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建筑節(jié)能的技術(shù)途徑?
【學(xué)員問題】建筑節(jié)能的技術(shù)途徑?
【解答】減少能源總需求量
據(jù)統(tǒng)計,在發(fā)達(dá)國家,空調(diào)采暖能耗占建筑能耗的65%.中國的采暖空調(diào)和照明用能量近期增長速度己明顯高于能量生產(chǎn)的增長速度,因此,減少建筑的冷、熱及照明能耗是降低建筑能耗總量的重要內(nèi)容,一般可從以下幾方面實(shí)現(xiàn)。
1.1建筑規(guī)劃與設(shè)計
面對全球能源環(huán)境問題,不少全新的設(shè)計理念應(yīng)運(yùn)而生,如微排建筑、低能耗建筑、零能建筑和綠色建筑等,它們本質(zhì)上都要求建筑師從整體綜合設(shè)計概念出發(fā),堅持與能源分析專家、環(huán)境專家、設(shè)備師和結(jié)構(gòu)師緊密配合。在建筑規(guī)劃和設(shè)計時,根據(jù)大范圍的氣候條件影響,針對建筑自身所處的具體環(huán)境氣候特征,重視利用自然環(huán)境(如外界氣流、雨水、湖泊和綠化、地形等)創(chuàng)造良好的建筑室內(nèi)微氣候,以盡量減少對建筑設(shè)備的依賴。具體措施可歸納為以下三個方面:合理選擇建筑的地址、采取合理的外部環(huán)境設(shè)計(主要方法為:在建筑周圍布置樹木、植被、水面、假山、圍墻);合理設(shè)計建筑形體(包括建筑整體體量和建筑朝向的確定),以改善既有的微氣候;合理的建筑形體設(shè)計是充分利用建筑室外微環(huán)境來改善建筑室內(nèi)微環(huán)境的關(guān)鍵部分,主要通過建筑各部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計和建筑內(nèi)部空間的合理分隔設(shè)計得以實(shí)現(xiàn)。同時,可借助相關(guān)軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,如運(yùn)用天正建筑(Ⅱ)中建筑陰影模擬,輔助設(shè)計建筑朝向和居住小區(qū)的道路、綠化、室外消閑空間及利用CFD軟件,如:PHOENICS,F(xiàn)luent等,分析室內(nèi)外空氣流動是否通暢。
1.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)
建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成部件(屋頂、墻、地基、隔熱材料、密封材料、門和窗、遮陽設(shè)施)的設(shè)計對建筑能耗、環(huán)境性能、室內(nèi)空氣質(zhì)量與用戶所處的視覺和熱舒適環(huán)境有根本的影響。一般增大圍護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用僅為總投資的3%~6%,而節(jié)能卻可達(dá)20%~40%.通過改善建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能,在夏季可減少室外熱量傳入室內(nèi),在冬季可減少室內(nèi)熱量的流失,使建筑熱環(huán)境得以改善,從而減少建筑冷、熱消耗。首先,提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)各組成部件的熱工性能,一般通過改變其組成材料的熱工性能實(shí)行,如歐盟新研制的熱二極管墻體(低費(fèi)用的薄片熱二極管只允許單方向的傳熱,可以產(chǎn)生隔熱效果)和熱工性能隨季節(jié)動態(tài)變化的玻璃。然后,根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、建筑的地理位置和朝向,以建筑能耗軟件DOE-2.0的計算結(jié)果為指導(dǎo),選擇圍護(hù)結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計方法。最后,評估圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部件與組合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性,以確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
1.3提高終端用戶用能效率
高能效的采暖、空調(diào)系統(tǒng)與上述削減室內(nèi)冷熱負(fù)荷的措施并行,才能真正地減少采暖、空調(diào)能耗。首先,根據(jù)建筑的特點(diǎn)和功能,設(shè)計高能效的暖通空調(diào)設(shè)備系統(tǒng),例如:熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)和區(qū)域供熱、供冷系統(tǒng)等。然后,在使用中采用能源管理和監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)督和調(diào)控室內(nèi)的舒適度、室內(nèi)空氣品質(zhì)和能耗情況。如歐洲國家通過傳感器測量周邊環(huán)境的溫、濕度和日照強(qiáng)度,然后基于建筑動態(tài)模型預(yù)測采暖和空調(diào)負(fù)荷,控制暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行。在其他的家電產(chǎn)品和辦公設(shè)備方面,應(yīng)盡量使用節(jié)能認(rèn)證的產(chǎn)品。如美國一般鼓勵采用“能源之星”的產(chǎn)品,而澳大利亞對耗能大的家電產(chǎn)品實(shí)施最低能效標(biāo)準(zhǔn)(MEPS)。
1.4提高總的能源利用效率
從一次能源轉(zhuǎn)換到建筑設(shè)備系統(tǒng)使用的終端能源的過程中,能源損失很大。因此,應(yīng)從全過程(包括開采、處理、輸送、儲存、分配和終端利用)進(jìn)行評價,才能全面反映能源利用效率和能源對環(huán)境的影響。建筑中的能耗設(shè)備,如空調(diào)、熱水器、洗衣機(jī)等應(yīng)選用能源效率高的能源供應(yīng)。例如,作為燃料,天然氣比電能的總能源效率更高。采用第二代能源系統(tǒng),可充分利用不同品位熱能,最大限度地提高能源利用效率,如熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)、冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CCHP)。
利用新能源
在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境方面,[2]新能源的利用起至關(guān)重要的作用。新能源通常指非常規(guī)的可再生能源,包括有太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì)能等。人們對各種太陽能利用方式進(jìn)行了廣泛的探索,逐步明確了發(fā)展方向,使太陽能初步得到一些利用,如:①作為太陽能利用中的重要項目,太陽能熱發(fā)電技術(shù)較為成熟,美國、以色列、澳大利亞等國投資興建了一批試驗(yàn)性太陽能熱發(fā)電站,以后可望實(shí)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電商業(yè)化;②隨著太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展,國外己建成不少光伏電站和“太陽屋頂”示范工程,將促進(jìn)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)快速發(fā)展;③全世界已有數(shù)萬臺光伏水泵在各地運(yùn)行;④太陽熱水器技術(shù)比較成熟,已具備相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,但仍需進(jìn)一步地完善太陽熱水器的功能,并加強(qiáng)太陽能建筑一體化建設(shè);⑤被動式太陽能建筑因構(gòu)造簡單、造價低,已經(jīng)得到較廣泛應(yīng)用,其設(shè)計技術(shù)已相對較為成熟,已有可供參考的設(shè)計手冊;⑥太陽能吸收式制冷技術(shù)出現(xiàn)較早,已應(yīng)用在大型空調(diào)領(lǐng)域;太陽能吸附式制冷處于樣機(jī)研制和實(shí)驗(yàn)研究階段;⑦太陽能干燥和太陽灶已得到一定的推廣應(yīng)用。但從總體而言,太陽能利用的規(guī)模還不大,技術(shù)尚不完善,商品化程度也較低,仍需要繼續(xù)深入廣泛地研究。在利用地?zé)崮軙r,一方面可利用高溫地?zé)崮馨l(fā)電或直接用于采暖供熱和熱水供應(yīng);另一方面可借助地源熱泵和地道風(fēng)系統(tǒng)利用低溫地?zé)崮堋oL(fēng)能發(fā)電較適用于多風(fēng)海岸線山區(qū)和易引起強(qiáng)風(fēng)的高層建筑,在英國和香港已有成功的工程實(shí)例,但在建筑領(lǐng)域,較為常見的風(fēng)能利用形式是自然通風(fēng)方式。直接用于采暖供熱和熱水供應(yīng);另一方面可借助地源熱泵和地道風(fēng)系統(tǒng)利用低溫地?zé)崮堋oL(fēng)能發(fā)電較適用于多風(fēng)海岸線山區(qū)和易引起強(qiáng)風(fēng)的高層建筑,在英國和香港已有成功的工程實(shí)例,但在建筑領(lǐng)域,較為常見的風(fēng)能利用形式是自然通風(fēng)方式。
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