談民用建筑節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

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摘要:分析了我國建筑能耗的現(xiàn)狀及存在的問題，基于建筑節(jié)能的熱力學(xué)原理和主要的施工方法，從供熱規(guī)劃、調(diào)節(jié)水力平衡、降低熱損失、推廣分戶計量等方面，闡述了供熱系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞:建筑能耗，節(jié)能技術(shù)，供熱系統(tǒng)，熱力學(xué)原理

我國地大物博，人口眾多，隨著經(jīng)濟(jì)社會的蓬勃發(fā)展，既有建筑加上每年新建房屋帶來的建筑能耗總量是相當(dāng)可觀的。我國現(xiàn)有的絕大多數(shù)民建屬于高能耗類建筑，其單位面積的采暖耗能量接近西方發(fā)達(dá)國家新建住宅的3倍以上，加上全球性的能源危機(jī)，使得建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)在我國的潛力巨大。我們通常所說的建筑能耗，一般是指民用建筑在其使用當(dāng)中的能量消耗，主要包括建筑體現(xiàn)的功能性能耗，例如制冷、供熱、給排水、建筑照明、家用電器、通風(fēng)、后勤補(bǔ)給等等方面的能耗，其中供暖、制冷、通風(fēng)這三項(xiàng)的能耗量，幾乎可以占到總建筑耗能的2/3左右。建筑節(jié)能能否做好，直接影響著我國的能源安全，而且對于能源利用效率的提高和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化起著至關(guān)重要的作用。

1建筑能耗現(xiàn)狀及存在的主要問題

我國雖然幅員遼闊，但是人均資源相對缺乏，隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，老百姓生活水平也逐步提高，越來越多的家庭采購了空調(diào)等設(shè)備，住宅越來越舒適的同時，所消耗的能量也不斷增加，但是我國的建筑保溫隔熱性、氣密性相對較差，供熱系統(tǒng)效率也不高，這樣造成的熱損失很大，巨大的能源浪費(fèi)在冬季供熱期間加重了大氣污染和溫室氣體的過量排放，這個矛盾現(xiàn)在已經(jīng)十分突出，到了必須解決的地步。我國建筑節(jié)能存在的主要問題:1)對于建筑節(jié)能的緊迫性和重要性認(rèn)識不夠。大部分人對能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)都有了較強(qiáng)的意識，但是對于建筑節(jié)能還比較陌生，也不知道該怎么做，也沒有認(rèn)識到建筑節(jié)能帶來的巨大效益，而且各地政府對此重視程度不同，也導(dǎo)致了此項(xiàng)工作長期沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。2)缺乏完善的、因地制宜的建筑業(yè)法律法規(guī)。我國雖然已經(jīng)出臺了《中華人民共和國節(jié)約能源法》等相關(guān)法律法規(guī)，但是對于建筑節(jié)能還沒有明確的法律規(guī)范，需要進(jìn)一步完善，這樣將極大促進(jìn)行業(yè)快速發(fā)展。3)缺乏相應(yīng)的激勵和補(bǔ)償措施。建筑節(jié)能改造是一項(xiàng)利國利民的公益事業(yè)，一方面需要人民群眾的積極配合，另一方面也需要政府的大力支持，政府既要對新建建筑的節(jié)能進(jìn)行嚴(yán)格的檢查驗(yàn)收，又必須對既有建筑的節(jié)能改造給予大力的財政支持，隨著建筑能耗的大大降低，將逐步減少對于環(huán)境保護(hù)和供熱企業(yè)的補(bǔ)貼資金，是一項(xiàng)“一勞永逸”的利民工程。4)對于建筑行業(yè)節(jié)能創(chuàng)新、技術(shù)支持力度有待加強(qiáng)。作為新興產(chǎn)業(yè)，建筑節(jié)能改造的技術(shù)儲備和施工水平還處于相對初級的階段，對于新材料和新技術(shù)的研發(fā)能力較弱，政府應(yīng)適當(dāng)給予政策和經(jīng)濟(jì)的支持，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。5)我國現(xiàn)階段對于建筑節(jié)能的改造還不夠徹底，作為一個系統(tǒng)工程，節(jié)能改造除了門窗、屋頂、采暖制冷系統(tǒng)以外，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)(墻體)的保溫也是必不可少的一部分。另外，目前很多供熱企業(yè)仍然按照建筑面積乘單價的方式收取熱費(fèi)，用戶無法根據(jù)自身需要調(diào)節(jié)熱量供給，導(dǎo)致部分能源白白浪費(fèi)，所以建筑節(jié)能改造必須多管齊下，才能達(dá)到預(yù)期的節(jié)能目的和經(jīng)濟(jì)效益。

2建筑節(jié)能的熱力學(xué)原理和主要施工方法

凡有溫度差，就有熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳導(dǎo)。首先我們來建立一個寒冷季節(jié)建筑物墻體導(dǎo)熱模型，經(jīng)過分析可以看出:1)建筑物內(nèi)的空氣通過對流換熱將能量傳給墻壁內(nèi)表面，同時伴隨著輻射換熱使室內(nèi)物體與墻壁進(jìn)行熱交換;2)墻的內(nèi)外表面則通過固體導(dǎo)熱的形式進(jìn)行熱交換;3)室外寒冷的空氣通過對流換熱將墻外表面熱量帶走，同時墻與外界物體通過輻射換熱又帶走部分熱量。如果沒有別的變量，建筑物內(nèi)外的溫度差越大，互相傳遞熱量也就越大。通過模型可以知道，它們之間的熱傳遞是通過熱輻射、對流換熱、固體導(dǎo)熱這三種方式組合成的。由此可見，墻壁傳熱的多少與室內(nèi)外溫差成正比，與墻的厚度成反比，而且與墻壁本身的導(dǎo)熱性能有關(guān)，因此導(dǎo)熱量:=λδΔtA。其中，A為壁面積;δ為壁厚;λ為導(dǎo)熱系數(shù);Δt為壁兩側(cè)表面溫差?？梢娨虢档徒ㄖ釗p失，可以通過控制這幾個變量來實(shí)現(xiàn)，對于壁面積的控制，主要通過建筑設(shè)計(合理的體形系數(shù))來實(shí)現(xiàn);對于壁厚的控制，主要通過墻體覆蓋保溫材料來實(shí)現(xiàn);對于導(dǎo)熱系數(shù)和溫差的控制，通過建筑材料和圍護(hù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。1)建筑的外表面積與其體積的比值稱為建筑體形系數(shù)，在其他條件相同的情況下，建筑耗能指標(biāo)隨著體形系數(shù)的增長而增長，研究表明，體形系數(shù)每增大0．01，能耗指標(biāo)大約增加2．5%，從有利于節(jié)能出發(fā)，體形系數(shù)應(yīng)盡可能小，一般控制在0．3以下。2)建筑材料的選擇對建筑節(jié)能有很大影響，我們把導(dǎo)熱系數(shù)小的材料稱為保溫材料(又稱隔熱或者絕熱)。凡平均溫度不高于350℃時導(dǎo)熱率不大于0．12W/(m•K)的材料，叫做絕熱材料。它具有疏松、多孔狀、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。3)外墻是建筑物隔熱保溫的重要部分，提高外墻保溫能力，一是增加厚度，二是降低外墻的傳熱系數(shù)。單純增加厚度不可取，主要通過降低材料傳熱系數(shù)和改善構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)。外墻保溫方案主要有:單一材料節(jié)能墻體和復(fù)合節(jié)能墻體兩種。復(fù)合節(jié)能墻是由絕熱材料(聚苯乙烯泡沫塑料、巖棉、玻璃棉、加氣混凝土等)與傳統(tǒng)墻體材料復(fù)合構(gòu)成，通過保溫層或者空氣夾層實(shí)現(xiàn)墻體的內(nèi)保溫、中間保溫和外保溫，復(fù)合結(jié)構(gòu)熱工性能很好，但是造價也高。4)窗戶的總傳熱系數(shù)大，窗的熱損失大概占到總熱損的2/3，其中傳熱損失為1/3，冷風(fēng)滲透為1/3，所以窗體保溫格外重要。要降低熱損，一是提高窗戶的氣密性，二是減少冷風(fēng)滲透。將窗戶與建筑物墻體接縫處密封嚴(yán)實(shí)，并采用低輻射中空玻璃降低導(dǎo)熱，選用合適的窗墻比來達(dá)到節(jié)能目的。5)屋頂和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱橋部位也應(yīng)采取保溫設(shè)計。根據(jù)屋頂?shù)拿娣e大小和選用建筑材料的不同，屋頂?shù)臒釗p耗有時也占很大比例，例如用鋼筋混凝土打造的梁、柱和陽臺板等部件，都比其建筑主體的熱損耗要大很多，所以建筑保溫中的這些薄弱環(huán)節(jié)我們要特殊“關(guān)照”。

3供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

為了滿足設(shè)計要求的室溫，根據(jù)當(dāng)?shù)氐氖彝馄骄鶞囟葪l件，單位建筑面積在單位時間內(nèi)所消耗的、由內(nèi)部供暖設(shè)備所提供的熱量稱為能耗指標(biāo)。建筑能耗指標(biāo)的計算:qh=qh，t+qinf－qr，h。其中，能耗指標(biāo)qh(W/m2)是單位面積通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱量qh，t(W/m2)加上空氣滲透熱量qinf(W/m2)的總和減去內(nèi)部得熱量qr，h。由式中可以看出，在同樣達(dá)到供熱設(shè)計溫度的前提下，通過墻體保溫和窗體密封等手段大大減少了供熱企業(yè)的能耗水平，但是供熱系統(tǒng)本身也有很大的節(jié)能空間，我們要從建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)和供熱系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)入手，最大限度的達(dá)到節(jié)能目的。1)要有科學(xué)的供熱規(guī)劃。隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市規(guī)劃也進(jìn)一步完善，逐步實(shí)現(xiàn)集中供熱，減少分散的小型供熱鍋爐房，而且逐步以清潔能源代替煤炭等高污染能源，利用工業(yè)廢熱、天然氣、水力、風(fēng)力、太陽能等等實(shí)現(xiàn)冬季采暖，極大的降低了能源消耗，有效的保護(hù)了自然環(huán)境。2)室外供熱管網(wǎng)分為區(qū)域熱網(wǎng)和小區(qū)熱網(wǎng)，區(qū)域熱網(wǎng)通過換熱站將熱量輸送至小區(qū)熱網(wǎng)。熱網(wǎng)的水力失調(diào)經(jīng)常出現(xiàn)，產(chǎn)生冷熱不均現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，必須通過調(diào)節(jié)水力平衡來達(dá)到節(jié)能的目的，同時應(yīng)進(jìn)行“大溫差”改造，舍棄目前的“流量大、溫差小”的系統(tǒng)運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)供水溫度和輸送效率雙提高。3)利用管網(wǎng)直埋技術(shù)和接口防腐保溫大幅降低熱網(wǎng)輸送熱損失。直埋敷設(shè)具有節(jié)省用地、方便施工、減少工程投資和維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，直埋管網(wǎng)通過聚氨酯保溫層的覆蓋，使管網(wǎng)的熱損失大大降低，同時防腐效果明顯，適合長期使用，達(dá)到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。4)分戶計量的推廣。建筑供熱計量收費(fèi)由過去按面積收費(fèi)改為按熱量收費(fèi)可以達(dá)到節(jié)約能源、提高舒適度、保護(hù)環(huán)境的目的。我們既要保證新建住宅的節(jié)能達(dá)標(biāo)，又要對既有建筑進(jìn)行大規(guī)模的節(jié)能改造，隨著建筑節(jié)能帶來的經(jīng)濟(jì)效益逐漸凸顯和環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排法規(guī)越來越嚴(yán)苛，建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景非常樂觀，希望政府在政策導(dǎo)向和經(jīng)濟(jì)扶持上更進(jìn)一步，在全社會形成節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的良好氛圍，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

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作者:白棚吏 單位:太原市熱力公司