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1.1采暖
按照GB50176-93《民用建筑热工设规范》及JGJ26-2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》主厂房所处的位置隶属严寒地区,必须设置集中采暖系统。因冬季室外计算温度低,采暖期长,主厂房空间大,各层互相连通,采用常规散热器采暖难以达到预期效果,且布置散热器比较困难,故本设计采用低温热水地面辐射采暖为主,辅以暖风机采暖的方式。其中地面辐射采暖热媒为60/50℃热水,由场地锅炉房换热机组供给;暖风机采暖热媒为110/70℃热水,由场地锅炉房直接供给。同时,连接厂房外皮带接口处设置热空气幕,采暖热媒为110/70℃热水。
1.1.1热负荷计算
根据主厂房围护结构的具体做法,结合UHG选煤厂的实际情况,进行了详细的热负荷计算。
1.1.2采暖设施和设备
根据主厂房热负荷计算结果,结合UHG选煤厂业主要求,地面辐射采暖加热管采用De20PE-RT耐热聚乙烯管,等级4,S=6.3,壁厚2.3mm,总长度6010m。选用11套T400分集水器以及1套T600分集水器;暖风机选用14台RH-165热水型暖风机。由此来满足主厂房内部采暖需求;同时可以根据冬季室外温度变化灵活调节开启暖风机台数,实现节能控制。蒙古UHG选煤厂外部皮带采用不封闭的方式,皮带211、711、801及802与主厂房连接处洞口冷风侵入量太大。由此,提出尽量减小连接处洞口尺寸,在皮带与主厂房连接处采用悬挂橡胶皮帘的方式,同时设置垂直式热空气幕进行冷风隔断,以此来保证主厂房内部采暖温度。
1.2通风
根据规范要求,为满足夏季通风降温需求,在主厂房屋顶设置10台DWT型屋顶风机。
1.3矿粉池及门口坡道防冻
主厂房地处严寒地区,冬季室外采暖温度很低,同时风雪天气较多,采暖期太长,导致主厂房内部矿粉池以及门口坡道容易结冰,给生产带来很大的弊端,由此考虑采用伴热电缆融冰化雪的方式。根据场地实际情况,采用2根单位长度发热量为17W/m的电缆以及18根单位长度发热量为18.5W/m的电缆。
2本项目设计特点
2.1采暖
主厂房采暖一改传统的散热器采暖方式,采用低温热水地面辐射采暖辅以暖风机采暖。同时考虑主厂房与皮带连接处的冷风侵入过大,采用垂直式热空气幕隔断冷风,保证室内采暖效果。暖风机采暖方式灵活,可适用于多种类型的车间厂房,当空气中不含易燃或易爆性的气体时,可以作为循环空气供暖用。暖风机不仅可以独立作为供暖设备用,也可以作为补充地面辐射采暖散热的不足部分。本设计中,暖风机悬挂安装于主厂房内部钢柱上,不占用生产空间。另外,暖风机开启方式灵活,可以根据室外温度的变化灵活调节实现节能控制。
2.2通风
根据主厂房生产情况,夏季厂房内部散热量大,需设置机械通风。本设计中在屋顶均匀布置10台轴流风机,新鲜冷空气从下部外窗进入,热空气上浮经风机排出,室内空气组织流动合理。不仅改善了室内空气质量,而且带走了厂房内部积聚的热量,可谓一举两得。
2.3矿粉池及外门坡道防冻
针对主厂房内部矿粉池及外门坡道的结冰现象,采用伴热电缆加热的方式,利用电能转化为热能且主要通过热辐射方式向结冰部分输送热量,以此达到融冰化雪的目的。这种加热方式,启动迅速、温度均匀、安装维护方便、节能环保、安全可靠。同地面辐射热水系统相比,没有试漏、清洗、维护等麻烦。同时,电缆布置方式灵活,控制方便,表面温度一目了然,是一种快捷、有效、安全的加热方式。它为选煤厂主厂房的安全生产提供了有效的保障措施。
2.4节能评估
本工程中的采暖及通风设备均选用符合国家能效标准的节能型产品。同时注意改进热力管道的调节方式,采用平衡阀、自力式流量调节阀,实现管道调度、运行、调节的自动监控。采暖和供热管道保温采用导热系数低的玻璃棉管壳保温,外包铝箔保护层。对采暖管道、法兰、阀门及附件按国家有关标准采取保温措施。系统运行后加强热力阀门及附件等维护管理,降低供热管道热损失,使管道热损失降至5%以下,系统总泄漏率控制在2‰以下。
3结语
【关键词】建筑; 供热采暖; 集中供热; 现状; 问题
中图分类号:TU833 文献标识码:A 文章编号:
一.引言
供热采暖是指为了保持建筑物内部适当的温度,利用供热采暖系统,使用多种热媒向室内输送热量。这里所说的供热采暖系统由热源、热媒输送以及散热设备这三个部分组成。在日常的生活中最普遍的热源主要是用燃煤、燃油、燃气、锅炉和电锅炉、水源、地热、地源、气源、热泵等等生产得来的。在这些方式中,集中燃煤的供热方式最为普遍,但是近几年,伴随着人们环保意识的提高,气、电等这些清洁能源正在取代燃煤的地位。与此同时,采暖方式正在逐步向低能耗、低辐射高效率方向发展。但是在我国建筑的供热采暖也还存在着许许多多的问题,需要不断的改善。
二.我国建筑供热采暖的现状
1.我国建筑供热采暖的方式
(1)集中供热的方式,主要包括集中供热锅炉房、热电厂等等。
(2)分散性供热锅炉房。
(3)其他的供热方式,主要包括燃气采暖、电采暖以及传统火炉采暖等方式。
2.我国建筑供热采暖的热源
在我国建筑供热采暖的热源主要包括:天然气、燃煤、油、电、一些工业余热以及一些可再生的能源等等。在我国一直都是以煤炭为主的能源结构,而且这种能源结构在近期不会改变,所以在我国用煤作为建筑供热采暖的热源还将会持续比较长的时间。但是,近几年随着人们环保意识的增强,人们加大了对清洁能源的利用,比如天然气、油、电,太阳能等等,这些新能源的利用率也在逐年的增加。
3.我国建筑供热结构,就目前的情况来看,在我国城市建筑集中供热中坚持着是以热电联产为主的发展方向。
4. 我国建筑供热系统的检测和控制
近几年,我国的供热系统检测和控制有了较大的进步,其进步主要表现在以下几个方面:
(1)热力站的自动化控制技术有了较大的进步,目前已经可以根据室外的温度变化按照事先制定好的程序控制曲线来实现自动调整。而且热力站的计算机软件也在不断的更新优化,技术功能更加完善。
(2)热网生产的监控系统。可以实施连续的实时监测,把各个热源厂的实时监测数据以及各热力站的必要的运行数据传送到调度中心。
(3)智能控制器,智能控制器和热力站是配套的,不仅仅可以实现热力站数据采集和控制,还可以联网进行数据的传输并且接受上位机的一些指令。
(4)形成了分户供热系统,同时也实现了按热量收费的户内系统。
(5)锅炉房的调节以及运行,一般情况下单机的容最等于或者大于10t/h的锅炉房,一般都设置了热工监测仪表,有的甚至还设置了微机循环检测以及显示器,大大提高了管理水平。也逐步改变了之前仅仅凭经验“看大烧火”的这种运行制度。同时改变了以往锅炉“大马拉小车”的这种运行方式,这样的方式使得锅炉的运行更加经济。
5.实现了分户供热和按照热量来计费
(1)居民住宅供热计量方式及室内采暖系统的改造。推荐的供热计量方式:一户一表按户计量热量、单元入户安装总表按户分配热量采取测供水流量及温差计算热量等方法。
(2)建立完善新的按热量计量收费的计价办法。城市集中供热是由热源、热网、热用户组成的庞大、封闭、复杂的循环系统,只要进入供暖期投入运行后,就必须连续运行;但是,对用户来说,又必须按用户的实际用热多少进行公平交易,保证供热。由此,目前己着手制定新的热费计价办法。
(3)供热计量仪表得到了较为广泛的应用。
6. 新技术、新材料、新工艺及新设备的应用
(1)热源:循环流化床锅炉,消烟除尘脱硫技术,大型热水锅炉及其辅机的引进及开发,多热源联合运行技术等。
(2)热网:热水直埋管道技术及开发,蒸汽直埋管理技术及开发,智能控制器,热网生产微机控制系统,无人值守热力站,自力式流量、压力及温度调节器的引进及开发等。
(3)用户:恒温阀,热量表等。
三.我国建筑供热采暖问题分析
1.在我国集中供热热化率比较低
在我国,近几年城市房屋建筑面积快速增加,使得集中供热建设速度无法跟上,由于城市集中供热的工程周期比较长,加之供热收费的方法以及相关的政策还不完善,使得我国城市集中供热的热化率增长缓慢。综合分析主要有以下原因:
(1)坚持以燃煤的集中供热为主的发展方向是提高热化率,降低供热采暖耗能,改善城市大气环境质量,满足人民生活水平不断提高的行之有效的途径。
①能源结构,不论现在,还是将来,煤约占我国总能耗构成的3/4。居民能源消费量随其生活质量的提高而增长。
②己建热电厂、燃煤集中供热工程为今后城市供热的发展打下了坚实的基础。
③科技进步为城市燃用清洁煤创造了条件。a.开发和推广清洁煤技术。主要措施,严格限制高硫煤的开采和大力推行煤炭的选洗加工。b.开发和推广循环流化床锅炉,这种锅炉的最大优势是在燃烧过程中能有效地控制有害气体的产生和排放c.除尘技术和装备制造。除尘技术和设备己向既除尘又脱硫的方向发展。d.电厂脱硫技术及其成套装备的制造。目前采用的脱硫方法有简易半干法、简易湿法,炉内喷钙尾部加湿和电子束脱硫工艺等。大幅度降低脱硫设备的造价,开发和推广适合中国国情的脱硫工艺是当前的主要任务。
(2)有条件的重点城市,建立无燃煤区,采用清洁能源,如大然气、液化石油气、轻油等多种能源供热方式,提高城市大气环境质量。随着国家对环保日益重视,推动了燃气、燃油、用电等清洁能源供热方式的发展。
2.我国建筑供热采暖能耗比较高,而系统能效相对比较低
结合我国建筑供热采暖的具体情况,主要可以从以下几个方面来提高供热采暖系统的效能:
(1)要从建筑供热采暖的规划、施工、调试、运行及收费等全部过程中确保系统合理利用能源,确保各个环节提高能效。
(2)要提高由热源、管网、热力站和用户组成的整个供热系统的能效。
①热电联产中热化系数的取值是否合理;设计热负荷是否正确;冬夏热负荷的差距等是决定热电厂及调峰锅炉房供热煤耗率和发电煤耗率的主要因素。
②从锅炉及辅机选型,从锅炉房工艺设计(包括运煤设备选择和系统设计,除渣系统设计,送、引风系统设计,热工测量仪表配置等),锅炉的安装施工,锅炉房的运行管理等全过程来提高系统效能。
③从水泵的选型,管网的敷设,调节阀的选择及布置,检测和自动控制装置的设计和选型,用户分户供热及按热量计费等多方面提高供热采暖系统的能效。
3. 建筑供热采暖技术水平参差不齐,从整个行业上看,技术水平比较落后
(1)设计水平普遍偏低。城镇集中供热是一项系统工程,系统的优化包括能源方式的优化、多热源方式的优化、热网走向的优化、调节控制方式的优化是实现全系统经济运行,是提高供热效能的第一步。
(2)设备制造水平偏低,如热水直理管道许多为手工制造,许多阀门漏水,换热器制造质保系统不完善等
(3)调节、控制水平普遍落后。高新技术引进较少。专业人才缺乏。
4. 建筑供热采暖法规不健全。如城镇供热管理法规尚在制定之中。如供热项目集资法规,供热收费方法的制定等也急需尽快解决。
四.结束语
我国城镇建筑采暖供热主要有集中供热、分散供热和简易供热三种方式。在国家的倡导和供热企业的不断努力下,我国城镇供热方式已从粗放型走向了节约型,从分散的锅炉供热发展为热电厂(锅炉房)为一个城市提供热源,市区内由换热站采用集中供热形式为各个小区提供热量,这就提高了效率,降低了能耗,减少了污染。建立健全城市集中供热体系,有利于环保和节能,同时也是提高人民生活水平,改善人民生活质量的重要方法。同时,它也是我们建设小康社会和现代化城市的重要标志。
参考文献:
[1]祖文超 戎卫国 李显英 王茂盛 盛军舒 海静 太阳能供热采暖系统研究现状及思考 [期刊论文] 《制冷与空调(四川)》 ISTIC -2010年2期
论文摘要:自改革开放以来,随着我国建设事业迅速发展,新建高层建筑逐步增加。就我国目前能源形式不容乐观,降低建筑能耗是落实科学发展观可持续性发展的重大战略性举措。就哈尔滨市的一栋住宅楼分别采用连续采暖和间歇采暖两种不同采暖方式的对比研究,从人体舒适感和环境保护两个方面揭示了连续采暖的优越性。
1我国供暖的现状
改革开放后,我国建设事业发展迅速,尤其是近年住房制度的改革极大地促进了住宅产业及国民经济的发展。目前每年新建房屋子17-18亿平方米。随着大量的新建筑,建筑能耗指建筑使用能耗,包括采暖、空调、热水供应、炊事、家用电器等方面的能耗,其中采暖、调能耗约占60%-70%。根据1998年估算的数据,中国建筑用商品能源消耗已占全国商品能源消费总量的27.6%,接近发达国家的30%-40%。我国的能源形势是严峻的。我国的煤炭、石油、天然气、水资源的人均拥有量约为世界平均值的1/2,1/9,1/23.1/4。对于人均能源消费量1t的标准煤,仅是世界人均能源消费不到2.4t标准煤的一半,因而降低建筑能耗,实现可持续性发展,是节约能源之路。事实上改变传统的供暖方式是节约能源的出路。作为办公楼、礼堂、实验和教学楼、学生宿舍等,供暖的需求是不一样的,不需要24h恒温供暖,应采用间歇制度,以实现用热与供热相协调。对于在较大集中供热系统中,也可采用分建筑物的分时供暖方法,由于不必同时给各建筑物供暖,热源规模及运行负荷大大减小,从而减少热源投资,并实现按需供热的长远目标。
2新型环保节能的供热采暖系统
供热采暖方式有很多不同的方式,热水、电热、地热等等不同的方式,近几年来一种新型环保节能的供热采暖系统,在日前通过了中国能源研究会组织的专家鉴定。专家认为,该系统为国内首创,具有国际先进水平。这种供热系统改变了传统的供热采暖方式,它的传热不是用介质水,而是以复合化学介质‘`ZGM''''’为热传导工质,打破了传统的以水为工质的热传导模式。这种复合化学介质“ZGM''''’无毒无味、无腐蚀性、不挥发、不燃烧、不怕冻、不结垢。使用该介质的采暖系统,长退快、均温性好、热稳定性能好,并且结构美观、安装灵活,解决了国内现存的单管系统无法解决的问题。该系统能节省40%-50%的能源。由于不用水,所以能大大降低城市用水量。该系统由北京新世界能高科技发展有限公司制造,是一种最佳的冬季采暖方式,适宜院校、机关的冬季采暖使用。
3院校、机关的冬季采暖使用
院校、机关建筑具有多类型、多用途的特点。主要包括:办公楼、教学楼、学生宿舍、教工家属楼、实验室、礼堂、体育馆、校办工厂等。院校供暖有两个特点:其一,对于间歇供暖,各种类型建筑物的供暖时间是不一样的,对于礼堂、体育馆等,它的使用时间特别少,其它时间可按值班采暖设定,因此它的供暖间歇性很强:对于学生宿舍,在上课时间(包括晚自习)可按值班采暖设定,而早、中、晚的休息时间才保证供暖:对于办公楼,下班时间可按值班采暖设定,上班时间才保证供暖;而对于实验室、教工家属楼等,在供暖时间上应根据具体情况加以控制。其二,学校的另一特点是有寒假。在寒假期间(约35天),院校的大部分建筑可以只保证值班供暖。基于以上特点,采用适合的供暖方式和方法,院校供暖的节能效果会很显著。
4人体舒适感的比较
传统的采用连续采暖方式,当室外温度为-2690,热媒参数为95/70℃时,热量不间断地散给空间,以补充结构的热损失,使室内温度体质在设计参数上下波动范围内。当室外温度高于26℃时,采用改变热煤参数的办法进行质调解,系统依然是连续运行的,即可保证室内设计温度的稳定,满足人体对舒适感的要求。间歇采暖则不燃,一日24h内室温波动范围较大,如果要保证供热时间内的室温间歇时间的室温就会低于设计温度。反之,如果保证间歇时间内的设计温度则供热时间内的室内温度又会高于设计温度。间歇采暖时一日内的温差大约在10℃左右,室内温度忽高忽低,人体感觉忽冷忽热,容易患感冒。但是如果采用新型环保节能的供热采暖系统则可改变这一现状,新型环保节能的供热采暖系统则能改变这一现状,新型环保节能的供热采暖系统升温快,保温时间长,在摄氏一20℃的气温下,室内温度在内45min就可达到18℃。
5环境保护的比较
在我国,环境保护工作越来越引起人们的高度重视。现在我们国家正提倡绿色环保。当连续采暖时,由于锅炉不间断运行,炉膛始终保持高温,煤中的挥发可燃气体充分燃烧,减少了炉膛内的化学不完全燃烧损失,降低了锅炉排烟。间歇采暖每天压火2-3次,每次压火时由于一次投煤量增加,鼓风机停止向炉膛供气,炉膛温度迅速下降,炉膛内化学不完全燃烧损失明显增加,炉膛内可燃性气体没达到燃点就出现冒黑烟的现象严重地污染了大气环境,但新型环保节能的供热采暖系统无污染运行。
[论文摘要]近几年,随着“以人为本”设计理念的提出,人们对住宅的舒适性要求越来越高,建筑能耗也随之增高。据统计,目前我国建筑能耗约占国民经济总能耗的25%左右,且呈上升趋势。另一方面,随着建筑能耗的增加和大量空调设备的安装,“城市热岛效应”日益严重,使环境日益恶化。我国建筑节能的重点应为:建筑本体的节能、采暖系统节能、提高照明和其他电器的效率、大型公共建筑节能。
随着科学技术的日新月异,能源短缺已不容忽视,节约能源已受到世界性的普遍关注,在我国亦不例外。目前,全世界有近30%的能源消耗在建筑物上,长此以往,将严重影响世界经济的可持续发展。因此,能源问题将成为本世纪的热门话题。
一、世界其他国家在节能建筑方面的作为
美国一家大学曾设计建造了一种四居室的生态房。它的热能来源于人工散热、阳光及使用家电设备所产生的热量;用电依靠风力发电机和太阳能电池;用水是从屋檐流下来经过处理的雨水;粪便和污水则流入一个堆肥坑里,经发酵后供花园施肥用。美国一家建筑公司用回收的垃圾建筑房屋,墙壁是用回收的轮胎和铝合金废料建造的;屋架所用的大部分钢料是从建筑工地上回收来的。
日本1997年建成了一栋实验型“健康住宅”。除了整个住宅尽可能选对人体无害的建筑材料外,墙体还被设计成双重结构,每个房间建有通风口,整个房屋系统的空气采用全热交换器和除湿机进行循环。全热交换器能够有效地回收热量并加以再次利用,其过滤器可有效地收集空气中细小的尘埃,从而能够抑制霉菌等过敏生物繁殖。这种资源的回收利用,不仅变废为宝,而且减少了环境污源,节约了能源。
德国建筑师塞多·特霍尔斯建造了一座能跟踪阳光的太阳房屋。房屋被安装在一个圆盘底座上,由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮。房屋底座在环形轨道上以每分钟转动3cm的速度随太阳旋转。当太阳落山以后,该房屋便反向转动,回到起点位置。它跟踪太阳所消耗的电力仅为房屋太阳能发电功率的1%,而所吸收的太阳能则相当于一般不能转动的太阳能房屋的2倍。
二、中国建筑能耗基本情况和几本问题
我国正处于房屋建筑的高峰时期,建筑速度之快,规模之大,可谓前所未有。2003年,我国城乡建筑竣工面积达20.3亿平方米(其中城镇12.7亿平方米),超过所有发达国家年建成建筑面积的总和。但令人忧虑的是,在新竣工的建筑中,节能建筑面积不到1亿平方米,尚不足竣工建筑的5%。至今,在我国城乡既有建筑约400亿平方米中(其中城市约140亿平方米),只有3.2亿平方米房屋是节能建筑,不到全国既有建筑的1%。
我国是一个能源短缺的国家,但我国单位建筑面积能耗目前却是发达国家的2至3倍。与发达国家相比,我国建筑钢材消耗高出10%至25%,每拌和1立方米混凝土要多消耗水泥80公斤;卫生洁具的耗水量高出30%以上,而污水回用率仅为发达国家的25%。此外,在我国人均耕地只有世界人均耕地1/3的情况下,实心黏土砖每年毁田12万亩。
我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4,居耗能首位。近年来我国建筑业到了快速的发展,需要大量的建造和运行使用能源,尤其是建筑的采暖和空调耗能。据统计,1994年全国仅住宅建筑能耗在基本上不供热水的情况下为1.54×108t标准煤,占当年全社会能源消耗总量12.27×109t标准煤的12.6%。目前每年城镇建筑仅采暖一项需要耗能1.3×108t标准煤,占全国能源消费总量的11.5%左右,占采暖区全社会能源消费的20%以上,在一些严寒地区,城镇建筑能耗高达当地社会能源消费的50%左右。与此同时,由于建筑供暖燃用大量煤炭等矿物能源,使周围的自然与生态环境不断恶化。
我国节能工作与发达国家相比起步较晚,能源浪费又十分严重。如我国的建筑采暖耗热量:外墙大体上为气候条件接近的发达国家的4~5倍,屋顶为2.5~5.5倍,外窗为1.5~2.2倍;门窗透气性为3~6倍;总耗能是3~4倍。
三、我国学要发展的重点领域
1.优化建筑设计
建筑造型及围护结构形式对建筑物性能有决定性影响。直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平等。而这三方面涉及的内容将构成70%以上的建筑采暖通风空调能耗。不同的建筑设计形式会造成能耗的巨大差别。然而,建筑物是个复杂系统,各方面因素相互影响,很难简单地确定建筑设计的优劣。例如,加大外窗面积可改善自然采光,在冬季还可获得太阳能量,但冬季的夜间会增大热量消耗,同时夏季由于太阳辐射通过窗户进入室内使空调能耗增加。这就需要利用动态热模拟技术对不同的方案进行详细的模拟测试和比较。 转贴于
2.建筑围护结构材料和部品
开发新的建筑围护结构部件,以更好地满足保温、隔热、透光、通风等各种需求,甚至可根据变化了外界条件随时改变其物理性能,达到维持室内良好的物理环境同时降低能源消耗的目的。这是实现建筑节能的基础技术和产品。主要涉及的产品有:外墙保温和隔热、屋顶保温和隔热、热物理性能优异的外窗和玻璃幕墙、智能外遮阳装置以及基于相变材料的蓄热型围护结构和基于高分子吸湿材料的调湿型饰面材料。自上个世纪90年代起,我国自主研发和从国外吸收消化的外墙、屋顶保温隔热技术被慢慢的采用。尤其外墙外保温可通风装饰板、通风型屋顶产品、通风遮阳窗帘的使用,都大大提高产品的质量、降低建筑运行成本。
3.建筑中的可再生能源技术
可再生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能等多种形式。可再生能源日益受到重视。开发利用可再生能源世界能源是持续发展战略的重要组成部分。太阳能既是一次性能源又是可再生能源,资源丰富对环境无污染,是一种非常洁净的能源。应提倡在建筑中广泛应用。
4.其他方面还有很多包括:通风装置与排风热回收装置与各种泵技术。
四、结束语
虽然,我国在这方面还存在许多问题,但只要我们提高认识,加强管理,那么不久的将来我国一定有望发展成为能源节约大国!
参考文献
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关键词:既有采暖居住建筑;热回收;空气耗热量;节能率
中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:2095-2104(2012)
1 引言
目前,建筑能耗已经成为仅次于工业能耗的第二大能源消耗大户。随着城市的发展,建筑能耗所占的比重也在逐年攀升。中国工程院院士,清华大学建筑学院江亿教授说:“目前我国建筑在运行过程中的能耗已经占到全社会总能耗的25%以上。而且还在不断增长”。
预计到2020年底,我国将新增建筑面积约300亿,如果延续目前的建筑能耗状况,每年将消耗12000亿度电,4.1亿吨标准煤,是目前全国建筑能耗的3倍。因此推行建筑节能刻不容缓。目前我们国家,北方城镇建筑面积有160亿冬季采暖能耗占到我国城市建筑能耗的总量的40%。冬季采暖能耗是建筑能耗中比例最大的一块。
在北方严寒地区和寒冷地区冬季采暖能耗是建筑能耗中,目前新建建筑65%节能标准以及既有建筑节能50%节能改造工程的大规模实施。在建筑能耗中窗户能耗所占地比例越来越高,尤其是节能65%节能目标实施后窗户的空气渗透耗热量比例将大幅上升。如何使得建筑在采暖期室内外温差为40℃(乌鲁木齐为例)的情况下,为保证室内空气品质必需的0.5h-1换气次数,将室内排到室外的18℃空气所携带的热量回收,这是节能65%目标实施后一个提高建筑节能率的有效且必须的节能措施。
2 采暖建筑空气耗热量
以乌鲁木齐市(北纬=43.77°,东经=87.68°)一栋地上6层、地下室1层、建筑物高度为18.10 m 砖混结构370砖墙单元式住宅楼,住户36户,气候分区属七区,建筑朝向南北,条式建筑体形系数为 0.31,节能计算总建筑面积(地上)2383.91,建筑体积为(地上)6195.34m³,建筑体积(地下)为479.60 m³,建筑总体积为6674.94 m³,建筑表面积:2094.90,用斯威尔能耗计算软件模拟计算,以现行的65%节能标准为例计算围护结构单项能耗值如表所示―65%节能标准建筑耗热量统计表:
65%节能标准建筑总耗热量统计表
从上表可以看出空气渗透耗热量在模型建筑节能执行《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26―2010行业标准后,建筑总耗热量中所占的比例高达58%,而护结构仅占到42%,在目前护结构总传热耗热量降低措施中,外墙保温措施在中华人民共和国公安部《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》(公消[2011]65号)中外保温材料防火等级提高到A级后,高效的有机保温材料推出外保温体系的推出建筑节能市场后,外墙围护结构的保温性能提高率与造价的上升率呈近似直线上升关系,外窗的保温性能提高通过乌鲁木齐市某住宅小区小改方案、中改方案、大改方案中窗户的节能改造对比,如下表为小区建筑节能改造工程中窗户部分改造的具体方案以及改造费用统计表。
乌鲁木齐市某小区综合节能改造窗户改造方案
序 号 节能改造
乌鲁木齐市某小区综合节能改造窗户改造造价
序号 节能改造
从上述不同方案的改造方案以及成本对比可以看出,建筑中窗户的改造造价由于换窗伴随的拆窗、安装窗户、窗边保温、窗内侧装修破坏等一系列的增加成本因素,造成改造成本如上表显示小改方案496元/窗面积,中改方案586元/窗面积,大改方案607元/窗面积。这个价格如此的高昂主要是由于换窗直接造成的。由此可以看出,窗户的耗热量降低成不也不低,由于其他护结构在护结构的传热耗热量比例中份额较小,实行再好的节能措施对整体的保温性能的提升贡献率甚小。目前,最有效的方法就是降低空气耗热量。
3 采暖建筑空气耗热量回收
依据北京工业大学汪会勇撰写的《空气热交换器的适用性分析》中以标准《空气―空气能量回收通风装置》中规定的夏季制冷性能测试工况作为实际测试工况,即室外干球温度为35℃,湿球温度为28℃;室内干球温度为27℃,湿球温度为19.5℃,结果测得论文中圆盘形显热换热器的最大显热换热效率为71.3%;膜式全热换热器最大显热换热效率为70%,潜热换热效率为70.6%,全热换热效率为70.3% 。如果此空气热回收装置用于冬季采暖建筑的的空气热回收,回收效率在冬季内外大温差的条件下会远大于70%,暂且按照70%的回收效率计算,前述模型建筑的空气耗热量回收率为:58%×70%=41.6%,可以回收整栋建筑中耗热量的41.6%。
4 结论
依据上述模型分析和理论计算约40%的节能效益,按照目前建筑节能率提法,在现行65%的基础上再节约40%,相当于在执行《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26―2010行业标准后节能率再提升14%。如果配合采暖系统室内温度调节装置及有效的室外管网的有效气候补偿和室内联动控制的前提下,这对于我国采暖地区建筑节能、能源危机、大气污染、人居环境的贡献率将是无法估量的。
新疆大学2011年度大学生创新性实验计划校级项目――空气热回收装置在采暖居住建筑应用实验研究(XJU-SRT-11018)
参考文献:
[1]中国建筑科学研究院,中国建筑业协会建筑节能专业委员会. JGJ26-95民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分) [S].北京:中国建筑工业出版社,1996
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[4]房志勇.建筑节能[M].2版.北京,中国建筑工业出版社,2006
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[6]《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26―2010[S].北京,2008
建筑采暖及给排水是民用建筑设计中的重要内容,在国民经济中占有重要的地位。随着国民经济的发展和科学技术水平的提高,人民对生活环境的要求越来越高,对建筑采暖及给排水设计的要求也越来越苛刻。
当前建筑节能在总能耗中的比例逐渐提高,建筑节能受到国家和社会的重视。城市供热系统的节能是建筑节能中的重要组成部分,八部委在2005年《关于进一步推进供热体制改革的意见》中明确指出,城镇供热要继续以集中供热为主;同时,在大力促进供热采暖节能工作中,要特别关注居民住宅和公共建筑的节能改造。
2007年8月,总理主持召开国务院常务会议,研究做好城市饮用水安全保障工作。会议指出,饮用水安全直接关系广大人民群众身体健康和生命安全,关系正常的生产生活秩序。饮用水安全保障涉及上上下下、方方面面,需要所有涉水的政府部门、设计科研及供排水企业的共同努力,这是深入贯彻落实科学发展观的主要体现。
建筑采暖和给排水不仅在人民的生活水平方面起着重要的作用,同时对国民经济的各部门的发展和人民的物质文化生活水平的提高也具有重要的意义。随着对环境舒适性和节能的越来越重视,我们就更应该好好学习采暖和给排水技术。由于我们水平有限,希望在设计中能得到老师的更多帮助与指导。
二、调研综述
众所周知,供暖就是用人工方法向室内供给热量,保持一定的室内温度,以创造适宜的生活条件和工作条件的技术。纵观供热工程的发展概况,供暖技术的发展离不开工业水平的提高和集中供热事业的发展,随各国具体情况不同,各国供暖技术的状况也有不同的特点。在我国的北方地区,冬季采暖供热的问题一直都占有重要的地位。2005 年,北方传统采暖区1 5 个省市单位G D P 能耗比全国平均水平高66% ,其中的一个很重要的原因是因为北方冬季散热器采暖消耗了大量能源。同时, 随着居民生活水平日益提高,对采暖舒适性要求越来越高。我国的采暖区域也已经由传统的黄河以北扩展到了长江以南,甚至在广西、福建冬季都开始集中采暖。在全面建设小康社会的过程中,为满足居民日益提高的冬季采暖需求,我们专业所能做的就是设计合理的采暖系统,选择经济实用的散热设备,并尽我们所能减少和消除种种采暖故障。
建筑内部给水系统是将城镇给水管网或自备水源给水管网的水引入室内,经配水管送至生活、生产和消防用水设备,并满足用水点对水量、水压和水质要求的冷水供应系统;建筑内部排水系统的功能是将人们在日常生活和工业生产过程中使用过的、受到污染的水以及降落到屋面的雨水和雪水收集起来,及时排到室外。随着人们对用水要求的提高,新的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)也要求我们努力做到好中求优。执行新标准后,许多水厂都要面临技术改造,水厂的技术改造首先要科学地核定水厂的实际供水能力。与此同时,管网的安全保障任务也变得更为重要,这就要求我们在设计计算时注意消除高峰供水的低压区,设计技术创新应该从“以人为本”、“节能减排”、“安全保障”三个方面提高,在细节上比高低。
三、基本内容及技术路线
1.室内采暖系统
室内采暖系统从整栋大楼的供暖系统热负荷开始计算。供暖系统设计热负荷是供暖设计中最基本的数据,它直接影响供暖系统方案的选择、供暖管道管径和散热器等设备的确定、关系到供暖系统的使用和经济效果。冬季供暖通风系统的热负荷,应根据建筑物或房间的得、失热量确定。本设计中该建筑的主要功能是供人们办公使用,由于没有生产工艺带来得失热而无需设置通风系统,所有建筑物或房间的热平衡就简单多了。建筑物为高层办公楼,由于高层建筑热水供暖系统的水静压力较大,因此它与室外连接时应根据散热器的承压能力、外网的压力状况等因素,确定系统的型式及其连接方式。此外,在确定系统型式时考虑到由于楼层数多而极易加重系统垂直失调等问题,本设计拟采用分层式供暖系统,连接方式为单管跨越式。在布置管路系统时,根据建筑物平面的外形、结构尺寸等具体条件,与外网的连接型式以及运行情况等因素来选择合理的布置方案,尽使构造简单、节省管材、便于调节和排除系统内空气,而且各并联环路的阻力损失易于平衡。在此基础上根据散热器的选型要求选择热工性能良好、承压能力高的散热器,并进行合理的布置以使房间的温度分布均匀。需注意的是,多层中高层建筑供暖应取消选用长翼大60型散热器。按照相关规定和标准,进行水力计算,充分考虑水力失调,比较各个系统选择合适的系统。根据各系统的具体情况合理的选择系统附件。同时,应考虑到管道保温、噪声控制和防腐等问题。
2.室内采暖给排水系统
室内给排水系统的设计首先根据设计原始资料和有关的规范,并综合工程所涉及到的各项因素(如技术、经济、社会和环境等),考虑给水、排水系统的设计方案,对各个方案进行比较,并绘出图式,确定最佳方案。同样的,高层建筑的给水系统设计也必须解决低层管道中静水压力过大的问题,应采取竖向分区供水来保证建筑供水的安全可靠性。根据采用的设计方案进行各个系统管网布置,并绘制平面图和系统图,依此进行各系统负荷和水力的计算,从而进一步确定各系统各管段管径、管材和选择给水系统中增压和水量调节、贮水等设备及排水系统中卫生器具与附件等设备。同样地,在布置管道和设备时要考虑减少和消除噪音、减振、防腐等问题。
本设计充分贯彻智能节能建筑和“以人为本”的先进技术理念,从而实现采暖和给排水节能的根本目的,巧妙地利用室内外条件、维护结构及系统设备的相互作用关系,选择满足建筑节能要求的方案,既建造出舒适、高效的室内环境,而同时又实现大幅度节能的目的!
四、设计报告(论文)提纲
1.室内采暖系统设计
(1)确定采暖系统方案
(2)采暖系统热负荷的计算
(3)散热器的选择计算
(4)根据供热方案确定系统具体形式并布置采暖管道
(5)管道的水力计算
(6)附属设备和检测仪表的选择
2.室内给排水系统设计
(1)了解设计的任务、内容、要求,了解工程概况及原始资料
(2)确定设计方案及方案比较
关键词:住宅建筑 采暖空调 能耗 模拟计算
中图分类号: TU832 文献标识码: A 文章编号:
前言 住宅建筑的采暖空调能耗受室内居住人员行为方式的影响,在调查研究基础上,确定了两种反映室内居住人员行为方式的计算模式。在两种不同计算模式下,利用建筑热环境模拟工具DeST对上海地区同一住宅建筑能耗进行模拟,并将模拟结果与调研结果进行比较,分析计算模式对上海地区住宅建筑采暖空调能耗大小的影响,从而获得能正确反映上海地区住宅建筑采暖空调能耗大小的模拟计算方法。
住宅建筑的特点
住宅区是不同年龄,职业和不同生活要求的人生活和休息的地方,不同的住户对房间的舒适度要求不同,对采暖,空调的时间要求也不同。即使同一住户,卧室,客厅,餐厅功能不同,对采暖,空调的时间和温度要求也不同。这种特点要求采暖,空调系统具有灵活有效的调节性能。
住宅区。特别是高层建筑住宅区,住宅建筑面积毛密度大,人口毛密度大,安全是住宅区最要紧的问题,因此要求采暖空调热(冷)源和系统具有安全性。
住宅区居室的热环境与住宅区所处的地区气候条件有关,与住宅建筑的围护结构有关。
住宅不同于办公楼,宾馆,饭店,主要表现以下几个方面,内部发热比办公楼的少,人员密度和照明比办公楼,宾馆低的多,故内部发热量少,每户人数少,换气量少,换气热负荷少。从整栋楼来说,建筑围护结构以外的住户,不与室外接触,故中间住户的热负荷约比靠外墙住户低35%。住户之间的内墙具有蓄热作用,当围护结构气密性好时,则室温波动幅度小。
住宅采暖方式的选择
住宅对采暖方式的选择原则为:安全性,经济性,适应性,并要符合国家的节能政策和环境保护政策。电采暖空调方式是在环境效益和耗能量上居几种采暖方式之首,除此之外,电采暖空调方式还具有如下特点:
从用户系统上看:操作十分简单,对操作技术无任何特殊要求。室内冷热负荷随室外温度的变化而改变,电采暖空调方式适用性好,便于实施智能化控制。无危险性,不存在爆炸和火灾的危险。在建筑平面,立面设计时比其它反方式简单。从能源利用效率上看,电热(电力―热)效率约为100%,,当隔热不好时,低于100%。热泵的COP约为2---5。节能建筑能显著的降低燃料费和运行成本,从而使用户由承担的电采暖的能力。
建筑模型
以上海地区某住宅为计算对象,该住宅共8层,一层为商场,2层以上为住宅,一层商场层高3.6 m,住宅层高2.8 m。该住宅有两种户型:三室一厅一厨一卫,建筑面积89.99 二室一厅一厨一卫,建筑面积69.86 m2。
计算模式
在两种计算模式中,气象数据均采用清华大学建筑技术科学系开发的逐时气象数据生成软件Medpha产生的全年逐时气象数据。其原理是基于中国国家气象局对193个城市20年的实测数据,通过随机算法模拟计算生成包括全年8760小时的逐时干球温度、湿球温度、含湿量、水平面总辐射强度和水平面散射辐射强度等的气象参数。
计算模式1
依据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中的规定确定的计算模式如下:
(1)内部热扰:室内照明,0.0141kWh/m2.d;室内人员、设备等,4.3 W/m2。
(2)温度设定: 18~26℃
(3)通风模式:换气次数1次/h
(4)空调开启模式:全开
(5)空调额定能效比取2.3,采暖额定能效比取1.9
(6)厨房、卫生间和楼梯间均不空调。
计算模式2
依据上海地区96户住户调查统计数据以及清华大学简毅文博士的研究成果[3],确定的计算模式为:
(1)内部热扰:人员按主卧室、次卧室、客厅、厨房、洗手间,分别给出其逐时人数;灯光、设备按卧室、客厅、厨房、洗手间给出其逐时平米指标。
(2)空调控制温度设定: 18~26℃
(3)容忍温度(开启空调温度)设定:16~29℃
(4)通风模式:换气次数0.5~10次/h(可变通风)
(5)空调开启模式:
客厅:工作日18:00-24:00开周末8:00-24:00开
卧室:工作日22:00-次日7:00开周末全开
(6)空调额定能效比取2.3,采暖额定能效比取1.9
(7)厨房、卫生间和楼梯间均不空调。
其中,容忍温度是指需要启动空调时房间的温度,空调控制温度是指开启空调后房间的控制温度;可变通风指当夏季外温较低时,通过增加通风量而非开启空调来达到降温目的,这反映了居民根据外温情况,通过开关窗自主调节自然通风量的行为。调研结果处理
在调研中,要求调研对象提供逐月的电费数据,依据返回的96份调研问卷,排除数据不详及单冷空调住户,对56户住户进行统计分析。考虑到上海地区的实际情况,每户取4月份的电费为非采暖空调期的月基础电费,5月、6月、7月、8月、9月、10月的累计电费与其总基础电费的差为夏季空调电费;11月、12月、1月、2月、3月的累计电费与其总基础电费的差为冬季采暖电费。不同建筑面积的夏季空调平均电费与冬季采暖平均电费如表2。在此基础上采用加权平均,计算出夏季空调平均电费2.80元/m2,冬季采暖平均电费2.11元/m2.
计算结果表明,根据计算模式1计算得出的空调费较调研数据高325%,采暖费较调研数据高195%;根据计算模式2得出的空调费较调研数据高8.2%,采暖费较调研数据低19.9%。在计算采暖费时,采暖额定能效比均取1.9。而调查结果显示,有22.9%的住户既用空调采暖,又用电暖气取暖,电暖器的能效比小于1.9,所以调研得来的采暖耗电量较计算值偏大。
两种计算模式的模拟结果与56户住户的实际电费比较如图3所示。由图看出,计算模式1的结果偏离实际太远,而计算模式2的结果处于各户数据的中间。
从计算结果来看,计算模式2的计算值较计算模式1的计算值与调研数据更接近。
两种计算模式的比较
由模拟结果可以看出,在住宅能耗的计算中,采取两种计算模式进行模拟会产生很大差异,因此需要加以认真的分析比较。
两种计算模式的主要不同点在于对室内居住人员行为方式的描述上从调查结果来看,有89.6%的住户将夏季空调控制温度设定在24~28℃范围内,有68.5%的住户将冬季空调控制温度设定在16~20℃范围内;有69.7%的住户当夏季感到很热时才开启空调,有80.5%的住户当冬季感到很冷时才开启供暖设备,很少有住户在18~26℃范围内开启空调或供暖设备的;况且人们习惯于人在时开空调,人走时关空调,其空调运行不可能是连续式的,而是间歇式的。对于处于夏热冬冷地区的上海,夏季夜间有开窗通风的习惯(有72.5%的住户有此习惯),只有空调开启时才关窗。所以,其通风量大小也应是变化的。再者,房间的功能不同,其人员、设备、灯光的发热量及作息会有很大差别,按各功能房间分别给出其逐时值也是有必要的。
结束语:
研究结果表明,计算模式的不同对住宅建筑采暖空调能耗的模拟结果影响非常大,确定能够反映真实情况的模拟计算条件对住宅建筑采暖空调能耗大小的评价是至关重要的。本文依据上海地区住宅建筑热状况的调查数据确定的计算模式能较为真实地描述室内居住人员的行为方式,用此计算模式进行模拟计算能正确反映上海地区住宅建筑采暖空调能耗的大小,可用于上海地区住宅建筑采暖空调的能耗分析与评价,并正确指导住宅建筑的节能设计。
参考文献
[1] 李峥嵘,钱必华.住宅建筑能耗的特点及其评价指标的确定.节能技术,2001(1):10~12
关键词:绿色建筑;实施方案;研究
绿色建筑是在建筑的全寿命期内,最大限度的节约资源、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。
所谓“绿色建筑”的“绿色”,并不是指一般意义的立体绿化、屋顶绿色建筑花园,而是代表一种概念或象征,指建筑对环境无害,能充分利用环境自然资源,并且在不破坏环境基本生态平衡条件下建造的一种建筑,又可称为可持续发展建筑、生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等。绿色建筑的室内布局非常合理,尽量减少使用合成材料,充分利用阳光,节省能源,为居住者创造一种接近自然的感觉。以人、建筑和自然环境的协调发展为目标,在利用天然条件和人工手段创造良好、健康的居住环境的同时,尽可能地控制和减少对自然环境的使用和破坏,充分体现向大自然的索取和回报之间的平衡。
开展绿色建筑行动,对转变城乡建设模式,破解能源资源瓶颈约束,改善群众生产生活条件,具有十分重要的意义。把生态文明融入城乡建设的全过程,树立全寿命周期理念、切实转变城乡建设模式、提高资源利用效率,合理改善建筑舒适度,全面推进绿色建筑行动,推动城乡建设走上绿色、循环、低碳的科学发展轨道,加快建设资源节约型和环境友好型社会。
一、建筑行业责任重大
中国的能耗结构中,建筑的建造和使用占据了大约30%,与建筑相关的工业和交通占据了16.7%,两者相加达到了46.7%。中国目前总数达到430亿平方米的既有建筑中,95%以上为高能耗建筑。每年新建的房屋面积占到世界总量的50%,每年新增的20多亿平方米的建筑中,仍有80%以上的建筑是非节能建筑。2011年3月5日,国务院总理在“两会”上作的政府工作报告中提出,要加大既有建筑节能改造投入,积极推进新建建筑节能,大力发展循环经济。温总理还指出,“十二五”单位GDP能耗和二氧化碳排放分别降低16%和17%。该报告让我们看到了绿色建筑在未来发展的广阔前景和商机。绿色建筑不仅是经济发展方式转变的具体体现,也是产业升级、结构调整的重要环节。
二、绿色建筑的理念
绿色建筑正是遵循了保护环境、节约资源、确保人居环境质量这样一些可持续发展的基本原则,由西方发达国家于20世纪70年代率先提出的这样一种建筑理念。“能源环境设计先锋奖”(Leadership in Energy & Environmental Design Building Rating System)。目前在世界各国的各类建筑环保评估、绿色建筑评估以及建筑可持续性评估标准中,被认为是最完善、最有影响力的评估标准。LEED_NC( 新建筑 )LEED_EB( 既有建筑 )LEED_CS( 毛坯房 )LEED_CI( 室内装修 )LEED_H( 独立住宅,目前只能在美国本土认证 )LEED_ND( 4万平方米以上的社区开发 )LEED for School、LEED for Healthcare、LEED for Retail则是针对具体的建筑市场开发的针对性产品。
三、推广绿色建筑存在的问题
很多人士没有弄清绿色建筑的本质含义,根据字面意思,认为绿色建筑只是将建筑物周围和内部进行绿化。也有人谈到绿色建筑,立刻联想到高成本、高技术、高绿化,靠高科技堆砌起来的才是绿色建筑。绿色建筑并不是一定要采用高新技术,它可以利用常见的健康材料向人们提供一个清洁而舒适的室内环境,达到居住环境和自然环境的的协调统一。建筑界发表了许多关于绿色建筑的论文,但论文大多都停留在绿色建筑设计的理论框架、设计原则、国外工程介绍,理论知识丰富,但是缺乏国内绿色建筑的实例,设计师在实践时,没有可供参考的例子。设计师在工作中缺少通盘考虑,很多项目是在建筑完成后才考虑绿化、围护结构节能和新材料的应用。如果仅考维护结构节能、提高建筑周围的绿化率,并不能提升建筑的整体性能。
四、绿色建筑设计的对策
绿色建筑是一个宏观的概念,材料的循环再利用,新能源的开发等很多问题都不应停留在个体建筑上,建筑师应该着眼大局,将其放在城市整体规划中进行思考;绿色建筑中出现的许多技术问题,比如污水处理、太阳能的采集和利用,不仅仅是建筑专业范围内的问题,还需要建筑师和其他专业的工程师相互配合,共同解决。技术的选择决定绿色建筑的设计水平,一般绿色技术包括两种情况,一种是在传统的技术基础上,按照资源和环境的要求,共同改造重组所做成的新技术,第二种是把其他领域的新技术,包括信息技术,电子技术等,按照要求引领进来。
充分利用太阳能,采用节能的建筑围护结构以及采暖和空调,减少采暖和空调的使用。根据自然通风的原理设置风冷系统,使建筑能够有效地利用夏季的主导风向。建筑采用适当地气候条件的平面形式及总体布局。在建筑设计、建造和建筑材料的选择中,均考虑资源的合理使用和处置。要减少资源的使用,力求使资源可再生利用。节约水资源,包括绿化的节约用水。绿色建筑外部要强调和周边环境相融合,和谐一致、动静互补,做到保护自然生态环境。舒适和健康的生活环境:建筑内部不使用对人体有害的建筑材料和装修材料。室内空气清新,温、湿度适当,使居住者感觉良好,身心健康。绿色建筑的建造特点包括:对建筑的地理条件有明确的要求,土壤中不存在绿色建筑有毒、有害物质,地温适宜,地下水纯净,地磁适中。绿色建筑应尽量采用天然材料。建筑中采用的木材、树皮、竹材、石块、石灰、油漆等,要经过检验处理,确保对人体无害。绿色建筑还要根据地理条件,设置太阳能采暖、热水、发电及风力发电壮装置,以充分利用环境提供的天然可再生资源。随着全球气候的变暖,世界各国对建筑节能的关注程度正日益增加。人们越来越认识到,建筑使用能源所产生的CO2是造成气候变暖的主要来源。节能建筑成为建筑发展的必然趋势,绿色建筑也应运而生。
【论文摘要】 目前,建筑耗能伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升,呈急剧上扬趋势。根据测算,如果不采取有力措施,到2020年中国建筑能耗将是现在3倍以上。 因此,建筑节能已迫在眉睫。而优化设计是建筑节能的根本途径,优化设计不仅影响工程建造直接能源消耗,而且影响建成后使用的能耗。
目前,建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列,成为中国能源消耗的三大“耗能大户”。尤其是建筑耗能伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升,呈急剧上扬趋势。建筑的能耗(包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等)约占全社会总能耗的28%,其中最主要的是采暖和空调,占到20%。而这“28%”还仅仅是建筑物在建造和使用过程中消耗的能源比例,如果再加上建材生产过程中耗掉的能源(占全社会总能耗的16.7%),和建筑相关的能耗将占到社会总能耗的46.7%。现在中国既有的约430亿平方米建筑中,只有4%采取了能源效率措施,单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上。根据测算,如果不采取有力措施,到2020年中国建筑能耗将是现在3倍以上。 因此,建筑节能已迫在眉睫,要把节能建筑工作放到贯彻科学发展观、全面建设小康社会、保证国家能源安全、实施可持续发展的战略高度来认识。因此,通过优化设计来有效控制能源消耗,应得到广泛重视。
一、优化设计对建筑节能的影响
1、设计方案影响工程建造直接能源消耗
在工程设计中,其建筑和结构方案的选择对建筑的直接能耗有较大影响,如建筑方案中的平面布置为内廊式还是外廊式、进深与开间的确定、立面形式的选择、层高与层数的确定、基础类型选用、结构形式选择等都存在着技术经济分析问题。 中国住宅建设用钢平均每平方米55公斤,比发达国家高出10%~25%,水泥用量为221.5公斤,每一立方米混凝土比发达国家要多消耗80公斤水泥。据统计,在满足同样功能的条件下,技术经济合理的设计,可降低工程建造直接能源消耗5%~10%,甚至可达10%~20%,如某无线电厂的多层框架结构厂房(4层),设计单位按常规设计为独立基础,由于多层厂房荷载较大,致使独立基础的单体尺寸较大,埋深较深(-3.2m),事后经其他设计人员分析如采用柱下条基,可节约大量的砼,并可降低埋深减少土方开挖所消耗的机械能耗;某综合办公楼,在优化设计中,因改变原先设计中的普通钢筋为带肋钢筋,单此一项优化设计,共节约钢筋1000T,钢筋总节约率达30%左右。
2、设计方案影响建成后使用的能耗
建筑是牵涉到很多专业的复合体,并且完整的建筑节能工作包括了从最初的规划、方案到设计、施工,以及多年的运营使用,直至最后拆除重建的全生命周期过程。 但以往只注重直接建造成本的降低,轻运营阶段能耗的使用情况。从住宅使用过程中的资源消耗看,与发达国家相比,我国住宅使用能耗为相同技术条件下发达国家的两到三倍。2020年,中国的建筑能耗将达到29430亿度电,比三峡电站34年的发电量总和还要多。现在,我们必须用全寿命周期的节能理念对建筑进行优化设计,即以较低的寿命周期能耗实现必要的功能,获得丰厚的寿命周期经济效益。所谓寿命周期能耗是指整个寿命周期过程中发生的全部能源消耗,包括建设、使用、维修、残值及清理等阶段所发生的能源消耗。设计不仅影响项目建设的一次性能耗,而且还影响使用阶段的能源消耗,如暖通、照明的能源消耗、清洁、保养、维修等,一次性建造能耗与经常性使用能耗有一定的反比关系,但通过优化设计可努力寻求这两者的最佳结合,使项目建设的全寿命费用最低,全寿命能耗达到最佳经济合理状态。建筑节能优化设计的途径主要是通过围护结构保温和气密性能的提高,以及采暖空调设备能效的提高等等,来达到减少空调和采暖等能源的消耗。在方案设计当中,建筑师需要对建筑的方位、体型、朝向进行优化,必需要为充分利用自然风、阳光等自然资源创造条件。同时,也必须对建筑材料优化;外墙、楼板、分户墙、屋面、玻璃、窗框的设计等都需要量化与优化;窗墙比须要以节能和居住舒适度为前提进行优化。从方案设计开始到初步设计,工程师需要根据不断调整的设计方案模拟量化建筑的能耗情况、计算空调和采暖设备的装机功率,比对各种影响因素,最后向客户提供最佳的设计方案。例如,在空调与采暖设备的市场上,各种品牌各种型号使消费者眼花缭乱。空调设备有空气源热泵、地源热泵、风机盘管、地板采暖、辐射制冷、采暖系统、户室中央空调、变频机组、水系统、冷媒系统等等。这些空调系统的初投资和运行费用大不相同,那么通过模拟量化,计算出初投资的费用、每年的耗能量、能源费用,消费者或者项目开发者就可以很容易地作出正确的决定。例如北京的一些奥运场馆中,为减少能耗,设计者没有采用普通的新风系统和空调系统,而是经过多次优化设计,寻找最佳节能方案。为实现自然通风和改善室内环境,采用了智能电动窗,很好的解决了新风问题;在场馆空调设计中(包括“水立方”和“鸟巢”)都采用了由美国联合技术开利公司设计的节能空调系统。该系统通过热回收技术在空调系统中的应用,节能率为10%。该系统在冷水机组上加装了热回收装置,在空气处理机中采用了新型热管热回收装置,可以回收场馆排放总热量的50%,回收的热能一部分用于加热游泳池水和生活用水,另一部分用于加热新风。
二、现阶段推行优化设计运作困难的成因
1、政府主管部门对建筑节能优化设计监控不力
长期以来,主管部门对设计节能成果缺乏必要的考核与评价,有的仅靠图纸会审来发现一些简单问题,仅仅是一些新材料或空间布置的一些规定。缺乏对方案的节能性方面的系统审查要求。建筑节能设计首先是一个系统设计问题,它绝不是多项节能技术或者节能设备的简单累加,它需要定量化。例如,人们在市场上可以买到节能空调、节能玻璃、节能热水器、太阳能热水器、墙体保温材料等等,但是这些材料与设备如何使用、使用哪种型号、用量多少、所起到的作用是什么就需要通过量化整合来完成。集思广益,从多方面影响因素出发,以最低的投资、最佳的手段完成并达到节能设计目标。所以建设主管部门监管的同时,应增加人员配备和审查力度,对设计节能成果进行量化全面审查。
2、业主要求优化设计的意识不强
目前,业主往往把控制重心放在施工直接投资环节上,而对建成后使用运营成本及节能优化设计环节重视不够。其原因:一是对设计对投资影响的重要性认识不够,只看到搞施工招标,投标价要低于标底价、施工单位要让利等,殊不知选择一个优秀的设计单位进行设计方案的优化会带来更大的节约;二是对建筑节能的认识不到位,没有一个节能环保绿色建筑意识。
3、建筑节能优化设计的开展缺乏必要的压力和动力
由于缺少建筑节能优化设计与企业和公众的直接经济利益联系,使得节能工作缺少内在经济利益推动力,政府部门建筑节能管理工作还存在体制不顺、监管体系不健全,造成执法不严、监督不力,国家政策不配套,缺乏激励机制和工作力度。对一些国有投资建设项目,有关行政审批单位在审核初步方案时,只注重设计的建设规模和投资限额,对方案的经济合理性和节能性不做深入研究分析;另外,由于现在的设计收费是按面积或按造价的比例计取,几乎跟建筑节能和设计质量的优劣无关,导致对设计方案不认真进行节能分析,而是追求高标准,造成能源浪费。相反,设计单位即使花费了较多的人力、物力,优化了设计方案,给业主节约了投资,也不能得到应有的报酬,有时设计费反而变少了,从而挫伤了优化设计的积极性。
三、搞好优化设计的几点建议
1、主管部门应加强对建筑节能优化设计工作的监控
为保证建筑节能优化设计工作的进行,开始可由政府主管部门来强制执行,通过对设计节能成果进行全面审查后方可实施。政府主管部门不仅需在技术法规与标准相结合方面做出努力,而且还需要政府以技术法规的形式提出必须严格控制的最基本的技术指标、技术要求、功能要求,可以导则、指南、技术标准等标准类技术文件予以体现。利用主管部门的职能,总结推广标准规范、标准设计、公布合理的技术经济指标及考核指标,为优化设计的进行提供良好服务。建筑节能技术新规范逐步从控制单项建筑维护结构(如外墙、外窗和屋顶)的最低保温隔热指标,转化为控制建筑物的实际能耗。新建建筑必须出具建造耗材经济指标、采暖需要能量、建筑能耗核心值和建筑热损失计算结果,特别是建筑外围结构热损失计算结果。建筑能耗总量(包括供暖、通风和热水供应)和建造能耗值只有满足其对应的节能标准才被允许开工及竣工验收。在竣工时,建筑开发商必须出具相关部门的一份“能源消耗证明”,证明清楚地列出了该住宅每年的能耗,及节能等级。以上措施,必须逐步实施,特别是国有投资项目要先于执行。
2、以政策扶持拉动建筑节能优化设计
国家制定节能政策,并要求以多样化的经济激励等扶持举措,形成推动建筑节能的市场机制,推进建筑节能优化设计的推广。对建造节能建筑产品的要根据优化设计后节能程度给予政策和资金支持,减免税费等优惠措施,并可建立评价机制,对因建造节能建筑而超支部分资金,国家应给予无偿免息贷款或奖励机制,使建筑节能优化设计以行政手段为主转向以经济手段为主。
3、开展积极有效的宣传引导工作
建筑节能政策要取得理想的实施效果,重在宣传引导。不但政府职能部门对节能政策的推行不遗余力,而且有关企业也应加入到宣传节能政策的行列。政府职能部门应免费对社会公众提供节能政策咨询、进行节能知识宣传和相关培训,以及进行节能技术、产品的展示、讲解等方面做大量的工作。力争实现多方参与节能政策的宣传引导,大大提高人们的节能意识和对节能知识、技术的认知、把握能力,从而使节能政策得到有力的贯彻实施。
【参考文献】