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浅谈民用建筑节能技术及应用

作者:中国节能在线 2017-09-11 09:21:27
        我国地大物博,人口众多,随着经济社会的蓬勃发展,既有建筑加上每年新建房屋带来的建筑能耗总量是相当可观的。我国现有的绝大多数民建属于高能耗类建筑,其单位面积的采暖耗能量接近西方发达国家新建住宅的3倍以上,加上全球性的能源危机,使得建筑节能产业在我国的潜力巨大。我们通常所说的建筑能耗,一般是指民用建筑在其使用当中的能量消耗,主要包括建筑体现的功能性能耗,例如制冷、供热、给排水、建筑照明、家用电器、通风、后勤补给等等方面的能耗,其中供暖、制冷、通风这三项的能耗量,几乎可以占到总建筑耗能的2/3左右。建筑节能能否做好,直接影响着我国的能源安全,而且对于能源利用效率的提高和能源结构的优化起着至关重要的作用。
 
  1、建筑能耗现状及存在的主要问题
 
  我国虽然幅员辽阔,但是人均资源相对缺乏,随着我国经济实力的不断增强,老百姓生活水平也逐步提高,越来越多的家庭采购了空调等设备,住宅越来越舒适的同时,所消耗的能量也不断增加,但是我国的建筑保温隔热性、气密性相对较差,供热系统效率也不高,这样造成的热损失很大,巨大的能源浪费在冬季供热期间加重了大气污染和温室气体的过量排放,这个矛盾现在已经十分突出,到了必须解决的地步。
 
  我国建筑节能存在的主要问题:
 
  1)对于建筑节能的紧迫性和重要性认识不够。大部分人对能源危机和环境保护都有了较强的意识,但是对于建筑节能还比较陌生,也不知道该怎么做,也没有认识到建筑节能带来的巨大效益,而且各地政府对此重视程度不同,也导致了此项工作长期没有取得实质性进展。
 
  2)缺乏完善的、因地制宜的建筑业法律法规。我国虽然已经出台了《中华人民共和国节约能源法》等相关法律法规,但是对于建筑节能还没有明确的法律规范,需要进一步完善,这样将极大促进行业快速发展。
 
  3)缺乏相应的激励和补偿措施。建筑节能改造是一项利国利民的公益事业,一方面需要人民群众的积极配合,另一方面也需要政府的大力支持,政府既要对新建建筑的节能进行严格的检查验收,又必须对既有建筑的节能改造给予大力的财政支持,随着建筑能耗的大大降低,将逐步减少对于环境保护和供热企业的补贴资金,是一项“一劳永逸”的利民工程。
 
  4)对于建筑行业节能创新、技术支持力度有待加强。作为新兴产业,建筑节能改造的技术储备和施工水平还处于相对初级的阶段,对于新材料和新技术的研发能力较弱,政府应适当给予政策和经济的支持,促进产业的可持续发展。
 
  5)我国现阶段对于建筑节能的改造还不够彻底,作为一个系统工程,节能改造除了门窗、屋顶、采暖制冷系统以外,建筑围护结构(墙体)的保温也是必不可少的一部分。另外,目前很多供热企业仍然按照建筑面积乘单价的方式收取热费,用户无法根据自身需要调节热量供给,导致部分能源白白浪费,所以建筑节能改造必须多管齐下,才能达到预期的节能目的和经济效益。
 
  2、建筑节能的热力学原理和主要施工方法
 
  凡有温度差,就有热量自发地由高温物体向低温物体传导。首先我们来建立一个寒冷季节建筑物墙体导热模型,经过分析可以看出:
 
  1)建筑物内的空气通过对流换热将能量传给墙壁内表面,同时伴随着辐射换热使室内物体与墙壁进行热交换;
 
  2)墙的内外表面则通过固体导热的形式进行热交换;
 
  3)室外寒冷的空气通过对流换热将墙外表面热量带走,同时墙与外界物体通过辐射换热又带走部分热量。如果没有别的变量,建筑物内外的温度差越大,互相传递热量也就越大。
 
  通过模型可以知道,它们之间的热传递是通过热辐射、对流换热、固体导热这三种方式组合成的。由此可见,墙壁传热的多少与室内外温差成正比,与墙的厚度成反比,而且与墙壁本身的导热性能有关,因此导热量:=λδΔtA。其中,A为壁面积;δ为壁厚;λ为导热系数;Δt为壁两侧表面温差。可见要想降低建筑热损失,可以通过控制这几个变量来实现,对于壁面积的控制,主要通过建筑设计(合理的体形系数)来实现;对于壁厚的控制,主要通过墙体覆盖保温材料来实现;对于导热系数和温差的控制,通过建筑材料和围护结构来实现。
 
  1)建筑的外表面积与其体积的比值称为建筑体形系数,在其他条件相同的情况下,建筑耗能指标随着体形系数的增长而增长,研究表明,体形系数每增大0.01,能耗指标大约增加2.5%,从有利于节能出发,体形系数应尽可能小,一般控制在0.3以下。
 
  2)建筑材料的选择对建筑节能有很大影响,我们把导热系数小的材料称为保温材料(又称隔热或者绝热)。凡平均温度不高于350℃时导热率不大于0.12W/(m?K)的材料,叫做绝热材料。它具有疏松、多孔状、质量轻等特点。
 
  3)外墙是建筑物隔热保温的重要部分,提高外墙保温能力,一是增加厚度,二是降低外墙的传热系数。单纯增加厚度不可取,主要通过降低材料传热系数和改善构造来实现。外墙保温方案主要有:单一材料节能墙体和复合节能墙体两种。复合节能墙是由绝热材料(聚苯乙烯泡沫塑料、岩棉、玻璃棉、加气混凝土等)与传统墙体材料复合构成,通过保温层或者空气夹层实现墙体的内保温、中间保温和外保温,复合结构热工性能很好,但是造价也高。
 
  4)窗户的总传热系数大,窗的热损失大概占到总热损的2/3,其中传热损失为1/3,冷风渗透为1/3,所以窗体保温格外重要。要降低热损,一是提高窗户的气密性,二是减少冷风渗透。将窗户与建筑物墙体接缝处密封严实,并采用低辐射中空玻璃降低导热,选用合适的窗墙比来达到节能目的。
 
  5)屋顶和围护结构的热桥部位也应采取保温设计。根据屋顶的面积大小和选用建筑材料的不同,屋顶的热损耗有时也占很大比例,例如用钢筋混凝土打造的梁、柱和阳台板等部件,都比其建筑主体的热损耗要大很多,所以建筑保温中的这些薄弱环节我们要特殊“关照”。
 
  3、供热系统节能技术
 
  为了满足设计要求的室温,根据当地的室外平均温度条件,单位建筑面积在单位时间内所消耗的、由内部供暖设备所提供的热量称为能耗指标。建筑能耗指标的计算:qh=qh,t+qinf-qr,h。其中,能耗指标qh(W/m2)是单位面积通过围护结构散热量qh,t(W/m2)加上空气渗透热量qinf(W/m2)的总和减去内部得热量qr,h。由式中可以看出,在同样达到供热设计温度的前提下,通过墙体保温和窗体密封等手段大大减少了供热企业的能耗水平,但是供热系统本身也有很大的节能空间,我们要从建筑物围护结构和供热系统的各个环节入手,最大限度的达到节能目的。
 
  1)要有科学的供热规划。随着我国经济不断发展,城市规划也进一步完善,逐步实现集中供热,减少分散的小型供热锅炉房,而且逐步以清洁能源代替煤炭等高污染能源,利用工业废热、天然气、水力、风力、太阳能等等实现冬季采暖,极大的降低了能源消耗,有效的保护了自然环境。
 
  2)室外供热管网分为区域热网和小区热网,区域热网通过换热站将热量输送至小区热网。热网的水力失调经常出现,产生冷热不均现象,造成严重的能源浪费,必须通过调节水力平衡来达到节能的目的,同时应进行“大温差”改造,舍弃目前的“流量大、温差小”的系统运行方式,实现供水温度和输送效率双提高。
 
  3)利用管网直埋技术和接口防腐保温大幅降低热网输送热损失。直埋敷设具有节省用地、方便施工、减少工程投资和维护工作量小等优点,直埋管网通过聚氨酯保温层的覆盖,使管网的热损失大大降低,同时防腐效果明显,适合长期使用,达到了良好的经济效益。
 
4)分户计量的推广。建筑供热计量收费由过去按面积收费改为按热量收费可以达到节约能源、提高舒适度、保护环境的目的。我们既要保证新建住宅的节能达标,又要对既有建筑进行大规模的节能改造,随着建筑节能带来的经济效益逐渐凸显和环境保护、节能减排法规越来越严苛,建筑节能产业发展前景非常乐观,希望政府在政策导向和经济扶持上更进一步,在全社会形成节约能源,保护环境的良好氛围,实现经济社会的可持续发展。 
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