建筑能耗现状与实现节能途径
我国建筑能源消耗按其性质可分为如下几类:(1)北方地区供暖能耗约占我国建筑总能耗的36%,约为1.3亿吨标煤/年(折合3700亿度电/年)。(2)除供暖外的住宅用电(照明、炊事、生活热水、家电、空调),约占我国建筑总能耗的20%,约为2000亿度电/年。(3)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16%;(4)大型公共建筑(高档写字楼、星级酒店、购物中心)能耗,占民用建筑总能耗的10%左右。(5)农村生活用能(不包括非商品能),约为0.3亿吨标煤/年和900亿度电。
建筑属于长期的消费品,一旦建筑物按照设计要求施工落成后,能耗就会维持在某一固定范围内。一座节能建筑,对后人来讲是一笔巨大的财富,反之,则很可能是一个长期负担的财务包袱。
一、建筑能耗的总体发展趋势
1.1既有建筑规模
到2004年底,我国城乡建筑总面积约400亿平方米,其中城镇约为150亿平方米。在城镇中居住建筑面积约为105亿平方米,能达到建筑节能标准的仅占5%,其余95%都是非节能高能耗建筑。
目前我国公共建筑面积大约为45亿平方米,其中采用中央空调的大型商厦等为5~6亿平方米。这些建筑绝大部分为高耗能建筑,其单位面积能耗大约是普通居住建筑的10~15倍。
1.2建筑发展趋势
目前,我国每年竣工的房屋建筑面积约20亿平方米,预计到2020年底,我国新增的房屋面积将近300亿平方米。
1.3农村建筑能源的需求
我国农村建筑面积约为250亿平方米,2004年总耗电量900亿度,生活用标准煤0.3亿吨。但需要指出的是,目前我国农村的煤炭电力等商品能源消耗量很低,薪柴、秸秆等非商品能源在农村建筑能耗中占很大份额,如果这些非商品能源完全被常规商品能源所替代,则我国建筑能耗将增加一倍。
1.4建筑能耗在总能耗所占比例的增长
如果延续目前的建筑发展规模和建筑能耗状况,到2020年,每年将消耗1.2万亿度电和4.1亿吨标煤,接近目前全国建筑能耗的3倍。伴随着我国城市化程度不断提高,第三产业占GDP比重的加大以及制造业结构的调整,建筑能耗的比例将继续提高,最终接近发达国家目前的33%的水平。加之建材的生产能耗16.7%,建筑相关能耗约占全社会总能耗的46.7%.
二、建筑节能的主要技术途径
2.1建筑围护结构的节能
冬夏两季要靠采暖空调系统来维持室内温度与室外温度之间的差别。提高建筑围护结构的保温隔热能力从而达到降低采暖空调能耗。
建筑围护结构可以分成透明和不透明两大类。提高外墙、屋顶的节能性能,主要是增大其热阻。现代节能建筑对墙体热阻的要求非常高,开发同时能满足承重和保温两种性能要求的墙体材料,非常困难。因此,必须考虑走结构性材料和高效保温材料复合的技术路线,将墙体的承重层和保温层功能明确区分开来。国际上,建筑节能做的比较好的国家都是走的这条技术路线。
常见的高效保温材料的保温性能是极其优越的。玻璃棉、岩棉、聚苯乙烯泡沫塑料板等保温材料的保温性能均相当于同厚度粘土红砖的20倍左右,因此走复合墙体之路,需要解决的是两层材料如何复合及如何保护保温材料的问题。
提高窗和玻璃幕墙的节能性能,除了降低其传热系数外,对空调负荷比较大的建筑,提高玻璃的遮阳性能也非常重要。使用断热铝型材、多空腔的PVC型材制作窗框、幕墙框能够降低窗、幕墙的传热系数。使用各种中空玻璃也能够降低窗、幕墙的传热系数。为减少直接进入室内的太阳辐射热,可以用低透型的low-e玻璃,也可以借助各种各样的建筑外遮阳装置。
2.2采暖空调系统的节能
采暖系统中的节能首先应该做到热源节能,改革传统供暖系统,提高调节效果是降低集中供热系统能耗的重要途径。
以煤为燃料的大型热电联产热源和大型锅炉房通过采用清洁煤燃烧技术,热效率高、低污染。若使锅炉稳定在某个最佳工况,系统末端配合快速的调节方式(天然气等),则可以避免调节带来的浪费,燃煤热源也可稳定运行,保证清洁与高效。
供暖系统中,60%的能耗是风机和水泵的输配能耗,这也是导致建筑能源消耗过高的主要原因。在集中供热系统中推广变频技术,不仅可以改善调节效果,同时也可以大幅降低运行费用,实现节能运行。
我国空调能耗已占总能耗的20%左右,因而空调节能意义巨大。实现合理的运行调节是空调系统节能的关键。
空调节能需要结合整个建筑的结构、布局、功能等方面的通盘考虑,在室外温度较低时注意房间的通风,白天注意采用遮阳措施,空调运行时尽量关闭门窗等都是节能的有效措施。
2.3照明动力系统节能
目前,我国照明用电量已占总用电量的7%~8%.照明节电已成为节能的重要方面。节电是在保证照度的前提下,推广高效节能照明器具,提高电能利用率。
科学选用电光源是照明节电的首要问题。电光源发光原理可分为两类。一类是热辐射电光源,如白炽灯、卤钨灯等。另一类是气体放电光源,如汞灯、钠灯、氮灯、金属卤化物灯等。气体放电光源比热辐射电光源高得多。一般情况下,可逐步用气体放电光源替代热辐射电光源,并尽可能选用光效高的气体放电光源。
各类灯具中,荧光灯主要用于室内照明,汞灯和钠灯用于室外照明,也可将二者装在一起作混光照明。
选择照度是照明设计的重要问题。在满足标准照度的条件下,为节约电力,应恰当地选用一般照明、局部照明和混合照明3种方式,当一种光源不能满足显色性要求时,可采用两种以上光源混合照明的方式。同时,充分利用自然光,正确选择自然采光。充分利用室内受光面的反射性,也能有效地提高光的利用率。
加强照明用电管理是照明节电的重要方面。随手关灯;按户安装电表,实行计度收费;对集体宿舍安装电力定量器,限制用电。灯泡积污光通量可能降到正常光通量的50%以下。应根据照明环境定期清洁灯泡、灯具和墙壁。
2.4可再生能源在建筑中的应用
具体讲,可再生能源在建筑中的应用重点可以分成6个方面:一是太阳能光热在建筑中的推广应用及太阳能光电在建筑中的应用研究;二是地源热泵、水源热泵在建筑中的推广应用;三是热电冷三联供技术在城市供热、空调系统中的研究与应用;四是生物质能发电技术的研究与应用;五是太阳能、沼气和风能在集镇中的推广应用;六是垃圾燃烧在发电、供热中的应用。
2.5建筑能源系统的运行管理节能
由于系统的运行管理操作不够科学与规范造成系统大量的能量浪费,最主要的体现在:空调的操作和管理人员缺乏专业知识;对水泵、风机的节能普遍重视不够;过渡季节不懂得利用室外空气降温;冷却塔质量差,导致制冷主机耗电增加。
通过以下措施可实现能源系统的运行管理节能:
合理降低室内给定值标准。实际生活中,民用空调可有一个范围较宽的舒适区,在该舒适范围内,夏季降温时,取较高的干球温度和相对湿度作设定值;冬季采暖时,取较低的干球温度和相对湿度作设定值,从而减少处理空气所耗费的能量;
减少新风量。从卫生要求出发,室内每人必须保证有一定的新风量。和固定新风量的情况相比较,调节新风量,冷负荷可减少到50%~70%,热负荷可减少到近35%,手动调节不需要增加设备,比较简单,而且操作工作量不大;防止空调过冷和过热。
改变空调设备启动、停止时间。
实现空调运行管理的自动化。目前在空调系统的运行中,大多数已采用分区多工况调节方式来达到经济运行的目的。但在工况间的相互转换方面,基本上还是由运行操作人员根据运行的状况和工况转换条件进行手动转换,从而会因为人为原因,而造成能量的过多损耗。建筑设备自动化系统可将建筑物的空调、电气、卫生、防火报警等进行集中管理和最佳控制,可通过预测室内、外空气状态参数以维持室内舒适环境为约束条件,把最小耗能量作为评价函数,来判断和确定所需提供的冷热量、冷热源和空调机、风机、水泵的运行台数,工作顺序和运行时间及空调系统各环节的操作运行方式,以达到最佳节能运行效果。
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