前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇超低能耗綠色建筑技術(shù)范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。
關(guān)鍵詞: 節(jié)能,技術(shù)集成,示范
Study on the integration of building energy saving technology
--- Introduction of low-energy consumption project in Tsinghua University
Department of Building Science Architecture School Tsinghua University Beijing 100084
Abstract: Low energy consumption project was one demo building constructed by the building science department of Tsinghua University. The energy saving technology integration used in this project included intelligent fa?ade, natural ventilation, personal ventilation air-conditioning terminal, humid dependent air supply mode, BCHP system and intelligent control system. This article introduced the building and technology scheme used in this project.
Key words: energy saving, technology integration , demo building
清華大學(xué)超低能耗示范樓是北京市科委科研項目,作為 2008 年奧運會辦公建筑的 “ 前期示范工程 ” ,旨在通過其體現(xiàn)奧運建筑的 “ 高科技 ” 、 “ 綠色 ” 、 “ 人性化 ” 。同時,超低能耗示范樓是國家 “ 十五 ” 科技攻關(guān)項目 “ 綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)研究 ” 的技術(shù)集成平臺,用于展示和實驗各種低能耗、生態(tài)化、人性化的建筑形式及先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)上陸續(xù)開展建筑技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)與應(yīng)用性研究,研究和示范系列的節(jié)能、生態(tài)、智能技術(shù)在辦公建筑上的應(yīng)用。包括建筑物理環(huán)境控制與設(shè)施研究(聲、光、熱、空氣質(zhì)量等),建筑材料與構(gòu)造(窗、遮陽、屋頂、建筑節(jié)點、鋼結(jié)構(gòu)等),建筑環(huán)境控制系統(tǒng)的研究(高效能源系統(tǒng)、新的采暖、通風(fēng)、空調(diào)方式及設(shè)備開發(fā)等),建筑智能化系統(tǒng)研究。超低能耗樓還將成為展示與宣傳各種最新技術(shù)的舞臺,為技術(shù)交流、產(chǎn)研掛鉤、知識普及搭建橋梁;成為清華大學(xué)與企業(yè)界合作開發(fā)、展示新產(chǎn)品的平臺,以及向社會、大眾宣傳、展示建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展建筑概念、技術(shù)和產(chǎn)品的展臺。
超低能耗示范樓座落于清華大學(xué)校園東區(qū),建筑設(shè)計如圖 1 所示,總建筑面積 3000m2,地下一層,地上四層。由辦公室、開放式實驗室或?qū)嶒炁_及相關(guān)輔助用房組成 。從建筑全生命周期的觀點出發(fā),采用了鋼框架結(jié)構(gòu)。建筑物內(nèi)部為靈活隔斷,空調(diào)和強(qiáng)弱電系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu),從而可根據(jù)不同使用要求極其方便地改變空間布局。
圖 1 清華大學(xué)超低能耗示范樓效果圖
1 .圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案
超低能耗示范樓護(hù)結(jié)構(gòu)體系主要示針對對可調(diào)控的 “ 智能型 ” 護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,使其能夠自動適應(yīng)氣候條件的變化和室內(nèi)環(huán)境控制要求的變化。從采光、保溫、隔熱、通風(fēng)、太陽能利用等進(jìn)行綜合分析,給出不同環(huán)境條件下的推薦形式。 圖 2 標(biāo)明了示范樓外各個外立面采用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方式。 通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計,使得冬季建筑物的平均熱負(fù)荷僅為 0.7W/m2,最冷月的平均熱負(fù)荷也只有 2.3 W/m2 , 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷指標(biāo)遠(yuǎn)小于常規(guī)建筑,如果考慮室內(nèi)人員燈光和設(shè)備等的發(fā)熱量,基本可實現(xiàn)冬季零采暖能耗。夏季最熱月整個圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均得熱也只有 5.2 W/m2。
圖 2 清華大學(xué)超低能耗示范樓圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
1.1 玻璃幕墻和保溫墻體
東立面和南立面采用雙層皮幕墻及玻璃幕墻加水平或垂直遮陽兩種方式,綜合得熱系數(shù) 1W/m2K ,太陽能得熱系數(shù) 0.5 。雙層皮幕墻按照室內(nèi)室外的溫度差別,調(diào)節(jié)室外空氣進(jìn)出風(fēng)口的開合,夏季室外空氣經(jīng)過熱的玻璃表面加熱后升溫,在幕墻夾層形成熱壓通風(fēng),帶走向室內(nèi)傳遞的熱量,冬季進(jìn)風(fēng)口出風(fēng)口關(guān)閉后,可減少向室內(nèi)的冷風(fēng)滲透。水平遮陽和垂直遮陽葉片寬度 600mm ,每個葉片均設(shè)置單獨得自控系統(tǒng),分別根據(jù)采光、視野、能量收集、太陽能集熱的不同區(qū)域功能要求進(jìn)行控制調(diào)節(jié),實現(xiàn)冬季最大限度利用太陽能、夏季遮擋太陽輻射,同時滿足室內(nèi)自然采光的最佳設(shè)計。
西北向采用 300mm 厚的輕質(zhì)保溫外墻,鋁幕墻外飾面,傳熱系數(shù) 0.35W/m2K 。外窗采用雙層中空玻璃,外設(shè)保溫卷簾。
1.2 相變蓄熱活動地板 【 1 】
示范樓的圍護(hù)結(jié)構(gòu)由玻璃幕墻、輕質(zhì)保溫外墻組成,熱容較小,低熱慣性容易導(dǎo)致室內(nèi)溫度波動大,尤其是在冬季,晝夜溫差會超過 10℃ 。為增加建筑熱慣性,以使室內(nèi)熱環(huán)境更加穩(wěn)定,示范樓采用了相變蓄熱地板的設(shè)計方案。如圖 3 所示,具體做法是將相變溫度為 20 ~ 22℃ 的定形相變材料放置于常規(guī)的活動地板內(nèi)作為部分填充物,由此形成的蓄熱體在冬季的白天可蓄存由玻璃幕墻和窗戶進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱,晚上材料相變向室內(nèi)放出蓄存的熱量,這樣室內(nèi)溫度波動將不超過 6℃ 。
活動地板架空層高度 1.2 米,空調(diào)風(fēng)道、各類水管、電纜、綜合布線等均隱藏在架空層內(nèi)。保證室內(nèi)干凈整潔,而且不需要吊頂,房間凈空高度大,有效利用空間多。
圖 3 清華大學(xué)超低能耗示范樓相變蓄熱地板設(shè)計方案
1.3 植被屋面和光導(dǎo)采光系統(tǒng)
為提高屋頂?shù)母魺岜匦阅埽瑫r改善生態(tài)與環(huán)境質(zhì)量,采用種植屋面技術(shù),結(jié)合防水及承重要求,選用喜光、耐干燥、根系潛的低矮灌木和草皮,適合于北京地區(qū)氣候特征。
屋頂同時設(shè)置光導(dǎo)管采光系統(tǒng),利用太陽光為地下室提供采光,減少白天照明電耗。
2 .室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)方案
2.1 自然通風(fēng)利用 【 2 】
室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)有限考慮被動方式,用自然手段維持室內(nèi)熱舒適環(huán)境。根據(jù)北京地區(qū)的氣候特點,春秋兩季可通過大換氣量的自然通風(fēng)來帶走余熱,保證室內(nèi)較為舒適的熱環(huán)境,縮短空調(diào)系統(tǒng)運行時間。
利用熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)的結(jié)合,根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)形式及周圍環(huán)境的特點,在樓梯間和走廊設(shè)置通風(fēng)豎井,負(fù)責(zé)不同樓層的熱壓通風(fēng)。在建筑頂端設(shè)計玻璃煙囪,利用太陽能強(qiáng)化通風(fēng)。此外在建筑外立面合適部位設(shè)置開啟扇,使得室外空氣在風(fēng)壓通風(fēng)的作用下可順暢地貫穿流過建筑。
2.2 濕度獨立控制的新風(fēng)處理方式 【 3 】
超低能耗示范樓共設(shè)置 4 臺 4000m3/h 新風(fēng)機(jī)組,通過溶液除濕設(shè)備的處理,可提供干燥的新風(fēng),用來消除室內(nèi)的濕負(fù)荷,同時滿足室內(nèi)人員的新風(fēng)要求。
目前空調(diào)工程中采用的除濕方法基本上是冷凍除濕,這種方法首先將空氣溫度降低到露點以下,除去空氣中的水分后再通過加熱將空氣溫度回升,由此帶來冷熱抵消的高能耗。此外為了達(dá)到除濕要求的低露點,要求制冷設(shè)備產(chǎn)生較低的溫度使得設(shè)備的制冷效率低,因而也導(dǎo)致高能耗。
溶液除濕方式能夠?qū)⒊凉襁^程從降溫過程中獨立出來,利用較低品位能源進(jìn)行除濕,同時減少顯熱冷負(fù)荷,不僅能夠保證室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量,而且還能降低空調(diào)能耗。
此外為保證室內(nèi)空氣質(zhì)量要求有足夠的新風(fēng),隨之而來的新風(fēng)負(fù)荷是空調(diào)系統(tǒng)高能耗的原因。示范樓的新風(fēng)機(jī)組同時可實現(xiàn)全熱回收效率超過 80 %的高效熱回收,可充分利用排風(fēng)中的全熱同時又保證新風(fēng)不被排風(fēng)污染。
2.3 模塊化的末端調(diào)節(jié)設(shè)備 【 4 】
通過溶液除濕后的新風(fēng)可帶走室內(nèi)的濕負(fù)荷,房間內(nèi)的末端裝置僅負(fù)責(zé)顯熱部分(冷凍水溫度可采用 18℃ ),按照干工況運行,不存在結(jié)露現(xiàn)象,徹底避免了潮濕表面滋長霉菌,惡化空氣質(zhì)量。
示范樓內(nèi)提供模塊化的空調(diào)末端配置,根據(jù)房間實際使用功能靈活組合。
辦公室室內(nèi)人員密度低,人員工作時間及活動區(qū)域相對固定,個人的舒適要求不盡相同,采用冷輻射吊頂或者輻射墻來消除室內(nèi)的基本顯熱負(fù)荷,溶液除濕后的新風(fēng)通過置換通風(fēng)來消除室內(nèi)的基本濕負(fù)荷。工位送風(fēng)則提供每個辦公人員個人活動區(qū)域的送風(fēng),通過調(diào)節(jié)風(fēng)口角度、出風(fēng)速度來滿足自身的要求。
示范樓內(nèi)另一類房間為報告廳和會議室,室內(nèi)人員密度高,散熱散濕集中,單位面積冷負(fù)荷大,且使用時間不穩(wěn)定。因此除冷輻射吊頂和置換通風(fēng)外,采用仿自然風(fēng)的動態(tài)風(fēng) FCU 來消除室內(nèi)尖峰負(fù)荷。
3 .能源系統(tǒng)方案
3.1 BCHP 系統(tǒng)
超低能耗樓采用固體燃料電池及內(nèi)燃機(jī)熱電聯(lián)供系統(tǒng),清潔燃料天然氣作為能源供應(yīng), BCHP 系統(tǒng)總的熱能利用效率可達(dá)到 85 %,其中發(fā)電效率 43 %。基本供電由內(nèi)燃機(jī)或者氫燃料電池供應(yīng),尖峰電負(fù)荷由電網(wǎng)補(bǔ)充。發(fā)電后的余熱冬季用于供熱,夏季則當(dāng)作低溫?zé)嵩打?qū)動液體除濕新風(fēng)機(jī)組,用于溶液的再生。
3.2 高溫冷水機(jī)組或直接利用地下水
配合獨立濕度控制的新風(fēng)機(jī)組,夏季冷凍水溫度 18℃ 即可滿足供冷的要求。采用電制冷,冷凍機(jī) COP 可達(dá)到 9 以上,高效節(jié)能。另一種方式更為簡單,就是直接利用地下水,超低能耗樓所在清華大學(xué)校園東區(qū)地表淺層水溫基本穩(wěn)定在 15℃ ,單口井出水量可達(dá) 70m3/h ,完全能夠滿足示范樓的供冷要求。地下水通過板換換熱后全部回灌,僅利用土壤中蓄存的的冷量,不會造成地下水資源的流失。
3.3 太陽能利用
超低能耗樓南側(cè)立面裝有 30 平米的光伏玻璃,發(fā)電用于驅(qū)動玻璃幕墻開啟扇和遮陽百葉。屋頂設(shè)有太陽能集熱器,所獲得的熱量用于除濕系統(tǒng)的溶液再生。此外屋面還裝有太陽能高溫?zé)岚l(fā)電裝置,該系統(tǒng)為拋物面碟式雙軸跟蹤聚焦,峰值發(fā)電功率 3kW 。
4 .測量和控制系統(tǒng)方案
4.1 智能化的控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)自動采集室外的日照情況,根據(jù)不同的朝向方位,調(diào)節(jié)遮陽百葉的狀態(tài),同時根據(jù)室外氣象參數(shù),決定外窗、熱壓通風(fēng)風(fēng)道、雙層皮幕墻進(jìn)出風(fēng)口的開閉。控制系統(tǒng)采集工作區(qū)各點的照度數(shù)據(jù),調(diào)節(jié)百葉的角度和人工照明的燈具。室內(nèi)的新風(fēng)量根據(jù)房間內(nèi)的 CO2 濃度和濕度來調(diào)節(jié)。其余能源設(shè)備、水泵、太陽能裝置等均根據(jù)負(fù)荷情況自動調(diào)節(jié)。
4.2 實時測量系統(tǒng)
示范樓屋頂布置氣象參數(shù)測點,測量數(shù)據(jù)包括室外溫度、濕度、風(fēng)速、太陽輻射強(qiáng)度。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的測試包括各玻璃、窗框、遮陽百葉、保溫墻體的表面溫度、熱流。環(huán)境控制系統(tǒng)和能源系統(tǒng)的測試包括各設(shè)備的運行參數(shù),如冷輻射吊頂表面溫度、送回風(fēng)溫度濕度、盤管出水溫度、溶液除濕系統(tǒng)的溶液濃度等。
5 .小結(jié)
清華大學(xué)超低能耗示范樓是建筑節(jié)能各項技術(shù)和新產(chǎn)品的集成應(yīng)用,在實施過程中得到了北京市政府、北京市科委、國家科技部的大力支持,同時要感謝在示范樓建設(shè)過程中提供技術(shù)和產(chǎn)品支持的國內(nèi)外企業(yè)。 2004 年 6 月示范樓將全面建成,服務(wù)于今后我國綠色建筑的深入研究。
參考文獻(xiàn)
• 定形相變材料的熱性能 張寅平 清華大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版) 2003.6
• 太陽輻射下建筑外微氣候的實驗研究 李曉鋒 太陽能學(xué)報 2001.3
nZEB(NET ZERO ENERGY BUILDING)國際社會普遍用的詞,這個詞有意思,凈零能耗建筑,也可以叫近零能耗建筑(NEARLY ZERO ENERGY BUILDING),英文和中文正好一樣。現(xiàn)在全球是什么階段呢,邁向零能耗的階段(TOWARD TO NZEB),邁向多少年?可能是五年、十年、二十年,甚至三十年或者更遠(yuǎn)。
近零能耗是大家普遍認(rèn)同的目前發(fā)展的主要階段,比如說歐盟提出來的20-20-20,歐盟成員國2020年的時候所有新建建筑要達(dá)到近零能耗,近零能耗有什么樣的表現(xiàn)形式呢?今天我們談的是被動房,大家聽得很多,還有主動房,我們今天所要講的近零建筑,實際上是國際社會特別是歐盟比較明確的發(fā)展目標(biāo)和方向。我們現(xiàn)在從事的被動式超低能耗建筑或者德國講被動房是近零能耗建筑的一個體系或者說是一種表現(xiàn)方式。
下面我將分三個方面來詳細(xì)講解nZEB。
一、nZEB發(fā)展背景
從表1中我們可以看到, 2020年歐盟不同國家實現(xiàn)近零能耗的目標(biāo),其中有的國家,像挪威執(zhí)行的是被動房的標(biāo)準(zhǔn),但是有的國家并不是,像丹麥比2006年降低75%就是近零能耗。這就是歐盟在EPBD規(guī)定下實現(xiàn)了2020年的具體目標(biāo)。
表1 歐盟政策-EPBD下各國建筑節(jié)能發(fā)展目標(biāo)
就在不久前,美國能源部正式頒布了美國零能耗、零能耗住區(qū)和零能耗建筑群的定義,美國提出,在2030年聯(lián)邦新建建筑都要達(dá)到凈零能耗(表2)。
表3 韓國計劃到2020減少建筑行業(yè)26.9 % 的溫室氣體排放,2025年實現(xiàn)零能耗住宅
再看看近鄰韓國(表3),韓國在吸收歐洲經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出來到2025年要達(dá)到零能耗的住宅,分三個步聚實施。
關(guān)于零能耗各個國家的定義是不同的,稱呼也不完全一樣,我們展現(xiàn)出來的是它的內(nèi)涵。比如說供暖、供冷、照明、熱水、家用電器算不算?可能不同的國家在發(fā)展零能耗過程當(dāng)中不完全一致,說明什么?說明雖然是全球的發(fā)展方向,但是實際上各個國家出于國情的不同,發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣,實際上定義也不完全一致。
圖1 IEA-全球凈零能耗建筑地圖
圖1是國際能源組織IEA提出在全球過去十年里零能耗建筑主要發(fā)展的一個分布圖,可以看到基本上都是北半球,而且緯度越高占比越多,也就是說以供暖為主的零能耗實施項目非常多,赤道附近供暖就沒有了,主要以制冷為主。
二、nZEB典型工程分析
前面我講的發(fā)展背景實際上也是要表達(dá)一層意思,全球各個國家都在根據(jù)自己發(fā)展的計劃來制定零能耗、近零能耗的路線圖和時間表,反過來也給我們提出一些思考和提示,下面我結(jié)合幾個工程介紹一下他們是怎么實現(xiàn)零能耗和近零能耗的。
圖2 美國可再生能源國家實驗室-零能耗辦公樓
圖2是美國非常推崇的可再生能源國家實驗室,這個實驗室投資103萬美元,將近六個億人民幣建設(shè)的零能耗辦公樓。
通常去過美國都知道,美國建筑形式一般來講都是比較低層、大體量,但是為了采光、通風(fēng),把建筑分成了前后兩段。除了被動技術(shù),主動技術(shù)也很多,包括光伏、地源熱泵、置換通風(fēng)都是實現(xiàn)零能耗的手段,這幢大樓在丹佛的附近,很多人看過,非常著名,是美國在能源部支持下的典型的示范工程。
表5
它是怎么實現(xiàn)的?表5中可以看到美國目前既有辦公建筑能耗是300千瓦小時/平米,通過執(zhí)行節(jié)能規(guī)范達(dá)到150千瓦小時/平米,在節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上通過高性能辦公建筑的設(shè)計又減一半,達(dá)到75千瓦小時/平米,75千瓦小時/平米是包括他們所有耗電,包含供暖供冷照明、電器辦公設(shè)備等,余下75千瓦小時/平米靠的是現(xiàn)場的可再生能源節(jié)能手段來實現(xiàn)。
圖3 韓國建設(shè)科學(xué)研究院-零能耗高層居住建筑
另外再講講韓國,圖3是一幢韓國的住宅樓,也是在學(xué)習(xí)借鑒歐洲經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,近幾年開發(fā)的一座高層零碳住宅。
韓國采用的一些技術(shù)其實和我們講的被動式超低能耗技術(shù)的體系可以說基本一致,不過稱呼不同,只是叫零碳或者叫零能耗住宅。
表6
我們從表6看它是如何實現(xiàn)的。第一步就是和現(xiàn)有的居住項目相比,通過被動式建筑技術(shù)節(jié)約87%的供暖能源,插座是很難減的,因為家庭的各種電器,微波爐、烤箱、照明或者電視,這些都是要耗電的。然后,再通過現(xiàn)在的可再生能源再降低70%的電,就達(dá)到了零碳的高層住宅。最后的結(jié)果是熱消耗15千瓦小時/平米,電消耗8千瓦小時/平米。可能有很多人并不知道我們現(xiàn)在家庭的耗電量耗能量是多少,我可以告訴大家一個數(shù)據(jù),采暖耗熱量這一項平均來講在100千瓦小時/平米,中國家庭耗電量是30千瓦小時/平米,有了我們的數(shù)據(jù)對比,才會對達(dá)到15千瓦小時/平米,達(dá)到8千瓦小時/平米有一定對比概念。
圖4 中國建筑科學(xué)研究院-近零能耗辦公樓
當(dāng)然我也講講中國建筑科學(xué)研究院-近零能耗辦公樓,我不講它的技術(shù)途徑,只講最后的數(shù)值,它的能耗指標(biāo)是什么?全年供熱、制冷和照明電耗,一共是25千瓦小時/平米,而在北京,普通寫字樓是100千瓦小時/平米,這是耗電,不包括耗熱,因為在北京是集中供熱為主。對比一下25千瓦小時/平米,也就是說比普通辦公樓要節(jié)省80%至90%。簡單來講,就是冬天不用化石能源供暖,也就是既不用燃煤,也不用燃?xì)狻O奶毂绕胀ńㄖ目照{(diào)能耗降低50%,靠什么降低50%呢?主要是靠太陽能制冷降低50%。照明能耗相對一般建筑要降低75%。
最后講一下德國的被動式建筑,秦皇島“在水一方”項目采用的是德國被動房標(biāo)準(zhǔn),它對于室內(nèi)環(huán)境有明確的要求:冬季供暖溫度要達(dá)到20℃;夏季供冷溫度要到25℃;新風(fēng)量是每人30立方米/小時。在能耗方面,供暖需求≤ 15kWh/(m2?a)或熱負(fù)荷≤ 10W /m2;當(dāng)采用空調(diào)時,對供冷需求的要求與供暖需求一致;建筑一次能源用量≤120 kWh/(m?a);氣密性必須滿足N50≤0.6,即在室內(nèi)外壓差50Pa的條件下,每小時的換氣次數(shù)不得超過0.6次;超溫頻率≤10%(25℃)。
表7 中國標(biāo)準(zhǔn)與德國被動房屋的對比
在過去幾年里,我們有很多人對它的理解是不正確或者是不全面的。首先,比如說我們講供暖需求不是供暖能耗,供暖需求15千瓦/小時,不是我們講的供暖能耗。第二,就是我們的理解的一次能源能耗120千瓦小時/ 平米,是基于德國的一次能源轉(zhuǎn)換系數(shù)得到的。我們河北省,乃至華北、東北,我們一次能源轉(zhuǎn)換系數(shù)跟德國不一樣。簡單來講,我們發(fā)電不可能跟德國的發(fā)電轉(zhuǎn)化效率是一樣的。前一段時期,我們在制訂《中國被動式超低能耗技術(shù)導(dǎo)則》的時候,住建部組織專家討論的時候,為這個問題爭議很長時間,因為我們國家發(fā)改委沒有公布的一次轉(zhuǎn)換系數(shù)。最后,還有超溫頻率,何為超溫頻率呢?有供暖沒有空調(diào)只有夏天有超溫頻率,有空調(diào)沒供暖是冬天的超溫頻率,如果有空調(diào)有供暖沒有超溫頻率。
前面所講的每個指標(biāo)都是德國被動房研究所過去幾十年研究、應(yīng)用、完善的過程,但是我們的理解一定要全面、正確,包括面積。他講的每年每平米是什么面積?是建筑面積還是使用面積或者是套用面積。中國的標(biāo)準(zhǔn)這個面積是什么面積?建筑面積和使用面積平均差了0.8,需要認(rèn)真思考。
圖5 德國被動房主要技術(shù)措施
當(dāng)然被動房主要的技術(shù)是經(jīng)典的,五大理念很好理解,但五大理念加上一條,就是人的行為。技術(shù)上的問題我們都可以解決,但是生活習(xí)慣,人的行為要有所改變。實踐告訴我們,由于我們過去的生活習(xí)慣,我們的生活方式和文化傳統(tǒng)會給我們的被動房居住、使用帶來變化,因此,在中國五大理念還要加上一個生活習(xí)慣或者叫人們的行為。
表8 零能耗分析圖
根據(jù)我們在國內(nèi)或者全球做過的零能耗的研究,得出來這張圖,不管零能耗建筑或者是近零能耗建筑,基本途徑就是要把全年的能耗指標(biāo)通過被動和主動技術(shù)降在80千瓦小時/平米以下,全球各國基本上都是這樣的。只有達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)之后,才有可能采用可再生能源等技術(shù)實現(xiàn)零能耗。
通過各個國家在過去這么多年開展近零能耗建筑,當(dāng)然也包括被動式建筑,我們可以看到基本上它的技術(shù)途徑就是五項:一是準(zhǔn)確的建筑負(fù)荷及能耗預(yù)測,普通的建筑可以算不準(zhǔn),如果超低能耗、近零能耗建筑算不準(zhǔn),就會出現(xiàn)風(fēng)險,就出現(xiàn)能耗過大,大馬拉小車,所以必須要準(zhǔn)確的進(jìn)行計算;二是被動式建筑設(shè)計降低負(fù)荷,不管什么類型首先要把需求降下來我用一個詞叫“最大限度”地降低需求,或者是“極大可能”地降低需求,如果做不到這一點,想實現(xiàn)近零能耗不太可能;三是高性能建筑能源系統(tǒng);四是可再生能源建筑一體化設(shè)計,其實要想實現(xiàn)近零能耗或者零能耗,可再生能源仍然是必不可少的,比如說很多地方政府在本地區(qū)推被動式建筑,無非就是對常規(guī)能源不依賴,減少燃燒和污染。包括京津冀地區(qū)、山東、河南都是一樣。也就是說不依賴傳統(tǒng)的以燃燒為主的供熱方式;五是零能耗監(jiān)控、調(diào)試、運行策略,目前這點我們中國做得很不到位,做完了項目都沒有調(diào)試,大家都有體會,在我們建設(shè)程序里面沒有既沒有預(yù)算,也沒有時間,也沒有人力。
三、我國發(fā)展nZEB的思考
前面講完了,我們看看怎么促進(jìn)近零能耗建筑的發(fā)展呢?
第一,要統(tǒng)一定義,設(shè)定中長期發(fā)展目標(biāo)。我們要有準(zhǔn)確的定義,歐盟也在定義,剛才說不久前美國能源部公布了美國的定義,住建部即將頒布的《被動式超低能耗綠色建筑導(dǎo)則》有定義,明年我們還要啟動中國國家標(biāo)準(zhǔn)近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都會對它進(jìn)行準(zhǔn)確定義。
第二,大幅度提升節(jié)能產(chǎn)品和設(shè)備的性能,我們可以看,這是我們和德國和比利時的對比,在很多方法上我們還差得很遠(yuǎn)。
第三,可再生能源+HVAC系統(tǒng)能效提升。表10是NREL做的全球過去20年可再生能源發(fā)展的路線圖,實際上規(guī)模達(dá)到一定程度后,可再生能源的價格一直在下降。
第四,既有示范建筑的后續(xù)監(jiān)測、評估和持續(xù)改進(jìn)。今天我們建設(shè)的示范項目,建造完成只是完成了第一步,因為在我們過去沒有這樣的成功經(jīng)驗,行或者不行要靠數(shù)據(jù)說話,好或者不好不能由自己說了算,要有第三方的評價,要有全年的數(shù)據(jù)評價,否則就只是停留在理念、停留在別人的經(jīng)驗之上。
第五,通過市場競爭和擴(kuò)大規(guī)模,提升性價比。我們可以看到,如果我們發(fā)展近零能耗建筑,相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)備要不斷的進(jìn)行改造和提升,改造提升靠什么得到呢?一定是要擴(kuò)大規(guī)模,也就是說標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化,只有這樣,我們真正才能夠把這種超低能耗建筑進(jìn)行推廣,否則成本難以下降。我舉一個例子,比如說手機(jī),20年前手機(jī)一萬塊錢一部,今天手機(jī)幾百塊錢一部,就是競爭發(fā)展的結(jié)果。只有通過競爭、通過規(guī)?;档汀?/p>
第六,近零能耗建筑的特征。集中體現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)先進(jìn)性和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的建筑節(jié)能技術(shù)集成;在適度提高室內(nèi)舒適度的前提下,能耗比現(xiàn)行居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能70%以上,比現(xiàn)行公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能75%以上;不再需要傳統(tǒng)的集中供熱。
第七,不能照搬國外的做法。發(fā)展過程當(dāng)中要考慮中國的國情,要考慮我們國家的一些特別的地方,要充分考慮中國氣候特點、居民生活習(xí)慣,考慮不同地區(qū)差異,對接中國法規(guī)和建筑標(biāo)準(zhǔn)體系,適應(yīng)中國建設(shè)管理程序。
之前講我們要實現(xiàn)建筑節(jié)能的中國夢或者是終極目標(biāo),怎么實現(xiàn)?我們提出一個30-30-30,到2030中國新建建筑的30%達(dá)到近零能耗。通過什么呢?通過幾步走,通過2014年到2030年十五年的時間,通過一步、兩步、三步、四步來實現(xiàn)。
展望了一下,可以說近零能耗建筑已經(jīng)成為國際的新的發(fā)展趨勢,需要我們自己建立符合中國國情的近零能耗建筑,同時我們產(chǎn)業(yè)要不斷的升級換代,滿足市場的需求,同時需要盡快出臺行業(yè)技術(shù)指南或?qū)t標(biāo)準(zhǔn)。
最后,推廣過程當(dāng)中,做得行或者是不行,合格不合格,要有科學(xué)的認(rèn)證??傊痪湓?,方向是非常明確的,路徑并不是唯一的,我們要不斷的探索和實踐,共同來促進(jìn),共同來發(fā)展。
關(guān)鍵詞:綠色建筑,可持續(xù)發(fā)展生態(tài)設(shè)計,建筑熱量平衡,通風(fēng)系統(tǒng),生態(tài)平衡,供暖平衡系統(tǒng)
進(jìn)入21世紀(jì),全球城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快、經(jīng)濟(jì)快速增長,但是人口急驟增加、資源萎縮、環(huán)境惡化,使人類面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn).在建筑物的建造和使用過程中不僅消耗大量的能源與資源,而且破壞了環(huán)境,因此,對于節(jié)約能源與資源,提高使用效率,緩解能源資源短缺的矛盾,保護(hù)和改善環(huán)境,各國政府與工程界都進(jìn)行了不懈的研究與實踐,提出了綠色建筑的理念.
綠色建筑亦稱為生態(tài)建筑、可持續(xù)發(fā)展建筑.在建筑經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域,綠色建筑措施帶來了社會效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益.在設(shè)計領(lǐng)域,綠色建筑采用建筑集成設(shè)計方法并遵守環(huán)境設(shè)計準(zhǔn)則,將建筑物作為一個完整的系統(tǒng),綜合考慮建筑的間距朝向、形狀、結(jié)構(gòu)體系、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等因素.綜合國內(nèi)外專家的研究,綠色建筑可理解為在建筑的"全生命"周期內(nèi),最大限度地保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材)和減少污染,為人們提供健康、適用和高效地使用空間,最終實現(xiàn)與自然共生的建筑物.因此"綠色建筑"是一個有機(jī)的整體概念,它貫穿于建筑物的規(guī)劃、設(shè)計、建筑、使用以及維護(hù)的全過程,覆蓋建筑物的整個生命周期,"綠色建筑"是自然環(huán)境的一部分,與之共同構(gòu)成和諧的有機(jī)系統(tǒng).
綠色建筑是追求自然、建筑和人三者之間和諧統(tǒng)一.綠色建筑不是奢侈品,不應(yīng)該追求表面的貼金和技術(shù)措施的大而全.一定要選擇自己適應(yīng)的技術(shù),針對特有的自然地理環(huán)境條件和使用要求,利用先進(jìn)的模擬分析工具,因地制宜的確定可能的、適度的技術(shù)措施.建筑的綠色化設(shè)計必須進(jìn)行定量的評價分析.
綠色建筑中主要涉及能源和環(huán)境兩大問題,我們的研究實踐途徑也包括兩個方面:一是傳統(tǒng)民居建筑中的綠色化手段研究,另外是現(xiàn)代建筑綠色化設(shè)計實踐.下面主要介紹后者.現(xiàn)時期的綠色建筑設(shè)計主要范圍有以下幾點:
1 建筑熱量平衡,節(jié)約能耗建筑熱量平衡,節(jié)約能耗.意思就是減少建筑中的能源的散失,在建筑中合理利用和有效利用能源,不斷提高能源利用率.這其中主要涉及耗能大的方面就是北方地區(qū)的采暖和南方地區(qū)的隔熱.建筑采暖和隔熱是建筑節(jié)能的關(guān)鍵,如何有效地做好建筑采暖和隔熱工作,建立可持續(xù)發(fā)展的建筑環(huán)境是值得探討的問題.國內(nèi)的熱平衡主要體現(xiàn)在構(gòu)造方面,國外的有些做法是利用建筑本身的設(shè)計.
1.1 德國新國會大廈的熱平衡系統(tǒng)的處理穹頂下造型奇特的錐體內(nèi)設(shè)置的通風(fēng)管道吸走室內(nèi)熱空氣,并通過熱量轉(zhuǎn)換器將其中的熱量吸收.這一錐體可以使新鮮空氣進(jìn)入室內(nèi)后緩慢地擴(kuò)散到室內(nèi)各個角落,然后變熱、上升、排出.這對室內(nèi)人員的舒適感很重要,而且減少了通風(fēng)的噪聲.
1.2 建筑通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)中國建筑能耗在通風(fēng)方面總量大、比例高、能效低、污染重,已經(jīng)成為影響可持續(xù)發(fā)展的重大問題.通風(fēng)不僅僅是單純的空間的換氣,還包括調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度,濕度.尤其是工廠的通風(fēng),要達(dá)到降溫、采暖、吸塵、排毒、凈化的目的,保證職工的安全和健康.國內(nèi)雖然在技術(shù)和材料方面跟國外相比還有一定的差距,但是在這方面已經(jīng)作了不少的研究.
1.3 清華低能耗示范樓---綠色建筑研究中心室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)有限考慮被動方式,用自然手段維持室內(nèi)熱舒適環(huán)境.根據(jù)北京地區(qū)的氣候特點,春秋兩季可通過大換氣量的自然通風(fēng)來帶走余熱,保證室內(nèi)較為舒適的熱環(huán)境,縮短空調(diào)系統(tǒng)運行時間.
利用熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)的結(jié)合,根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)形式及周圍環(huán)境的特點,在樓梯間和走廊設(shè)置通風(fēng)豎井,負(fù)責(zé)不同樓層的熱壓通風(fēng).在建筑頂端設(shè)計玻璃煙囪,利用太陽能強(qiáng)化通風(fēng).此外在建筑外立面合適部位設(shè)置開啟扇,使得室外空氣在風(fēng)壓通風(fēng)的作用下可順暢地貫穿流過建筑.
建成后的清華大學(xué)超低能耗示范樓建筑總能耗可有效控制在常規(guī)建筑物能耗的1/3以下,冬季可基本實現(xiàn)零采暖能耗,夏季最熱月整個圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平均得熱僅為5.2W/m2,護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的建筑耗冷耗熱量僅為常規(guī)建筑的10%.此外能源、設(shè)備、照明等系統(tǒng)采用了多項節(jié)能和可再生能源技術(shù),示范樓單位面積全年總用電量僅為北京市同類建筑用電量指標(biāo)的30%.
2 建筑自然物的生態(tài)平衡生活經(jīng)驗和研究結(jié)論告訴我們,良好的辦公環(huán)境對人的工作效率和心理狀況會產(chǎn)生有益的影響.現(xiàn)在的建筑師傾向于創(chuàng)造一種完美的建筑生態(tài)空間,提高室內(nèi)空間環(huán)境的舒適感,提高空氣的清新度.使人們身臨其境能夠享受大自然的詩情畫意,起到回歸大自然的作用.換句話說就是用自然的方式來調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量.國外的技術(shù)發(fā)展實現(xiàn)了建筑的功能、美觀、生態(tài)的完美結(jié)合.
例如:法蘭克福商業(yè)銀行總部大樓建筑平面是三角形,由三枚"花瓣"和"中莖"組成."花瓣是辦公區(qū)域,"中莖"實際是中庭,從下到上為面朝內(nèi)的辦公室提供天然的排風(fēng)通道,起到拔風(fēng)效應(yīng).每一個辦公空間都能享受通風(fēng)和采光.電梯,樓梯和服務(wù)設(shè)施都集中在三個角內(nèi),以強(qiáng)化辦公室與花園的村落氣息.通過建筑設(shè)計或改造建筑設(shè)計使室內(nèi)、外通透,或打開部分墻面,使室內(nèi)、外一體化,創(chuàng)造出開敞的流動空間,讓使用者更多地獲得陽光、新鮮空氣和景色.炎炎夏日,辦公樓里面卻涼爽宜人,在這里面找不到中央空調(diào)之類的制冷設(shè)備,樓里面采用的是全新的"空調(diào)"系統(tǒng),耗能只有傳統(tǒng)空調(diào)的一半,但舒適度卻高出很多.具有緩解城市熱島效應(yīng),改善屋頂熱工性能等作用,因此,這種綠化是一種值得推廣的建筑方式.
3 建筑水處理中國是一個泱泱大國,但是水資源是有限的.幾次的水污染,使人們已經(jīng)充分認(rèn)識到水資源的重要性.積極地做好水資源的利用,包括很多方面:熱水的循環(huán)利用、太陽能的熱水利用、污水的處理、中水回收等.在建筑采暖中主要關(guān)心的是熱水的循環(huán)利用.很好的利用這種循環(huán),能為建筑節(jié)省很多能耗.
例如:德國新國會大廈的水供暖平衡系統(tǒng)的處理大廈自帶的熱能工廠所提供的能量在滿足日常供暖或降溫需要后,剩余的熱能將被用來加熱從深達(dá) 300 米的地下蓄水層中抽出的地下水,然后再送回低層中存儲,以這種手段來利用多余的能量.絕熱性能好的地層能有效地防止這些熱水的熱損失.在冬季,熱水被抽出來為室內(nèi)供暖,在夏季,熱水則用來驅(qū)動制冷設(shè)備,以提供冷卻水.地層中的冷卻水在炎熱的天氣則可抽出來作為天花板冷卻系統(tǒng)中的冷卻劑.熱水回收,完全不同于中央空調(diào)以往的熱回收技術(shù),熱回收效果非常高,對廢熱的回收效率最高可超過80%.
4 結(jié)論
生態(tài)建筑,可持續(xù)發(fā)展的超低能耗建筑是國家"十五"科技攻關(guān)項目"綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)研究"的技術(shù)集成平臺,用于展示和實驗各種低能耗、生態(tài)化、人性化的建筑形式及先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品,并在此基礎(chǔ)上陸續(xù)開展建筑技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)與應(yīng)用性研究,示范并推廣系列的節(jié)能、生態(tài)、智能技術(shù)在公共建筑和住宅上的應(yīng)用.項目包括建筑物理環(huán)境控制與設(shè)施研究(聲、光、熱、空氣質(zhì)量等)、建筑材料與構(gòu)造(窗、遮陽、屋頂、建筑節(jié)點、鋼結(jié)構(gòu)等)、建筑環(huán)境控制系統(tǒng)的研究(高效能源系統(tǒng)、新的采暖通風(fēng)和空調(diào)方式及設(shè)備開發(fā)等)、建筑智能化系統(tǒng)研究.是向社會、大眾宣傳、展示建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展建筑概念、技術(shù)和產(chǎn)品的展臺.建筑節(jié)能是落實以人為本,全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀,減輕環(huán)境污染,實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的重要舉措,走生態(tài)良好的文明發(fā)展道路的重要體現(xiàn),是節(jié)約能源,保障國家能源安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是探索解決建設(shè)行業(yè)高投入、高消耗、高污染、低效率的根本途徑,是改造和提升傳統(tǒng)建筑業(yè)、建材業(yè),實現(xiàn)建設(shè)事業(yè)健康、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略性工作.
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:生態(tài)節(jié)能建筑技術(shù);分戶;暖氣片;熱計量;方案
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.080
建筑節(jié)能是實現(xiàn)我國節(jié)能減排重大戰(zhàn)略決策的主要任務(wù)之一。我國北方地區(qū)建筑采暖能耗占當(dāng)?shù)厝鐣芎牡?5%左右,占我國建筑總能耗的40%,是我國建筑節(jié)能的重點[1-4],為此,2015年10月我國住房城鄉(xiāng)建設(shè)部公布了《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則(試行)》以推動我國超低能耗建筑[5]。
本文提出了節(jié)能可控式分戶暖氣片熱量計量系統(tǒng)(energy-saving controllable household radiator heat- metering system and charging,簡稱HRHCS),并對其進(jìn)行深入研究,基于智能控制、能源等角度,設(shè)計提出了幾種典型的HRHCS,并對其應(yīng)用前景進(jìn)行了分析[6-7]。
1 HRHCS方案
1.1 系統(tǒng)整體方案
如圖1所示,HRHCS由電源、閥控系統(tǒng)、定時系統(tǒng)、進(jìn)水管道、回水管道、暖氣片、顯示調(diào)節(jié)系統(tǒng)、熱量計量系統(tǒng)、進(jìn)水管口及回水管口等組成。其中,電源為鋰離子儲能電池,供給系統(tǒng)中閥控系統(tǒng)、定時系統(tǒng)、熱量計量系統(tǒng)等所需電能;閥控系統(tǒng)控制閥門開關(guān),由閥門驅(qū)動直流電機(jī)、電磁繼電器及其控制電路組成。當(dāng)室內(nèi)溫度低于室內(nèi)設(shè)置最低溫度時,閥控系統(tǒng)中電磁繼電器打開電源,直流電機(jī)驅(qū)動打開閥門,閥門打開后電磁繼電器切斷電源;當(dāng)室內(nèi)溫度高于室內(nèi)設(shè)置最高溫度時,閥控系統(tǒng)中電磁繼電器打開電源,直流電機(jī)驅(qū)動關(guān)閉閥門,閥門關(guān)閉后電磁繼電器切斷電源。熱量計量系統(tǒng)實現(xiàn)HRHCS熱量使用的計量,由熱量計及兩側(cè)閥門組成,在熱量計出現(xiàn)故障時,關(guān)閉兩側(cè)閥門可以取下熱量計進(jìn)行更換或維護(hù)。
HRHCS本質(zhì)上屬于供暖功能模塊,其內(nèi)部定時系統(tǒng)通過設(shè)定時間開關(guān)閥門實現(xiàn)室溫控制。依據(jù)供暖針對性不同,HRHCS又可以進(jìn)行設(shè)置為不同模式:(1)基于用戶人群可以設(shè)置為老人專用模式、兒童專用模式、成人專用模式等三種;(2)基于室溫控制模式,可以設(shè)置為溫控及紅外探測感控;(3)基于功能控制模式有可以設(shè)置為溫暖舒適型、平安健康型、抗力鍛煉型等類型。
1.2 基于時間溫控模式
基于時間溫控模式HRHCS采用最簡單的時控方式,尤其適合于有固定作息時間的家庭,如具有固定上下班規(guī)律的上班族、學(xué)生等。當(dāng)家里沒人時,可以將室內(nèi)取暖閥門關(guān)閉;在將要回家前五分鐘,打開取暖閥門,讓室溫在人到家時剛好提升上來。
基于時間溫控模式的設(shè)定時間范圍可以為天制、周制、月制甚至年制,即可以設(shè)置一天內(nèi)、一周內(nèi)、一月內(nèi)甚至一年內(nèi)閥門的開關(guān)時段,如圖2所示。復(fù)雜設(shè)置方式可以利用網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)據(jù)庫方式直接導(dǎo)入模式完成,如此實現(xiàn)了供暖的精確時效控制。時控范圍、時控初始時間、時控模式等均可以通過顯示調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置或者選擇。
當(dāng)然,基于時間溫控模式的HRHCS也可以同時與其它控制模式組合聯(lián)用,如圖2所示,與基于室溫控制模式中的手機(jī)遙控模式聯(lián)用,通過手機(jī)遙控實現(xiàn)閥門開啟時間的精確控制就更為便捷、節(jié)能。
1.3 基于用戶人群模式
不同供暖用戶人群,對所需求的室內(nèi)溫度是不一樣的。如圖2所示,按供暖用戶人群細(xì)分,可以分為老人專用模式、兒童專用模式、成人專用模式。一般說來,老年人身體較弱,冬季容易怕冷,故而其房間設(shè)置供暖溫度要高些,一般為22-26℃;兒童火力旺,在太暖和的房g反而容易因外出受涼感冒,因此其房間設(shè)置供暖溫度可以低一些,一般為14-18℃;一般成人房間設(shè)置供暖溫度居于兩者之間,一般可取18-22℃;客廳為全家主要活動場所,溫度適中較為合適,一般設(shè)置20℃左右;門廳、衛(wèi)生間等取暖溫度設(shè)置可以更低些,取16℃;廚房因為其他房間熱量的傳遞,其溫度即使不供暖也會維持在6℃以上,如此還有利于蔬菜等保鮮。如此設(shè)置,既考慮了不同人群體質(zhì)因素,同時從自己房間出門到外,還有客廳、門廳等需要穿過,減少了冬季由于室內(nèi)外大溫差變化對人體的影響。
1.4 基于室溫控制模式
基于室溫控制模式究其實質(zhì)而言屬于點溫度控制,如圖2所示,具體可分為普通溫控模式、紅外溫控模式及手機(jī)遙控溫控模式三種:(1)基于室溫控制的普通溫控模式,取室內(nèi)某一地點溫度為控制溫度點,進(jìn)行室溫控制,該控制溫度地點可以為室內(nèi)任意一處,設(shè)定室內(nèi)最低溫度與最高溫度,在室溫低于設(shè)置的最低溫度時,閥門開度增大;當(dāng)室溫高于設(shè)置的最高溫度時,閥門開度減小。如此實現(xiàn)室溫的自動調(diào)節(jié)。(2)基于室溫控制的紅外溫控模式通過紅外探測感知室內(nèi)沒有人時,閥門開度關(guān)閉,由此減小室內(nèi)熱量消耗。在紅外探測感知室內(nèi)進(jìn)入人后,閥門開度開到最大,以盡快提升室內(nèi)溫度至設(shè)置溫度范圍。室溫提升的過程時間可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整,該過程正好有效避免了人由室外直接進(jìn)入較高溫度室內(nèi)因溫差過大而引起的不舒服問題。(3)基于室溫控制的手機(jī)遙控溫控模式則是通過手機(jī)遙控HRHCS閥門開關(guān),實現(xiàn)室溫遙控效果。
1.5 基于功能控制模式
基于功能控制模式則以人為本,具體說來可分為溫暖舒適型、平安健康型、抗力鍛煉型等類型:(1)溫暖舒適型HRHCS實際上就是目前普通取暖方式,它強(qiáng)調(diào)人體對于溫度的舒適感覺,室溫要求不低于18℃。(2)平安健康型HRHCS強(qiáng)調(diào)人體的身體健康,其室溫設(shè)置上可以更低,強(qiáng)調(diào)人體感知的不僅是溫度,更重要的室內(nèi)外溫差,根據(jù)人體適應(yīng)性不同,進(jìn)行室溫設(shè)置,對于一般健康人群,其最低室溫設(shè)置一般為不讓人凍傷為目的,一般可設(shè)為12℃,最高室溫設(shè)置為22℃;對于怕冷人群,最低室溫設(shè)置可以高些,但一般不會超過16℃,最高室溫設(shè)置為26℃;對于怕熱人群,最低室溫設(shè)置回更低些,可設(shè)置為8℃甚至更低,最高室溫設(shè)置為20℃。(3)抗力鍛煉型HRHCS則是全能型設(shè)置模式,此時不再注意能耗情況,其提供了鍛煉身體的一種模式,就是為了提高身體抵抗高溫、低溫、高溫差、低溫差的能力,即使是夏季室內(nèi)也可調(diào)整為冬季三九嚴(yán)寒環(huán)境,冬季下室內(nèi)亦可將溫度調(diào)整為夏季酷暑環(huán)境,當(dāng)然,夏季時也可讓室溫更高,冬季時也可讓室溫更低;同時,人處于室內(nèi)時室溫也可變化,室溫變化的速度也可以調(diào)節(jié)。具體原理圖如圖2所示。
2 功能拓展
HRHCS本質(zhì)上是一個傳熱、換熱功能模塊,它可以與太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì)能等其他能量供應(yīng)模式結(jié)合,形成更為環(huán)保節(jié)能的取暖模式。
HRHCS中所需電能由光伏板組件將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電,直接儲存在鋰離子電池中,由鋰離子電池供給系統(tǒng)用電;太陽能集熱板將太陽能加熱水,當(dāng)加熱到設(shè)定溫度時,將熱水存儲到集熱裝置中,當(dāng)室內(nèi)溫度降低需要HRHCS供暖時,HRHCS中閥控系統(tǒng)驅(qū)動其內(nèi)直流電機(jī)打開閥門,集熱裝置中儲存的熱水自其中流出實現(xiàn)取暖效果;當(dāng)室內(nèi)溫度升高到設(shè)定的室內(nèi)最高溫度時,HRHCS中閥控系統(tǒng)驅(qū)動其內(nèi)直流電機(jī)關(guān)閉閥門。
2.1 太陽能HRHCS
萬物生長靠太陽,太陽能具有普遍、無害、巨大、長久等其他能源供給模式無可比擬的優(yōu)點。若完全以太陽能供給HRHCS,則其原理示意圖如圖3所示。
HRHCS中所需電能由光伏板組件將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電,直接儲存在鋰離子電池中,由鋰離子池供給系統(tǒng)用電;太陽能集熱板將太陽能加熱水,當(dāng)加熱到設(shè)定溫度時,將熱水存儲到集熱裝置中,當(dāng)室內(nèi)溫度降低需要HRHCS供暖時,HRHCS中閥控系統(tǒng)驅(qū)動其內(nèi)直流電機(jī)打開閥門,集熱裝置中儲存的熱水自其中流出實現(xiàn)取暖效果;當(dāng)室內(nèi)溫度升高到設(shè)定的室內(nèi)最高溫度時,HRHCS中閥控系統(tǒng)驅(qū)動其內(nèi)直流電機(jī)關(guān)閉閥門。
2.2 地?zé)崮蹾RHCS
地?zé)崮蹾RHCS原理示意圖如圖4所示。世界五大地?zé)豳Y源中有三大地?zé)豳Y源與我國有關(guān),地?zé)崮芄┡莾H次于地?zé)岚l(fā)電的地?zé)衢_發(fā)利用方式,以地?zé)崮芄┙oHRHCS無論對于我國的地?zé)峋C合開發(fā)利用還是節(jié)能減排都具有重要的現(xiàn)實意義。
2.3 太陽能+風(fēng)能HRHCS
當(dāng)然,根據(jù)以上思路,還可以進(jìn)一步拓展,根據(jù)實際條件采用更為靈活的兩能源、三能源甚至更多種能源的復(fù)合能源供給模式,譬如太陽能+電能,太陽能+風(fēng)能等,以便HRHCS節(jié)能的同時,還可以保證其運行效果的可靠性。這里僅以太陽能+風(fēng)能HRHCS為例,其參考原理示意圖如圖5所示。
鑒于風(fēng)能更適合于發(fā)電,而太陽能則既可以發(fā)電,又可以直接熱利用,這里太陽能+風(fēng)能HRHCS中所需電能均由風(fēng)能提供,風(fēng)力發(fā)出來的電首先儲存在鋰離子蓄電池中;太陽能僅進(jìn)行熱利用。
3 結(jié)論
模塊化功能模塊HRHCS應(yīng)用更靈活。基于時效(時間)角度,HRHCS形成了供暖的全時間范圍的精確時效控制,基于用戶人群模式、室溫控制模式、功能控制模式,可以形成更有針對性的不同類型的HRHCS。同時,HRHCS可以與太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì)能等其他能量供應(yīng)模式結(jié)合,實現(xiàn)了建筑能耗取暖零能耗。HRHCS節(jié)能環(huán)保,綠色健康,安裝簡單可靠,制造成本低,地區(qū)適用范圍廣,不僅適用于現(xiàn)有北方集中供暖系統(tǒng),尤其適用于南方濕冷地區(qū)。
參考文獻(xiàn):
[1]武涌,丁研.我國北方采暖地區(qū)既有居住建筑供熱計量及節(jié)能改造的目標(biāo)分析及政策建議[J].建筑,2010(18):8-10.
[2]李炎鋒,王慧琛,孫萍,趙剛,王雪竹.節(jié)能型住宅采暖期建筑能耗動態(tài)分析[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,40(08):1270-1274.
[3]江億.北方采暖地區(qū)既有建筑節(jié)能改造問題研究[J].中國能源,2011,33(09):6-13,35.
[4]江億.我國建筑節(jié)能戰(zhàn)略研究[J].中國工程科學(xué),2011,13(06):30-38.
[5]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.被動式超低能耗建筑技術(shù)導(dǎo)則(試行)(居住建筑)[R].2015.
[6]欒曉文,王學(xué)升,周相鑫等.可控式分戶暖氣片熱量計量裝置:中國,ZL200920280905.3[P].2010(11):17.
[7]馬永志,張鐵柱,鄭藝華等.一種智能溫濕自控暖氣片:中國, ZL201210595168.2[P].2016(02):24.
關(guān)鍵詞:城市規(guī)劃,低碳城市
Abstract: the reasonable urban planning in low carbon cities construction should play a leading effect, low carbon concept, low carbon implementation through to city planning and management of each link, so as to achieve maximum saving energy and reducing consumption, and resource conservation and environment better, so as to explore a suitable to China's sustainable healthy development of management.
Key words: the city planning, low carbon cities
中圖分類號:TU984文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
1. 低碳城市的內(nèi)涵
所謂“低碳城市”,是指在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的前提下,城市保持能源消耗和二氧化碳排放處于低水平。是以低碳經(jīng)濟(jì)為發(fā)展模式、市民以低碳生活方式為理念和行為特征、政府公務(wù)管理層以低碳社會為建設(shè)標(biāo)本和規(guī)劃城市。
“低碳城市”的具體內(nèi)容包括:在城市化進(jìn)程中以低排放、高能效、高效率為特征來進(jìn)行“低碳城市”的規(guī)劃設(shè)計與建設(shè);通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展模式轉(zhuǎn)變,使低碳經(jīng)濟(jì)最低限度地影響經(jīng)濟(jì)增長,平衡經(jīng)濟(jì)增長,增加就業(yè)機(jī)會;制定生態(tài)城市建設(shè)規(guī)劃,推動地方政府、企業(yè)通過政策激勵和融資支持,驅(qū)動技術(shù)創(chuàng)新和資本流動,在城市中推廣節(jié)能減排的低碳技術(shù)。目前中國和世界上許多國家正在示范和建設(shè)各種發(fā)展類型的城市,如生態(tài)城市、清潔能源城市、衛(wèi)生城市、森林城市、園林城市、山水城市等,人類活動足跡加劇了氣候變化,氣候變化是本世紀(jì)人類共同應(yīng)對的巨大挑戰(zhàn)。
2. 城市規(guī)劃關(guān)注“低碳城市”的必要
2.1 城市化帶來的高能耗
根據(jù)研究,城市人口的能源消費大約是農(nóng)村人口的3.5~4 倍,城市化進(jìn)程推動大規(guī)模城市基礎(chǔ)設(shè)施和住房建設(shè),所需要的大量水泥和鋼鐵只能在國內(nèi)生產(chǎn),因為沒有任何一個國家能夠為中國提供如此大規(guī)模的鋼材和水泥,因此,中國的城市化對高耗能產(chǎn)業(yè)的需求是剛性的。即使技術(shù)進(jìn)步可能提高能源使用效率,為滿足經(jīng)濟(jì)增長和社會現(xiàn)代化的需要,中國能源消費總量仍將經(jīng)歷一段剛性的高增長階段;這些說明我國正處于城市化進(jìn)程中。
2.2 工業(yè)化帶來的高能耗
國際經(jīng)驗表明,在城市化進(jìn)程中,國家經(jīng)濟(jì)一般呈現(xiàn)出工業(yè)化的特征,勞動力逐漸從農(nóng)村進(jìn)入城市,并且逐步呈現(xiàn)出明確的專業(yè)化分工,然而,現(xiàn)代工業(yè)分工需要將各種要素運輸并集中在城市,完成生產(chǎn)后再將產(chǎn)品送至消費地。因此,需要為市場供需雙方提供一個高效、便利的運輸體系。工業(yè)化過程不僅是其本身生產(chǎn)帶來的能源消耗增加,也帶來相關(guān)交通系統(tǒng)的能耗增加。
2.3 生活方式的改變
隨著城市化推進(jìn)和收入水平提高,能源消費特征會發(fā)生轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致能源消費結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。農(nóng)村人口移居城市后,將以電力替代煤炭、木材等傳統(tǒng)能源;收入水平提高使人們更傾向于消費清潔、方便的電力。最為顯著的是城市交通發(fā)展會導(dǎo)致更多燃料及電力消費。中國私人轎車擁有量隨收入水平提高而快速增長,勞動力從農(nóng)村流向城市后,收入提高,導(dǎo)致購買力提高,刺激家電需求增加,意味著更高的人均能源消費,如果家電由國內(nèi)生產(chǎn),又會帶動制造業(yè)的能源消耗增加。
3.規(guī)劃中降低能源消耗的手段
3.1城市空間布局
針對我國城市的現(xiàn)狀,要盡快遏制大城市主城區(qū)“攤大餅式”的蔓延趨勢,優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu),對主城區(qū)人口密度過高和功能過分集中的城市要進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)疏散,并通過規(guī)劃合理的城鎮(zhèn)空間體系,適當(dāng)遏制大城市的無限膨脹,降低城市的熱島效應(yīng),從而減少城市夏季的空調(diào)能源消耗。
3.2產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)規(guī)劃
要以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo),深入研究國際產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律和我國各地產(chǎn)業(yè)發(fā)展的自身規(guī)律,緊緊抓住國家實施節(jié)能減排戰(zhàn)略和建設(shè)兩型社會的有利時機(jī),先行先試,降低高碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度,提高發(fā)展質(zhì)量;加快城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級,加大污染工業(yè)、設(shè)備和企業(yè)的退出力度,全面完成城區(qū)高污染企業(yè)的退出;提高各類企業(yè)的能源使用效率和排放標(biāo)準(zhǔn);提高鋼鐵、有色金屬、建材、化工和電力等高能耗行業(yè)的規(guī)劃準(zhǔn)入條件;制定低碳產(chǎn)業(yè)規(guī)劃戰(zhàn)略,將可再生資源、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點,大力發(fā)展現(xiàn)代服務(wù)業(yè)。
3.3交通規(guī)劃
交通與建筑是現(xiàn)代城市能源消耗最大的2個行業(yè),占總能源消耗的 70%以上。因此,大力推行綠色交通規(guī)劃,實施以公共交通為主導(dǎo)的交通模式,確立城市公交的優(yōu)先地位,倡導(dǎo)低能耗、低排放的出行方式。目前,我國城市的公交出行比例為 40%左右,而發(fā)達(dá)國家大城市公交出行比例已達(dá)到 50%~60%。因此,在城市綜合交通規(guī)劃中,要通過合理的規(guī)劃來提高公交出行的比例,有條件的城市要實現(xiàn)地鐵、城鐵、機(jī)場、公交車、出租車等公共交通方式“零換乘”,并保留和擴(kuò)大城市道路上的自行車道和步行道,提倡綠色出行方式。轉(zhuǎn)貼于 中
3.4 房地產(chǎn)開發(fā)。
控制開發(fā)用地強(qiáng)度 ,加大生態(tài)綠地的規(guī)模,控制規(guī)劃區(qū)內(nèi)單位人口的用地指標(biāo)和加大生態(tài)綠地的比例,是任何有效的能源使用條件下減少城市向大氣排放二氧化碳的關(guān)鍵技術(shù)。
大力推行綠色建筑規(guī)劃設(shè)計,研究制定適合各地氣候條件的綠色建筑規(guī)劃設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),以綠色建筑替代傳統(tǒng)建筑,主要包括:建筑節(jié)能政策與法規(guī)的建立;建筑節(jié)能設(shè)計與評價技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、供熱計量控制技術(shù)的研究;可再生能源等新能源和低能耗、超低能耗技術(shù)與產(chǎn)品在住宅建筑中的推廣應(yīng)用;提高設(shè)計的合理性和延長使用壽命等。
合理的城市規(guī)劃在低碳城市建設(shè)中應(yīng)發(fā)揮龍頭效應(yīng),將低碳理念、低碳實施貫穿到城市規(guī)劃編制與管理的各個環(huán)節(jié)中,以此來實現(xiàn)最大限度的節(jié)能降耗、資源節(jié)約和環(huán)境美好,從而探索出一條符合我國可持續(xù)健康發(fā)展的低碳管理模式。
4.結(jié)束語
低碳城市規(guī)劃是一個龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)工程,規(guī)劃中低碳城市應(yīng)該被看作是充滿生機(jī)的個體,通過低碳技術(shù)與城市建設(shè)部分產(chǎn)生聯(lián)系、相互作用,是對可持續(xù)性的城市建設(shè)活動的積極鼓勵,也是我們城市規(guī)劃在新的環(huán)境條件下的必然選擇和應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任。
參考文獻(xiàn):