建筑能与新能源开发利用

建筑节能与新能源的开发利用

随着经济的快速发展，中国已经成为仅次于美国的世界第二大能源消费国，能源供应与消费之间的矛盾日益突出，环境质量日趋恶化，并已经成为制约我国经济和社会进一步发展的最大障碍。因此，国家已把节约能源、保护环境作为我国实现可持续发展的基本国策。

节约能源保护环境功在当代，利在千秋，国家采取了一系列行之有效的措施，尤其是建筑行业节能效果更为显著。我国的建筑节能经历了以下几个发展阶段：1996年前，居住性建筑执行1980～1981年的设计标准，能耗大，每平方M耗能约25公斤标煤，基本不属于节能建筑。1996年至2000年有部分执行节能30%的设计标准，能耗20公斤标煤；2000年后执行国家节能50%的设计标准，能耗指标12.9公斤标煤。2008年实施节能65％标准。

以下从三方面详述建筑节能与新能源的开发利用：

1，建筑外围护结构节能技术：建筑外围护结构节能内容主要有：外墙保温隔热技术、门窗节能技术、屋面节能技术和地面、楼板及楼梯间隔墙技术、建筑遮阳技术等等；

2，建筑供热制冷系统和建筑设备节能技术：建筑供热制冷系统和建筑设备节能内容主要有：热电冷联产技术、供热系统温控与热计量技术、空调蓄冷技术、空调系统变频控制技术、热回收技术；

3，可再生能源在建筑中应用技术。可再生能源在建筑中应用技术内容主要有：太阳能（包括光热、光电）利用技术、浅层地源热泵（包括土壤源、地下水源、海水源、淡水源、污水源）和太阳能源热泵技术在建筑上的应用。

一、建筑外围护结构节能技术及存在问题

（一）、外墙保温隔热技术基本情况

1、外墙保温隔热技术应用与发展

这方面的技术有：模塑聚苯乙烯泡沫塑料板（简称EPS）薄抹灰外墙外保温系统；机械固定发泡聚苯板钢丝网架板外墙外保温系统。还有国内独立研发的技术有：如胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统；发泡聚苯板现浇混凝土外墙外保温系统；这些技术系统代表了我国当今技术主潮流，应用广泛。

随着我国部分先进地区开始执行节能率达65%的第三步建筑节能标准，和公共建筑节能标准的实施，最近几年国内还研发了挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（简称XPS）外保温技术、胶粉聚苯颗粒复合型外保温技术（EPS系列）以及聚氨酯（简称PU）高效外保温技术，现在，我公司的鹭港工程建筑设计全部执行节能65%标准，外墙保温为XPS和EPS两种

此外，针对现在保温材料以有机材料为主，其应用性能在建筑类型、建筑尺度上受限制的情况，还研发了以矿（岩）棉、玻璃棉、为代表的无机保温材料外保温系统，多应用于外装修如玻璃幕墙或铝塑板，铝单板内的保温层。

还有一些企业正在研究外墙外保温系统上贴瓷砖的技术，这些技术还有相当多的研究工作需要完成才能可靠的应用于工程。

与外墙内、外保温系统同时存在的还有，以加气混凝土墙体、保温夹心墙系统、现浇砌模墙体为代表的结构墙体保温隔热系统。

我国外墙保温隔热技术作为建筑节能事业的一个主要技术组成部分，正在朝着：

性能高中低档搭配，材料多种、性能多样，能分别适合我国北方寒冷干燥气候和南方温暖潮湿的房屋工程特点方向发展。．

2、工程应用中常见的技术问题和影响质量的问题

还有少数施工企业不进行研究，没有任何技术根据就组织队伍承揽实施外墙外保温工程；还有的生产、施工企业为了迎合某些开发工程的需要，没有经过外保温系统的大型耐候实验、系统评估或论证就进行外墙外保温系统施工，或进行建筑物外墙外保温系统上粘贴瓷砖的施工，出现保护层开裂和瓷砖空鼓脱落现象。改变目前保温隔热材料以有机材料为主、以石油化工产品为主的局面。建筑节能的最终目的是为了节约石油、煤炭资源，但是目前大量使用的外墙保温隔热材料（EPS、XPS、PU）、门窗材料（PVC）、屋面材料（EPS、XPS、PU、PVC、沥青）都来自石油化工产品，对石油化工依存度高和大量使用又拉动了能源资源的消耗；因此应该关注、支持无机保温隔热材料的研发和应用，而现阶段应该关注、支持有机石油化工保温隔热材料的循环利用技术的研发和应用。

（二）、门窗技术基本情况

1、节能门窗技术应用与发展

（1）窗户

建筑外窗由多种材质不同的材料组装而成，其热工性能也各不相同；由于窗户的生产及应用技术、密封技术、遮阳技术和安装技术水平的不同，受窗框型材特性、断面设计、玻璃的选用、两玻间空气层厚度及窗框比等因素的影响，建筑外窗的保温性能差别很大。根据选用型材的不同，建筑外窗分为木窗、钢窗，铝合金窗、PVC塑料窗、玻璃钢窗、彩色钢板窗、不锈钢窗和钢塑复合窗、木塑复合窗、铝塑复合窗等；根据选用玻璃的不同，有单玻窗、单框双玻窗、中空玻璃窗和LOW-E中空玻璃窗等。

木窗的保温性能较好，但耐燃和耐潮湿性能很差。受原材料的限制，目前国内生产的木窗均为高档木窗，价格昂贵。

钢窗包括空腹和实腹钢窗、彩色钢板窗、不锈钢窗和钢塑复合窗，空腹和实腹钢窗大量应用于20世纪70至80年代，但由于其保温性能较差，现已淘汰；

铝合金窗分普通和断热铝合金窗，普通铝合金窗是70年代末引进、80年代发展起来的，其窗框型材为铝合金，具有轻质、高强、耐久性好、装饰效果好等特点，但保温隔热性能较差，已经淘汰。

钢塑、木塑和铝塑等复合窗兼顾了两种不同材料的优点，有综合的保温性能和装饰效果，但目前国产的这类窗的物理、工艺性能还需要改善。

使用不同的玻璃对整窗户的热工性能影响很大，PET双中空玻璃、Low-E中空玻璃、真空玻璃和U型玻璃的热工性能比较好，应在条件具备的工程上优先采用。平开与推拉窗的开启形式对其热工性能有极大的影响，推拉窗由于密封性能差应该尽量避免使用，平开窗有优良的热工和物理性能,但价格比较高；因此推荐平开与固定窗组合使用,经济性价比高。

（三）、屋面节能技术基本情况

1、屋面节能应用与发展

我国屋面建筑节能技术主要有：结合进行屋面防水处理的EPS、XPS的倒置屋面保温隔热技术、PU屋面防水保温隔热技术，干铺加气混凝土块屋面保温隔热技术，由于这些技术产品比较适合屋面部位的受力状态，技术相对成熟，应用后工程反映保温隔热效果比较好，处于稳定发展之中。

2、屋面节能工程应用中常见的技术问题

板受潮后其保温效能将有大幅度下降，因此在实际应用时尤其在南方要EPS由

于

注意EPS板用于倒置式屋面要设置透气构造和隔气层。

（四）地面、楼板及楼梯间隔墙节能技术情况

1、应用与发展

地面建筑节能技术主要有：结合外墙面节能技术施工将保温材料埋设至基础设计深度的EPS板、XP板地面保温隔热技术。

楼层地板的建筑节能技术反贴EPS、XPS板和抹胶粉聚苯颗粒楼面保温隔热技术。楼梯间隔墙节能技术主要有：胶粉颗粒保温浆料系统、满足性能要求的轻质保温砂浆技术。这些技术比较简单，容易掌握，应用后工程反映效果比较好，处于稳定发展之中。

二、建筑供热制冷系统和建筑设备节能技术及存在问题

（一）、热电冷联产技术基本情况

热电联产技术在我国已趋成熟并得到迅速的发展，发电量已占总发电量11％以上，收到较好的环保经济双重效益，但由于受到热负荷的性质及季节变化等因素的制约，使得热电联产全年总节能不大。

（二）、供热系统温控与热计量技术基本情况

1、供热系统温控与热计量技术在我国的发展现状

目前，随着对供热节能研究的深入，热计量与温度控制已经成为当前我国暖通行业关注与研究的热点，取得了一定的成效。

、供热系统温控与热计量技术存在的问题2．

（1）温控与热计量的关系

目前，有些地方只重计量的做法以达到收费的目的有悖于我们发展温控与热计量技术以提高节能与舒适水平的出发点。温控与热计量应该并重，相辅相成，甚至温控更加重要。

（2）户内系统与户外系统的关系

目前有一种趋势：认为将温控就是要在室内安装温度控制阀，将计量就是在户内安装热量表，至于户外控制就可以不被重视了。如果户内采取了节能手段，而户外没有配合措施，一方面会引起管网水力热力工况的失调，另一方面室内节省的能量不能体现在热源的节省上，节能这一根本目的就没有实现。

（3）末端热计量方式

目前热计量方式中分户热计量热量表受到普遍关注，发展较快。

（4）热量表的精度

对于热量表，现在一味追求高精度，但热量表的精度越高，造价就一定越高，而计量结果也就一定越来越准确。但是在实际应用情况表明：在采暖系统中，由于水质、腐蚀等因素造成的系统误差远远大于热量表的误差。

目前，我公司的鹭港工程，采用的室内双管并联同程式系统，分户热量表计量并加温控装置。既节能有保证了舒适性。

（三）、空调蓄冷技术基本情况

1、空调蓄冷技术在我国的应用发展

蓄冷系统将不需冷量或者冷量少的时间（如夜间），利用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出、进行蓄冷，并将此冷量用在空调用冷或工艺用冷高峰期。蓄冷介质可以．

是水、冰或共晶盐。因此，蓄冷系统的特点是：转移制冷设备的运行时间，这样，

一方面可以利用夜间的廉价电，另一方面也减少了白天的峰值电负荷，达到电力“削峰填谷”的目的。我公司的会所中央空调设计就是采用了空调蓄冷技术。（四）、空调系统变频控制技术基本情况

1、空调系统变频控制技术的应用

变频控制技术在现代空调中的使用已成为必然趋势，它不仅能有效改良空调系统的工艺不足，还能大幅降低冷水机组、风机、水泵等空调设备的能耗，节省运行成本。实际证明，冷水机组变频控制可节能20％～30％，风机水泵类变频控制节能40％～50％，采用变频技术的原因有：

（1）设计者在选择设备时，通常留有一定的设计余量(20％～25％左右)，实际上极少在全负荷运行，甚至从未在全负荷运行过。

（2）建筑物由于使用情况的变化(如出租率不高，建筑功能变化等)，负荷也会发生相应变化。

（3）建筑物的实际负荷会随着室外气候的变化而波动。

（4）采用变频控制技术后设备的启动运转性能也表现出良好的节能效果。

根据空调负荷来相应改变水流量或风流量可有效实现地节能。变风量空调系统（V A V）是通过末端装置来补偿室内负荷的变动，调节房间送风量以维持室温。变风量和定风量系统相比，一般情况下可节能50％。变水量系统（风机盘管）是通过水量控制的方法来调节温度的，其比定流量系统要节电。随着工业变频器的推广应用，通过对水流量、风量及主机等的变频控制调节，可实现其同所需空调负荷的实时匹配，从而产生显著的节能效益。．

2、空调系统变频控制技术存在的问题及应用中需注意的问题

（1）变频器产品存在的问题

变频调速技术有着许多的优点，但是它也存在一些问题。主要是由于在变频器内部电路中“交,直,交”电流变换，使变频器不可避免地成为一个谐波源。影响一些电气元件的使用寿命，甚至损坏电器元件。

（2）变频器额定功率大小的选取

变频器的功率越大，其产生谐波效应越强，而且价格越高。但也不能低于电动机的额定功率，否则变频器的保护装置动作，影响变频器与电动机正常运转。因此要合理选配变频器的额定功率。

（3）变频器调速范围的选择

以1∶10 为宜。

（五）、热回收技术基本情况

1、热回收技术的应用

（1）排风冷热量回收

热回收系统是回收建筑物内、外的余热（冷）或废热（冷），并把回收的热（冷）量作为供热（冷）或其它加热设备的热源而加以利用的系统。。

（2）冷凝热的热回收

水冷制冷机组的冷凝热通常是通过冷却塔放到大气中，造成环境的热污染。冷凝热的回收，用来加热生活用水，能大大提高能源的利用率。

）冷凝水冷量的回收3（．

中央空调产生的冷凝水量较多，可以对室外机进风进行冷却，降低进风温度，从而减少压缩机能耗。

三、可再生能源

在建筑中规模使用技术及存在问题

（一）、在建筑中太阳能利用技术基本情况

1、应用与发展

太阳能在建筑中利用分为：生活热水、采暖，太阳能制冷空调和光伏电池提供电源几种形式。具体运用技术类型分为：光热利用和光电利用,

（1）光热利用

利用太阳能作为建筑物供热热源，利用太阳能供热综合系统（兼有采暖、生活热水供应功能）解决人们在建筑物生活时所需要的热水、采暖，这种应用形式中提高太阳能系统的性能、太阳能系统与建筑协调结合技术是关键。

太阳能与浅层地源热泵技术结合供暖可提高太阳能集热系统的效率。

太阳能空调。利用太阳能产生中高温热水作为吸收式制冷机运行时所需要的热源，太阳能空调的应用需求和太阳能的供给量保持很好的一致性；难点是需要的太阳集热器数量多、面积大，工程初投资偏多。而太阳能供热-空调综合系统由于能

全年综合利用，可提高系统节能经济效益，降低回收期。

（2）光电利用

太阳能光伏发电技术在建筑的应用可作为建筑材料和装饰材料的光伏电池产

品技术用于建筑，可提供空调及照明、供电的主要能源，近年来成为世界太阳能利用的热点，是太阳能光电技术的重要发展方向；

（3）综合利用

太阳能光热、光电综合利用，既解决建筑的生活热水、空调热源，又解决家用电器、照明供电的需要。

（4）利用形式

按集热器形式分为：

平板式集热器系统、真空管式集热器系统。

真空管式集热器是我国独立研发的技术，具有低温下集热效率高的特点，得到了广泛地应用；而平板式集热器系统由于自身结构轻、薄、寿命比较长的特点比较容易实施与建筑结合，并且随着生产工艺提高、高效太阳能吸收涂层技术引进，其应用范围还将扩大。

2、工程应用中常见的技术问题

（1）热利用产品技术问题

大部分太阳能企业生产的太阳能集热器产品质量和性能参数，特别是系统及其主要部件的安全性、可靠性差，尚不能满足建筑规范的抗风、抗雪、抗震、防水、防雷要求；

系统的集成和系统外观，还不能适应与建筑结合的要求；

市场的主流产品仍是直插式太阳热水器产品特别是真空集热管寿命比较短、系统应用范围狭小，不利于在城市规模化应用的要求。

（2）热利用工程技术问题

房屋建成后才购买安装，是后置部件；大量太阳热水器造成在建筑上的不和谐安装。．

对太阳能利用的认识有误区，片面追求高太阳能保证率，而不是进行最佳投资效益的核算。

太阳能光热综合利用。太阳能光热综合利用，既解决建筑的生活热水、冬季采暖热源，又解决夏季制冷空调热源的需要，是太阳能热利用的最佳途径。典型案例：山东德州皇明太阳能总部的太阳谷办公大楼，集光热、光电一体并与建筑本身很好的融合到一起。能节省电能60% 。我公司鹭港工程采用的为阳台壁挂式户式

太阳能热水器。集热器选用了板式和真空管式两种。

（二）、浅层地能利用技术基本情况

1、应用与发展

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统，主要应用形式和应用技术有：土壤源热泵技术、地下浅层水源热泵技术、地表淡水源热泵技术、地表污水源热泵技术及浅层海水源热泵技术。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低位能向高位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。从科学用能的角度看，热泵是合理利用高、低品位能的最佳技术路线。

与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料能转为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。因此，

近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美及中、北欧国家取得了较快的发展，中国的．

地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

2、工程应用中常见的技术问题

在节约能源的大背景下，地源热泵技术得以在短期内在我国快速蓬勃发展起来，但也存在许多问题有待解决，以便使地源热泵产业能够健康、快速的发展。

主要存在的问题如下：

系统能效比偏低。实际运行的许多系统的系统能效比偏低。地源热泵作为地下换热系统、热泵机组、末端三大块分别由不同种类换热器构造组合而成的复杂体系，各系统之间的相互匹配，系统设计、设备选型的合理性都会最终影响到系统能效比。而在实际工程实践中，由于种种原因，地源热泵系统的能效比偏低；

工程管理存在一定困难。由于地源热泵系统是一种新型的空调系统，使得相关的技术管理缺位。缺乏切实可行的设计规范。地源热泵作为建筑行业的附属技术，其设计不可避免的将要由设计院所承担，但由于设计规范的缺位，设计院没有可执行的标准，加上地源热泵系统在不同需求、不同地域时对热源、主机与末端的合理匹配很难获得统一的标准，现在的建设工程多数由厂家根据各自的经验完成，在厂家负责设计的情况下，监理单位往往无法对工程建设进行有效监督；

施工工艺有待于总结。地源热泵地下换热系统属于隐蔽工程，设计寿命一般情况下不低于50年，在换热器材质及制备方法，换热器安装手段，回填料选择及回填方式，水力平衡措施等方面都需要切实可行的技术规范，并对施工人员开展技术培训，培养专门的技术人员，以便于质量控制；

初投资偏高。地源热泵机组由于已经实现了国产化，在整个系统成本中所占比例已经由原来的四五成降为二三成。但是地源热泵系统初投资依然偏高，这相当程度上

延缓了该技术的推广，这主要有两个方面的原因，一是钻孔费用较高；二是地下换热器管材及回填料的限制，这也导致初投资的加大；

系统的运行模式不尽合理。研究人员发现，我国使用的热泵系统泵和风机消耗电能往往超过系统总能耗的50%，高于普通中央空调泵与风机的耗电量，因此，降

低泵和风机能耗是提高系统效率的重要途径。对于不同的系统设计方案，水泵在系统能耗中所占比率差别很大，系统设计时应该对多种配置方案进行综合比较，选择技术经济性最优的方案。我公司鹭港工程的别墅区原定方案为地源热泵式中央空调，后来经过大量的调研并与一些专业厂家沟通，对地源热泵技术有了更准确的认识决定取消原定方案，改为VRV空调加地板采暖。

空气源热泵热水器的成功研制拓宽可再生能源的开发利用，污水源热泵系统在一些规模型的住宅小区的使用也具有广泛的前景。

总之，节能与可再生能源的开发利用应该作为长期的持续发展的首要任务。