建筑节能与暖通空调.ppt

建筑节能与暖通空调 中国开展建筑节能的历史沿革 第一时期 1980 1987 建设部组织 技术研究与技术标准研究制定阶段第二时期 1988 1994 建设部组织 开展建筑节能工程试验试点和扩大示范阶段第三时期 1994 1996 建设部组织 制定建筑节能政策并组织实施开展建筑节能工作阶段 第四时期 1996 建设部组织 全面实施节能50 第二步目标的工作阶段 胡锦涛同志在2004年中央经济工作会议上明确提出要大力发展节能省地型住宅温家宝总理在去年 今年政府工作报告中都明确强调建筑节能 21 背景材料 中国的城市化现代化趋势及今后建筑用能的情景分析 中国城市化趋势中国住宅建设规划经济与人民生活水平的提高 导致对用能的大幅度增加建筑用能的增加趋势及CO2排放情景分析 32 中国城市化进程与趋势 1999年底 中国城市人口3 89亿人 城市化水平30 9 2000年底 中国城市人口4 65亿人 城市化水平35 3 十五 期间 原规划到2005年城市化水平35 左右 城市人口达到4 6亿人到2010年 城市化水平将达到40 城市人口达到4 65亿 设市城市800个 建制镇19000个中国城镇化在提速 平均每年有1500万农民进入城市 而每个城市人口的能源为乡村人口的3 5倍 33 中国住宅建设规划 九五 期间 平均每年完成城镇住宅4 4亿平方米 大大高于 九五 规划的每年2 4亿平方米计划 2000年城市人均建筑面积20平方米 十五 期间 全国城乡住宅累计竣工57亿平方米 其中 城镇住宅建设27亿平方米 农村住宅30亿平方米 2005年城市人均建筑面积26平方米 到2010年 全国城乡住宅累计再竣工58亿平方米 其中 城镇住宅28亿平方米 农村30亿平方米 未来十年 全国累计建设住宅115平方米 其中 城镇55亿平方米 农村60亿平方米 34 经济与人民生活水平的提高 导致对用能的大幅度增加 随着经济与人民生活水平的提高 人们对居住舒适性要求越来越高 采暖地区城镇住宅冬季室内温度舒适性标准不断提高 夏热冬冷地区城镇住宅普遍安装采暖与空调设施 生活热水普及 广大农村居民开始安装采暖与空调降温设施 机械通风系统逐渐被采用 各类家用电器的普及与应用 以上因素必将导致建筑用能的大幅度增加 35 中国未来建筑用能的情景分析 中国自然与能源资源状况中国自然资源总量排世界第七位 中国能源资源总量约4万亿吨标准煤 居世界第三位 其中 煤炭保有储量1万亿吨 可采储量894亿吨 按照目前的开采强度 储采比不到100年 世界煤炭储量最大的国家依次为美国 中国 澳大利亚 印度 德国 南非 波兰 美国的储量比中国大一倍以上 除中国外 其余6国的储采比均在210年以上 石油的资源量78 7亿吨 可采储量56亿吨 剩余可采储量22 7亿吨 储采比约14年 天然气的资源量为38万亿立方米 可采储量8500亿立方米 剩余可采储量6310亿立方米 储采比约为32年 煤层气资源为35万亿立方米 相当于450亿吨标准煤 排世界第三位 但未成规摸开发利用 36 中国未来建筑用能的情景分析 中国能源及消费分析中国已探明的煤炭储量占世界储量的11 原油占2 4 天然气占1 2 均能源资源占有量不到世界平均水平的一半 石油仅十分之一 建筑能源消费占全国能源消费的25 左右 且迅速增长 我国经济增长有2 3是在对资源和生态环境过度透支的基础上实现的 而GDP只占世界的4 我国已成为世界第二大能源消费国 37 中国建筑能耗状况 2004 能耗总量 5060亿度电3 03亿吨标煤0 33亿吨标煤燃气总计 5 2亿吨标煤占全国总能耗 25 5 空调用能成为夏季用电高峰的关键因素家用空调在城市中愈益普及 城市居民每百户空调器拥有量2003年底平均已达61 8台 其中北京为119 31台 上海为135 80台 广东为141 99台 重庆为126 67台在公共建筑中的使用则愈益普遍在2004年夏季 空调的使用造成城市用电负荷高峰 导致24个省市拉闸限电2002年夏季 各地空调的用电高峰负荷共达4500万kW 相当于2 5个三峡电站满负荷出力 由于空调的继续增加 预计2010年空调高峰负荷将相当于5个 2020年将相当于10个三峡电站的满负荷出力建设每kW电站及电网设施 平均约需8千元投资 也就是说 至2020年 为保障当年空调高峰负荷的电力建设投资 需资金1 4万亿元过高的电力高峰负荷 对于电站和电网设施的经济运行和安全运行都是非常不利的过了两三个月的电力高峰时段 大量极端昂贵的电力设施完全闲置 浪费严重我国以火电为主 还造成大范围的环境污染 现在正以史无前例的超高速度建设电力设施缺电主要缺的是高峰电主要由夏季空调造成的华北 华东 中南各主要电网夏季空调造成的高峰负荷约占总负荷的1 3只要抓紧建筑节能 在保证建筑热舒适的条件下 空调高峰负荷可以大大削减下来 1 1建筑节能的含义和意义 1 1 1建筑节能的含义节能 是指加强用能管理 采取技术上可行 经济上合理以及环境和社会可以承受的措施 减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费 更加有效 合理地利用能源 这既是 中华人民共和国节约能源法 对 节能 的法律规定也是国际能源委员会的节能概念 节能不能简单地认为只是少用能 节能的核心是提高能源效率 从能源消费的角度 能源效率是指为终端用户提供的能源服务与所消耗的能源量之比 建筑节能是指提高建筑使用过程中的能源效率 主要包括采暖 通风 空调 照明 炊事 家用电器和热水供应等的能源效率 即提高为居住者所提供卫生舒适的居住条件与所消耗的能源量之比 1 1 1建筑节能的含义 建筑能耗 在社会总能耗中占有很大的比例 而且 社会经济越发达 生活水平越高 这个比例越大 西方发达国家 建筑能耗占社会总能耗30 45 美国一次能源消耗量 2000年达到36 55亿吨标准煤 其中建筑能耗占33 7 工业能耗占35 9 交通能耗占24 8 法国建筑能耗占社会总能耗的45 1 1 2建筑节能的意义 能源大量消费造成了大气污染 全球温室效应 生态环境迅速恶化 使整个人类惊恐的警钟敲响了 国际建筑节能的基本目的 由缓解能源供应扩大为人类的可持续发展 1 1 2建筑节能的意义 可持续发展思想的核心 在于正确规范两大基本关系 一是 人与自然 之间的关系 二是 人与人 之间的关系 要求人类以高度的科学认知与道德责任感 自觉地规范自己的行为 创造一个和谐的世界 1 1 2建筑节能的意义 可持续发展的最终目标 其一 不断满足当代和后代人的生产 生活和发展对于物质 能量 信息 文化的需求 这里强调的是 发展 其二 代际之间应体现公平的原则去使用和管理属于全人类的资源和环境 每代人都要以公正的原则担负起各自的责任 当代人的发展不能以牺牲后代人的发展为代价 这里强调的是 公平 其三 国际和区际之间应体现均富 合作 互补 平等的原则 去缩短空间范围内同代人之间的差距 不应造成物质上 能量上 信息上乃至心理上的鸿沟 以此去实现 资源 生产 市场 之间的内部协调和统一 这里应当强调的是 合作 其四 创造 自然 社会 经济支持系统适宜的外部条件 使得人类生活在一种更严格 更有序 更健康 更愉悦的环境之中 因此应当使系统的组织结构和运行机制 不断地被优化 这里强调的是 协调 全球气候变化与CO2排放 C O2 CO2CO2排放温室效应臭氧层破坏全球气候变暖南极50年气温上升2 5C冰川雪山溶化加快海平面上涨尼尔尼诺现象气候干旱缺水 河湖干枯 水土流失 植被退化 土地荒漠 地震 洪涝 台风等灾害加剧人类的生存环境受到从未遇到的严重威胁 13 1 2建筑能耗的形成 1为了居住者的舒适与健康 必须在各种室外气象条件下保持室内热环境处于舒适区以内 这必然导致室内外热环境参数出现差异 其中 室内外的温差和辐射 通过建筑围护结构产生传热 使室内得热或失热 2得热使室内温度上升 为了抑制室温上升 将室温保持在舒适范围内 需要向室内提供冷量抵消得热 失热会使室内温度下降 为了防止室温降低到舒适范围以下 需要向室内提供热量 弥补其失热 3所需要提供的冷 热量 称为建筑的冷热耗量 1 2建筑能耗的形成 建筑的冷热耗量还不是建筑的采暖空调能耗 采暖空调系统在向建筑供应冷热量时所消耗的能源才是建筑的采暖空调能耗 不同的采暖空调系统以不同的方式向建筑提供相同的冷热量时 所消耗的能源量是不同的 建筑的采暖空调能耗由以下二者决定 其一 建筑的冷热耗量 其二 采暖空调系统向建筑提供冷热量时的能源利用效率 能效比 用公式表示为 E Q EER 1 3 1 其中 E为采暖空调能耗 Q为建筑冷热耗量 EER为采暖空调系统的能效比 显然 应从减少建筑冷热耗量 提高采暖空调系统能效比两方面去实现建筑节能目标 1 3建筑节能的目的和基本途径 1 3 1建筑节能的目的建筑节能承担着双重任务 其一 改善建筑区环境 提高人民生活水平 其二 提高采暖空调的能源利用效率 保护环境 1 3 2建筑节能的基本途径 建筑能耗 经过粗略的估算 其中的2 3 3 4可通过正确的 理想的建筑措施节省下来 这不仅对建筑设备技术具有新的意义 而且给建筑设计带来新概念 新技术和高品位的建筑设计融为一体 这种新的建筑设计概念以整体综合设计取代现有线型思维 以设计出节省能源的建筑 在从建筑设备和建筑本身发掘潜力的同时 建筑的使用者也发挥着重要的作用 通过对舒适性要求和建筑功能用途适当调整 以及有意识的运行管理 可以大大减少建筑投资和能源需耗 综合设计酝酿出整体性的解决方案 将建筑中用户的使用要求和自然界的可再生能源的利用有机地结合在一起 新的趋势集中在 通过高质量的设备和建筑构件之间的全面协同 尽可能地减少原生能源和灰色能源的使用 同时尽可能多地利用可再生能源 1 3 2建筑节能的基本途径 一 生态圈 在酝酿建筑设计时 由 生态圈 中表现的联系应得到充分重视 在这个 生态圈 中不仅可以清晰地看到重点分区 例如外部空间 建筑体量和建筑设备等 同时各种降低设备投资和运行费用的可能性也归纳在其中 在具体实施上 每一个要素并不是象线性思维用在完成后的建筑上 而是融和在建筑设计中 每一个单独要素 如中庭 土壤 水面 大厅空间 构造 立面 屋顶和其它各种建筑设备均一样重要 并应得到同样对待 它们应整体地 综合地引入到设计中 1 3 2建筑节能的基本途径 二 外部环境在建筑设备设计时 外部环境所起的作用应放在重要位置考虑 由土壤 绿化 水及空气等组成的外部环境提供了多种多样的可能性 以用来减少建筑设备的数量或功率 同时节省能源和运行费用 作为整个生态设计的组成部分 外部环境将在未来建筑中发挥越来越多的作用 外界气流 地热资源 雨水等的利用及外部绿化等均属于外部环境 1 3 2建筑节能的基本途径 外界空气及气流连同它的能源潜力是未来整体综合设计的最主要的组成部分之一 并应相应地在实际中予以运用 建筑物原则上均应能自然通风 以减少由于空调和机械通风时间 自然通风的设计原则已不仅被建筑使用者接受 而且深受欢迎 为了使建筑能得到自然通风 根据建筑物的形状及高度有一系列的可能性使得建筑的正压 负压区得到利用 同时在建筑中充分利用热功学原理 为了减少使用制冷机产生冷量和通过加热设备提供热量 在自然冷却和加热外还有地冷及地热的利用 1 3 2建筑节能的基本途径 从长远的观点看 充分利用雨水资源是非常值得推荐的 因为它将节约大量珍贵的水资源 雨水不仅可以用来清洗 同时可以冷却建筑及其周围环境 德国莱比锡新会展中心的玻璃大厅使用了雨水降温系统 在这个硕大的玻璃大厅内 在盛夏季节不靠空调设备制冷的情况下 只靠在玻璃穹顶表面的喷洒蒸发冷却 这种设计构思不是单一建筑师或空调工程师的任务 而是一种高度整体统一的设计和预先的总体构思 以正确方式布置的植被在盛夏的烈日下形成自然荫凉 使得建筑外墙避免被暴晒而降低制冷量 室外树木还能同时使室内靠窗部分的光照强度降低 以利微机的使用操作 树林 灌木 草皮等还会给建筑的使用者带来一种舒适的感觉 同时起到改善建筑周围微气候的作用 1 3 2建筑节能的基本途径 三 建筑形式和位置在城市规划设计时就应将重要的生态观点引入其中 以便达到城市空间的自然通风和降温 进行一个城市规划时 建筑物的高度和朝向定位均应充分考虑到了地区风向和风力的因素 以便使整个城市做到自然通风 如果打算使建筑物自然通风和建筑吸热构件自然冷却 就应在城市规划 城市设计时将这个想法融进去 以便使各种意义的可能性不受限制 建筑设计应使得建筑表面形成足够的压力差 以便在开启窗户后形成穿动气流 不同的建筑布局及平面形式将形成不同的冷热量消耗 1 3 2建筑节能的基本途径 降低热耗以及调整热量吸收不仅和建筑的朝向 同时和建筑的形状 建筑体形系数密不可分 在建筑周围设水面 以利用蒸发来降温非常有意义 用于通风冷却吸入的新风 在被引入前便自然降低了温度 在建筑下部的地热交换导管应和热泵联系在一起 以便在冬季时提升室内温度 通过折光板可将自然光更深地引入室内 充分利用自然照明 所有这些措施均在有意识地利用可再生能源 并以此简化技术手段 减少设备 节省能源开支 1 3 2建筑节能的基本途径 建筑立面在过去和现在大多由建筑师来确定 立面设计应尽可能地在满足使用者各种要求的同时 还将这些要求和自然资源结合起来 建筑的立面不仅是室内外空间的分隔部分 同时还必须满足许多其它功能 1 视线的联系 2 引进日光照明 3 自然通风 4 保温隔热 5 遮阳 6 适宜的表面温度 7 充分预防眩光 1 3 2建筑节能的基本途径 立面是热工舒适性 空气洁净度以及视觉舒适性的重要组成部分 如人的皮肤一样 建筑外立面应对室内外变化灵敏地作出反应 这要求高度的创造性和革新性 然而 新立面带来的相对高的投资使得许多想法无法付诸实施 通过运行过程中节省的开支来为新立面的昂贵投资辩护总是显得太苍白 所以在这个课题范围内还需一个高层次的整体设计 制定未来的解决方案 位于瑞士巴赛尔的 由明星建筑师赫尔佐格和德梅龙设计的SUVA办公楼属于一个特殊的例子 业主和建筑师为了探讨新途径而不惜工本 建筑外立面每层均由3部分组成 由上到下 分别为日光调节系统 手控通风窗扇 依温度调节的集热板 它们分别起到折射光线 通风和利用太阳能的作用 立面的变化受到日照强度 室外温度 时间 风力和降雨等因素的影响 这个立面设计力图一方面充分利用日光 另一方面满足建筑师的一个随四季变化的立面设想 通过计算机控制 立面的条形玻璃可根据光线和热量的变化而转动 有时打开 有时关闭 以便合理利用太阳能 通过立面可在调节光照强度的同时 使得光线在室内均匀分布 这样既可以减少人工照明 又能保证操作微机时的视觉效果 要降低能源消耗 建筑中的开敞式空间将在特定的条件下成为一个有意义的补充 与这个开敞式空间相连的房间不仅可以减少一半的热量流失 同时可以减少制冷能耗 开敞式空间特别适合充分利用太阳能 并将其功能在建筑物内充分扩展 根据使用要求还可以将该开敞式空间设计成室内花园 以进一步改善室内小气候 开敞式空间还应尽量设计成为不需人工通风和降温的空间 从而降低投资成本 1 3 2建筑节能的基本途径 除了建筑形式和位置 建筑结构 立面构造以及开敞空间的应用均可发挥积极的作用 为在夏天尽可能通过自然的办法降低室内温度可利用混凝土的吸热性能 这项措施可将制冷能耗降低30 通过建筑师 结构工程师和设备工程师的共同协作而形成的建筑体量吸热设计 可以降低设备投资和运行费用 同时 建筑的空间质量在主观及客观上均得到很大改善 即不仅是室内实际温度 同时感受温度都将处于一个较理想的状态 位处慕尼黑的HL TechnidAG公司的一幢办公楼采用了这种吸热设计 在大厅中 坚实的裸露混凝土构造和石板地面可将吸热功能进一步提高 通过反射玻璃和室内窗帘的作用 使得整个热量穿透系数控制在12 5 13 直接的效果是仲夏室外温度为32 时 不需空调也凉爽宜人 运用吸热降温技术的建筑在过去的几年中不断得以实施 每次均是建筑师 结构工程师和设备工程师之间的紧密配合 在这类建筑的设计时 整体综合设计显得尤为重要 因为只靠其中一个工种是完全解决不了的 在 吸热建筑 的设计中 还应根据实际情况考虑将建筑构件吸热后的自然冷却与其它降温技术结合起来 1 3 2建筑节能的基本途径 五 主动技术干预在被动方案无法满足需要的时候 便需要主动技术干预起辅助作用 太阳能收集器和光电转化器在现今暂属于来不及回收投资的技术手段 所以在常见能源解决方法太麻烦的情况下 才通过先进手段将此技术付诸实施 应用风能则应主要集中在充分合理解决自然通风方面 而不是在建筑上设立巨大的风力发电机 雨水的利用除了做冲洗 清洗用途外还应有针对性地冷却建筑构件 与热泵系统相结合的地热能源利用对未来有着深远的意义 而关于地热资源利用的决策应尽可能早地