建筑节能与暖通空调系统

1、建筑节能与暖通空调系统节能建筑节能与暖通空调系统节能能源能源是一种宝贵的自然资源，无论是人类的生存，是一种宝贵的自然资源，无论是人类的生存，还是社会的发展都离不开充足的能源供应。还是社会的发展都离不开充足的能源供应。全球将出现能源的短缺。全球将出现能源的短缺。问题问题煤煤石石油油天天然然气气能源能源短缺短缺环境环境污染污染3我国的能源我国的能源“我国常用的44种最重要的矿物资源中，50年之内枯竭的就有22种，占50%。而本世纪之内枯竭的竟有32种，占了73%。其中原油15年、天然气40年、煤200年。”“我国能源消费总量现在已是继美国之后的第二大国，但人均能源消费量约为世界平均水平的一半，不足

2、美国的十分之一，消费潜力巨大。据统计，目前全国SO2排放量已达2400多万吨，全国酸雨区面积已约占国土总面积的40%，每年因酸雨造成的直接经济损失约为当年GNP的12%。CO2排放量已占全球总排放量的13%以上。如果2050年时我国人均能耗达到美国目前水平的一半，届时我国CO2排放量将是目前全球CO2总排放量的一半以上。”41. 关于建筑节能关于建筑节能国际发达国家的建筑节能措施国际发达国家的建筑节能措施 2中国的建筑能耗现状与发展趋势中国的建筑能耗现状与发展趋势 3 1中国建筑节能政策与法规中国建筑节能政策与法规3 3现在现在提高建筑中能源利用提高建筑中能源利用效率（效率（Building

3、Energy Efficiency）最初的名称最初的名称 建筑节能建筑节能Building Energy Saving不久后改为不久后改为在建筑中保持能源在建筑中保持能源（Building Energy Conservation）建筑节能发展的三个阶段建筑节能发展的三个阶段61.1 中国的建筑能耗现状与发展趋势中国的建筑能耗现状与发展趋势1.1.1 中国的建筑能耗特点中国的建筑能耗特点l 空气新鲜空气新鲜l 流速合适流速合适l 温度温度l 湿度适宜湿度适宜围护结构传热围护结构传热建筑物内部照明建筑物内部照明空气渗透空气渗透炊事散热炊事散热家电散热家电散热人体的发热人体的发热保持保持室温室温1.

4、1.1.1 气候气候我国幅员辽阔，气候类型多样，但受东亚季风影响，大部分地区冬冷夏热我国幅员辽阔，气候类型多样，但受东亚季风影响，大部分地区冬冷夏热我国年平均温度分布图我国年平均温度分布图我国我国1月平均温度分布图月平均温度分布图我国我国7月平均温度分布图月平均温度分布图8城市城市纬度纬度经度经度平均温度平均温度 ()1月月7月月差值差值哈尔滨（亚洲）哈尔滨（亚洲）45045N12646E-19.122.641.7蒙特利尔蒙特利尔 （南美洲）（南美洲）45028N7345W-10.320.831.1巴黎（欧洲）巴黎（欧洲）48058N227E3.418.415.0哈尔滨同纬度地区气候的比较哈尔

5、滨同纬度地区气候的比较哈尔滨哈尔滨1月的平均温度比相同纬度地区低月的平均温度比相同纬度地区低1418 1.1.1.2 房屋建筑规模房屋建筑规模2020年底年底2010年底年底21世纪头世纪头20年内年内686亿亿m2519亿亿m2420亿亿m2全国城乡房屋建筑面积全国城乡房屋建筑面积类别占全国百分比数量城镇的建筑面积城镇的建筑面积50%40多亿多亿m2年采暖用能年采暖用能11%1.3亿吨标准煤亿吨标准煤占当地全社会总能耗占当地全社会总能耗城镇建筑能耗城镇建筑能耗50%1.1.1.3建筑能耗的特点建筑能耗的特点建筑能耗建筑能耗严寒地区严寒地区和和寒冷地区寒冷地区冬季的采暖能耗夏热冬暖夏热冬暖和和

6、夏热冬冷夏热冬冷夏季的空调能耗严寒地区特点严寒地区特点百户拥有量百户拥有量:2004年底平均年底平均69.81台台南方城市特点南方城市特点生活条件改善生活条件改善家用空调普及家用空调普及121.1.2 中国的建筑能耗现状及发展趋势中国的建筑能耗现状及发展趋势我国建我国建筑分类筑分类城镇民城镇民用建筑用建筑农村居农村居住建筑住建筑工业建筑工业建筑建筑能源消耗与建筑能源消耗与生产过程相关，差异大生产过程相关，差异大单位面积能耗远低于单位面积能耗远低于城镇民用建筑城镇民用建筑总面积总面积160亿平米亿平米节能潜力小节能潜力小不重点研究不重点研究建筑节能建筑节能研究重点！研究重点！建材和建造过程中建材

7、和建造过程中所消耗的能源所消耗的能源仅相当于建筑物使用仅相当于建筑物使用35年年中所消耗的能源中所消耗的能源总面积总面积400亿平亿平米米 建筑能耗现状建筑能耗现状13我国建筑能耗现状我国建筑能耗现状我国建筑能耗现状我国建筑能耗现状建筑运行能耗占我国非发电用煤量的建筑运行能耗占我国非发电用煤量的16%18，发电总量的发电总量的22%24% 北方城镇采暖：北方城镇采暖： 标煤标煤1.3亿吨亿吨/年年，占非发电用煤的，占非发电用煤的16%18% 住宅非采暖耗电：住宅非采暖耗电： 平均用电量平均用电量 1030度度/m2年年，占我国供电量的，占我国供电量的10%； 一般非住宅民用建筑耗电：一般非住宅

8、民用建筑耗电： 平均用电量平均用电量2060度度/m2a，占我国供电量的，占我国供电量的8； 大型公共建筑大型公共建筑: 平均用电量平均用电量100300kWh/m2a ，占我国供电总量的，占我国供电总量的5% 14北方地区采暖北方地区采暖城镇建筑采暖总面积为城镇建筑采暖总面积为65亿平米亿平米，全国采暖约耗，全国采暖约耗煤煤1.3亿吨亿吨标煤标煤 其中其中集中供热集中供热承担约占总面积承担约占总面积70%的建筑采暖，其余的建筑采暖，其余为分散式采暖炉为分散式采暖炉 目前采暖耗煤量为目前采暖耗煤量为1425公斤标煤公斤标煤/年平米，平均约为年平米，平均约为20公斤公斤标煤标煤/年平米，年平米，

9、 与建筑物的与建筑物的保温水平保温水平、采暖方式采暖方式和和系统状况系统状况有关。有关。 15北方地区采暖能耗北方地区采暖能耗1）建筑物）建筑物保温保温状况：状况： 建造时间建造时间：90年代末年代末50、60年代年代70到到90年代初年代初 地区地区：东北地区：东北地区西北，华北北部西北，华北北部南部地区南部地区 建筑物性质建筑物性质：大型公共建筑：大型公共建筑住宅住宅/简陋的办公室简陋的办公室/教室教室 与发达国家比与发达国家比，平均的保温水平为北欧等同纬度发达地，平均的保温水平为北欧等同纬度发达地区的区的1/2到到1/3，差距较大。，差距较大。 16北方地区采暖能耗北方地区采暖能耗2）供

10、热系统状况：）供热系统状况： 调节不匀，导致部分过热，只好开窗降温调节不匀，导致部分过热，只好开窗降温30%的的热损失热损失 外网外网热损失大，热损失大，锅炉房锅炉房效率低效率低 目前目前集中供热系统热能利用效率不足集中供热系统热能利用效率不足55%；“建筑节建筑节能了但采暖却并没有省能能了但采暖却并没有省能”3）采暖改革采暖改革举步维艰，几年内很难全面实施举步维艰，几年内很难全面实施1.1.2 中国的建筑能耗现状及发展趋势中国的建筑能耗现状及发展趋势建筑能耗现状建筑能耗现状2住宅能耗住宅能耗商用建筑商用建筑1.1.2.2 建筑能耗发展趋势建筑能耗发展趋势人们对建筑热舒适性人们对建筑热舒适性的

11、要求越来越高的要求越来越高居民家庭家用电器品种、居民家庭家用电器品种、数量增加数量增加农村能源改变农村能源改变城镇化进程城镇化进程不断加快不断加快采暖区向南扩展采暖区向南扩展房屋建筑需求继续增加房屋建筑需求继续增加建筑能耗建筑能耗持续增加持续增加温室气体的过度排放温室气体的过度排放冰川融化冰川融化海平面上升海平面上升气温过高气温过高发达国家发达国家 排放量 我国我国 排放量减少减少或基本稳定基本稳定快速增加快速增加201.2 国际发达国家的建筑节能措施国际发达国家的建筑节能措施 世界能源危机以来许多国家先后对建筑节能工作制世界能源危机以来许多国家先后对建筑节能工作制定了不同程度的政策法规。主要

12、从两个方面入手：定了不同程度的政策法规。主要从两个方面入手： 对建筑设计、施工和建筑能耗加以限制对建筑设计、施工和建筑能耗加以限制 对节能建筑进行鼓励和支持对节能建筑进行鼓励和支持1.2.1 日本日本制定制定节约能源法节约能源法修改修改节约能源法节约能源法 开展开展“节能装节能装活动活动l提交节能判断指提交节能判断指标计算值的设计文标计算值的设计文本本l不同功能的建筑不同功能的建筑不同的节能基准值不同的节能基准值l政府对节能计政府对节能计划审查和批准划审查和批准l政府对实施状政府对实施状况指导、检查和况指导、检查和监督。监督。l公务员穿短公务员穿短袖衬衣上班袖衬衣上班l办公大楼的办公大楼的空调

13、温度空调温度2 81.2.2 法国法国实施行动计划实施行动计划鼓励新技术研究鼓励新技术研究l20022004年年开发开发2 4项建筑节项建筑节能新技术能新技术l政府颁发全额政府颁发全额研发资金，资助研发资金，资助进行技术应用进行技术应用发起发起“太阳能行动太阳能行动”l2000年年1月月 “预防气候变预防气候变化全国行动计划化全国行动计划”l同年同年12月月 “全国改善能全国改善能源消耗效率行动源消耗效率行动”方案方案l地方政府拨出专地方政府拨出专款鼓励使用太阳能款鼓励使用太阳能热水器热水器l培训太阳能热水培训太阳能热水器安装人员器安装人员l承担帮助消费者承担帮助消费者购买及安装太阳能购买及安

14、装太阳能热水器热水器3万个万个1976年年1998年年2002年年l制定第一部建筑制定第一部建筑节能法节能法l公布建筑热保护公布建筑热保护 条例条例l提出建筑节能指提出建筑节能指标标l出台出台可再生可再生能源法能源法、生生物能源法规物能源法规l“10万个太阳万个太阳能屋顶计划能屋顶计划”l投入大量资投入大量资金用于住宅改金用于住宅改造造l利用税收政利用税收政策推动建筑节策推动建筑节能能1.2.3 德国德国1.2.4 比利时比利时鼓励鼓励 “生态住房生态住房”另外另外l使用使用“绿色绿色”或或“天然天然”建材建材l多使用人工而不多使用人工而不过多消耗能源过多消耗能源l采用采用“智能智能”设设计计

15、l利用税收来调利用税收来调节和鼓励居民改节和鼓励居民改造旧房造旧房过去过去10余年间余年间同德国和比利时同德国和比利时“能源之星能源之星”l21世纪清洁能世纪清洁能源的能源效率与可源的能源效率与可再生能源办公室战再生能源办公室战略计划略计划l国家能源政策国家能源政策提出建筑节能指标提出建筑节能指标l实施减免税政实施减免税政策策l鼓励使用节能鼓励使用节能设备和购买节能设备和购买节能建筑建筑l严密的围护严密的围护结构结构l节能窗节能窗l适当功率的适当功率的高效采暖和制高效采暖和制冷设备冷设备1.2.5 美国美国261.3 中国建筑节能政策与法规中国建筑节能政策与法规什么是节能？什么是节能？ 什么是

16、建筑节能？什么是建筑节能？ 1.3.1 建筑节能的意义建筑节能的意义采暖采暖通风通风家用电器家用电器空调空调照明照明炊事炊事热水供应热水供应提高能源利用率包括提高能源利用率包括:为终端用户提供的能源服务为终端用户提供的能源服务所消耗的能源量所消耗的能源量能源效率能源效率=建筑用能建筑用能建造建造能耗能耗使用使用能耗能耗发达国家发达国家建筑节能建筑节能的范围的范围我国应我国应增加的增加的建筑节建筑节能的范围能的范围我国传统建我国传统建筑节能的范围筑节能的范围温室效应温室效应:温室气体：二氧化碳、甲烷、氧化氮等气体温室气体：二氧化碳、甲烷、氧化氮等气体温室效应的重要性：温室效应的重要性：有利于保持

17、地表温度有利于保持地表温度温室效应的危险性：温室效应的危险性：两极融缩、冰川消失、海面升高、洪水泛滥、干旱两极融缩、冰川消失、海面升高、洪水泛滥、干旱 频发、土地沙化、风沙肆虐、疾病流行、物种灭频发、土地沙化、风沙肆虐、疾病流行、物种灭 绝等绝等国务院的相关计划政策以及有关专家预测国务院的相关计划政策以及有关专家预测:既有建筑改造既有建筑改造新建节能建筑新建节能建筑建筑能耗减少建筑能耗减少3.35亿吨煤亿吨煤空调高峰负荷减少空调高峰负荷减少8000万万kW减少电力建设投资减少电力建设投资6000亿元亿元能耗达到发达国家能耗达到发达国家20世纪末水平世纪末水平节能效果更加巨大节能效果更加巨大1.

18、3.2 中国的建筑节能政策与法规中国的建筑节能政策与法规1987年年5月月 联合国环境发展委员会提出可持续发展的思想联合国环境发展委员会提出可持续发展的思想1992年年 签署签署里约宣言里约宣言2 1世纪议程世纪议程京都议定书京都议定书2005年年2月月京都议定书京都议定书正式生效正式生效我国到我国到2010年居住建筑节能的计划年居住建筑节能的计划节能节能30%节能节能50%节能节能65%试点试点运行运行成片成片推行推行基本基本完成完成我国到我国到2010年居住建筑节能的计划年居住建筑节能的计划重点城市重点城市成片开始成片开始各城市各城市普遍开始普遍开始重点城市重点城市普遍推行普遍推行我国到我

19、国到2010年居住建筑节能的计划年居住建筑节能的计划我国到我国到2010年公共建筑的计划年公共建筑的计划执行建筑执行建筑热环境热环境及节能标准及节能标准分两阶段分两阶段进行节能进行节能在农村推广在农村推广太阳能建筑太阳能建筑我国到我国到2010年公共建筑的计划年公共建筑的计划35 36(2007.5.23)提出提出依靠科技，加快技术开发和推广依靠科技，加快技术开发和推广 加快节能减排技术研发。在国家重点基础研究发展加快节能减排技术研发。在国家重点基础研究发展计划、国家科技支撑计划和国家高技术发展计划等科技计划、国家科技支撑计划和国家高技术发展计划等科技专项计划中，安排一批节能减排重大技术项目，

20、攻克一专项计划中，安排一批节能减排重大技术项目，攻克一批节能减排关键和共性技术。批节能减排关键和共性技术。372. “十一五十一五”期间建筑节能与供热系统节能研究期间建筑节能与供热系统节能研究供热系统节能关键技术研究供热系统节能关键技术研究2建筑节能围护结构关键技术研究建筑节能围护结构关键技术研究3 138背景介绍背景介绍39背景介绍背景介绍40“十一五十一五”国家科技支撑计划重大项目国家科技支撑计划重大项目“建筑节能建筑节能关键技术研究与示范关键技术研究与示范”包含十三个课题包含十三个课题.“新型建筑节能围护结构关键技术研究新型建筑节能围护结构关键技术研究”为课题二为课题二.“供热系统节能关

21、键技术研究与示范供热系统节能关键技术研究与示范”为课题四为课题四.412.1 1234 42研究完善使用不同保温材料和各种构造技术的外保温复合墙体和屋面体系。研究预制墙体保温构造体系。形成系统的严寒、寒冷地区建筑维护结构节能设计理论、方法，开发相应的热工性能计算和评价软件。编制节能建筑维护结构的保温构造设计手册或标准图集。43开发可同时满足保温和隔热功能要求的复合墙体和屋面构造体系。开发单一材料能满足保温隔热要求的墙体体系。研究各种墙体内保温隔热技术。形成系统的夏热冬冷、夏热冬暖地区建筑维护结构节能设计理论、方法，开发相应的热工性能计算和评价软件。编制节能建筑维护结构的保温构造设计手册或标准图

22、集。44开发低传热系数、能有效减少低温辐射与太阳辐射的高性能玻璃幕墙技术。研究外窗窗框与幕墙支撑系统的高热阻断热技术。研究适合于各气候区的建筑外窗与透明幕墙的外遮阳技术并开发相关产品。研究开发新的主动与被动型双层皮外窗与玻璃幕墙技术和产品。开发能够随外界气候变化而改变物理性能的透光体与遮阳装置。开发建筑遮阳计算软件，双层皮通风式玻璃幕墙热工性能计算和评价软件。45研究开发安装在外墙、屋顶、外窗上的各种被动式和主动式通风装置，解决室内通风换气需求。新型通风装置的开发除满足室内通风换气基本要求外，还需要考虑室外噪音隔离，室外空气的过滤以及排气的热回收。462.2供热系统节能关键技术研究与示范供热系

23、统节能关键技术研究与示范 12 3 45 64748 134526492.32.3 热网水泵调度方法热网水泵调度方法 2.2.2 燃煤燃气锅炉房的适量供热调节技术燃煤燃气锅炉房的适量供热调节技术50 2.2.3 降低集中供热输配系统能耗的关键技术降低集中供热输配系统能耗的关键技术 512.2.3 降低集中供热输配系统能耗的关键技术降低集中供热输配系统能耗的关键技术1. 供热系统的近端热用户形成了过多的资用压头；供热系统的近端热用户形成了过多的资用压头；2. 极易形成冷热不均现象；极易形成冷热不均现象； 3.为落后的大流量运行方式提供了平台；为落后的大流量运行方式提供了平台； 4. 造成了供热系

24、统能效水平的低下。造成了供热系统能效水平的低下。 522.2.4 分栋热计量，分户热量分摊的楼内采暖系统分栋热计量，分户热量分摊的楼内采暖系统形式，调控形式计量与热量分担方式形式，调控形式计量与热量分担方式改革单位统包的用热制度，改革单位统包的用热制度，停止福利供热，实行用热商停止福利供热，实行用热商品化、货币化品化、货币化加大新型墙体材料、建筑节能技术的推广应用和供热采加大新型墙体材料、建筑节能技术的推广应用和供热采暖设施的技术改造力度，暖设施的技术改造力度，提高热能利用效率提高热能利用效率，改善城镇改善城镇大气环境质量大气环境质量继续发展和完善以集中供热为主导、多种方式相结合的继续发展和完

25、善以集中供热为主导、多种方式相结合的经济、安全、清洁、高效的城镇供热采暖系统经济、安全、清洁、高效的城镇供热采暖系统加快供热企业改革，引入竞争机制，培育和规范城镇供加快供热企业改革，引入竞争机制，培育和规范城镇供热市场热市场53热费分摊原理热费分摊原理321QQQdttVqQwnv1)/(43212dttKFQnpdttGcQhg)(3542.2.5 552.2.6 LOGO 562530%4550%对流换热对流换热辐射散热辐射散热呼吸和无感觉蒸发呼吸和无感觉蒸发2530%对流和传导热交换对流和传导热交换辐射热交换辐射热交换57 58分散式分散式空调系统空调系统常用空调系统常用空调系统集中式集

26、中式空调系统空调系统半集中式半集中式空调系统空调系统中央空调系统中央空调系统l大型商场大型商场l体育馆等公共建筑体育馆等公共建筑l小型计算机房小型计算机房l民用住宅民用住宅l旅馆客房旅馆客房l办公楼办公楼3. 空调系统的节能空调系统的节能5920%空调机组空调机组能耗能耗30%水或空气输送水或空气输送系统能耗系统能耗 中央空调系统的能耗中央空调系统的能耗50%空调冷热源空调冷热源能耗能耗60舒适性空调舒适性空调:通过增大送风温差节能通过增大送风温差节能送风温差在送风温差在48之间时之间时 61变风量空调系统变风量空调系统室外气象条件全年变化室外气象条件全年变化人员和设备使用情况不断变化人员和设

27、备使用情况不断变化空调负荷也在一年之中随之变化空调负荷也在一年之中随之变化62（变风量空调系统节能原理变风量空调系统节能原理Q=CpL(ts-tn)式中：式中：Q房间显热余热，房间显热余热，W； 空气密度，空气密度，kg/m3； Cp空气定压比热，空气定压比热，J/(kgk)； L送风量，送风量，m3/h； ts送风度，送风度，； tn室内温度，室内温度，。LOGO 63当当负荷值负荷值Q发生变化，发生变化，但但需要使室内温度保持不变时，需要使室内温度保持不变时，空调系统空调系统也也需要具有相应变化的能力需要具有相应变化的能力可采用下面两种方法处理：可采用下面两种方法处理：1）定风量方法）定风

28、量方法固定固定改变改变642）变风量方法）变风量方法固定固定ts改变改变65置换通风置换通风:热力分层节能热力分层节能 送风口上部区域界面排风口热源工作区域空气凉爽而清洁空气凉爽而清洁可以超过容许浓度可以超过容许浓度66重力循环式置换通风重力循环式置换通风67置换通风的节能机理置换通风的节能机理68能量回收系统能量回收系统LOGO 69排风的排风的能量回收能量回收直接式直接式间接式间接式使用换热器回收排风使用换热器回收排风中的能量赋予新风中的能量赋予新风用中间介质实现能量回收用中间介质实现能量回收如热泵技术如热泵技术70热回收装置热回收装置（a）转轮式全热交换器结构示意图）转轮式全热交换器结构

29、示意图 （b）热回收系统）热回收系统1-净化扇形区；净化扇形区；2-新风风机；新风风机；3-排风风机排风风机31271热回收装置的热交换效率热回收装置的热交换效率1112oeoohhhhh式中：式中：ho1、ho2分别为新风进、出热回收装置的比焓或温度，分别为新风进、出热回收装置的比焓或温度，kJ/kg或或； he1排风进入热回收装置的比焓或温度，排风进入热回收装置的比焓或温度，kJ/kg或或。72 室外新风的控制室外新风的控制 在过渡季，采用全新风或增大新风比运行，可在过渡季，采用全新风或增大新风比运行，可以有效改善空气的品质，节省大量能量。以有效改善空气的品质，节省大量能量。“一年中自然的

30、春、秋季节一年中自然的春、秋季节”LOGO 730100020003000400005010015020025030035001234567时刻(a) 哈尔滨 新风率（） 冷负荷(105W) 冷 负 荷 新 风 率0100020003000400005010015020025030035001234567时刻(b) 乌鲁木齐 新风率（） 冷负荷(105W) 冷 负 荷 新 风 率0100020003000400005010015020025030035001234567时刻 (c) 北京 新风率（） 冷负荷(105W) 冷 负 荷 新 风 率0100020003000400005010015020025030035001234567时刻(d) 西 安新风率(%) 冷负荷(105W) 冷 负 荷 新 风 率冷负荷冷负荷-新风量新风量冷负荷冷负荷-新风量新风量冷负荷冷负荷-新风量新风量冷负荷冷负荷-新风量新风量全空气空调系统供冷期冷负荷与新风率变化图全空气空调系统供冷期冷负荷与新风率变化图744. 冷热源系统方案与系统效率冷热源系统方案与系统效率7.3.1 空调冷热源的确定原则空调冷热源的确定原则相互矛盾相互矛盾相互制约相互制约75空调冷热源方案确定的影响因素空调冷热源方案确定的影