型、朝向进行优化,必需要为充分利用自然风、阳光等自然资源创造条件。同时,也必须对建筑材料优化;外墙、楼板、分户墙、屋面、玻璃、窗框的设计等都需要量化与优化;窗墙比须要以节能和居住舒适度为前提进行优化。从方案设计开始到初步设计,工程师需要根据不断调整的设计方案模拟量化建筑的能耗情况、计算空调和采暖设备的装机功率,比对各种影响因素,最后向客户提供最佳的设计方案。
2.2结构节能与空调系统节能
围护结构采取节能措施,是建筑节能的基础。由于我国建筑节能是从采暖居住建筑起步的,因此,建筑节能首先考虑加强围护结构保温无疑是正确的决策。从管理的角度看,可以对围护结构制订限定性指标,易于评价。但是,建筑节能的关键是空调采暖系统的效率,最终的节能量也要从空调采暖系统来体现。北方地区在墙改之后又发展到热改。如果没有调节阀和热计量,围护结构保温越好,可能浪费的热量越多。
而在间歇运行的空调建筑中,在空调关机之后,室温升高,当室外气温低于室温时,通过围护结构的逆向传热可以降低第二天空调的启动负荷。因此,围护结构保温越好,蓄热量越大,空调负荷也越大。
对公共建筑而言,围护结构形成的负荷在总负荷中所占比例很小,因此,围护结构的节能潜力有限。
2.3设备节能和系统节能
节能设备不一定能连成节能系统。例如,空调冷水系统的扬程与楼高无关,一般在30m～40m。如果水泵的扬程选择过大,定水量系统中会使流量过大,水温差往往只有2～3℃。这时测得的离心机COP仅在2～3之间。这说明,空调系统的配置合理是系统节能的重要环节。
我国正在积极推广建筑热电冷联产技术。但在热电冷联产应用上,存在一些误区。似乎凡热电冷联产系统就一定是节能系统。笔者认为,热电冷联产技术的关键并不在于其动力装置用微型燃气轮机还是用内燃机,也不在于其理论效率有多高。实际上如果系统配置不当,热电冷联产系统的节能效益便完全不能发挥。热电冷联产的理论效率达到70%或80%的前提是设备满负荷运行。在我国热电联产电力尚不允许上网的条件下,还必须将热电联产所发电力和所产热量全部用掉,才能体现出效益。
热电联产机组的产热和发电之间存在着平衡关系。取得的热量多、得热的品位(温度)高,就势必要降低发电效率;反之亦然。无论从热力学第一定律还是从热力学第二定律的观点分析,热电联产系统都应该充分发挥发电效率、充分利用排热,而不应该是相反。
在建筑节能中,选择设备不仅要看它在额定工况下的效率,更要看它在部分负荷条件下的效率。对制冷机而言,就是综合部分负荷值(IPLV)。
制冷机的综合部分负荷值IPLV在空调系统节能中是一个十分重要的参数。我国的制冷机标准中基本沿用了美国空调与制冷学会(ARI)标准。而ARI最初制订IPLV标准时是用美国亚特兰大市的气象参数、通过对一幢假想办公楼的模拟计算得到的。即使对美国的不同气候区,这一IPLV都不能完全适用,ARI用不同纬度的美国29个城市的数据得到新的IPLV(ARI 550.590-1998)。因为没有自己的数据,我国新版的制冷机标准中没有IPLV。
3 结论
3.1对建筑设计过程进行分解,提出建筑节能并行设计微循环模型,实现节能设计与节能评价的并行。
3.2通过比较建筑节能综合指标随窗墙比、构件类型的变化率大小,指出窗墙比设计和建筑构件设计时的修正次序。
3.3采用以极端情况为规则的回溯搜索策略,可避免试探性设计过程设计方案组合爆炸,有利于提高设计效率。
参考文献:
[1]龙惟定,周辉.对建筑节能的几点思考.
[2]宋树全.浅析建筑节能与优化设计.
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