白 棚 吏

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

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簡(jiǎn)述民用建筑節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

白 棚 吏

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

分析了我國(guó)建筑能耗的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，基于建筑節(jié)能的熱力學(xué)原理和主要的施工方法，從供熱規(guī)劃、調(diào)節(jié)水力平衡、降低熱損失、推廣分戶計(jì)量等方面，闡述了供熱系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

建筑能耗，節(jié)能技術(shù)，供熱系統(tǒng)，熱力學(xué)原理

我國(guó)地大物博，人口眾多，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的蓬勃發(fā)展，既有建筑加上每年新建房屋帶來(lái)的建筑能耗總量是相當(dāng)可觀的。我國(guó)現(xiàn)有的絕大多數(shù)民建屬于高能耗類建筑，其單位面積的采暖耗能量接近西方發(fā)達(dá)國(guó)家新建住宅的3倍以上，加上全球性的能源危機(jī)，使得建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的潛力巨大。我們通常所說(shuō)的建筑能耗，一般是指民用建筑在其使用當(dāng)中的能量消耗，主要包括建筑體現(xiàn)的功能性能耗，例如制冷、供熱、給排水、建筑照明、家用電器、通風(fēng)、后勤補(bǔ)給等等方面的能耗，其中供暖、制冷、通風(fēng)這三項(xiàng)的能耗量，幾乎可以占到總建筑耗能的2/3左右。建筑節(jié)能能否做好，直接影響著我國(guó)的能源安全，而且對(duì)于能源利用效率的提高和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化起著至關(guān)重要的作用。

1 建筑能耗現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題

我國(guó)雖然幅員遼闊，但是人均資源相對(duì)缺乏，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，老百姓生活水平也逐步提高，越來(lái)越多的家庭采購(gòu)了空調(diào)等設(shè)備，住宅越來(lái)越舒適的同時(shí)，所消耗的能量也不斷增加，但是我國(guó)的建筑保溫隔熱性、氣密性相對(duì)較差，供熱系統(tǒng)效率也不高，這樣造成的熱損失很大，巨大的能源浪費(fèi)在冬季供熱期間加重了大氣污染和溫室氣體的過(guò)量排放，這個(gè)矛盾現(xiàn)在已經(jīng)十分突出，到了必須解決的地步。我國(guó)建筑節(jié)能存在的主要問(wèn)題：

1)對(duì)于建筑節(jié)能的緊迫性和重要性認(rèn)識(shí)不夠。大部分人對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)都有了較強(qiáng)的意識(shí)，但是對(duì)于建筑節(jié)能還比較陌生，也不知道該怎么做，也沒(méi)有認(rèn)識(shí)到建筑節(jié)能帶來(lái)的巨大效益，而且各地政府對(duì)此重視程度不同，也導(dǎo)致了此項(xiàng)工作長(zhǎng)期沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

2)缺乏完善的、因地制宜的建筑業(yè)法律法規(guī)。我國(guó)雖然已經(jīng)出臺(tái)了《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》等相關(guān)法律法規(guī)，但是對(duì)于建筑節(jié)能還沒(méi)有明確的法律規(guī)范，需要進(jìn)一步完善，這樣將極大促進(jìn)行業(yè)快速發(fā)展。

3)缺乏相應(yīng)的激勵(lì)和補(bǔ)償措施。建筑節(jié)能改造是一項(xiàng)利國(guó)利民的公益事業(yè)，一方面需要人民群眾的積極配合，另一方面也需要政府的大力支持，政府既要對(duì)新建建筑的節(jié)能進(jìn)行嚴(yán)格的檢查驗(yàn)收，又必須對(duì)既有建筑的節(jié)能改造給予大力的財(cái)政支持，隨著建筑能耗的大大降低，將逐步減少對(duì)于環(huán)境保護(hù)和供熱企業(yè)的補(bǔ)貼資金，是一項(xiàng)“一勞永逸”的利民工程。

4)對(duì)于建筑行業(yè)節(jié)能創(chuàng)新、技術(shù)支持力度有待加強(qiáng)。作為新興產(chǎn)業(yè)，建筑節(jié)能改造的技術(shù)儲(chǔ)備和施工水平還處于相對(duì)初級(jí)的階段，對(duì)于新材料和新技術(shù)的研發(fā)能力較弱，政府應(yīng)適當(dāng)給予政策和經(jīng)濟(jì)的支持，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

5)我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)于建筑節(jié)能的改造還不夠徹底，作為一個(gè)系統(tǒng)工程，節(jié)能改造除了門(mén)窗、屋頂、采暖制冷系統(tǒng)以外，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)(墻體)的保溫也是必不可少的一部分。另外，目前很多供熱企業(yè)仍然按照建筑面積乘單價(jià)的方式收取熱費(fèi)，用戶無(wú)法根據(jù)自身需要調(diào)節(jié)熱量供給，導(dǎo)致部分能源白白浪費(fèi)，所以建筑節(jié)能改造必須多管齊下，才能達(dá)到預(yù)期的節(jié)能目的和經(jīng)濟(jì)效益。

2 建筑節(jié)能的熱力學(xué)原理和主要施工方法

凡有溫度差，就有熱量自發(fā)地由高溫物體向低溫物體傳導(dǎo)。首先我們來(lái)建立一個(gè)寒冷季節(jié)建筑物墻體導(dǎo)熱模型，經(jīng)過(guò)分析可以看出：1)建筑物內(nèi)的空氣通過(guò)對(duì)流換熱將能量傳給墻壁內(nèi)表面，同時(shí)伴隨著輻射換熱使室內(nèi)物體與墻壁進(jìn)行熱交換；2)墻的內(nèi)外表面則通過(guò)固體導(dǎo)熱的形式進(jìn)行熱交換；3)室外寒冷的空氣通過(guò)對(duì)流換熱將墻外表面熱量帶走，同時(shí)墻與外界物體通過(guò)輻射換熱又帶走部分熱量。如果沒(méi)有別的變量，建筑物內(nèi)外的溫度差越大，互相傳遞熱量也就越大。通過(guò)模型可以知道，它們之間的熱傳遞是通過(guò)熱輻射、對(duì)流換熱、固體導(dǎo)熱這三種方式組合成的。由此可見(jiàn)，墻壁傳熱的多少與室內(nèi)外溫差成正比，與墻的厚度成反比，而且與墻壁本身的導(dǎo)熱性能有關(guān)，因此導(dǎo)熱量：

其中,A為壁面積；δ為壁厚；λ為導(dǎo)熱系數(shù)；Δt為壁兩側(cè)表面溫差?？梢?jiàn)要想降低建筑熱損失，可以通過(guò)控制這幾個(gè)變量來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于壁面積的控制，主要通過(guò)建筑設(shè)計(jì)(合理的體形系數(shù))來(lái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)于壁厚的控制，主要通過(guò)墻體覆蓋保溫材料來(lái)實(shí)現(xiàn)；對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)和溫差的控制，通過(guò)建筑材料和圍護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1)建筑的外表面積與其體積的比值稱為建筑體形系數(shù)，在其他條件相同的情況下，建筑耗能指標(biāo)隨著體形系數(shù)的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，研究表明，體形系數(shù)每增大0.01，能耗指標(biāo)大約增加2.5%，從有利于節(jié)能出發(fā)，體形系數(shù)應(yīng)盡可能小，一般控制在0.3以下。

2)建筑材料的選擇對(duì)建筑節(jié)能有很大影響，我們把導(dǎo)熱系數(shù)小的材料稱為保溫材料(又稱隔熱或者絕熱)。凡平均溫度不高于350 ℃時(shí)導(dǎo)熱率不大于0.12W/(m·K)的材料，叫做絕熱材料。它具有疏松、多孔狀、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。

3)外墻是建筑物隔熱保溫的重要部分，提高外墻保溫能力，一是增加厚度，二是降低外墻的傳熱系數(shù)。單純?cè)黾雍穸炔豢扇?，主要通過(guò)降低材料傳熱系數(shù)和改善構(gòu)造來(lái)實(shí)現(xiàn)。外墻保溫方案主要有：?jiǎn)我徊牧瞎?jié)能墻體和復(fù)合節(jié)能墻體兩種。復(fù)合節(jié)能墻是由絕熱材料(聚苯乙烯泡沫塑料、巖棉、玻璃棉、加氣混凝土等)與傳統(tǒng)墻體材料復(fù)合構(gòu)成，通過(guò)保溫層或者空氣夾層實(shí)現(xiàn)墻體的內(nèi)保溫、中間保溫和外保溫，復(fù)合結(jié)構(gòu)熱工性能很好，但是造價(jià)也高。

4)窗戶的總傳熱系數(shù)大，窗的熱損失大概占到總熱損的2/3，其中傳熱損失為1/3，冷風(fēng)滲透為1/3，所以窗體保溫格外重要。要降低熱損，一是提高窗戶的氣密性，二是減少冷風(fēng)滲透。將窗戶與建筑物墻體接縫處密封嚴(yán)實(shí)，并采用低輻射中空玻璃降低導(dǎo)熱，選用合適的窗墻比來(lái)達(dá)到節(jié)能目的。

5)屋頂和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱橋部位也應(yīng)采取保溫設(shè)計(jì)。根據(jù)屋頂?shù)拿娣e大小和選用建筑材料的不同，屋頂?shù)臒釗p耗有時(shí)也占很大比例，例如用鋼筋混凝土打造的梁、柱和陽(yáng)臺(tái)板等部件，都比其建筑主體的熱損耗要大很多，所以建筑保溫中的這些薄弱環(huán)節(jié)我們要特殊“關(guān)照”。

3 供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

為了滿足設(shè)計(jì)要求的室溫，根據(jù)當(dāng)?shù)氐氖彝馄骄鶞囟葪l件，單位建筑面積在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的、由內(nèi)部供暖設(shè)備所提供的熱量稱為能耗指標(biāo)。建筑能耗指標(biāo)的計(jì)算：

qh=qh,t+qinf-qr,h。

其中，能耗指標(biāo)qh(W/m2)是單位面積通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱量qh,t(W/m2)加上空氣滲透熱量qinf(W/m2)的總和減去內(nèi)部得熱量qr,h。由式中可以看出，在同樣達(dá)到供熱設(shè)計(jì)溫度的前提下，通過(guò)墻體保溫和窗體密封等手段大大減少了供熱企業(yè)的能耗水平，但是供熱系統(tǒng)本身也有很大的節(jié)能空間，我們要從建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)和供熱系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)入手，最大限度的達(dá)到節(jié)能目的。

1)要有科學(xué)的供熱規(guī)劃。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市規(guī)劃也進(jìn)一步完善，逐步實(shí)現(xiàn)集中供熱，減少分散的小型供熱鍋爐房，而且逐步以清潔能源代替煤炭等高污染能源，利用工業(yè)廢熱、天然氣、水力、風(fēng)力、太陽(yáng)能等等實(shí)現(xiàn)冬季采暖，極大的降低了能源消耗，有效的保護(hù)了自然環(huán)境。

2)室外供熱管網(wǎng)分為區(qū)域熱網(wǎng)和小區(qū)熱網(wǎng)，區(qū)域熱網(wǎng)通過(guò)換熱站將熱量輸送至小區(qū)熱網(wǎng)。熱網(wǎng)的水力失調(diào)經(jīng)常出現(xiàn)，產(chǎn)生冷熱不均現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，必須通過(guò)調(diào)節(jié)水力平衡來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行“大溫差”改造，舍棄目前的“流量大、溫差小”的系統(tǒng)運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)供水溫度和輸送效率雙提高。

3)利用管網(wǎng)直埋技術(shù)和接口防腐保溫大幅降低熱網(wǎng)輸送熱損失。直埋敷設(shè)具有節(jié)省用地、方便施工、減少工程投資和維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，直埋管網(wǎng)通過(guò)聚氨酯保溫層的覆蓋，使管網(wǎng)的熱損失大大降低，同時(shí)防腐效果明顯，適合長(zhǎng)期使用，達(dá)到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4)分戶計(jì)量的推廣。建筑供熱計(jì)量收費(fèi)由過(guò)去按面積收費(fèi)改為按熱量收費(fèi)可以達(dá)到節(jié)約能源、提高舒適度、保護(hù)環(huán)境的目的。

我們既要保證新建住宅的節(jié)能達(dá)標(biāo)，又要對(duì)既有建筑進(jìn)行大規(guī)模的節(jié)能改造，隨著建筑節(jié)能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益逐漸凸顯和環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)苛，建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景非常樂(lè)觀，希望政府在政策導(dǎo)向和經(jīng)濟(jì)扶持上更進(jìn)一步，在全社會(huì)形成節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的良好氛圍，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 宋德宣.節(jié)能建筑設(shè)計(jì)與技術(shù)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2003.

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[5] 王 飛.供熱工程[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

Discussionontheenergysavingtechnologyandapplicationincivilbuilding

BaiPengli

(TaiyuanHeatingPowerCompany,Taiyuan030001,China)

This paper analyzed the current situation and existing problems of our building energy consumption, based on the thermodynamic principle and main construction method of building energy saving, from heating planning, hydraulic balance regulation, heat loss reducing, promotion of household metering and other aspects, elaborated the energy saving technology of heating system, conducive to the realization of sustainable development.

building energy consumption, energy saving technology, heating system, thermodynamic principle

1009-6825(2017)12-0188-02

2017-02-16

白棚吏(1988- )，男，助理工程師

TU201.5

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