建筑节能技术参考论文.docx

建筑物能耗与节能技术 林翔 建筑环境与设备工程摘要：建筑能耗将是未来我国能源消耗的主要增长点，建筑节能技术的研究与应用将对我国能源消费产生深远的影响。本文系统分析了我国建筑能耗的基本情况，预测了未来建筑能耗的总体发展趋势，提出了建筑节能的主要技术途径。建筑能耗分析是进行建筑节能诊断的必要手段，在能耗微观分析中提出了建立能耗分项计量系统以掌握用能设备能耗情况的思路，通过采集分项能耗数据得出分析结果，参照同类型建筑设备能耗比例确定该设备能耗的合理性，最后配合现场的调研最终找到相应的节能管理和节能改造措施。关键词：建筑节能 建筑能耗 分项能耗 能源结构 一次能源Building energy consumption and Energy efficiency in buildings Lin xiang Building Environment and Facility EngineeringAbstract:Building energy consumption will be the main growth point of Chinas future energy consumption.Building energy efficiency technologies has great influence on Chinas energy consumption.The present situation of the chinese energy consumption was introduced.The basic principle and technologies measures of energy efficiency in building were proposed. Building energy consumption analysis is carried out the diagnosis of the necessity of building energy conservation, Microscopic analysis contained in energy consumption of energy consumption to have itemized measurement systems use of energy consumption to equipment information, data collection and analysis of the itemized energy consumption to a result, the same type of building a device to determine the rate of energy consumption of energy consumption of rationality, the last line with the research finally find the energy and energy efficient reform measures.Keyword:Energy efficiency in buildings Building energy consumption Itemized energy consumption Energy structure An energy一、我国建筑能耗的基本状况t+ c; y+ Dl* K: S5 Q 1、建筑能耗在全国总能耗的比例$ S/ T2 u7 J: V) t6 ?- N/ y0 x 建筑能耗主要指采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器、电梯、通风等方面的能耗。据统计，建筑能耗在我国能源总消费中所占的比例已经达到27.6%，且仍将继续增长。我国目前城镇民用建筑运行耗电占我国总发电量的25%左右，北方地区城镇供暖消耗的燃煤占我国非发电用煤量的15%-20%。这些数值仅为建筑运行所消耗的能源，不包括建筑材料制造用能以及建筑施工过程能耗。* q t1 7 g3 B0 A2 y建设领域中的建筑业和住宅产业也是资源消耗的大户，据计算，钢材消耗约占我国钢材生产总量的20%，水泥消耗量约占我国水泥生产量的20%，玻璃消耗量约占我国玻璃生产总量的15%，降低能耗、节约资源问题不容忽视。 : V! i7 G5 O& U; , 5 x. Y: c! 2、建筑能耗的分布9 p5 - C K3 W9 x% d) u- Y6 d 我国建筑能源消耗按其性质可分为如下几类：2 7 U3 _; ?$ Y （1） 北方地区供暖能耗，此项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）。( ?/ B5 o1 U- Z5 0 F9 p （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。4 3 u( P4 |+ p, m （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%；+ i* C( k w$ X+ d, b3 d4 q& X （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 W2 O& U2 L, G （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。; c( r% T4 F) N0 Q6 d. J( E4 z* g* t 3、建筑能耗的特点7 w0 D0 a! U2 ) p/ K 建筑属于长期的消费品，不可能进行频繁地更新。建筑能耗虽然会随着天气、气候条件不断变化，但相对于围护结构等建筑部件来说对建筑能耗影响不是很大。所以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，则很可能是一个消耗能源的黑洞，一个长期负担的财务包袱。9 w# t5 O3 u0 r$ F* 7 N6 F/ |* X1 8 E; F0 D2 二、建筑能耗的总体发展趋势% m4 u$ i2 w2 Z2 t4 q9 z 1、既有建筑规模6 m! ?$ y- k# x6 Y( s7 到2004年底，我国城乡建筑总面积约400亿m2，其中城镇约为150亿m2 。在城镇中居住建筑面积约为105亿m2，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。( _. m7 N7 - t8 N+ W8 i0 t 目前我国公共建筑面积大约为45亿m2，其中采用中央空调的大型商厦、办公楼、宾馆为56亿m2。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1015倍，如北京市大型公共建筑虽仅占全市总建筑面积的5.4%，但其电耗接近全市住宅总电耗。, L m(f 2、建筑发展趋势$ q/ A- L0 m% M# d! j 目前，我国每年竣工的房屋建筑面积约20亿m2，预计到2020年底，我国新增的房屋面积将近300亿平方米，新增城镇民用建筑面积将为100-150亿m2。在未来30年内，我国还需建造400亿平方米的新建筑，建筑数量和建设速度都属于世界发展史上所罕见。2 y X7 B, 4 L, 6 # AI. S 3、农村建筑能源的需求) q7 v* 3 _3 w/ f% h 我国农村建筑面积约为250亿m2，2004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。3 8 I: 1 3 Z 4、建筑能耗在总能耗所占比例的增长1 B# S T. U2 7 v3 M 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%。/ N: $ I1 X2 W* 2 v# 三、建筑节能的主要技术途径/ E$ x1 ) D: q9 7 p- y6 |8 e 1、建筑围护结构的节能+ O- O5 : v: D 为了创造一个适宜人们生活、工作的室内环境，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。正是这个室内外的温差导致能量以热的形式流出或流入室内，采暖空调设备消耗的能量主要就是用来补充这个能量损失的。$ o( 3 g# b; u* I D0 E 提高建筑围护结构的保温隔热的能力可以减少流出或流入室内的热量，降低采暖、空调系统的负荷，减小设备的容量，缩短系统实际运行的时间，从而达到降低采暖空调能耗。/ h0 j8 k C5 n3 u$ g建筑围护结构可以分成透明和不透明两大类。透明围护结构就是窗和玻璃幕墙，非透明围护结构就是外墙、屋顶等。2 G5 g- c& Q a; C3 B 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。% V& ! K: ) V( J+ G( s! _3 U7 X 常见的高效保温材料与传统的粘土红砖相比，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与同厚度粘土红砖的20倍左右，因此走复合墙体之路，墙体的承重材料根本就不再需要考虑导热系数大小的问题，需要解决的是两层材料如何复合的问题，以及如何保护保温材料的问题。* l! a; J5 j, a7 N1 S 提高窗和玻璃幕墙的节能性能，除了降低其的传热系数外，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。透过玻璃直接进入室内的太阳辐射对空调负荷影响很大，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 Z3 E2 , z% 2、采暖空调系统的节能4 R8 w) J! z( : * D) O. z7 m4 A* | 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，减少由于调节带来的不必要的损失是降低集中供热系统能耗的重要途径。% ! F8 l( k7 x9 p 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，如果大型供热系统的调节不当和调节不及时，会导致部分建筑过热，造成很大的能量损失。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。 S9 9 n- O2 C# e q 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，根据负荷需求调节供热水流量，减少阀门能耗，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。K! q/ R1 0 Gh/ i. x 在我国，空调应用日益广泛、普及，空调用电占总用电总量的比例在不断上升，空调能耗已占总能耗20%左右，因而空调节能意义巨大。同时，在空调系统的设计及设备选型均建立在设计工况下，实际运行中空调负荷则随多种因素而变化，运行最小负荷甚至还不到设计负荷的10%，实现合理的运行调节是空调系统节能的关键。0 S* N$ l6 M3 # F6 w L q8 |/ i 空调节能并不是独立的，需要结合整个建筑的结构、布局、功能等方面的通盘考虑：$ 1 e9 % K4 o5 B* E 在满足要求的前提下，尽量降低设计标准、在舒适度相同的情况下根据实际情况在允许范围内调整室内温湿度的取值、考虑利用热湿环境的各个因素，都可以减少空调系统能耗；3 # ; M% n1 6 u8 4 Z 制冷机组选型时应根据容量大小尽量选择能效比高的机组，如螺杆式、离心式冷水机组等，此类制冷机组的能效比一般都在4.55.8之间。 根据计算的负荷大小选择容量相同的机组，而不选用容量过大的主机。容量过大的主机不能全负荷运转，却会增加设备投资、浪费运转能耗； d1 x: L* K4 a4 S7 M% V0 A 为使系统在运行中能够节能，空调系统的节能设计需根据工程具体情况对空调运行季节进行全工况、全过程的分析，使空调系统在不同的室外气象参数或室内状况下都能经济的合理运行。. W+ : C) B9 r; Q6 F. 9 s! yK 对舒适性空调而言，人的舒适感有一个较宽的范围，因而运行过程中室内参数设置不必过高。同时，合理的利用环境因素也能够节约能耗。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。3 ?! N# |; o1 M2 E& p3 4 b 3、照明动力系统节能. q& i ; ! t& D 目前，我国照明用电量已占总用电量的7%8%。按照我国提出的“中国绿色照明工程”，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，减少用电量。, e* 3 R, Z+ x( B 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。各种电光源的发光效率有较大差别，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。3 F/ U) n5 w. Q: ?! e2 D 灯具的主要功能是合理分配光源辐射的光通量，满足环境和作业的配光要求，并且不产生眩光和严重的光幕反射。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。这样做光效高、耗电少、光色逼真、协调、视觉舒适。6 F) v h2 c7 u 6 t 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三种方式，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，这样既提高了光效，又改善了显色性。同时，充分利用自然光，正确选择自然采光，也能改善工作环境，使人感到舒适，有利于健康。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。( t: - o# G. V7 o 加强照明用电管理是照明节电的重要方面。照明节电管理主要以节电宣传教育和建立实施照明节电制度为主。使人们养成随手关灯的习惯；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，这些都能有效地降低照明用电量。灯泡积污光通量可能降到正常光通量的50%以下。灯泡、灯具、玻璃、墙壁不清洁时，其反射率和透光率也会大大降低。为了保证灯泡的发光效果，应根据照明环境定期清洁灯泡、灯具和墙壁。4、可再生能源在建筑应用8 d9 K3 z N/ V1 o N5 W7 F 可再生能源是指氢能、太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能等非化石能源，随着“十一五”规划的提出和中华人民共和国可再生能源法的确立，中国迎来了可再生能源飞速发展的契机。建设部也提出以提高资源利用效率为核心，以节能、节地、节水、节材和发展循环经济以及大力推进可再生能源建筑应用为重点，推广可再生能源在建筑领域的规模化应用，着力解决资源节约与城乡建设中的突出矛盾，努力建设节约型城镇。1 A. L! r$ 6 g& 具体的讲，可再生能源在建筑中的应用重点可以分成六个方面：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。) x+ $ y4 # 可再生能源在建筑应用的推广必将有利于缓解能源压力，减少大气污染，这同时也是节能建筑、绿色建筑的必然要求。8 o8 k+ _9 p( o! A+ p; f 5、建筑能源系统的运行管理节能& Q ?1 V/ W r5 C1 R 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。C& |) e! H7 Y$ / C 通过以下措施可实现能源系统的运行管理节能： s0 b9 f. i) g, u- Q- W1 / v# G# ? 合理降低室内给定值标准。实际生活中，由于每个人对舒适感的要求标准差别很大，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，可以减少围护结构的传热负荷和新风负荷，从而减少处理空气所耗费的能量；6 c8 o b( F! w3 t, | 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%，手动调节虽然没有自动调节的省能效果好，但不需要增加设备，比较简单，而且操作工作量不大；: w X3 D& ?+ # r8 防止空调过冷和过热。夏季室温过冷或冬季室温过热，不仅耗费能量，而且对人体舒适和健康来说也是不适宜的，故设置恒温器是十分必要的；4 ?4 N/ Y, Z H 改变空调设备启动、停止时间。在预冷预热时停止取用新风；对间歇运行的空调系统，应根据围护结构热工性能、气候变化、房间使用功能及房间换气次数的多少进行预测控制，确定最合适的启动和停止时间，在保证舒适的条件下节约空调能耗；( h) 2 p/ R( x$ p% U. l0 V 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。5 W9 四. 建筑能耗分析思路从能源的结构来说，建筑能耗主要包括：电，煤、燃油、燃气等。进行建筑能耗分析应该遵循从宏观到微观、从整体到局部的分析思路。对大型建筑的能耗分析，首先从建筑能耗的整体出发，采用计量或收集的方法，统计各种能耗的构成，确定各种能源在总能耗中的比例，以进行能源结构分配的合理性分析。另外，确定建筑能耗是否合理的一个重要方式就是与同类建筑的能耗作横向比较，在总体比较差别的基础上，再逐步深入通过分析微观层面来了解各用能设备的能耗状况，从而找到问题所在。1 确定建筑物整体用能情况（能耗宏观分析）在进行建筑能耗的具体分析之前，我们首先要掌握建筑物的基本情况，重点了解建筑物的功能(办公建筑、商超、酒店、学校)、建筑面积、建筑所在的气候区域等，由于以上因素会直接影响到建筑的能耗大小，所以我们必须在掌握了基本情况的基础上才能进行能耗统计和后期的能耗比较。在统计完建筑的基本信息后，我们就需要了解建筑物具体使用了哪些能源（如：电、煤、燃油、燃气等），然后掌握这些能源消耗情况以及能源的费用，最后我们就可以进行各种换算。S- 将所有能耗统一转换成一次能源：在统计完建筑所有能源消耗量之后，我们应该将这些不同单位的能耗转换成统一的单位，分别进行：一次能源（标准煤）换算、二氧化碳排量换算、能耗费用换算。（1）一次能源单位换算：将不同单位的能耗统一转换成一次能源单位（标准煤），具体换算系数如下：电：1=0.3619 kgce（当量值系数为1=0.1229 kgce，此处按等价值计算，考虑发电效率，取值系数为1=0.3619 kgce）原煤：1kg0.7143 kgce天然气：13=1.3300 kgce汽油：1 kg=1.4714 kgce将以上统一单位的能源消耗量合计后可以得到建筑的一次能源总消耗量：一次能源总消耗量煤（标煤）电（标煤）燃油（标煤）燃气（标煤）然后就可以计算出单位建筑面积能源消耗量以及人均能源消耗量，其计算公式为：单位建筑面积能源消耗量一次能源消耗量/建筑物总面积人均能源消耗量一次能源消耗量/建筑物内总人数（2）二氧化碳排量换算：将不同单位的能耗统一转换成二氧化碳排放量，其换算关系如下：电：1kWh=0.9970kg原煤：1KG1.9107 kg天燃气：1M3=1.9229 kg汽油：1L=2.3587 kg将以上统一单位的二氧化碳排放量合计后可以得到建筑能耗的总二氧化碳排放量：总二氧化碳排放量（kg）煤（kg）电（kg）燃油（kg）燃气（kg）然后就可以计算出单位面积二氧化碳排放量以及人均二氧化碳排放量，其计算公式为：单位建筑面积二氧化碳排放量总二氧化碳排放量/建筑物总面积人均二氧化碳排放量总二氧化碳排放量/建筑物内总人数（3）能耗费用换算：将不同单位的能耗统一进行费用的换算，其换算关系为（各地价格略有差异，此为北京2011年7月商业类用能价格,供参考）：电：1kWh=0.78元动力煤：1KG0.77 元天燃气：1M3=2.84元汽油：1L=7.85元将以上各能耗进行价格换算后就可以得到建筑能耗的总费用：能耗总费用煤（元）电（元）燃油（元）燃气（元）然后就可以计算出单位面积能耗费用以及人均能耗费用，其计算公式为：单位建筑面积能耗费用总能耗费用/建筑物总面积人均能耗费用总能耗费用/建筑物内总人数宏观分析：通过以上计算，我们便可以分别得到三套有关数据：一次能源总消耗量、单位面积消耗量、人均能耗量二氧化碳总排放量、单位面积排放量、人均排放量总能耗费用、单位面积能耗费用、人均能耗费用将以上的所得数据与本地区内相同功能建筑的基准值（或平均值）分别进行比较分析即可得到初步的分析结果。（1）确定总能耗、总排放量、总费用是否合理我们将该建筑的总能耗与本地区内同类功能、同类面积的建筑总能耗进行比较，如果该建筑高于同类建筑的总能耗平均值则说明了该建筑能耗过高，存在节能潜力。同理，我们也可以将总排放量和总费用进行比较，从而诊断出该建筑的用能是否合理。（2）确定单位面积能耗、单位面积排放量、单位面积费用是否合理计算出单位面积的能耗后，将该数据与同区域内同类建筑的统计平均值（或基准值）进行比较。如果该能耗高于平均水平，则说明单位能耗偏高，应该采取必要的节能管理措施及相应的节能改造。同理，经过比较，在单位面积能耗相近的几个建筑中，如果某建筑的单位面积排放量较大，说明该建筑使用的能源中可能较多地使用了排放量较高的能源，应考虑降低使用该排放量较高的能源。在单位面积能耗相近的情况下，如果某建筑的单位面积能耗费用较高，说明在采用的能源中可能使用了成本较高的能源，该建筑的能源结构存在不合理现象，应考虑尽量采用较低成本能源。（3）确定人均能耗、人均排放量、人均能耗费用是否合理在单位面积能耗相近的建筑中，如果该建筑的人均能耗较高，则说明了该建筑的人员使用率较低。2.确定建筑物内各用能设备的能耗情况（能耗微观分析）在进行了建筑能耗的宏观分析后，我们就能够确定该建筑的能耗是否合理，但是这种分析毕竟只是粗略的，因为，即便是我们知道了该建筑的能耗高于同类建筑的平均能耗，我们仍无法确定究竟是哪部分的用能设备造成的这种高能耗。针对这种情况，我们就必须进行能耗的微观分析，以准确地了解各用能设备的能耗水平。建筑能耗微观分析诊断思路如下：（1） 根据用能设备构成建立分项计量系统以掌握各设备的具体能耗状况。（2） 通过采集的各用能设备的分项数据得出分析比例结果（3） 参照同类建筑各系统设备的能耗比例确定设备能耗的合理性（4） 配合现场调研，找到相应的节能管理和节能改造措施。在建筑物内所有能耗中，电能消耗所占的比重最大，因此我们着重论述用电能耗的分析方法，其他能源以此类推。建筑电能消耗主要是指空调系统、照明系统、动力系统、办公系统等方面的能耗。表1为建筑内主要的用能设备构成。- F*在掌握了建筑的各种用电设备的种类后，我们通过安装分项计量系统来对各主要用电设备进行计量，若在没有安装分项计量系统的情况下，我们应全面收集建筑物内主要用电设备用电情况，在统计的基础上将所得数据进行计算处理从而得到各主要用电设备能耗的构成比例，同时还可以计算出单位面积能耗比例关系和人均能耗比例关系，再与同类建筑平均能耗比