建筑节能技术措施探讨

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发表于 2011-12-5 09:24:48 |只看该作者 |倒序浏览

1 引言近年来建筑节能技术已成为全世界关注的热点，也是当前国内外节能领域的一个热点研究课题。西方发达国家，建筑能耗占**总能耗的30%～45%。我国建筑能耗已占**总能耗的20%～25%，正逐步上升到30%。因此建筑节能是目前节能领域的当务之急。
建筑节能可分为二部分：一、建筑物自身的节能，二、空调系统的节能。建筑物自身的节能主要是从建筑设计规划、维护结构、遮阳设施等方面考虑。空调系统的节能是从减少冷热源能耗、输送系统的能耗及系统的运行管理等方面进行考虑的。
2 节能建筑规划设计根据建筑功能要求和当地的气候参数，在总体规划和单体设计中，科学合理地确定建筑朝向、平面形状、空间布局、外观体型、间距、层高、选用节能型建筑材料、保证建筑外维护结构的保温隔热等热工特性及对建筑周围环境进行绿化设计，设计要有利于施工和维护，全面应用节能技术措施，最大限度减少建筑物能耗量，获得理想的节能效果。
2.1 建筑朝向和平面形状
同样形状的建筑物,南北朝向比东西朝向的冷负荷小，因此建筑物应尽量采用南北向。如对一个长宽比为4∶1的建筑物, 经测试表明：东西向比南北向的冷负荷约增加70%。在建筑物内布置空调房间时，尽量避免布置在东西朝向的房间及东西墙上有窗户的房间以及平屋顶的顶层房间。因此,选择合理的建筑物朝向是一项重要的节能措施。空调建筑的平面形状，应在体积一定的情况下，采用外维护结构表面积小的建筑。因为外表面积越小，冷负荷越小，能耗越小。
2.2 合理规划空间布局及控制体型系数
如果是依靠自然通风降温的建筑，空间布局应比较开敞，开较大的窗口以利用自然通风。而设有空调系统的建筑，其空间布局应十分紧凑，尽量减少建筑物外表面积和窗洞面积，这样可以减少空调负荷。
体形系数的定义是建筑物外表面积F与其所包围的体积V之比值。对于相同体积的建筑物,其体形系数越大,说明单位建筑空间的热散失面积越高，研究表明，体形系数每增大0.01，能耗指标约增加2.5%。因此,出于节能的考虑,在建筑设计时应尽量控制建筑物的体形系数。但如果出于造型和美观的要求需要采用较大的体形系数时,应尽量增加围护结构的热阻。
2.3 绿化对节能建筑的影响
绿化对居住区气候条件起着十分重要的作用，它能调节改善气温，调节碳氧平衡，减弱温室效应，减轻城市的大气污染，减低噪声，遮阳隔热，是改善居住区微小气候，改善建筑室内环境，节约建筑能耗的有效措施。
3 增强建筑维护结构的保温隔热性能改善建筑的保温隔热性能可以直接有效地减少建筑物的冷热负荷。据有关资料介绍,围护结构的传热系数每增大1W/M2·K。在**工况不变条件下,空调系统设计计算负荷增加近30%。所以改善建筑外围护结构的保温性能是建筑设计上的首要节能措施，我国《采暖通风和空气调节设计规范》（GBJ42）对空调建筑外维护的传热系数作了规定，对舒适性空调的最大传热系数规定为0.9～1.3，可采用玻璃棉、聚苯乙烯板、加气混凝土等保温材料，也可采用双玻璃、顶层架空隔热层等空气间层起隔热作用。
3.1 外墙的节能措施
3.1.1 使用环保、节能型建筑材料
使用环保、节能型建筑材料，可有效减少通过围护结构的传热，从而减少各主要设备的容量，达到显著的节能效果。采用新型墙体材料与复合墙体围护结构。在进行经济性、可行性分析的前提下,在墙体内外侧敷设保温隔热的新材料。
3.1.2 隔离太阳辐射热
对垂直墙面可采用外廓、阳台、挑檐阳等遮阳设施和浅色墙面、反射幕墙、植物覆盖绿化等。
3.2 门窗的节能技术措施
3.2.1 尽量减少门窗的面积
门窗是建筑能耗散失的最薄弱部位，面积约占建筑外维护结构面积的 30%，其能耗约占建筑总能耗的 2/3，其中传热损失为 1/3。所以门窗是外维护结构节能的重点。所以在保证日照、采光、通风、观景条件下，尽量减少外门窗洞口的面积。
3.2.2 设置遮阳设施
设置遮阳设施，考虑空调设备的位置。减少阳光直接辐射屋顶、墙、窗及透过窗户进入室内，可采用外廊、阳台、挑檐、遮阳板、热反射窗帘等遮阳措施。门窗的遮阳设施可选用特种玻璃、双层玻璃、窗帘或遮阳板等。
3.2.3 提高门窗的气密性
有资料表明，房间换气次数由0.8h-1降到 0.5h-1。建筑物的耗冷可降低 8%左右，因此设计中应采用密闭性良好的门窗。通过改进门窗产品结构（如加装密封条），提高门窗气密性。防止空气对流传热。加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段之一。
3.2.4 尽量使用新型保温节能门窗
采用热阻大、能耗低的节能材料制造的新型保温节能门窗（塑钢门窗）可大大提高热工性能。同时还要特别注意玻璃的选材。玻璃窗的主要用途是采光，但由于玻璃窗的耗冷量占制冷机最大负荷的20%～30%，冬季单层玻璃窗的耗热量占锅炉负荷的10%～20%，因而控制窗墙比在30%～50%范围内时，窗玻璃尽量选特性玻璃，如吸热玻璃，反射玻璃，隔热遮光薄膜。
3.2.5 合理控制窗墙比
窗墙比是窗洞口与墙的面积比值，增大这两个比值不利于空调建筑节能，应尽量减少空调房间两侧温差大的外墙面积及窗的面积。控制窗墙比、对外墙及屋顶的导热系数等提出具体要求。通过外窗的耗热量占建筑物总耗热量的 35%～45%。故在进行前期建筑设计时，在保证室内采光通风的前提下合理控制窗墙比是很重要的,一般北向不大于25%;南向不大于35%;东西向不大于30%。
4 屋顶的节能技术措施4.1 隔离太阳辐射热
隔热太阳辐射热，减少阳光直射，对屋顶可采用架空屋面，浅色屋面，种植屋面等。对屋面进行绿色覆盖，既可遮阳，又能隔热，而且通过光合作用，可消耗或转化部分能量，也起到美化环境作用。因此植物覆盖法是空调节能的较好的方法。还有设计通风屋面、蓄水屋面等节能措施。
4.2 “冷屋顶”节能
国外很多专家对“冷屋顶”（cool roofs）进行了大量的研究，发现其节能效果很显著。所谓“冷屋顶”(cool roofs)是指日射反射率高的屋顶,它通过对普通屋顶涂上高反射率的涂料,提高屋顶的日射反射率,减少太阳热量的吸收,从而达到减少空调冷负荷和空调节能的目的。研究表明：采用“冷屋顶”节能可使空调负荷减少约 10%～50%。　
5 空调系统节能技术措施5.1 降低系统的设计负荷
目前我国的多数设计人员在设计空调系统时，往往采用负荷指标进行估算，并且出于安全的考虑，指标往往取得过大，造成了系统的冷热源、能量输配设备、末端换热设备的容量都大大的超过了实际需求，形成“大马拉小车”的现象。即增加了投资，也不节能。
5.2 冷热源节能
空调系统消耗的大部分能量是在冷热源系统中消耗的。所以合理选择冷热源系统对空调系统节能至关重要。空调系统的常采用的冷热源方式是（1）水冷冷水机组+锅炉；（2）热泵；（3）溴化锂吸收式+锅炉。
夏季用水冷冷水机组制冷,冬季用锅炉供热。水冷冷水机组制冷消耗电能。设计工况下的能效比(制冷量/耗电量)比较高,一般为3.7～5左右,一般空调制冷量在300RT（1 RT=3.517KW）以上选用离心式压缩机,空调制冷量在150～300RT的制冷量范围内选用螺杆式压缩机比较合适,当空调制冷量小于150RT时选用活塞式压缩机较为合适。在水源比较充足的地区使用水冷冷水机组比较合适。
热泵型机组的使用对节能是很有利的,其中风冷热泵冷热水机组在中央空调中使用的较多,这种机组一机两用,夏季制冷,冬季供热。特别适用于缺水地区。
溴化锂机组的能效比(制冷量/消耗的热能)比较低,外燃式为1.0～1.2左右,直燃式机组稍高。溴化锂机组节电不节能。外燃式溴化锂机组主要用于有废热、余热的地方,如热电厂、钢铁厂等,既利用了废热、余热,又达到了制冷的目的。对于缺电而无废热或余热的地区可考虑使用直燃式机组。
5.3 减少输送系统的动力能耗
动力能耗主要是指空调系统运行中风机和水泵所消耗的电能。采用科学合理方法使之降低,对整个空调系统的节能有十分重要的意义。具体的技术措施有：
5.3.1 提高供回水温差
若系统中输送冷(热)量的载冷(热)介质的供回水温差采用较大值,则当它与原温差的比值为Ｎ时,从流量计算式可知,采用大温差时的流量为原来的流量1/Ｎ,而管路损耗即水泵或风机的功耗则减小为原来的1/N2，节能效果显著。故应在满足空调精度、人体舒适度和工艺要求的前提下,尽可能加大温差,但供回水温差一般不宜大于8℃。
5.3.2 选用低流速流体
水泵和风机的功耗与管路系统中流速的平方成正比,故采用低流速能取得较好的节能效果。且有利于提高水力工程的稳定性。
5.3.3 提高输配系统的效率
设计时合理的选择水泵的扬程,如果扬程过高时,靠减小阀门开度来调节系统的水力平衡,使得系统的能耗过多的消耗在阀门和过滤器上。适当采用二级泵系统。在送风系统中设计时应尽量维持风机工作在高效区。
5.3.4 采用变流量水系统
在设计空调水系统时，如采用定水温变流量或变水温变流量的调节方式，使供水量随空调负荷的变化而增减，不但可以减少处理过程的能耗还能节省输送能耗。
5.3.5 采用变风量系统
变风量空调（VAV）系统可以通过改变送风量的办法来控制不同房间的温湿度。同时，当各房间的负荷小于设计负荷时，变风量系统可以调节输送的风量。从而减少系统的总输送风量。这样，空调设备的容量也可以减小，既可节省设备费的投资，也进一步降低了系统的运行能耗。而风量的减少又节约了处理空气所需要消耗的能量。有资料显示，采用变风量系统可节省能源达到30%，并可同时提高环境的舒适性。该系统最适合应用于楼层空间大而且房间多的建筑。尤其是办公楼，更能发挥其操作简单、舒适、节能的效果。因此，变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。　
5.4 空调机组及末端设备的节能措施
国产风机盘管从总体水平看与国外同类产品相比差不多，但与国外先进水平比较，主要差距是耗电量、盘管重量和噪声方面。因此设计中一定注意选用重量轻、单位风机功率供冷（热）量大的机组。空调机组应该选用机组风机风量、风压匹配合理，漏风量少，空气输送系数大的机组。
5.5 提高送风温差及合理调节新风比
人们对舒适感的要求差别很大,故舒适区范围较宽。在舒适区内,虽然人体的热舒适感觉没有明显改变,但系统的耗能却有大幅度的变化。在满足空调精度要求的前提下,我们可以提高送风温差来提高节能效率,利用最少的耗能实现舒适性空调要求的空气环境。为了节能，在夏天取较高的干球温度和相对湿度，冬季取较低的干球温度和相对湿度。就可减少围护结构的传热负荷和新风负荷,从而降低空调系统能耗。
在建筑物的空调负荷中的新风负荷占的比例很大，一般占总负荷的20%—30%，因此在满足卫生条件下，冬、夏季尽量减少新风量，而在过渡季节，尽量较多采用新风甚至采用全新风。对大型商场，在早晨对室内空气的预冷或预热，由于室内无人。可以把新风阀全部关闭等等。
5.6 利用冷却塔供冷技术
冷却塔供冷技术是指在室外空气湿球温度较低时，关闭制冷机组，利用流经冷却塔的循环水直接或间接地向空调系统供冷，提供建筑物所需的冷量，从而节约冷水机组的能耗，是近年来国外发展较快的节能技术。如当室外湿球温度降至某个值以下时,冷却塔出水水温与空调末端装置(如风机盘管)所需水温接近,此时可关闭人工冷源,以流经冷却塔的循环冷却水向空调系统供冷,从而达到节能的目的。
5.7 蓄冷技术
在实施峰谷电价的地区,可利用低电价时段采用冰蓄冷系统将水制成冰来储存冷量,高电价时段再将冷量释放出来。
采用冰蓄冷技术有利于减少国家对电力建设的投资及压力;有利于均衡电力负荷、提高现有发电设备与供电电网的利用率和改善电力建设的投资效益;有利于降低系统的运行费用;还有助于调节送风温差,是一举多得的节能好举措。
5.8 采用热与热交换装置
新风的引入必然要求排出一部分旧空气, 而大气温度与排气温度有一定的温差,如制冷时若室内温度为27℃,室外温度为35℃,则将27℃的气体排入大气会带来能量损失,采用热交换设备使新风在被处理前与排气进行热交换,新风温度便有所降低,就可减少新风机组的负荷,减少了能耗,这种装置一般用于可集中排风而需新风量较大的场合。
5.9 充分利用自然冷源
常利用的自然冷源是地下水和室外空气。地下水常年保持在18度左右的温度,所以地下水不仅可以在夏季可作为冷却水为空调系统提供冷量,而且冬季还可以利用水源热泵机组为空调系统提供热量。春秋季和冬季的室外冷空气温度较低,可用于空调系统供冷。例如,北京春秋季的室外空气温度一般低于15度,冬季室外空气湿球温度一般低于0度,这种温度下的空气是较好的冷源,可用于空调系统供冷。
6 运行管理节能技术措施在实际运行中,对于系统形式相同和建筑规模相似的建筑物,其运行能耗也存在较大的差别。因此,加强运行管理,合理降低设备的运行能耗可以大大的节约能源,并带来显著的经济效益。
6.1 提高运行管理人员的技术素质
一个设计上节能的空调系统，并严格按照设计要求和有关标准安装起来后，能否真正节能，在于运行管理的水平。故应加强对管理人员的专业培训，提高管理人员的专业素质，实行管理人员从业证书制度。
6.2 合理的用能计费制度
集中空调实行计量收费，是建筑节能的一项基本措施。目前在欧美等国热量计量已是成熟的技术，据国外调查资料表明：实行集中空调计量收费后，其节能率在8%-15%。我国在计量方面也已取得了一定的成就。
6.3 运行管理中一些重要的节能手段
6.3.1 管路系统的检漏、检垢
管路系统中的水或空气都是携带冷量或热量的介质。它们从系统中泄露就直接造成了能量的损失。所以，经常对管道设备进行检查并采取相应的措施是很有必要的。在一些保温管道表面，如果泄露的水打湿了保温材料，就会大大生气保温性能，造成能量损失。换热设备的结垢会造成设备性能的下降，所以，需要对水进行必要的处理和对水系统进行合理的清洗。当风系统中过滤器上截留
的杂物过多时，阻力升高，导致风机压力上升、能耗增加，并且增加了漏风的可能性，应时常对其进行清洗或更换。对于风冷热泵冷热水机组，还要注意保证空气流动的畅通、换热器表面的清洁和不受腐蚀。
6.3.2 调节新风量
新风负荷占总负荷的比例较大。在实际使用中，并不是每时每刻都需要设计新风量。在一些人员变化有规律的场所，运行人员可以根据人员的变化进行新风量的调节。对于间歇运行的系统，在预冷或预热的过程中，应该关闭新风。
6.3.3 在过渡季节利用室外空气的自然冷量
在供冷季当室外空气的焓值低于室内空气的焓值时，就应该尽量利用新风供冷。此时，应尽可能开启非空调区域的门窗。
6.3.4 合理设定设备的启动和停止的时间
在系统间歇运行时，应根据维护结构、室内物品的热工特性、气候的变化及房间使用功能等确定预热预冷的时间和提前停机时间。这往往要在实际运行中总结规律。
7 结论（1）综上所述，建筑节能的主要技术措施有：节能建筑规划设计、增强维护结构的隔热保温性能、空调系统节能技术措施、新发展的节能技术措施如蓄冷技术和冷却塔供冷技术等、及空调系统的维护管理节能技术措施。
（2）为了实现我国可持续发展战略，建筑节能势在必行。只要结合我国国情和实际情况，综合利用各种节能技术措施，趋利避害，选择经济合理的节能方案，必定可以获得显著的节能效果。

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