6 第四章热泵节能技术.pptx

第四章节能技术,一、热泵节能技术二、建筑节能技术三、余热利用技术四、新型动力循环,1,第一节热泵节能技术,2,什么是热泵？,一种将低温转换为高温热能而达到供热效果的机械装置。热泵由低温热源吸热能，然后转换为较高温热源释放至所需的空间内。这种装置即可用作供热采暖设备，又可用作制冷降温设备，从而达到一机两用的目的。,1.1热泵原理,1、热泵原理与分类,3,热泵机组的主要装置,4,压缩机(compressor)：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏,5,涡旋式压缩机,涡旋式压缩机（scrollcompressor）：由一个固定的渐开线涡旋盘和一个呈偏心回旋平动的渐开线运动涡旋盘组成可压缩容积的压缩机。特点:效率高，更有利于节能，保护环境；噪声更低；体积更小，重量更轻；运行平稳，气流脉动小，扭矩变化小，压缩机寿命长；压缩过程长，相邻压缩腔压差小，泄漏量小，效率更高。,6,螺杆式压缩机,螺杆空压机有如下优点。可靠性高。螺杆压缩机零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿命长，大修间隔期可达4-8万小时。操作维护方便。螺杆压缩机自动化程度高，操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转。动力平衡好。螺杆压缩机没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转，特别适合作移动式压缩机，体积小、重量轻、占地面积少。适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点，容积流量几乎不受排气压力的影响，在宽阔的范围内能保持较高效率，在压缩机结构不作任何改变的情况下，适用于多种工况。,7,能效比（cop值）,能效比是检验压缩机性能的一个重要指标，简单的说，就是输出的热能或吸收的热能与输入电能的比值，比值越高，系统的节能性越好。热泵热水器的能效比值能达到25。,8,热效率,原指发动机中转变为机械功的热量与所消耗的热量的比值。本行业指消耗了一定量的能源（如燃料、电能等），与所达到的制热（制冷）效果的比。,9,膨胀阀(expansionvalve)或节流阀(throttle)：对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到补偿作用，使循环工质不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。,10,热泵机组,显著的节能效果,充分利用可重复使用的免费热能资源，而其消耗的电能仅占机组产生热量的1/4左右。,热泵的效率可以通过机组制热量与其所消耗能量之间的比值cop值来确定。地源热泵的cop值在3至4之间，即输入1kw的电能，机组就可以产生3至4kw的热量。,11,能量搬运机,热泵机组使用大自然中大量可重复利用的能源。地源热泵机组产生的热量，它仅需要1/4的电能，其它3/4的能量来自大地中免费的可再生能源。,12,1.2热泵主要功能与特点,（1）功能通过作功使热量从低温介质流向高温介质，如同水泵。（2）特点一机两用：热泵能满足建筑空调冬季供热和夏季供冷环保：削减燃煤锅炉，减少co2排放节能：效率高，运行费用低可持续发展-利用的低温热能属于可再生的能源均衡用电负荷：冬夏两季使用，有利于电网削峰填谷,13,1.3热泵技术发展应用的背景与条件,能源政策环境保护政策建筑节能法城市能源结构的改变能源价格的调整我国的能源政策和环境保护政策鼓励、支持使用热泵。因此，预期热泵技术一定会得到迅速的发展与应用。,14,2、热泵系统的分类,按冷热源获取来源的种类可分为：土壤源热泵地下水源热泵地表水源热泵空气源热泵复合热泵：太阳-空气热源热泵、土壤-水热泵、太阳能-水源热泵等,按冷热源获取来源的种类分：,热泵,地源热泵,空气源热泵,复合热泵,土壤源热泵,水源热泵,地下水源,地表水源,15,按换热管的方式划分,闭式地源热泵系统地埋管(土壤源)：水平埋管、垂直埋管抛管开式地源热泵系统地下水地表水（江、河、湖、海）,热泵,闭式地源热泵,开式地源热泵,地埋管,抛管,地下水,地表水,水平埋管,垂直埋管,江,河,湖,海,空气,16,热泵的优势,与常规太阳能产品比：1、产品适用温度范围在-1040，范围广，不受阴、雨、雪等恶劣天气和夜晚的影响。2、可连续加热，与传统太阳能储水式相比，热泵产品可连续加热，持续不断供热水。3、运行成本低：阳光较好时，运行费用高于太阳能；在阴雨天和夜晚，热效率远远高于太阳能的电辅助加热。全年平均，常规太阳能辅助系统全年耗能比产品全年总耗能还要高出很多。4、安装方便：空气源热泵占地空间很小，外行与空调室外机相似。,17,与锅炉相比：,1、热效率高：产品热效率全年平均在300%以上，而锅炉的热效率不会超过100%。2、运行费用低：与燃油、燃气锅炉相比，全年平均可节约70%的能源。3、环保：热泵产品无任何燃烧排放物，制冷剂选用环保制冷剂，对臭氧层零污染，是较好的环保型产品。4、运行安全，无需值守：与燃料锅炉相比，运行绝对安全，而且全自动控制，无需人员值守，可节省人员成本。5、模块式安装，便于增添设备：产品采用多台机组并联的安装模式，当用户用水量增大时，可随时增添设备。,18,与液化气相比：,1、安全。没有任何漏气、中毒、爆炸的事故发生。2、使用方便。要用热水时只需打开水笼头即可，没有液化气每次用水时都要开关阀门，要定时换气，要定时检查电池等烦恼。3、节省费用。热泵的热效率平均都在300%以上，而液化气只有75%。按成本计算下来使用热泵的成本只有液化气的1/3。,19,热泵热水器与其他加热方式的比较,20,2.1空气源热泵,原理其工作原理是将空气中的能量吸收，变成热量转移到水箱中，把水加热起来，同时把失去大量能量的低温空气释放到厨房，用于厨房制冷。空气在失去能量降低温度的同时，大量的水蒸气被冷凝，因而释放的冷气湿度大大降低，相当于具有除湿的效果。因此该产品集节能中央热水、厨房（卫生间）制冷、局部除湿功能于一体，大大挺高的产品的性价比和使用性能。,21,22,空气源热泵的发展,国外空气源热泵技术1924年在国外发明。60年代，世界能源危机以后才受到充分的重视，使得目前热泵技术比较广泛地使用。美国，热泵的产量：1971年的8.2万套，1976年的30万套/年，1977年升为50万套/年，而此时日本，年产量更超过50万套。在欧美大多数发达国家，如澳大利亚、英国、法国、北欧及南欧的一些国家，热泵产品已经进入了大多数家庭，而在我国的毗邻国家如新加坡、马来西亚等也是热泵热水器使用比较普遍的国家。,23,国内我国起步则比较晚，国内厂商关注该产品也是近几年的事情。空气源热泵热水器尤其是近两年来有了比较大的增长，单就生产企业也由屈指可数的几家突飞猛进爆涨到目前的几十家甚至近百家。,24,空气源热泵的特点,1、不受环境影响，一年四季可用；2、节能效果突出，投资回收期短；3、环保型产品，无任何污染；4、使用寿命长，运行费用低；5、运行安全，无人值守操作；6、模块化设计，安装方便。,25,空气源热泵的限制,1.空气源热泵的性能受室外气候条件变化影响较大,随着室外环境的恶化而恶化，热泵的工作性能急剧下降2.空气源热泵结霜、化霜问题目前尚未完美解决。这不但导致系统供热性能的急剧下降,还将对压缩机等重要部件产生不良影响(如冰堵),严重时将损坏压缩机,使系统不能正常运转,同时,结霜还将使机组运行费用增加。,26,除霜,风冷热泵空调器工作时，当室外换热器盘管温度低于露点温度时，其表面产生冷凝水，冷凝水一旦低于0就结霜。结霜严重时，换热器散热翅片间的风道局部或全部被霜占据，从而增大了热阻和风阻，直接影响其换热效率。因此风冷热泵型空调器的除霜功能设置是必需的。方法:室外换热器结霜时，排管温度会下降，利用温度传感器，当温度降至一定值时开始除霜，此时四通阀将内外机功能互换，更换为制冷模式，外机内冷媒为高温高压氟利昂，融化了冰块，当温度回升至设定值时除霜结束。,27,2.2地源热泵,原理地源热泵是以地球表面浅层水源（如地下水、河流和湖泊）和土壤源中吸收的太阳能和地热能分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，采用热泵原理，既可供热又可制冷的高效节能空调系统。即在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。,28,地源热泵图示,29,地源热泵的发展,国际美国：是世界上地源热泵生产、使用和发展的头号大国。1946年，第一台地源热泵在波兰特市安装成功。1987年，国际地源热泵协会在阿克拉荷马州大学成立。2005年：热泵数目达到1,000,000台。瑞士、挪威地源热泵应用人均比例高达96%。奥地利：应用比例为45丹麦：应用比例为35。日本：是亚洲地源热泵技术最先进，使用比例最高的国家。,30,我国热泵研究历史,31,二十世纪五十年代,早在20世纪50年代，我国热泵研究的创始人天津大学吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究。作者在文中指出：我国是大陆性季风气候，冬寒夏炎。天津、北京等地与欧洲国纬度的城市相比，冬天的平均温度低，夏天的平均温度高，气候条件决定应用热泵技术的必要性。,我国热泵研究先行者天津大学吕灿仁教授,32,二十世纪六十年代,1965年，天津大学与青岛四方机车车辆厂共同研制热泵式列车空调，在国内率先建立热泵空调实验室，进行各种气候条件下的模拟实验。第一台客车用热泵实验车辆进行了从江南到东北的跑车实验，积累了大量数据。几乎同时，天津冷气机厂与天津大学试联合制成功热泵式三用空调机，该产品采用4fv7k压缩机，r12为工质，用四通阀变换工况，制冷量32000kcal/h（t0=5，tk=35），制热量30000kcal/h（t0=0，tk=45）。该产品参加高教部直属高校科研成果展，产品批量生产并远销古巴。,33,二十世纪七八十年代,七十年代未结合天津的地热开发，吕灿仁教授提出运用热泵提高地热能的利用率，在天津科委支持下与当时天津通用机械研究所合作，开展地热热泵研究。在1981建立我国第一台水水热泵实验台，进行了模拟实验。自从80年代以来，在国家自然科学基金的资助下，天津大学开始了热泵的应用基础研究（1983-1986），运用逆循环热泵技术开发利用低焓能源基础研究（1985-1987），燃气机热泵节能技术的应用基础研究（1986-1989），建立我国第一台燃气热泵试验台。并提出混合工质在开发低焓能源中的作用。,34,1980年上海冷气机厂为上海美术工艺服务部建造一台空气空气式电动热泵装置，成功地为面积1200m2的营业厅供暖和制冷。山西省科学技术情报研究所刘慧敏等人先后编辑出版热泵译文集两集，为广泛宣传介绍国外热泵节能先进技术起到推动作用。自1981年开始中国制冷学会召开两年一度的余热（低势能）制冷和热泵学术会议，促进了我国热泵技术的研究和推广。天津大学等高校聘请国际制冷学会主席、德国埃森大学校长steimle教授多次到华讲学，美国梅孝桐教授讲授美国地下埋管和浅层地下水为热源的热泵技术，都是到我国最早介绍热泵技术的专家。,35,1997年，美国能源部和中国科技部签署了中美能效与可再生能源合作议定书，主要内容之一是“地源热泵”项目的合作。1998年，重庆建筑大学、青岛建工学院、湖南大学、同济大学等数家大学开始建立地源热泵实验台，对地源热泵技术进行研究。2006年1月，国家建设部颁布地源热泵系统工程技术规范国家标准。2006年，9月，沈阳被国家建设部确定为地源热泵技术推广试点城市，到2010年底，实现全市地源热泵技术应用面积占总面积的1/3。2006年，12月，建设部发布文件“十一五”重点推广技术领域。作为新型高效，可再生能源新技术的水源热泵技术被列入目录。,36,地源热泵系统的分类,按冷热源获取来源的种类可分为：土壤源热泵地下水源热泵地表水源热泵空气源热泵复合热泵：太阳-空气热源热泵、土壤-水热泵、太阳能-水源热泵等,按冷热源获取来源的种类分：,地源热泵,土壤源热泵,水源热泵,地下水源,地表水源,37,地源热泵,热泵与建筑空调地源热泵空调系统以大地为冷、热源，介质在大地中封闭环路中循环流动，实现与大地进行热量交换的目的，进而向建筑物供冷或供热。,地源热泵空调系统示意图,38,地源热泵空调系统的突出优点,节能：性能系数较高，节省运行费用2550；环保：废除锅炉房，不向室外排热，不用地下水；可持续发展：热量冬取夏蓄，利用可再生能源；冷暖兼用：均衡用电负荷，节省建筑空间；美观：无室外机，不影响建筑外观,地源热泵,39,不同型式的地源热泵,40,2.2.1水源热泵,原理利用地球表面浅层水源（如地下水、地表的河流、湖泊和海洋）吸收的太阳能和地热能，并采用热泵原理，既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵可看作是地源热泵的一种。,41,按照换热管的开放形式分，可分为：,水源热泵,开放式水源热泵,封闭式水源热泵,地表水,地下水,地表水,地下水,42,开放式水源热泵原理图示,43,开放式水源热泵,44,水源热泵：制冷循环,45,水源热泵：制热循环,46,单井回灌解释,开放式热泵系统通过井水作为载体，使系统与浅表土壤进行能量交换。冬天，提取井水中的热量，夏天，提取井水中的冷量，把室内冷热量通过井水从另一口井回灌至地下的一般称为双井回灌。而单井回灌，就是井水抽出经过热量交换后又回灌到原来同一口井中。例如有些单井回灌原理，为井中间设一隔板，下部潜泵抽水，上部回灌。,47,水源热泵的优点,1、高效节能水源热泵是目前空调系统中能效比（cop值）最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7，实际运行为46。2、一机多用，应用范围广水源热泵系统可供暖、空调，生活热水3、节水省地不消耗水资源，不会对水源造成污染，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。4、属可再生能源利用技术，环保效益显著水源热泵机组运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、废气和烟尘。,48,5、运行稳定可靠，维护方便水体的温度波动的范围远远小于空气的变动，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性；维护费用低，使用寿命长。6、符合国家政策，获得政策性支持根据国家建设部政策规定，凡采用水源热泵空调技术的建筑物，通过向当地建委申报，可获得政府的政策性支持，减免建筑配套费用140200元/m2。,49,水源热泵的应用,1.从我国南方的深圳,广州到上海,南京直到北方的北京,大连等城市的公共建筑、住宅建筑均有广泛的应用空间2.水源热泵技术目前除了被广泛应用于各类民用建筑,公用建筑,军事建筑等所有需要供冷供暖供应洗浴热水的中央空调系统,还涉及到工业领域中冷冻,冷藏,冷却的工艺系统,成为节能减排的重要技术之一,50,水源热泵的应用限制,可利用的水源条件限制水源热泵理论上可以利用一切的水资源，但在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。闭式系统一般成本较高。而开式系统，水源必须满足一定的温度、水量和清洁度。水层的地理结构的限制对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。投资的经济性不同地区、不同用户，水源热泵的投资经济性会有所不同。,51,海水源热泵,原理海水源热泵，是一种以海水为换热源而设计和配置的热泵冷暖系统及装置，是热泵装置的一种不同的配置形式，只是所选择利用的换热源的不同。而其特殊之处，只是针对海水水质的不同而采用了不同材质的(耐腐蚀的)换热器(蒸发器和冷凝器)等其优势在于海水吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且海水的温度一般都比较稳定。如青岛气温-6时海水稳定在6。,52,2.2.2土壤源热泵,土壤源热泵是利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置。冬季从土壤中取热，向建筑物供暖；夏季向土壤排热，为建筑物制冷。它以土壤作为热源、冷源，通过高效热泵机组向建筑物供热或供冷。,53,土壤源热泵的埋管方式,1、垂直埋管-深层土壤垂直埋管可获取地下深层土壤的热量。垂直埋管通常安装在地下50-150米深处，一组或多组管与热泵机组相连，封闭的塑料管内的防冻液将热能传送给热泵，然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水。垂直埋管是地源热泵系统的主要方式。,54,55,2、水平埋管-大地表层在地下2米深处水平放置塑料管，塑料管内注满防冻的液体，并与热泵相连。水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候变化的影响。,56,螺旋式水平地埋管,无论是水平还是垂直地埋管，都有许多改进埋管方式，比如螺旋式水平地埋管，桩基式垂直地埋管,桩基式垂直地埋管,57,地源热泵的品牌,克莱门特捷联山东宏力珠海格力电器山东贝莱特埃美圣龙（宁波）堃霖冷冻机械(上海)劳特斯空调（江苏）西亚特华亚上海富田空调山东富尔达深圳麦克维尔德州亚太集团重庆嘉陵制冷上海瀚艺沈阳一冷烟台顿汉布什工业开利空调四川希望深蓝清华同方人工环境美意（上海）空调,58,水平管安装现场,59,竖直u型埋管的安装钻孔,4.4.7竖直地埋管换热器u型管安装应在钻孔钻好且孔壁固化后立即进行。当钻孔孔壁不牢固或者存在孔洞、洞穴等导致成孔困难时，应设护壁套管。下管过程中，u型管内宜充满水，并宜采取措施使u型管两支管处于分开状态。,钻孔施工现场,60,u型管的连接与安装,成品u型弯头,地热弹簧,61,下管,护壁套管为下入井孔中用以保护井孔壁的管材。钻孔前，护壁套管应预先组装好，施钻完毕应尽快将套管放入钻孔中，并立即将水充满套管，以防孔内积水使套管脱离孔底上浮，达不到预定埋设深度。下管时，可采用每隔24m设一弹簧卡（或固定支卡）的方式将u型管两支管分开，以提高换然效果。,62,5地下水换热系统,5.1一般规定5.1.1地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计，并必须采取可靠回灌措施，确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，不得对地下水资源造成浪费及污染。系统投入运行后，应对抽水量、回灌量及其水质进行监测。强制性条文,63,强制性条文要点,必须全部回灌将地下水通过回灌井全部送回原来的取水层的措施，要求从哪层取水必须再灌回哪层，且回灌井要具有持续回灌能力。同层回灌可避免污染含水层和维持同一含水层储量，保护地热能资源。热源井只能用于置换地下冷量或热量，不得用于取水等其它用途。确保水质不被污染抽水、回灌过程中应采取密闭等措施，不得对地下水造成污染。,64,常用于地源热泵系统的空调末端,风机盘管,地板辐射采暖,65,7.2建筑物内系统施工、检验与验收,7.2.1水源热泵机组、附属设备、管道、管件及阀门的型号、规格、性能及技术参数等应符合设计要求，并具备产品合格证书、产品性能检验报告及产品说明书等文件。7.2.2水源热泵机组及建筑物内系统安装应符合现行国家标准制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范gb50274及通风与空调工程施工质量验收规范gb50243的规定。施工、检验与验收标准与内容,66,8整体运转、调试与验收,8.0.3地源热泵系统整体验收前，应进行冬、夏两季运行测试，并对地源热泵系统的实测性能作出评价。地源热泵系统的冬、夏两季运行测试包括室内空气参数及系统运行能耗的测定。系统运行能耗包括所有水源热泵机组、水泵和末端设备的能耗。8.0.4地源热泵系统整体运转、调试与验收除应符合本规范规定外，还应符合现行国家标准通风与空调工程施工质量验收规范gb50243和制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范gb50274的相关规定。运转、调试与验收应符合相关规范,67,68,地源热泵工程案例（2000年）,69,地源热泵工程案例（2005年）,70,德州蔚莱城太阳能-地源热泵复合系统,71,energyefficiencyinbuildingenergy;conservationinbuilding;energysavinginbuilding建筑节能在建筑中合理使用和有效利用能源，不断提高能源利用率。,第二节建筑节能,72,73,建筑节能，在发达国家最初为减少建筑中能量的散失，普遍称为“提高建筑中的能源利用率”，在保证提高建筑舒适性的条件下，合理使用能源，不断提高能源利用效率。,一、基本概念,73,建筑节能具体指在建筑物的规划、设计、新建（改建、扩建）、改造和使用过程中，执行节能标准，采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品，提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率，加强建筑物用能系统的运行管理，利用可再生能源，在保证室内热环境质量的前提下，增大室内外能量交换热阻，以减少供热系统、空调制冷制热、照明、热水供应因大量热消耗而产生的能耗。,74,74,二、建筑节能检测,建筑节能,工程施工节能,公共建筑节能,室内建筑节能,75,75,工程施工节能,gb50411-2007建筑节能工程施工质量验收规范对室内温度、供热系统室外管网的水力平衡度、供热系统的补水率、室外管网的热输送效率、各风口的风量、通风与空调系统的总风量、空调机组的水流量、空调系统冷热水总流量、冷却水总流量、平均照度与照明功率密度等进行节能检测。,76,76,公共建筑节能,jgj/t177-2009公共建筑节能检测标准对建筑物室内平均温度、湿度、非透光外围护结构传热系数、冷水（热泵）机组实际性能系数、水系统回水温度一致性、水系统供回水温差、水泵效率、冷源系统能效系数、风机单位风量耗功率、新风量、定风量系统平衡度、热源（调度中心热力站）室外温度等进行节能检测。,77,77,室内建筑节能,jgj132-2009居住建筑节能检测标准对室内平均温度、围护结构主体部位传热系数、外围护结构热桥部位内表面温度、外围护结构热工缺陷、外围护结构隔热性能、室外管网水力平衡度、补水率、室外管网热损失率、锅炉运行效率、耗电输热比等进行节能检测。,78,78,三、建筑节能的必要性,中国能源发展问题,节能的意义,79,中国能源发展问题,人均能源拥有量、储备量低；能源结构依然以煤为主，约占75%。全国年耗煤量已超过13亿吨；能源资源分布不均，主要表现在经济发达地区能源短缺和农村商业能源供应不足，造成北煤南运、西气东送、西电东送；能源利用效率低，能源终端利用效率仅为33%，比发达国家低10%。,80,节能的意义,全面的建筑节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用，缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾；有利于加快发展循环经济，实现经济社会的可持续发展；有利于长远地保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观。,81,82,四、建筑节能的紧迫性,随着全面建设小康社会的逐步推进，建设事业迅猛发展，建筑能耗迅速增长。所谓建筑能耗指建筑使用能耗，包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等方面的能耗。其中采暖，空调能耗约占60%70%。中国既有的近400亿平方米建筑，仅有1%为节能建筑，其余无论从建筑围护结构还是采暖空调系统来衡量，均属于高耗能建筑。单位面积采暖所耗能源相当于纬度相近的发达国家的23倍。这是由于中国的建筑围护结构保温隔热性能差，采暖用能的2/3白白跑掉。而每年的新建建筑中真正称得上“节能建筑”的还不足1亿平方米，建筑耗能总量在中国能源消费总量中的份额已超过27%，逐渐接近三成。,82,由于中国是一个发展中国家，人口众多，人均能源资源相对匮乏。人均耕地只有世界人均耕地的1/3，水资源只有世界人均占有量的1/4，已探明的煤炭储量只占世界储量的11%，原油占2.4%。每年新建建筑使用的实心粘土砖，毁掉良田12万亩。物耗水平相较发达国家，钢材高出10%-25%，每立方米混凝土多用水泥80公斤，污水回用率仅为25%。,83,84,我国建筑节能的形势和目标,我国现有400亿m2左右房屋建筑面积，99%为高耗能建筑，建筑能耗约为全国能耗的25%30%，能源利用率只有发达国家的30%2020年将增至700亿m2建筑面积，所以必须进行建筑节能建设部要求2010年时应在1981年住宅能耗基础上节能50%，到2020年应在1981年基础上节能65%，但与发达国家建筑相比，能耗仍较大，所以建筑节能任重而道远。建筑节能在满足居住舒适性前提下，采用新型保温围护结构、高效采暖空调、节能照明设备及利用可再生能源以达到节能的目的。,85,我国建筑能耗的分类和现状,86,中国建筑能耗状况(2004),87,88,导致能耗增加的因素,人们对建筑热舒适性的要求越来越高,民家庭家用电器品种、数量增加,农村能源改变,城镇化进程不断加快,采暖区向南扩展,房屋建筑需求继续增加,建筑能耗持续增加,89,到2020年的一个情景预测,三个刚性增长：建筑面积：增加150亿m2，住宅增加80亿m2，一般公建增加60亿m2，大型公建10亿m2采暖需求：新增需采暖的建筑110亿m2人口：达到14亿根据发达国家经验，随着我国的城市发展，人们生活水平的提高，建筑能源消耗将达到33左右我国人口众多，若人均建筑能耗接近发达国家的人均水平，仅建筑用能将接近目前全球总能耗的1/4,必须依靠科技，找到不同于发达国家的能源发展途径，大幅度降低建筑能耗，实现城市建设的可持续发展,90,能源在建筑中的应用,91,能源在建筑中的应用,92,（1）日本,制定节约能源法,修改节约能源法,开展“节能装”活动,提交节能判断指标计算值的设计文本不同功能的建筑；不同的节能基准值,政府对节能计划审查和批准政府对实施状况指导、检查和监督。,公务员穿短袖衬衣上班办公大楼的空调温度28,发达国家的建筑节能概况,93,（2）法国,实施行动计划,鼓励新技术研究,20022004年开发24项建筑节能新技术政府颁发全额研发资金，资助进行技术应用,发起“太阳能行动”,2000年1月“预防气候变化全国行动计划”同年12月“全国改善能源消耗效率行动”方案,地方政府拨出专款鼓励使用太阳能热水器培训太阳能热水器安装人员承担帮助消费者购买及安装太阳能热水器3万个,94,1976年,1998年,2002年,制定第一部建筑节能法公布建筑热保护条例提出建筑节能指标,出台可再生能源法、生物能源法规“10万个太阳能屋顶计划”,投入大量资金用于住宅改造利用税收政策推动建筑节能,（3）德国,95,（4）比利时,鼓励“生态住房”,另外,使用“绿色”或“天然”建材多使用人工而不过多消耗能源采用“智能”设计,利用税收来调节和鼓励居民改造旧房,96,过去10余年间,同德国和比利时,“能源之星”,21世纪清洁能源的能源效率与可再生能源办公室战略计划国家能源政策提出建筑节能指标,实施减免税政策鼓励使用节能设备和购买节能建筑,严密的围护结构节能窗适当功率的高效采暖和制冷设备,（5）美国,97,建筑节能标准与发达国家之间的差距发达国家几年修订一次标准，每次修订均提高节能要求法国：1974、1982、1989年修订建筑标准，每次修订比上次标准节能25%；2001年修订标准，又节能20%40%英国：外墙传热系数限值(w/m2k),98,建筑围护结构传热系数与国外标准比较,99,北京居住建筑能耗以1980/1981年定型设计建筑为基数,耗能25kgce/m2北京市已建成节能居住建筑面积1.75亿m22004年北京市市政管委组织锅炉供热调查北京市城八区锅炉供热面积17346万m2其中节能30%建筑占33%,节能50%建筑占39%其中燃煤锅炉房11214万m2,占供热面积65%每平方米建筑面积平均耗煤25.3kgce用电3.82kwh,折合1.6kgce共耗能26.9kgce节能居住建筑室内温度普遍提高但由于供热体制未改革,采暖系统未采取措施,没能取得实际节能效益,100,德国建筑采暖能耗(德国采暖度日数与我国北京采暖度日数接近),101,围护结构节能技术,围护结构应通过提高其保温隔热能力来进行节能外墙节能外墙占全部围护面积的60%以上，其能耗占建筑物总能耗的40%单一墙体复合墙体在墙体主结构上增加一层或多层保温材料形成内保温、夹心保温和外保温复合墙体。屋面节能采用保温材料、架空通风屋面、绿化屋面等技术。,102,2009年，央视新址大楼大火后，国家随后出台相关规定，明确要求提高外墙保温材料的耐火性。其时，我国现行标准将外墙保温材料燃烧性能分为a级(不燃)、b1级(难燃)、b2级(可燃)和b3级(易燃)4个等级。2009年9月，公安、住房和城乡建设部制定民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定(简称“46号文”)。2011年3月，公安部消防局下发关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知(简称“65号文”)。2011年3月，万众瞩目的央视“3.15”晚会上，建筑外保温材料挤塑板的违规滥用现状被曝光，引发了一场行业“地震”。市面上很少a级材料。,103,五、建筑节能综合性措施,建筑节能是一个系统工程，必须在能源利用的各个环节和系统从规划设计到运行的全过程中贯彻节能的观点，才能取得较好的效果。,104,建筑节能的途径,减少能源总需求量,材料开发,新能源利用,新技术的运用,105,1、减少能源总需求量,1.1建筑规划与设计1.2围护结构1.3提高终端用户用能效率1.4提高总的能源利用效率,106,1.1建筑规划与设计,合理选择建筑的地址、采取合理的外部环境设计（主要方法为：在建筑周围布置树木、植被、水面、假山、围墙）；合理设计建筑形体（包括建筑整体体量和建筑朝向的确定），以改善既有的微气候；合理的建筑形体设计是充分利用建筑室外微环境来改善建筑室内微环境的关键部分，主要通过建筑各部件的结构构造设计和建筑内部空间的合理分隔设计得以实现。借助相关软件进行优化设计，如运用天正建筑（）中建筑阴影模拟，辅助设计建筑朝向和居住小区的道路、绿化、室外消闲空间及利用cfd软件，如：phoenics，fluent等，分析室内外空气流动是否通畅。,107,1.2围护结构,提高围护结构各组成部件的热工性能，一般通过改变其组成材料的热工性能实行，如欧盟新研制的热二极管墙体（低费用的薄片热二极管只允许单方向的传热，可以产生隔热效果）和热工性能随季节动态变化的玻璃。根据当地的气候、建筑的地理位置和朝向，以建筑能耗软件doe-2.0的计算结果为指导，选择围护结构组合优化设计方法。最后，评估围护结构各部件与组合的技术经济可行性，以确定技术可行、经济合理的围护结构。,108,109,1.3提高终端用户用能效率,根据建筑的特点和功能，设计高能效的暖通空调设备系统，例如：热泵系统、蓄能系统和区域供热、供冷系统等。在使用中采用能源管理和监控系统监督和调控室内的舒适度、室内空气品质和能耗情况。如欧洲国家通过传感器测量周边环境的温、湿度和日照强度。基于建筑动态模型预测采暖和空调负荷，控制暖通空调系统的运行。在其他的家电产品和办公设备方面，应尽量使用节能认证的产品。如美国一般鼓励采用“能源之星”的产品，而澳大利亚对耗能大的家电产品实施最低能效标准（meps）。,110,1.4提高总的能源利用效率,从一次能源转换到建筑设备系统使用的终端能源的过程中，能源损失很大。因此，应从全过程（包括开采、处理、输送、储存、分配和终端利用）进行评价，才能全面反映能源利用效率和能源对环境的影响。建筑中的能耗设备，如空调、热水器、洗衣机等应选用能源效率高的能源供应。例如，作为燃料，天然气比电能的总能源效率更高。采用第二代能源系统，可充分利用不同品位热能，最大限度地提高能源利用效率，如热电联产（chp）、冷热电联产（cchp）。,111,2、利用新能源,在节约能源、保护环境方面，新能源的利用起至关重要的作用。新能源通常指非常规的可再生能源，包括有太阳能、地热能、风能、生物质能等。,112,作为太阳能利用中的重要项目，太阳能热发电技术较为成熟，美国、以色列、澳大利亚等国投资兴建了一批试验性太阳能热发电站，以后可望实现太阳能热发电商业化；随着太阳能光伏发电的发展，国外己建成不少光伏电站和“太阳屋顶”示范工程，将促进并网发电系统快速发展；全世界已有数万台光伏水泵在各地运行；太阳热水器技术比较成熟，已具备相应的技术标准和规范，但仍需进一步地完善太阳热水器的功能，并加强太阳能建筑一体化建设；。,利用太阳能,113,被动式太阳能建筑因构造简单、造价低，已经得到较广泛应用，其设计技术已相对较为成熟，已有可供参考的设计手册；太阳能吸收式制冷技术出现较早，已应用在大型空调领域；太阳能吸附式制冷处于样机研制和实验研究阶段；太阳能干燥和太阳灶已得到一定的推广应用;,利用太阳能,114,115,光伏建筑一体化是国际发展主流方向,光伏建筑一体化定义：太阳电池成为建筑本身的一部分，如屋顶瓦、幕墙、门窗、遮阳篷等德国两位建筑师撰写“太阳能设计-光伏用于老建筑、城市和乡村场所”德国schueco实践案例光伏建筑一体化发展案例：太阳电池是最具美感的建筑材料之一,116,德国，遮阳挡雨，14.2kw,117,118,德国，光伏幕墙9kw，光热幕墙100kw,119,德国，光伏幕墙9.2kw,120,德国，光伏幕墙10kw,121,英国，光伏幕墙73kw,122,德国，光伏走廊10kw,123,荷兰，装饰性光伏屋顶,124,意大利，外墙装饰，21kw,125,利用地热能,可利用高温地热能发电或直接用于采暖供热和热水供应；可借助地源热泵和地道风系统利用低温地热能。,126,利用风能,风能发电较适用于多风海岸线山区和易引起强风的高层建筑，在英国和香港已有成功的工程实例，但在建筑领域，较为常见的风能利用形式是自然通风方式。,127,3、新技术的运用,供暖系统节能方面,利用计算机、平衡阀及其专用智能仪表对管网流量进行合理分配，既改善了供暖质量，又节约了能源；在用户散热器上安设热量分配表和温度调节阀，用户可根据需要消耗和控制热能，以达到舒适和节能的双重效果；采用新型的保温材料包敷送暖管道，以减少管道的热损失。,128,129,外墙节能技术,复合墙体一般用块体材料或钢筋混凝土作为承重结构，与保温隔热材料复合，或在框架结构中用薄壁材料加以保温、隔热材料作为墙体。建筑用保温、隔热材料主要有岩棉、矿渣棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、加气混凝土及胶粉聚苯颗粒浆料发泡水泥保温板等。值得一提的是胶粉聚苯颗粒浆料，它是将胶粉料和聚苯颗粒轻骨料加水搅拌成浆料，抹于墙体外表面，形成无空腔保温层。聚苯颗粒骨料是采用回收的废聚苯板经粉碎制成，而胶粉料掺有大量的粉煤灰，这是一种废物利用、节能环保的材料。,130,131,132,门窗节能技术,对门窗的节能处理主要是改善材料的保温隔热性能和提高门窗的密闭性能。从门窗材料来看，近些年出现了铝合金断热型材、铝木复合型材、钢塑整体挤出型材、塑木复合型材以及upvc塑料型材等一些技术含量较高的节能产品。,133,134,屋顶节能技术,在寒冷的地区屋顶设保温层，以阻止室内热量散失；在炎热的地区屋顶设置隔热降温层以阻止太阳的辐射热传至室内；而在冬冷夏热地区（黄河至长江流域），建筑节能则要冬、夏兼顾。保温常用的技术措施是在屋顶防水层下设置导热系数小的轻质材料用作保温，如膨胀珍珠岩、玻璃棉等（此为正铺法）；也可在屋面防水层以上设置聚苯乙烯泡沫（此为倒铺法）。屋顶隔热降温的方法有：架空通风、屋顶蓄水或定时喷水、屋顶绿化等。以上做法都能不同程度地满足屋顶节能的要求，但最受推崇的是利用智能技术、生态技术来实现建筑节能的愿望，如太阳能集热屋顶和可控制的通风屋顶等。,135,屋面绿化保温&防水新技术1,屋面构造如下：种植层（绿化）栽培质（营养/保水）滤水层（布）蓄排水层抗根防水层保温层（xps）砼结构层（找平）,136,屋面绿化保温&防水新技术2,绿化（常绿/较低矮/根浅/耐旱/耐寒/耐瘠薄等）构造（保水/水少要蓄/水多能排/荷载要轻/构造合理）防水（抗根穿刺）保温（满足规范）,137,屋面绿化植物佛甲草,佛甲草，学名sedumlinearethunb.科属：景天科、佛甲草属特征特性：常绿草种，性喜温暖，好阳光也耐阴、耐旱、耐寒、而瘠薄。可耐零下10度低温，只在背风向阳处，土质不要太干，就能安全越冬。,138,thermalmass&passivecooling,theearthisataconstant1214cthroughouttheyear.thisisanidealcoolingsourcetermitesusethesameprincipleofthermalmasstokeeptheirhomescoolbutinaverticalformbycombiningthesetwoprinciples(horizontallabyrinths&verticalearthtubes)freecoolingcanbeprovidedforasubstantialperiod,139,3、材料开发,外墙保温及饰面系统（eifs),主体部分：由聚苯乙烯泡沫塑料制成的保温板，一般厚30120mm，以合成黏结剂或机械方式固定于建筑外墙；中间部分：持久防水的聚合物砂浆基层，主要用于保温板上，以玻璃纤维网来增强并传达外力的作用；最外面部分：美观持久的表面覆盖层。覆盖层材料一般采用丙烯酸共聚物涂料技术，具有很强的耐久性和耐腐蚀能力。,140,建筑保温绝热板系统（sips),可用于民用建筑和商业建