建筑节能与暖通空调

建筑节能与暖通空调中国开展建筑节能的历史沿革•第一时期（1980-1987）：建设部组织，技术研究与技术标准研究制定阶段•第二时期（1988-1994）：建设部组织，开展建筑节能工程试验试点和扩大示范阶段•第三时期（1994-1996）：建设部组织，制定建筑节能政策并组织实施开展建筑节能工作阶段；•第四时期（1996-）：建设部组织，全面实施节能50%第二步目标的工作阶段。•胡锦涛同志在2004年中央经济工作会议上明确提出要大力发展节能省地型住宅•温家宝总理在去年、今年政府工作报告中都明确强调建筑节能。21背景材料：中国的城市化现代化趋势及今后建筑用能的情景分析•中国城市化趋势•中国住宅建设规划•经济与人民生活水平的提高，导致对用能的大幅度增加•建筑用能的增加趋势及CO2排放情景分析3222222中国城市化进程与趋势•1999年底，中国城市人口3.89亿人，城市化水平30.9%;•2000年底，中国城市人口4.65亿人，城市化水平35.3%；•“十五”期间，原规划到2005年城市化水平35%左右，城市人口达到4.6亿人•到2010年，城市化水平将达到40%，城市人口达到4.65亿，设市城市800个，建制镇19000个•中国城镇化在提速，平均每年有1500万农民进入城市，而每个城市人口的能源为乡村人口的3.5倍33中国住宅建设规划•“九五”期间，平均每年完成城镇住宅4.4亿平方米，大大高于“九五”规划的每年2.4亿平方米计划；2000年城市人均建筑面积20平方米；•“十五”期间，全国城乡住宅累计竣工57亿平方米。其中：城镇住宅建设27亿平方米；农村住宅30亿平方米；2005年城市人均建筑面积26平方米；•到2010年，全国城乡住宅累计再竣工58亿平方米。其中：城镇住宅28亿平方米；农村30亿平方米；•未来十年，全国累计建设住宅115平方米。其中：城镇55亿平方米；农村60亿平方米。34经济与人民生活水平的提高，导致对用能的大幅度增加•随着经济与人民生活水平的提高，人们对居住舒适性要求越来越高：•采暖地区城镇住宅冬季室内温度舒适性标准不断提高；•夏热冬冷地区城镇住宅普遍安装采暖与空调设施；•生活热水普及；•广大农村居民开始安装采暖与空调降温设施；•机械通风系统逐渐被采用；•各类家用电器的普及与应用；以上因素必将导致建筑用能的大幅度增加。35中国未来建筑用能的情景分析•中国自然与能源资源状况•中国自然资源总量排世界第七位；•中国能源资源总量约4万亿吨标准煤，居世界第三位；其中：煤炭保有储量1万亿吨，可采储量894亿吨。按照目前的开采强度，储采比不到100年（世界煤炭储量最大的国家依次为美国、中国、澳大利亚、印度、德国、南非、波兰。美国的储量比中国大一倍以上；除中国外，其余6国的储采比均在210年以上）。石油的资源量78.7亿吨，可采储量56亿吨，剩余可采储量22.7亿吨，储采比约14年；天然气的资源量为38万亿立方米，可采储量8500亿立方米，剩余可采储量6310亿立方米，储采比约为32年；煤层气资源为35万亿立方米，相当于450亿吨标准煤，排世界第三位，但未成规摸开发利用；36中国未来建筑用能的情景分析中国能源及消费分析–中国已探明的煤炭储量占世界储量的11%，原油占2.4%，天然气占1.2%；均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，石油仅十分之一；–建筑能源消费占全国能源消费的25%左右，且迅速增长；–我国经济增长有2/3是在对资源和生态环境过度透支的基础上实现的，而GDP只占世界的4%–我国已成为世界第二大能源消费国37农村能耗35%城镇住宅除采暖外能耗16%一般公共建筑能耗19%大型公共建筑能耗4%长江流域住宅采暖能耗1%北方城镇采暖能耗25%中国建筑能耗状况(2004)能耗总量：5060亿度电3.03亿吨标煤0.33亿吨标煤燃气总计：5.2亿吨标煤占全国总能耗：25.5%空调用能成为夏季用电高峰的关键因素家用空调在城市中愈益普及，城市居民每百户空调器拥有量2003年底平均已达61.8台,其中北京为119.31台,上海为135.80台,广东为141.99台,重庆为126.67台在公共建筑中的使用则愈益普遍在2004年夏季，空调的使用造成城市用电负荷高峰，导致24个省市拉闸限电2002年夏季，各地空调的用电高峰负荷共达4500万kW，相当于2.5个三峡电站满负荷出力由于空调的继续增加，预计2010年空调高峰负荷将相当于5个、2020年将相当于10个三峡电站的满负荷出力建设每kW电站及电网设施，平均约需8千元投资。也就是说，至2020年，为保障当年空调高峰负荷的电力建设投资，需资金1.4万亿元过高的电力高峰负荷，对于电站和电网设施的经济运行和安全运行都是非常不利的过了两三个月的电力高峰时段,大量极端昂贵的电力设施完全闲置,浪费严重我国以火电为主,还造成大范围的环境污染现在正以史无前例的超高速度建设电力设施缺电主要缺的是高峰电主要由夏季空调造成的华北、华东、中南各主要电网夏季空调造成的高峰负荷约占总负荷的1/3只要抓紧建筑节能，在保证建筑热舒适的条件下，空调高峰负荷可以大大削减下来1.1建筑节能的含义和意义1.1.1建筑节能的含义节能，是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。这既是《中华人民共和国节约能源法》对“节能”的法律规定也是国际能源委员会的节能概念。节能不能简单地认为只是少用能。节能的核心是提高能源效率。从能源消费的角度，能源效率是指为终端用户提供的能源服务与所消耗的能源量之比。建筑节能是指提高建筑使用过程中的能源效率，主要包括采暖、通风、空调、照明、炊事、家用电器和热水供应等的能源效率。即提高为居住者所提供卫生舒适的居住条件与所消耗的能源量之比。1.1.1建筑节能的含义•建筑能耗，在社会总能耗中占有很大的比例，而且，社会经济越发达，生活水平越高，这个比例越大。西方发达国家，建筑能耗占社会总能耗30%~45%。美国一次能源消耗量，2000年达到36.55亿吨标准煤，其中建筑能耗占33.7%，工业能耗占35.9%，交通能耗占24.8%。法国建筑能耗占社会总能耗的45%。1.1.2建筑节能的意义•能源大量消费造成了大气污染，全球温室效应，生态环境迅速恶化，使整个人类惊恐的警钟敲响了。国际建筑节能的基本目的，由缓解能源供应扩大为人类的可持续发展。1.1.2建筑节能的意义•可持续发展思想的核心，在于正确规范两大基本关系：一是“人与自然”之间的关系；二是“人与人”之间的关系。要求人类以高度的科学认知与道德责任感，自觉地规范自己的行为，创造一个和谐的世界。1.1.2建筑节能的意义•可持续发展的最终目标：•其一，不断满足当代和后代人的生产、生活和发展对于物质、能量、信息、文化的需求。这里强调的是“发展”。•其二，代际之间应体现公平的原则去使用和管理属于全人类的资源和环境；每代人都要以公正的原则担负起各自的责任。当代人的发展不能以牺牲后代人的发展为代价。这里强调的是“公平”。•其三，国际和区际之间应体现均富、合作、互补、平等的原则，去缩短空间范围内同代人之间的差距，不应造成物质上、能量上、信息上乃至心理上的鸿沟，以此去实现“资源—生产—市场”之间的内部协调和统一。这里应当强调的是“合作”。•其四，“创造”自然——社会——经济支持系统适宜的外部条件，使得人类生活在一种更严格、更有序、更健康、更愉悦的环境之中，因此应当使系统的组织结构和运行机制，不断地被优化。这里强调的是“协调”。全球气候变化与CO2排放C+O2=CO2•CO2排放温室效应臭氧层破坏•全球气候变暖南极50年气温上升2.5C•冰川雪山溶化加快海平面上涨尼尔尼诺现象气候干旱缺水、河湖干枯、水土流失、植被退化、土地荒漠、地震、洪涝、台风等灾害加剧•人类的生存环境受到从未遇到的严重威胁131.2建筑能耗的形成1为了居住者的舒适与健康，必须在各种室外气象条件下保持室内热环境处于舒适区以内。这必然导致室内外热环境参数出现差异。其中，室内外的温差和辐射，通过建筑围护结构产生传热，使室内得热或失热。2得热使室内温度上升。为了抑制室温上升，将室温保持在舒适范围内，需要向室内提供冷量抵消得热。失热会使室内温度下降。为了防止室温降低到舒适范围以下，需要向室内提供热量，弥补其失热。3所需要提供的冷、热量，称为建筑的冷热耗量。1.2建筑能耗的形成•建筑的冷热耗量还不是建筑的采暖空调能耗。采暖空调系统在向建筑供应冷热量时所消耗的能源才是建筑的采暖空调能耗。不同的采暖空调系统以不同的方式向建筑提供相同的冷热量时，所消耗的能源量是不同的。建筑的采暖空调能耗由以下二者决定，其一，建筑的冷热耗量；其二，采暖空调系统向建筑提供冷热量时的能源利用效率（能效比）。用公式表示为：E=Q/EER（1.3-1）•其中，E为采暖空调能耗；Q为建筑冷热耗量；EER为采暖空调系统的能效比。显然，应从减少建筑冷热耗量，提高采暖空调系统能效比两方面去实现建筑节能目标。1.3建筑节能的目的和基本途径•1.3.1建筑节能的目的•建筑节能承担着双重任务：其一，改善建筑区环境，提高人民生活水平；其二，提高采暖空调的能源利用效率，保护环境。1.3.2建筑节能的基本途径•建筑能耗，经过粗略的估算，其中的2/3~3/4可通过正确的、理想的建筑措施节省下来。这不仅对建筑设备技术具有新的意义，而且给建筑设计带来新概念——新技术和高品位的建筑设计融为一体。这种新的建筑设计概念以整体综合设计取代现有线型思维，以设计出节省能源的建筑。•在从建筑设备和建筑本身发掘潜力的同时，建筑的使用者也发挥着重要的作用。通过对舒适性要求和建筑功能用途适当调整，以及有意识的运行管理，可以大大减少建筑投资和能源需耗。•综合设计酝酿出整体性的解决方案，将建筑中用户的使用要求和自然界的可再生能源的利用有机地结合在一起。新的趋势集中在：通过高质量的设备和建筑构件之间的全面协同，尽可能地减少原生能源和灰色能源的使用，同时尽可能多地利用可再生能源。1.3.2建筑节能的基本途径一、“生态圈”•在酝酿建筑设计时，由“生态圈”中表现的联系应得到充分重视，在这个“生态圈”中不仅可以清晰地看到重点分区，例如外部空间，建筑体量和建筑设备等，同时各种降低设备投资和运行费用的可能性也归纳在其中。•在具体实施上，每一个要素并不是象线性思维用在完成后的建筑上，而是融和在建筑设计中。每一个单独要素，如中庭、土壤、水面、大厅空间、构造、立面、屋顶和其它各种建筑设备均一样重要，并应得到同样对待。它们应整体地，综合地引入到设计中。1.3.2建筑节能的基本途径•。•二、外部环境•在建筑设备设计时，外部环境所起的作用应放在重要位置考虑。由土壤、绿化、水及空气等组成的外部环境提供了多种多样的可能性，以用来减少建筑设备的数量或功率，同时节省能源和运行费用。作为整个生态设计的组成部分，外部环境将在未来建筑中发挥越来越多的作用。外界气流，地热资源，雨水等的利用及外部绿化等均属于外部环境。1.3.2建筑节能的基本途径•外界空气及气流连同它的能源潜力是未来整体综合设计的最主要的组成部分之一。并应相应地在实际中予以运用。建筑物原则上均应能自然通风，以减少由于空调和机械通风时间。自然通风的设计原则已不仅被建筑使用者接受，而且深受欢迎。为了使建筑能得到自然通风，根据建筑物的形状及高度有一系列的可能性使得建筑的正压，负压区得到利用，同时在建筑中充分利用热功学原理。•为了减少使用制冷机产生冷量和通过加热设备提供热量，在自然冷却和加热外还有地冷及地热的利用。1.3.2建筑节能的基本途径•从长远的观点看，充分利用雨水资源是非常值得推荐的，因为它将节约大量珍贵的水资源。雨水不仅可以用来清洗，同时可以冷却建筑及其周围环境。•德国莱比锡新会展中心的玻璃大厅使用了雨水降温系统。在这个硕大的玻璃大厅内，在盛夏季节不靠空调设备制冷的情况下，只靠在玻璃穹顶表面的喷洒蒸发冷却。这种设计构思不是单一建筑师或空调工程师的任务，而是一种高度整体