PDF《浅谈建筑节能技术》

环球聚氨酯网

30 Technical Exchange 技术交流建筑专栏浅谈建筑节能技术建筑能耗即建筑使用能耗,包括采暖、空调、热 水供应、炊事、家用电器等方面的能耗.

其中,以建 筑采暖和空调能耗为主,占建筑总能耗的50%~70%.随 着我国经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高, 我国建筑能耗日益增长.1999年我国建筑能耗占社会 总能耗的比例已达到20%~25%.而在西方国家,建 筑能耗一般占全国总能耗的30%~40%.所以,随着 人民生活水平的不断提高、城镇化进程的加快以及住 房体制改革的深化,我国的建筑能耗必将进一步增 加.建筑能耗在我国增长空间很大,是我国今后能源 消耗的一个主要增长点.1999年,美国的能源消费总 量约占全世界能源消费总量的26%,其中的建筑能耗 已经接近于我国的能源消费总量.因为我国的人口是 美国人口的4.5倍左右,设想如果我国的人均建筑能耗 水平达到目前美国的人均水平,那么我国的建筑能耗 将占当前全世界总能耗的40%.这种情况是难以想象 的. 随着我国经济的不断增长,人们对建筑室内环境 舒适程度要求的不断提高,我国建筑节能究竟如何办 呢?但建筑节能不能以牺牲人的舒适和健康为代价, 否则节能便失去了意义.所谓的建筑节能是指在建筑 中提高能源利用效率,用有限的资源和最小的能源消 费代价取得最大的经济和社会效应.因此,建筑节能 是贯彻可持续发展战略、实现国家节能规划目标、减 排温室气体的重要措施,符合全球发展趋势.其解决 途径只有两种:一方面通过开发利用可再生能源及节 能建材等途径降低建筑能耗的需求;

另一方面要提高 能耗系统的效率,从而降低终端能源使用量.

1、实现建筑节能的技术途径及动态 经粗略估算,采取周密、有效的建筑技术措施 可以降低2/3~3/4的建筑能耗.因此,在建筑规划设 计、建造和使用过程中,在满足室内环境舒适、卫生、健康的条件下,采取合理有效的建筑节能技术, 有利于实现建筑节能和环保共进的目标.日本最近提 出 建筑的节能与环境共存设计 的概念便是这一思 想的体现.一般来说,实现建筑节能的技术途径为: 尽量减少建筑内能源总需求量的同时,大力开发利用 可再生的新能源,从而减少使用在建筑领域内易引起 环境污染的能源. 1.1减少建筑内的能源总需求量 据统计,在发达国家,空调采暖能耗占建筑能耗 的65%.目前,我国的采暖空调和照明用能量近期增 长速度己明显高于能量生产的增长速度,因此,减少 建筑的冷、热及照明能耗是降低建筑能耗总量的重要 内容,一般可从以下几方面实现. 1.1.1建筑规划与设计 面对全球能源环境问题,不少全新的设计理念 应运而生,如低能耗建筑、零能建筑和绿色建筑等, 它们本质上都要求建筑师从整体综合设计概念出发, 坚持与能源分析专家、环境专家、设备师和结构师紧 密配合.在建筑规划和设计时,根据大范围的气候条 件影响,针对建筑自身所处的具体环境气候特征,重 视利用自然环境(如外界气流、雨水、湖泊和绿化、 地形等)创造良好的建筑室内微气候,以尽量减少对 建筑设备的依赖.具体措施可归纳为以下三个方面: 合理选择建筑的地址、采取合理的外部环境设计(主 要方法为:在建筑周围布置树木、植被、水面、假山、围墙);

合理设计建筑形体(包括建筑整体体量 和建筑朝向的确定),以改善既有的微气候;

合理的 建筑形体设计是充分利用建筑室外微环境来改善建筑 室内微环境的关键部分,主要通过建筑各部件的结构 构造设计和建筑内部空间的合理分隔设计得以实现. 同时,可借助相关软件进行优化设计,如运用天正建 筑(Ⅱ)中建筑阴影模拟,辅助设计建筑朝向和居住 小区的道路、绿化、室外消闲空间及利用CFD软件, 如:PHOENICS,Fluent等,分析室内外空气流动是 否通畅. 浅谈建筑节能技术2010年1月 总第92期www.puworld.com

31 1.1.2围护结构 建筑围护结构组成部件(屋顶、墙、地基、隔热 材料、密封材料、门和窗、遮阳设施)的设计对建筑 能耗、环境性能、室内空气质量与用户所处的视觉和 热舒适环境有根本的影响.一般增大围护结构的费用 仅为总投资的3%~6%,而节能却可达20%~40%. 通过改善建筑物围护结构的热工性能,在夏季可减少 室外热量传入室内,在冬季可减少室内热量的流失, 使建筑热环境得以改善,从而减少建筑冷、热消耗. 首先,提高围护结构各组成部件的热工性能,一般通 过改变其组成材料的热工性能实行,如欧盟新研制的 热二极管墙体(低费用的薄片热二极管只允许单方向 的传热,可以产生隔热效果)和热工性能随季节动态 变化的玻璃.然后,根据当地的气候、建筑的地理位 置和朝向,以建筑能耗软件DOE-2.0的计算结果为指 导,选择围护结构组合优化设计方法.最后,评估围 护结构各部件与组合的技术经济可行性,以确定技术 可行、经济合理的围护结构. 1.1.3提高终端用户用能效率 高能效的采暖、空调系统与上述削减室内冷热负 荷的措施并行,才能真正地减少采暖、空调能耗.首先,根据建筑的特点和功能,设计高能效的暖通空调 设备系统,例如:热泵系统、蓄能系统和区域供热、 供冷系统等.然后,在使用中采用能源管理和监控系 统监督和调控室内的舒适度、室内空气品质和能耗情 况.如欧洲国家通过传感器测量周边环境的温、湿度 和日照强度,然后基于建筑动态模型预测采暖和空调 负荷,控制暖通空调系统的运行.在其他的家电产品 和办公设备方面,应尽量使用节能认证的产品.如美 国一般鼓励采用 能源之星 的产品,而澳大利亚对 耗能大的家电产品实施最低能效标准(MEPS). 1.1.4提高总的能源利用效率 从一次能源转换到建筑设备系统使用的终端能 源的过程中,能源损失很大.因此,应从全过程(包 括开采、处理、输送、储存、分配和终端利用)进行 评价,才能全面反映能源利用效率和能源对环境的 影响.建筑中的能耗设备,如空调、热水器、洗衣 机等应选用能源效率高的能源供应.例如,作为燃 料,天然气比电能的总能源效率更高.采用第二代能 源系统,可充分利用不同品位热能,最大限度地提 高能源利用效率,如热电联产(CHP)、冷热电联产 (CCHP). 1.2利用新能源 在节约能源、保护环境方面,新能源的利用起至 关重要的作用.新能源通常指非常规的可再生能源, 包括有太阳能、地热能、风能、生物质能等.人们对 各种太阳能利用方式进行了广泛的探索,逐步明确了 发展方向,使太阳能初步得到一些利用,如:①作为 太阳能利用中的重要项目,太阳能热发电技术较为成 熟,美国、以色列、澳大利亚等国投资兴建了一批试 验性太阳能热发电站,以后可望实现太阳能热发电商 业化;

②随着太阳能光伏发电的发展,国外己建成 不少光伏电站和 太阳屋顶 示范工程,将促进并网 发电系统快速发展;

③目前,全世界已有数万台光伏 水泵在各地运行;

④太阳热水器技术比较成熟,已具 备相应的技术标准和规范,但仍需进一步地完善太阳 热水器的功能,并加强太阳能建筑一体化建设;

⑤被 动式太阳能建筑因构造简单、造价低,已经得到较广 泛应用,其设计技术已相对较为成熟,已有可供参考 的设计手册;

⑥太阳能吸收式制冷技术出现较早,目 前已应用在大型空调领域;

太阳能吸附式制冷目前处 于样机研制和实验研究阶段;

⑦太阳能干燥和太阳灶 已得到一定的推广应用.但从总体而言,目前太阳能 利用的规模还不大,技术尚不完善,商品化程度也较 低,仍需要继续深入广泛地研究.在利用地热能时, 一方面可利用高温地热能发电或直接用于采暖供热和 热水供应;

另一方面可借助地源热泵和地道风系统利 用低温地热能.风能发电较适用于多风海岸线山区和 易引起强风的高层建筑,在英国和香港已有成功的工 程实例,但在建筑领域,较为常见的风能利用形式是 自然通风方式.

2、建筑节能新技术 理想的节能建筑应在最少的能量消耗下满足以 下三点,一是能够在不同季节、不同区域控制接收或 阻止太阳辐射;

二是能够在不同季节保持室内的舒适 性;

三是能够使室内实现必要的通风换气.目前,建 筑节能的途径主要包括:尽量减少不可再生能源的消 耗,提高能源的使用效率;

减少建筑围护结构的能量 损失;

降低建筑设施运行的能耗.在这三个方面,高 新技术起着决定性的作用.当然建筑节能也采用一些 传统技术,但这些传统技术是在先进的试验论证和科 学的理论分析的基础上才能用于现代化的建筑中. 2.1减少能源消耗,提高能源的使用效率 为了维持居住空间的环境质量,在寒冷的季节 需要取暖以提高室内的温度,在炎热的季节需要制冷 以降低室内的温度,干燥时需要加湿,潮湿时需要抽 湿,而这些往往都需要消耗能源才能实现.从节能的 角度讲,应提高供暖(制冷)系统的效率,它包括设 备本身的效率、管网传送的效率、用户端的计量以及 环球聚氨酯网

32 Technical Exchange 技术交流建筑专栏室内环境的控制装置的效率等.这些都要求相应的行 业在设计、安装、运行质量、节能系统调节、设备材 料以及经营管理模式等方面采用高新技术.如目前在 供暖系统节能方面就有三种新技术:①利用计算机、 平衡阀及其专用智能仪表对管网流量进行合理分配, 既改善了供暖质量,又节约了能源;

②在用户散热器 上安设热量分配表和温度调节阀,用户可根据需要消 耗和控制热能,以达到舒适和节能的双重效果;

③采 用新型的保温材料包敷送暖管道,以减少管道的热损 失.近年来低温地板辐射技术己被证明节能效果比较 好,它是采用交联聚乙烯(PEX)管作为通水管,用 特殊方式双向循环盘于地面层内,冬天向管内供低温 热水(地热、太阳能或各种低温余热提供);

夏天输 入冷水可降低地表温度(目前国内只用于供暖);

该 技术与对流散热为主的散热器相比,具有室内温度分 布均匀,舒适、节能、易计量、维护方便等优点. 2.2减少建筑围护结构的能量损失 建筑物围护结构的能量损失主要来自三部分:① 外墙;

②门窗;

③屋顶.这三部分的节能技术是各国 建筑界都非常关注的.主要发展方向是,开发高效、 经济的保温、隔热材料和切实可行的构造技术,以提 高围护结构的保温、隔热性能和密闭性能. 2.2.1外墙节能技术 就墙体节能而言,传统的用重质单一材料增加 墙体厚度来达到保温的作法已不能适应节能和环保的 要求,而复合墙体越来越成为墙体的主流.复合墙体 一般用块体材料或钢筋混凝土作为承重结构,与保 温隔热材料复合,或在框架结构中用薄壁材料加以保 温、隔热材料作为墙体.目前建筑用保温、隔热材料 主要有岩棉、矿渣棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫、膨胀 珍珠岩、膨胀蛭石、加气混凝土及胶粉聚苯颗粒浆料 等.这些材料的生产、制作都需要采用特殊的工艺、 特殊的设备,而不是传统技术所能及的.值得一提的 是胶粉聚苯颗粒浆料,它是将胶粉料和聚苯颗粒轻骨 料加水搅拌成浆料,抹于墙体外表面,形成无空腔保 温层.聚苯颗粒骨料是采用回收的废聚苯板经粉碎制 成,而胶粉料掺有大量的粉煤灰,这是一种废物利 用、节能环保的材料.墙体的复合技术有内附保温 层、外附保温层和夹心保温层三种.我国采用夹心保 温作法的较多;

在欧洲各国,大多采用外附发泡聚苯 板的作法,在德国,外保温建筑占建筑总量的80%, 而其中70%均采用泡沫聚苯板. 2.2.2门窗节能技术 门窗具有采光、通风和围护的作用,还在建筑艺 术处理上起着很重要的作用.然而门窗又是最容易造 成能量损失的部位.为了增大采光通风面积或表现现 代建筑的性格特征,建筑物的门窗面积越来越大,更 有全玻璃的幕墙建筑.这就对外维护结构的节能提出 了更高的要求.目前,对门窗的节能处理主要是改善 材料的保温隔热性能和提高门窗的密闭性能.从门窗 材料来看,近些年出现了铝合金断热型材、铝木复合 型材、钢塑整体挤出型材、塑木复合型材以及UPVC 塑料型材等一些技术含量较高的节能产品.其中使用 较广的是UPVC塑料型材,它所使用的原料是高分子 材料--硬质聚氯乙烯.它不仅生产过程中能耗少、无 污染,而且材料导热系数小,多腔体结构密封性好, 因而保温隔热性能好.UPVC塑料门窗在欧洲各国已 经采用多年,在德国塑料门窗已经占了50%.我国20 世纪90年代以后塑料门窗用量不断增大,正逐渐取代 钢、铝合金等能耗大的材料.为了解决大面积玻璃造 成能量损失过大的问题,人们运用了高新技术,将普 通玻璃加工成中空玻璃,镀膜玻璃(包括反射玻璃、 吸热玻璃)高强度LOW2E防火玻璃(高强度低辐射 镀膜防火玻璃)、采用磁控真空溅射方法镀制含金属 银层的玻璃以及最特别的智能玻璃.智能玻璃能感知 外界光的变化并做出反应,它有两类,一类是光致变 色玻璃,在光照射时,玻璃会感光变暗,光线不易透 过;

停止光照射时,玻璃........