传热学与建筑节能

传热学与建筑节能热传递现象无时无处不在，它的影响几乎遍及现代所有的工业部门，也渗透到农业、林业等许多技术部门中。可以说除了极个别的情况以外，很难发现一个行业、部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。而且在某些环节上，传热技术及相关材料设备的研制开发甚至成为整个系统成败的关键因素。一、传热学在建筑中的应用自从18世纪30年代发明近代动力机械以来，人类的生产力出现了质的飞跃，生产水平跨上了一个个新的台阶。随后的蒸汽轮机、内燃机乃至燃气轮机的陆续应用则更使能源的转换和利用技术达到了前所未有的崭新阶段。这个进程至今仍在继续当中。传热学科的建立与发展、不断完善和提高是与上述过程相伴而行的。这样说并不意味着传热学只服务于能源动力工业。事实上，能源动力工业只是传热学科起家的地方，也是它表现的主要舞台之一。现代化大型火力发电站的锅炉部件一般要经受近20MPa和上千摄氏度的火焰高温，蒸汽轮机也要经受大致相同的压力和540℃左右的温度。近十年来，由于耐高温的铁素体钢的研制成功，所谓超级超临界档次的火力发电机组已经陆续投入运行，其蒸汽参数甚至达到了31—34MPa和600℃左右，并且还具有快速起停和参与电网调峰的能力。核电站的反应堆及主蒸发器除了经受一定的温度、压力以外，还要受到高通量的中子辐射。为了提高能源利用水平，必须不断强化炉内各传热表面与燃气、烟气间的换热。核反应堆中则要强化燃料体元件与载热剂之间的换热。在需要隔热的地方必须尽量减少热泄漏。要做到这些都必须正确运用传热学的基本原理。石油及化工、冶金、建筑一向是工业领域中的耗能大户，其主要工艺过程都涉及到加热或者冷却。我国在这些行业里单位产量或单位产值的能耗是发达国家的数倍。设备陈旧，工艺落后和管理水平低是造成这种状况的基本原因，共中很多问题都与传热有直接关系。在建筑和建材工业领域里，建筑物的节能、采光和通风等均与传热关系很密切。建筑材料像水泥、建筑砖瓦、玻璃和卫生陶瓷等，大量使用高温炉窑焙烧工艺，能耗极高而能效很低。问题主要出在排烟温度过高(很多水泥窑的排烟温度仍在800℃以上)，产品出炉时的余热未予利用(水泥熟料出炉时的温度达到1000—1300℃！每公斤水泥熟料有800kJ可利用的余热)以及炉窑保温不良，热泄漏严重等几方面。要解决这些问题，同样必须运用传热原理改造或更新现有设备，同时大力推广采用新型绝热材料。空调制冷和集中供热行业基本上和能源工业一样，属于传热学科唱主角的一个领域。增大制冷剂的沸腾、凝结表面传热系数，研究有关的强化传热技术和强化元件的制造工艺始终是提高制冷机组性能的关键。从20世纪80年代初引进国外的先进技术和产品开始，现在国内不少厂家已经掌握了多种用于各类制冷机组上的强化沸腾或强化冷凝传热表面和元件的制造工艺，如多孔表面沸腾管，单面或双面强化冷凝管，以及波纹板式紧凑型蒸发器、冷凝器等。特别值得提出，随着对大气层和生态环境有害的氯氟烃类制冷剂的停产停用，对新制冷工质，尤其是混合工质的传热性能的研究显得相对薄弱。集中供热以其高效率、可靠性和清洁无污染赢得了越来越大的市场，供热管网的隔热保温材料和技术、高效换热设备、防腐措施、流动减阻和独立热计量等问题变得日益突出。它们大多数都与传热有很密切的关系。二、节能建筑设计方法极其技术措施1、建筑选址考虑基地日照、基地遮阳、基地通风、基地不利因素。我们一个好的规划，是绿色的规划，能够为我们国家，为我们整个社会节省很多能源。例如把居住和就业平衡匹配的去安排规划在一个地方，这应该是绿色的，是低碳的，是为社会带来很多减排，而且也缓解了很多交通压力。2、建筑体型设计我们过去的建筑从节能方面考虑很少，特别是在前一二十年的时候，大家都是用最低造价把一个房子盖起来，但从来没计算过这个房子耗的空调或者采暖非常大，因为采暖条件很差，包括我们门窗、墙体。但是经过十年二十年来看这个成本是高的，如果我们把保温、隔热这些系统做好以后，实际上一次性投资会大一点，但是长期来看会省很多钱，这个在西方很长时间都在利用，现在中国已经在改变了。3、建筑围护结构尽量考虑使用保温外墙体、特隆布墙、双层玻璃幕墙、绿化墙体、保温门窗、窗用玻璃、绝热窗框、保温屋顶、种植屋面、通风屋顶和架空屋顶、阳光间、中庭空间。采用低反射下垫面，对改善建筑热环境较为有利，且在一定程度上可以缓解城市的“热岛效应”。采用浅色屋顶，可以减少建筑物所吸收的太阳辐射热量，特别是对于夏季制冷能耗较大的公共建筑，节能效果明显。4、建筑设备使用土壤源热泵、温湿度独立控制空调系统、LED照明技术、智能自动控制系统、热管型机房专用空调设备、空调系统的热回收和变频、分项计量系统、VRV空调机组。5、热水供应和太阳能利用热水供应系统可采取的节能措施主要有：降低使用温度（热水在管道和设备中的热损失与配水点要求的水温成正比，降低使用温度可减少能耗）；减少热水耗量，在满足使用要求的前提下减少流率；采用高效能保温材料减少热损失；提高换热器的传热效率；采用节能型产品；开发利用新能源等。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁安全的新能源，被越来越多的应用于热水供应系统。利用太阳能的直接加热设备有真空管式和热管式，其集热效率高，保温性能好，受环境影响小，全自动运行，操作简单、维护方便，可全年使用。在太阳能热水系统设计中应注意以下几个方面的问题：（1）集热器的选用根据实际情况考虑其抗冻性能、抗热冲击性能、承压能力等因素；（2）寒冷地区应采取可靠的防冻方式；（3）集热应因地制宜综合应用串联、并联方式使水流平衡；（4）必要时采取辅助加热方式；三、建筑节能就在身边随着人们对于建筑节能的认识不断深入，选择低碳、绿色、生态的生产生活方式已成为普遍共识。只有掌握了建筑节能的技术，将传热学技术应用于建筑中，才能更好地推广建筑节能工作。建议大力推进建筑科技创新，一方面努力在墙体保温、门窗保温、绿色照明等领域实现新的更大的技术突破；另一方面，进一步加强成熟、适用新技术的成果转化和推广应用，鼓励和扶持可再生能源在建筑领域的规模化利用。相信经过数年的节能认识宣传后，建筑节能会应用于每个家庭。