建筑節(jié)能現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及解決途徑(二)

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二.建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和我國(guó)應(yīng)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域
    1.優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)
    建筑造型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式對(duì)建筑物性能有決定性影響。直接的影響包括建筑物與外環(huán)境的換熱量、自然通風(fēng)狀況和自然采光水平等。而這三方面涉及的內(nèi)容將構(gòu)成70%以上的建筑采暖通風(fēng)空調(diào)能耗。不同的建筑設(shè)計(jì)形式會(huì)造成能耗的巨大差別。然而,建筑物是個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),各方面因素相互影響,很難簡(jiǎn)單地確定建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。例如加大外窗面積可改善自然采光,在冬季還可獲得太陽(yáng)能量,但冬季的夜間會(huì)增大熱量消耗,同時(shí)夏季由于太陽(yáng)輻射通過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)使空調(diào)能耗增加。這就需要利用動(dòng)態(tài)熱模擬技術(shù)對(duì)不同的方案進(jìn)行詳細(xì)的模擬測(cè)試和比較。
    2.建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料和部品
    開發(fā)新的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)部件,以更好的滿足保溫、隔熱、透光、通風(fēng)等各種需求,甚至可根據(jù)變化了外界條件隨時(shí)改變其物理性能,達(dá)到維持室內(nèi)良好的物理環(huán)境同時(shí)降低能源消耗的目的。這是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的基礎(chǔ)技術(shù)和產(chǎn)品。主要涉及的產(chǎn)品有:外墻保溫和隔熱、屋頂保溫和隔熱、熱物理性能優(yōu)異的外窗和玻璃幕墻、智能外遮陽(yáng)裝置以及基于相變材料的蓄熱型圍護(hù)結(jié)構(gòu)和基于高分子吸濕材料的調(diào)濕型飾面材料。自90年代起,我國(guó)自主研發(fā)和從國(guó)外吸收消化的外墻、屋頂保溫隔熱技術(shù)被慢慢的采用。尤其外墻外保溫可通風(fēng)裝飾板、通風(fēng)型屋頂產(chǎn)品、通風(fēng)遮陽(yáng)窗簾的使用,都大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低建筑運(yùn)行成本。
    隨著建筑形式的設(shè)計(jì)多樣化、現(xiàn)代化、個(gè)性化,外窗和玻璃幕墻、玻璃金屬幕墻、玻璃磚幕墻、木玻幕墻、加金屬構(gòu)件的綜合幕墻等透光型外圍護(hù)結(jié)構(gòu)在建筑外立面中的使用越來(lái)越廣泛。由于其在保溫、隔熱、采光和吸收太陽(yáng)光等方面的多重功能,使其成為影響建筑本體能源消耗的主要因素。發(fā)達(dá)國(guó)家從90年代開始就十分重視外窗與玻璃幕墻的節(jié)能技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和推廣,可有效降低長(zhǎng)波輻射、增強(qiáng)保溫的低輻射 LOW-E 玻璃與玻璃夾層充惰性氣體和斷熱窗框、斷熱式玻璃幕墻技術(shù)使外窗的傳熱系數(shù)(u值)從傳統(tǒng)的單玻外窗的5.5W/(m2.k),降到 1.5 W/(m2.k) 以下,從而使透光型外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失接近非透光型圍護(hù)結(jié)構(gòu)。為了減少夏季通過(guò)外窗和玻璃幕墻的太陽(yáng)輻射,在冬季又恰當(dāng)?shù)匚仗?yáng)輻射,在各種可調(diào)節(jié)外遮陽(yáng)裝置和玻璃夾層中間設(shè)置可調(diào)節(jié)的遮陽(yáng)裝置并進(jìn)行有組織的同排風(fēng),也是做好外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)必不可少的措施。尤其大型公共建筑,更應(yīng)采取有效的措施。此外還有,利用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄存熱量,夜間室外空氣通過(guò)樓板空洞通風(fēng)使樓板冷卻,白天用冷卻的樓板吸收室內(nèi)熱量。這其實(shí)是利用了混凝土的惰性原理。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中配置適宜的相變材料則能更好的產(chǎn)生蓄熱效果。
    開發(fā)和推廣上述先進(jìn)技術(shù),可使我國(guó)大型公共建筑能耗降低到冬季10 W/m2的水平,僅為目前采暖能耗的1/3,空調(diào)能耗可以顯著下降。其實(shí),夏季空調(diào)的大量能耗是用于室內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)同時(shí)如果能采用相變材料等輔助措施,可以在空氣濕度高的時(shí)候吸收空氣中的水分,使其轉(zhuǎn)換為結(jié)晶水而封存在材料中,在室內(nèi)空氣相對(duì)濕度較低時(shí)有重新把水分釋放回空氣中。這樣可維持室內(nèi)相對(duì)濕度在40%-75%的舒適范圍內(nèi),而不消耗常規(guī)能源。目前日本、歐洲都開展了相關(guān)研究,國(guó)內(nèi)的研究開發(fā)也接近同等水平。這方面的突破將對(duì)改善住宅和普通公共建筑的夏季室內(nèi)環(huán)境,降低空調(diào)能耗甚至在某些場(chǎng)合取消傳統(tǒng)空調(diào)起到重大作用。
    3.通風(fēng)裝置與排風(fēng)熱回收裝置
    對(duì)于住宅建筑和普通公共建筑,當(dāng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱做到一定水平后,室內(nèi)外通風(fēng)形成的熱量或冷量損失,成為住宅能耗的重要組成部分。此時(shí),通過(guò)專門裝置有組織地進(jìn)行通風(fēng)換氣,同時(shí)在需要的時(shí)候有效的回收排風(fēng)中的能源,對(duì)降低住宅建筑的能耗具有重要意義。歐洲在在這些方面已做出豐碩成果,通過(guò)有組織的控制通風(fēng)和排風(fēng)的熱回收,大大降低了空調(diào)的使用時(shí)間,還使采暖空調(diào)期耗熱量、耗冷量降低30%以上。由于以前我國(guó)建筑本身的保溫隔熱性能差,通風(fēng)問題的重要性就遠(yuǎn)沒有歐洲突出。因此相比之下有較大差異。目前需要積極開展相關(guān)的研究和產(chǎn)品開發(fā)與推廣。
    就排風(fēng)熱回收而言,國(guó)內(nèi)目前已研制成功蜂窩狀鋁膜式、熱管式等顯熱回收器,這只對(duì)降低冬季采暖能耗有效。由于夏季除濕是新風(fēng)處理的主要負(fù)荷,因此更需要全熱回收器。目前國(guó)內(nèi)已開發(fā)有紙質(zhì)和高分子膜式透濕型全熱回收器,但其性能還待進(jìn)一步提高。
    4.各種熱泵技術(shù)
    通過(guò)熱泵技術(shù)提升低品位熱能的溫度,為其建筑提供熱量,是建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)提高效率降低能耗的重要途徑,也是建筑設(shè)備節(jié)能技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。目前在該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外進(jìn)展情況如下:
    1) 熱泵型家庭熱水機(jī)組 從室外空氣中提取熱量制備生活熱水,電到熱的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)3~4。日本推出采用二氧化碳為工質(zhì)的熱泵性熱水機(jī),并開始大范圍推廣。當(dāng)沒有余熱、廢熱可利用時(shí),這種熱泵性熱水機(jī)應(yīng)是提供家庭生活熱水的佳方式。
    2) 空氣源熱泵 冬季從室外空氣中提取熱量,為建筑供熱,是住宅和其他小規(guī)模民用建筑供熱的佳方式。在我國(guó)華北大部分地區(qū),這種方式冬季平均電熱轉(zhuǎn)換率有可能達(dá)到3以上。目前的技術(shù)難點(diǎn)是室外溫度在零度左右時(shí)蒸發(fā)器的結(jié)霜問題和為適應(yīng)室外溫度在5~-3°C范圍內(nèi)的變化,需要壓縮機(jī)在很大的壓縮比范圍內(nèi)都具有良好的性能。國(guó)內(nèi)外近10年來(lái)的大量研究攻關(guān)都集中在這兩個(gè)難點(diǎn)上。前者通過(guò)優(yōu)化的化霜循環(huán)、智能化霜控制、特殊的空氣換熱器形成設(shè)計(jì)以及不結(jié)霜表面材料的研制等正在陸續(xù)得到解決。后者則通過(guò)改變熱泵循環(huán)方式,如中間補(bǔ)氣、壓縮機(jī)串聯(lián)和并聯(lián)轉(zhuǎn)換等來(lái)嘗試解決。然而革命性的突破可能有待新型的壓縮機(jī)形式的出現(xiàn)。
    3) 地下水水源熱泵 即從地下抽水經(jīng)過(guò)熱泵提取其熱量后再把水回灌地下。這種方式用于建筑供熱,其電熱轉(zhuǎn)換率可達(dá)到3~4。這種技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都已廣泛應(yīng)用。但取水和回灌都受到地下水文地質(zhì)條件的限制,研究更有效的取水和回灌方式,可能會(huì)使該技術(shù)應(yīng)用范圍更加廣泛。
    4) 污水水源熱泵 直接從城市污水中提取熱量,是污水綜合利用的一部分。經(jīng)過(guò)專家推測(cè),利用城市污水充當(dāng)熱源可解決成熟20%的建筑采暖。目前的方式是從處理后的中水中提取熱源,借助于污水換熱器,可直接從大規(guī)模的污水中提取熱量,實(shí)現(xiàn)高效的污水熱泵供熱,是北方大型城市建筑采暖的主要構(gòu)成方式之一。
    5) 地埋管式土壤源熱泵 通過(guò)地下垂直或水平買人塑料管,通入循環(huán)工質(zhì),成為循環(huán)工質(zhì)與土壤間的換熱器。在冬季通過(guò)這一換熱器從地下取熱,成為熱泵的熱源;夏季從地下取冷,使其成為熱泵的冷源。這就形成了冬存夏用,或夏存冬用。目前這種方式是初始投資較高,并且要大量地從地下取熱蓄熱,僅適合低密度的住宅和商業(yè)建筑。與建筑基礎(chǔ)有機(jī)結(jié)合從而有效降低初始投資,提高傳熱管與土壤間的傳熱能力,將是低密度住宅與商業(yè)地產(chǎn)采用熱泵解決采暖空調(diào)冷熱源的一種有效方式。值得進(jìn)一步研究發(fā)展。
    綜上所述,采暖用能占我國(guó)北方城市建筑能耗的約50%,通過(guò)熱泵技術(shù)如能解決1/3建筑的采暖,將大大緩解建筑能耗問題,采暖與環(huán)境將趨于動(dòng)態(tài)平衡,這恰恰是作為一個(gè)環(huán)境公司所關(guān)心的問題。百銘通過(guò)把建筑能耗作為建筑設(shè)計(jì)的原始出發(fā)點(diǎn),真正地想做建筑精品,做世界上趨于完美的建筑。
    5.建筑中的可再生能源技術(shù)
    可再生能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Q竽艿榷喾N形式。可再生能源日益受到重視。開發(fā)利用可再生能源世界能源是持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。太陽(yáng)能既是性能源又是可再生能源,資源豐富對(duì)環(huán)境無(wú)污染,是一種非常潔凈的能源。應(yīng)提倡在建筑中廣泛應(yīng)用。如何利用可再生能源滿足建筑的制冷采暖需求,是建筑節(jié)能的一個(gè)重要課題。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)太陽(yáng)能光電利用取得了一定的進(jìn)展,太陽(yáng)能熱水器廣泛應(yīng)用。但是利用太陽(yáng)能的深度廣度還有待進(jìn)一步開發(fā)。還有,風(fēng)能也是一個(gè)可再生的能源,只是在有些地區(qū)不夠穩(wěn)定但怎樣合理利用好,也是一個(gè)課題。所以可再生能源技術(shù)的發(fā)展一方面是降低產(chǎn)品成本,另一方面更重要的是如何將上述產(chǎn)品和裝置有效地與建筑立面設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái),使其成為建筑的一個(gè)畫龍點(diǎn)睛的亮點(diǎn)和實(shí)實(shí)在在的好處。
    大型公共建筑相互之間的能耗差異表明,這類建筑的節(jié)能潛力在30%以上。通過(guò)建筑節(jié)能改造、加強(qiáng)管理,杜絕跑、冒、滴、漏浪費(fèi)現(xiàn)象,可實(shí)現(xiàn)節(jié)能5~10%;通過(guò)提高水泵、風(fēng)機(jī)等輸配設(shè)備的運(yùn)行效率及應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù),可實(shí)現(xiàn)節(jié)能10~20%;對(duì)于這樣的建筑,就應(yīng)該與歐洲的相對(duì)應(yīng)的建筑學(xué)習(xí),采用多種技術(shù)整合,在能源消耗上狠下功夫,做到一勞永逸、創(chuàng)造健康的建筑環(huán)境空間。