建筑节能改造技术.doc

2.1.4中国地源热泵工程案例分析鹤壁市政府办公楼国家可再生能源建筑应用示范工程项目（1）工程概况鹤壁市政府办公楼包括三栋办公楼，其中市政府第一综合办公楼位于中间，东西两侧各一栋为市政府办公区小办公楼。鹤壁市政府第一综合办公楼，建成于1996年，地上8层，层高3.6m，檐高29.80m，室内外高差2.2m，总建筑面积为19398 m2（不含地下室）。结构均采用钢筋混凝土框架填充墙结构，填充墙为混凝土加气砌块，厚度为200mm。鹤壁市市政府办公区小办公楼建筑5层，层高3.6m，檐高20.5m，室内外高差2.2m，总建筑面积为43132=8626 m2。楼体结构为砖混结构，墙体厚度为370mm。该办公楼原有热源形式是采用城市集中供热，末端设备采用采暖散热器；冷源形式为空调系统，分体挂机。（2）改造前存在主要问题改造前该办公楼存在以下问题：1)围护结构体系保温性能差。2)夏季采用分体壁挂空调机制冷，冬季采用集中供暖。分体壁挂机的制冷能效比低，既影响了建筑外墙美观，又影响了建筑的保温隔热效果，增加了能耗，降低了室内的舒适度。全年空调能耗和采暖能耗见下表1：表1（3）改造效果1)提高了办公环境的舒适度根据有关节能检测部门提供的现场实测数据，改造前办公室内温度仅为15.0左右，改造后在空调变频调速为中档的情况下，办公室内温度就能达22以上，办公人员也普遍反映改造后办公室内环境有了明显改善，工作效率也提高了。2)降低了全年采暖空调能耗根据有关节能检测部门提供的能耗数据，综合办公楼节能改造前全年空调能耗为1143762kWh，全年采暖能耗为968772kWh，改造后全年空调能耗为619784kWh，全年采暖能耗为689987kWh；小办公楼节能改造前全年空调能耗为313037kWh，全年采暖能耗为336510kWh，改造后全年空调能耗为190302kWh，全年采暖能耗为212417kWh，节能效果非常明显。（4）经济效益鹤壁市政府办公楼地源热泵中央空调系统与改造前的冷热源形式相比，体现了很高的经济效益。改造后达到了国家规定的公共建筑节能50%的标准要求，其经济效益主要体现为：1)所需设备装机容量明显降低据测算,该工程节能改造前设计热负荷为2380kW，设计负荷为2660kW,节能改造后设计热负荷为1200kW，设计冷负荷为1350kW,即经过节能改造，该工程设计热负荷和冷负荷分别降低了49.6%和49.2%。因此，所需供热供冷设备的装机容量有了明显降低。2)全年运行费用大幅降低夏季工况：夏季地下水源热泵系统能效比为：1002/222.6=4.50。而若该工程采用普通空调系统（分体壁挂机等），夏季系统能效比为2.75，按每天运行10h，夏季运行100天计算，则每年夏季可节电1350kW10010h（1/2.75-1/4.50）=19.09万kWh，电费单价按每度电0.66元计算，则每年夏季可节约电费12.60万元。冬季工况：冬季地下水源热泵系统能效比1147/304.6=3.77。则冬季运行耗电量为1200kW12010h/3.77=38.2万kWh，电费单价按每度电0.66元计算，则每年冬季仅需电费25.21万元，则节能改造后冬季可节约运行费用45.96-25.21=20.75万元。综上可知， 节能改造后每年可节约运行费用12.60+20.75=33.35万元；除去室内部分，该项目地下水源热泵系统总增量投资为230万元，故投资回收年限为230万元/33.35万元7年，即实施中央空调系统改造7年内可收回成本，经济效益非常可观。（5）社会效益该办公楼节能改造后产生的社会效益主要表现为：1)降低煤炭消耗，缓解能源危机对既有建筑进行节能改造，新建建筑推行新的节能标准，降低建筑物能耗，加快新型能源的开发和综合利用。这样可以降低煤耗，减少浪费，减轻污染，对缓解我国目前能源短缺的状况起到举足轻重的作用。2)减少煤电供需矛盾，减轻发展压力我国二氧化碳排放量仅次于美国，高居世界第二位，而其中由燃煤排放的二氧化碳量更是高达80%左右。可见燃煤是影响我国二氧化碳排放量的最大因素。因此减少煤耗，可以缓解我国面临的政治和外交方面的压力，解决我国经济发展和对外贸易可能面临新的问题。（6）环境效益环境效益表现在采用地源热泵中央空调系统后，可以减少煤炭消耗，节约电力资源，减少二氧化碳等温室气体的排放量，降低温室效应；减少二氧化硫的排放量，减少酸雨的形成对建筑物的损坏；降低城市总悬浮颗粒物（TSP）年均值浓度。根据鹤壁当地煤炭的品质和等级，按照每燃烧1吨煤炭，将排放二氧化碳600kg，二氧化硫1215kg，烟尘50kg和灰渣近260kg计算，每年节约用煤56.64吨，则减少二氧化碳排放量为3.4104kg,二氧化硫排放量为680850kg，烟尘排放量为2832kg，灰渣排放量为1.5104kg。一般情况下，业内将江西划分为3 个级别市场来进行操作（图5）。省会南昌市勿庸质疑位列头把交椅；九省通衢的九江市和赣州市经济总量及城市规模不分仲伯，被业界一致看好，划入1 级市场。以上饶、抚州、宜春、新余、景德镇为代表的区域中央空调发展初现端倪，被列为2 级市场。3 级市场为萍乡、鹰潭、吉安等地。2.3太阳能热水系统我国太阳能资源十分丰富,全国有2/3以上的地区,年辐射总量大于502万kJ/m2,年日照时数在2 000 h以上。同时，太阳能热水器目前技术较为成熟，成本相对低廉,采用太阳能热水器热水供应系统,不仅具有较好的经济性,节能效果明显,而且也可以减少环境污染,是一种比较理想的热水供应系统。2.3.1太阳能热水系统原理太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器是由集热器、储水箱及相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。集热器受阳光照射面温度高，集热管背阳面温度低，而管内水便产生温差反应，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。2.3.2太阳能热水器的分类（1）整体式太阳能热水器整体式太阳能热水器（闷晒式太阳能热水器）就是集蓄热水箱和集热器于一体，冷热水的循环流动是在蓄热水箱内部进行的，经过一天的闷晒，水能被加热到一定的温度。具有节省材料消耗、生产工艺相对简单、结构紧凑、管理方便、热效率较高等优点。许多国家，特别是印度、以色列、德国、英国和希腊等国都对整体式太阳能热水器进行了大量的研究。由于吸收太阳辐射的集热面是蓄热水箱外表面的一部分，因此，整体式太阳能热水器的主要缺点是顶部热损失较大，蓄热水箱难以保证热水次日早晨使用的温度要求。由于存在较高的热损失，整体式太阳能热水器的应用比平板型太阳能热水器小。但可以通过选择性吸热体、双层盖板、透明隔热材料等方式降低热损失，通过使用反射器来提高集热面获得的太阳辐射量，再加上费用的降低和热性能的提高，使整体式太阳能热水器在家用领域有更广阔的应用。（2）平板型太阳能热水器平板型太阳能集热器因其制造简单、运行可靠、成本低廉而得到了广泛应用。2004年，平板型太阳能热水器占全球太阳能热水器总保有量的比例为35%。目前，国内外使用比较普遍的平板型集热器采用全铜集热器、铜铝复合集热器。平板型太阳能热水器的不足在于平板型集热器在高温段的热效率偏低、表面热损失大。因此，提高平板型集热器效率一方面要增加得热；另一方面要减小热损失，尤其是表面对流传热损失。（3）全玻璃真空管太阳能热水器全玻璃真空管型太阳能集热器是由多根全玻璃真空集热管插入联箱而组成的。玻璃真空集热管是接收太阳光能并转化为热能的关键部件，由于采用了真空夹层，消除了气体的对流与传导热损失，并应用太阳选择性吸收涂层，使真空集热管的辐射热损失降到最低。因此，全玻璃真空管太阳能集热器比平板型太阳能集热器具有更好的性能，特别是对于高温运行状况，可以在冬季寒冷与太阳辐照度不是很强的地区工作。目前，我国超过95%的全玻璃真空管太阳能热水器采用紧凑式结构。这种集热器的传热完全是靠水通过单端封闭管的自然循环进行驱动，这是玻璃真空管太阳能热水器应用最广泛的构造，其在拥有数量及生产能力上均占世界首位。然而，对于此种太阳能热水器，由于管以45直接插入水箱，管与水箱的热虹吸循环不能渗入到水箱的底部。（4）热管式太阳能热水器近年来，热管技术与太阳能热水器结合方面的研究得到了广泛关注。热管式集热器分为热管式平板型集热器和热管式真空管集热器，二者集热原理基本相同，均采用两相闭式热虹吸管（简称为热管）作为集热器和蓄热器之间的传热元件。在太阳能集热器中使用热管具有无需移动部件或外加泵动力、管内液体工质防冻、预防传统太阳能集热器的倒流问题的热二极管效应等优点，解决了传统热虹吸太阳能热水器夜间逆循环、结垢、高热容、腐蚀的问题，在寒冷、多云和多风的日子可以成功使用。2.3.4中国太阳能热利用工程案例分析中日联谊医院内科楼太阳能热水供应系统改造（1）太阳能热水供应工程简介中日联谊医院内科楼1.6万平方米,采用太阳能热水供应系统所用到的热水器集热面积为468m2,贮热罐3个15m3/个,循环泵2台。（2）采用普通热水供应方式(即有换热器的热水供应系统)下述是采用普通的热水供应方式的初投资及年运行费用：1)初投资（见表3）表32)运行费用（见表4）表4（3）同样的热水供应系统采用太阳能系统则费用如下（见表5）：表5（4）两种热水供应方式的费用高低比较（见表6）：表62.4.2建筑节能材料与技术我国建筑节能材料种类多样, 下面将从节能屋面、节能墙体、节能门窗三个方面对建筑节能材料加以阐述。（1）节能屋面建筑屋面节能的最主要措施之一就是发展和应用高效保温隔热材料。屋面保温材料应具有吸水率低、表观密度和导热系数较小, 并有一定强度的性能。保温隔热材料按照材料特性可分为矿物棉制品、玻璃棉制品、膨胀珍珠岩制品、硅酸铝纤维和泡沫塑料制品。在世界发达国家, 如美国、西欧、北欧及日本等国, 在民用建筑中早已广泛地采用了高效的保温隔热材料, 其保温隔热材料以矿物棉、玻璃棉、泡沫塑料等优良保温材料为主。我国应用较广泛的有膨胀珍珠岩制品。如今, 保温隔热材料即将从初期的膨胀珍珠岩、蛭石制品、工业锅炉炉渣、石棉粉为主逐步发展为矿物棉、玻璃棉及其制品为主; 近五年来又大量发展了发泡聚苯乙烯制品、发泡制品、发泡酚醛树脂制品等, 还有少量的泡沫玻璃制品、发泡石棉制品。一些新型材料兼具了防水、节能双重性能, 节能效果好。而目前采用的屋面节能技术主要有倒置式屋面、屋面绿化、蓄水屋面、平改坡等几种技术。（2）节能墙体外墙保温节能主要是靠保温绝热材料作为建筑围护, 开发和应用高效的保温绝热材料是保证建筑节能的有效措施。绝热就是要最大限度地阻抗热流的传递, 因此要求绝热必须具有大的热阻和小的导热系数。从材料的结构上看, 当材料的表观密度降低、孔隙率增大、材料内部的孔隙为大量封闭的微小孔时,材料的导热系数是比较小的。目前常用的保温绝热材料主要有: 聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS、XPS )、泡沫玻璃、膨胀珍珠岩、岩(矿)石棉板、玻璃棉毡、海泡石、以及超轻的聚苯颗粒保温料浆等。这些材料共同的特点就是在材料内部都有大量的封闭孔, 它们的表观密度都较小, 这也是作为保温隔热材料所必备的。（3）节能门窗门窗的制造材料已从单一的木、钢、铝合金等发展到铝合金/木材复合、铝合金/ 塑料复合、玻璃钢等复合材料, 目前我国市场上主要的节能门窗为塑料门窗。窗的结构是影响窗户散热的主要因素, 而对窗的节能性能影响最大的就是玻璃的性能。目前, 国内外研究并推广使用的节能玻璃主要有以下3种:1)中空玻璃。中空玻璃中间充灌氪、氩或者空气, 导热系数很低, 具有优异的保温性能。从性能和经济方面综合考虑, 中空玻璃内腔以充灌氩气为佳。我国常用的中空玻璃是两种: 槽式中空玻璃和复合胶条式中空玻璃, 现在多采用后者。然而在我国目前中空玻璃的使用普及率不足1%, 但中空玻璃是实现门窗节能的重要途径, 我国以中空玻璃逐渐代替普通玻璃将是必然趋势。2)真空玻璃。门窗玻璃材料从单片玻璃、中空玻璃, 发展到真空玻璃已是第三代产品。中空玻璃当中是普通空气或充氩气, 其隔音性能、透光折减系数均优于中空玻璃。以空调节能性能比较, 真空玻璃比中空玻璃、单片玻璃节电16% - 18% 、29% - 30%。3)镀膜玻璃。镀膜玻璃通常是在玻璃表面镀上一层金属薄膜, 改变玻璃的透射系数和反射系数。它可以同中空玻璃、真空玻璃结合起来使用。近年来发展起来的镀膜低辐射玻璃, 对380nm- 780nm的可见光具有较高的透射率, 可以保证室内的能见度, 同时对红外光具有较高的反射率达到保温节能效果。2.4.4中国建筑材料节能工程案例分析杭州市文二路翠苑五区28 幢沿街商住楼的节能改造图（1）原有建筑概况杭州市文二路翠苑五区28 幢沿街商住楼建造于1997 年,，正南朝向， 共有七层, 一层 二层为商铺, 三层以上为住宅楼，开敞楼梯间，封闭阳台,，共4 个单元,，45 户( 见图7) 。该既有建筑, 体形系数为0.41, 东、南、西、北各向窗墙面积比分别为0.09、0.47、0.09、0.22。（2）原有建筑构造分析1)屋顶：防水涂料+ 细石混凝土(内配筋)( 40mm) + 水泥砂浆( 20mm) + 防水卷材+ 水泥砂浆( 20mm) + 炉渣混凝土找坡层( 最薄处30mm) + 钢筋混凝土( 150mm) ；2)外墙：浅色涂料+ 水泥砂浆( 20mm) + 普通粘土砖( 240mm) + 混合砂浆( 20mm) ；3)分户墙：石灰水泥砂浆( 20mm) + 普通粘土砖( 240mm) +混合砂浆( 20mm) ；4)楼板：瓷砖地面+ 水泥砂浆( 20mm) + 钢筋混凝土( 120mm) + 水泥砂浆( 15mm) ；5)窗户：铝合金单层普通玻璃窗, 自身遮阳系数0.93, 传热系数6.4 W/（m2K）;6)户门：金属防盗门;7)遮阳： 阳光板雨蓬, 水平投影800 mm。（3）原有建筑能耗分析原有建筑空调采暖年耗见表7：表7（4）节能改造方案考虑具体可实施性, 在改造过程中采用外墙外保温、倒置式屋顶保温、塑钢中空玻璃窗和活动遮阳, 其他构造不变, 具体构造做法如下：1)外墙：水泥砂浆( 3mm) + 耐碱网格布+EPS 保温砂浆( 25mm) + 普通粘土砖( 240mm) + 石灰水泥砂浆