6.-建筑节能技术

第六章建筑节能技术第六章建筑节能技术内容提要本章主要内容包括建筑能耗、绿色建筑、建筑围护结构节能技术、建筑暖通空调系统节能技术、建筑电气节能技术及可再生能源的应用。教学提示本章内容涉及到能源、暖通空调、建筑电气以及可再生能源等相关专业知识，学习时重点掌握各种节能技术方法和途径，对相关的节能系统流程应有所了解。教学要求掌握建筑节能的技术途径，了解绿色建筑的相关知识；掌握建筑围护结构节能技术、建筑暖通空调系统节能技术和建筑电气节能技术措施和方法以及建筑节能中太阳能利用技术，了解各种节能系统的基本原理和工艺流程。第六章建筑节能技术6.1建筑节能技术概述6.2建筑围护结构节能技术6.3建筑暖通空调系统节能技术6.4建筑电气节能技术6.5可再生能源利用技术6.1建筑节能技术概述一、建筑能耗1.建筑能耗的构成建筑能耗是指民用建筑（包括居住建筑和公共建筑以及服务业）使用过程中的能耗，主要包括采暖、空调、通风、热水供应、照明、炊事、家用电器、电梯等方面的能耗。建筑能耗的构成因建筑的功能和所处的环境地区（气候带）不同而不同。6.1建筑节能技术概述2.我国建筑热工分区我国的南方和北方地区气候差异大，其建筑能耗也有较大差别。根据我国的气候特点，全国被划分成五个建筑热工分区，即严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区，如图6.1所示。建筑热工设计应与地区气候相适应，建筑热工设计分区指标及设计要求应符合表6.1的规定。建筑节能设计应根据各热工分区的特点采用合适的节能措施。6.1建筑节能技术概述图6.1中国建筑热工设计分区（GB50176-1993）6.1建筑节能技术概述建筑热工设计分区及设计要求表6.16.1建筑节能技术概述二、建筑节能的技术途径1.建筑节能建筑节能的直接目的是提高建筑使用过程中的能源利用效率。能源效率可定义为：为终端用户提供的能源服务与所消耗的能源量之比。节能的关键在于加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理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。节能不能简单地认为是少用能。2.建筑节能的主要技术途径（1）围护结构节能技术。（2）系统及设备节能技术。（3）照明动力系统节能。（4）应用可再生能源。（5）建筑能源系统的运行管理节能。6.1建筑节能技术概述3.建筑节能相关标准主要的标准和规范有：《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（采暖居住建筑部分）（JGJ26-2010）《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134-2010）《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ75-2003）《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）《既有采暖居住建筑节能改造技术规程》（JGJ129-2000）《建筑节能工程施工质量验收规范》（GB50411-2007）《居住建筑节能检测标准》（JGJ/T132-2009）。6.1建筑节能技术概述三、绿色建筑1.绿色建筑的起源和特点所谓“绿色建筑”，就是在全寿命周期内，最大限度地节能、节地、节水、节材，减少室内外污染，保护环境，改善居住舒适性、健康性和安全性，即从规划、设计、建造、营运、管理直到拆除全过程，最大限度地节约资源、保护环境，同时具有最好的舒适性、健康性以及安全性的建筑。6.1建筑节能技术概述绿色建筑所追求的目标和原则就是消耗最小的能源和资源，给环境和生态带来的影响最小，同时为居住和使用者提供健康舒适的建筑环境与良好的服务，以实现人、建筑、环境健康协调的可持续发展。总之，绿色建筑归纳起来就是“资源有效利用（ResourceEfficientBuildings）”的建筑。有人把绿色建筑归结为具备“4R”的建筑，即“Reduce”，减少建筑材料、各种资源和不可再生能源的使用；“Renewable”，利用可再生能源和材料；“Recycle”，利用回收材料，设置废弃物回收系统；“Reuse”，在结构允许的条件下重新使用旧材料。因此，绿色建筑就是能源有效利用、保护环境、亲和自然、舒适、健康、安全的建筑。6.1建筑节能技术概述2.绿色建筑的建造原则绿色建筑的建造原则包括：（1）最小限度的资源消耗：对非可再生资源，如能源、土地、水和其他建筑材料，减少需求和更有效地利用（其必然结果就是最大限度地有效利用可再生资源以满足建筑的需求）。（2）尽可能地减少有负面环境影响的大气排放，特别是与温室气体、地球温暖化或酸雨有关的排放。（3）尽可能减少有害废水和固体废弃物的排放，包括在建筑物寿命终止时拆除所产生的废弃物。（4）尽可能减少对建造地点生态系统的负面影响。（5）尽量提高室内环境的质量，包括空气品质、热环境、照明、声学和视觉环境。6.1建筑节能技术概述3.绿色建筑评估围绕推广和规范绿色建筑的目标，近年来许多国家发展了各自的绿色建筑标准和评估体系。美国LEED绿色建筑评估体系德国的生态建筑导则LNB英国的BREEM评估体系澳大利亚的建筑环境评价体系NABERS加拿大的GBTool挪威的EcoProfile法国的ESCALE日本的CASBEE等。6.1建筑节能技术概述在参考日本的CASBEE（建筑物综合环境性能评价体系，ComprehensiveAssessmentSystemforBuildingEnvironmentalEfficiency）的基础上，我国也建立相应的评估体系，以健康、舒适的居住环境，节约能源和资源，减少对自然环境的影响为目标，在具体评分时把评估条件分为Q和L两大类：Q（Quality）指建筑环境质量和为使用者提供的服务的水平；L（Load）指能源、资源和环境负荷的付出。所谓绿色建筑，就是我们消耗最小的L而获取最大的Q的建筑。6.2建筑围护结构节能技术一、建筑物墙体节能技术1.墙体的类型根据主体结构所用的材料，墙体主要有加气混凝土墙体、粘土空心砖墙体、粘土（实心）砖墙体、混凝土空心砌块墙体、钢筋混凝土墙体、其他非粘土砖墙体等。根据墙体的保温材料，墙体可分为单一材料节能墙体和复合节能墙体，如图6.2所示。根据绝热材料在墙体中的位置，复合墙体又可分为内保温墙体、外保温墙体和夹心保温墙体三种形式。6.2建筑围护结构节能技术图6.2节能墙体的几种类型6.2建筑围护结构节能技术2.复合节能墙体的构造及特点（1）外保温墙体。外保温墙体的构造包括保温隔热层、保温固定系统、表面覆盖层和零部件及辅助材料等。其中保温材料的导热系数一般小于0.05W/（m·K）。（2）内保温墙体。内保温墙体构造包括墙体结构层、空气层、绝热材料层和覆面保护层。6.2建筑围护结构节能技术3.外墙绿化技术外墙绿化在夏热冬冷地区具有美化环境、降低污染、遮阳隔热等功能，有利于建筑节能和保护。常见的外墙绿化遮阳的形式有两种，一种是植物直接覆盖墙面，如图6.3所示；另一种是外墙的外侧种植密集的树林，利用树荫遮挡阳光，如图6.4所示。图6.3爬墙植物遮阳图6.4植树遮阳6.2建筑围护结构节能技术4.双层皮玻璃幕墙双层皮玻璃幕墙也被誉为“可呼吸的幕墙”。典型的构造如图6.5所示。它是采用双层体系作为围护结构，利用夹层通风的方式来解决玻璃幕墙夏季遮阳隔热的同时，达到增加室内空间舒适度、降低建筑能耗的目的图6.5双层皮玻璃幕墙结构图6.2建筑围护结构节能技术5.相变材料的应用相变材料是一种典型的相变比热材料，在材料相变温度段内，材料发生相变时会吸收或释放大量的热量。如将具有合适相变温度范围的相变材料用作建筑围护结构，建筑热工性能可显著提高，大大减少建筑物的采暖和空调能耗。相变材料在建筑中的应用形式主要有三种：（1）利用相变材料进行太阳能蓄热（2）利用相变材料进行夜间蓄冷（3）利用夜间廉价电，转移电网高峰负荷6.2建筑围护结构节能技术（a）冬季工况（b）夏季工况图6.6特朗伯墙结构形式6.2建筑围护结构节能技术二、建筑门窗节能技术1.影响建筑门窗节能的因素在建筑维护结构的门窗、墙体、屋面、地面四大围护部件中，门窗的绝热性能最差，是影响室内热环境质量和建筑节能的主要因素之一。影响门窗节能的主要因素有室内外温度环境、窗墙面积比、建筑朝向、体形系数（建筑物外表面积和外表面积所包的体积之比）、风向和风力等。建筑门窗既是能耗大的构件，又是得热构件，应根据当地的建筑气候条件功能要求以及其他围护部件的情况等因素选择合适的门窗材料、窗型和相应的节能技术。6.2建筑围护结构节能技术2.建筑门窗节能措施建筑门窗的节能可通过减少传热量和减少空气渗透来实现。户门节能措施包括：在金属门板（外包木板）内填放15~18mm厚玻璃棉或矿棉板；木或塑料的夹层门，空气间层厚度不小于40mm，内衬钢板；阳台门的不透明部分（门芯板）采用双层中空塑料板（空气间层厚度不小于40mm）；阳台门的透明部分应按外窗设计，另外，阳台门应具有与外窗相同要求的气密性。窗户节能可从减少空气渗透、传热和太阳辐射能三方面进行。减少渗透可通过采用密封材料增加窗户的气密性；减少传热量可通过采用节能玻璃（如中空玻璃、热反射玻璃等）、节能型窗框（如塑型窗框、隔热铝型框等）来实现；可通过遮阳设施（外遮阳、内遮阳等）及高遮蔽系数的镶嵌材料（如Low-E玻璃）来减少太阳辐射能。目前节能门窗主要有塑钢窗、玻璃钢窗、断桥的铝合金窗和其他形式的保温隔热门窗等。6.2建筑围护结构节能技术三、建筑屋面节能技术1.实体材料层保温隔热屋面屋面设计应兼顾考虑冬季保温和夏季隔热。设计时应选择导热性小、蓄热性大、吸水率小的保温材料，同时要考虑屋面的结构形式、环境气候条件、防水处理方法和施工条件等因素，屋面的传热系数应满足相关设计规范的规定。屋面设计可采用倒置式屋面。倒置式屋面是将传统屋面构造中保温隔热层与防水层倒置，将保温隔热层设在防水层上面。该屋面可保护防水层免受外界损伤，延长防水层的使用年限，施工简便，利于维修，是一种隔热保温效果更好的节能屋面构造形式。6.2建筑围护结构节能技术2.通风屋顶通风屋顶是在屋顶上设置通风层，利用流动的空气带走热量，在我国夏热冬冷地区和夏热冬暖地区广泛应用。通风屋顶的工作原理，一种是利用屋顶受太阳辐射产生的对空气的加热作用，形成热压通风降温，将屋顶吸收的太阳辐射热带走，防止辐射热聚集，避免向室内传递；另一种是利用夏季主导风向的风压，导入屋顶通风间层，将屋顶吸收的太阳辐射热带走。6.2建筑围护结构节能技术3.种植屋面种植屋面能够与地面绿化和墙体绿化一样调节微气候，当太阳照射到屋顶时，由于覆盖植被的存在，建筑物得热大大减少。4.蓄水屋面蓄水屋面是在屋面上储存一薄层水用来提高屋顶的隔热能力。由于水在蒸发时要吸收大量的汽化潜热，而这些热量大部分从屋面所吸收的太阳辐射中摄取，所以大大减少了经屋顶进入室内的热量，相应的降低了屋面的内表面温度。设计施工时，应考虑屋面荷载和防水。6.2建筑围护结构节能技术四、建筑地面节能技术建筑地面可分为不直接接触土壤的地面和直接接触土壤的地面两种。对于接触室外空气的地板（如骑楼、过街楼的地板），以及不采暖地下室上部的地板等，应采取保温措施，使地板的传热系数小于或等于规范中的规定值。对于直接接触土壤的非周边地面，一般不需作保温处理，其传热系数即可满足规范的要求；对于直接接触土壤的周边地板（即从外墙内侧算起2.0m范围内的地面），应采取保温措施，使地面的传热系数小于或等于0.30W/（m2·K）。6.3建筑暖通空调系统节能技术一、供热系统与通风节能技术1.供热热源节能设计热水锅炉房和蒸汽锅炉房是重要的集中采暖热源，为达到节能目的，设计时应考虑以下几方面：（1）供热规划。（2）锅炉选型和台数（3）鼓风机和引风机（4）循环水泵（5）补给水（6）计量与监测仪表（7）连续供热运行制度6.3建筑暖通空调系统节能技术2.室外供热管网设计室外供热管网分为区域热网和小区热网。区域热网是指由区域锅炉房联合供热的管网；小区热网是指由小区采暖锅炉房或小区换热站至各采暖建筑间的管网。室外管网设计应注意以下问题：（1）管网设计的水力平衡。（2）改变大流量、小温差的运行方式，提高供水温度和运行效率。（3）推广热水管道直埋技术，降低基础投资和运行费用。（4）管网冲洗。（5）管网保温。（6）推广管道充水保护技术，防止管道腐蚀。6.3建筑暖通空调系统节能技术3.分户热计量节能技术（1）热量计量方式。热量计量方式主要有以下几种采用分户热量表直接测量供热系统供给用户的热量；采用蒸发式或电子式热分配表测量每组散热器的相对用热量，结合楼用总热量确定用户用热量；采用热水表测量供应热用户的热水流量；测量室内外温度并对时间积分计算热用户的热负荷；测量室内温度及散热器平均温度并对时间积分计算散热器的散热量。从计量的准确性和可操作性上讲，采用分户热量表和热分配表的热计量方式是较为合适的做法。6.3建筑暖通空调系统节能技术（2）新建集中采暖住宅分户热计量采暖系统新建集中采暖住宅当采用热分配表加楼用总热量表方式时宜采用垂直式采暖系统；当采用户用热量计量表方式时应采用共用立管分户独立采暖系统。（3）既有住宅采暖系统的分户热计量改造。改造途径有两个：一是结合室内管道更新，拆除原系统，按满足分户热计量的要求重新设计；二是尽量利用原系统，进行适度改造，满足温控、计量的基本要求。6.3建筑暖通空调系统节能技术4.通风节能技术由于建筑物对地表下垫面风运动特性影响很大，相应风对建筑热环境也构成了很大影响，夏季合理的组织建筑群和室内的自然通风，冬季减少风对建筑能耗的影响对节能建筑的设计和建筑室内热环境的改善将起到重要的作用。建筑群体的布局，宜采用有利于建筑群体间夏季自然通风的布置形式。如兼用错列式、斜列式、自由式和“高低错落”的处理方式。建筑单体的平、立面设计和门窗设置应有利于自然通风，但必须协调处理南、北向窗口的构造形式与隔热保温措施，避免风雨的侵袭，降低能源的消耗。6.3建筑暖通空调系统节能技术二、空调系统节能技术（一）变风量空调系统变风量（VariableAirVolume）空调系统是通过改变送风量或调节送风温度来控制某一空调区域温度的一种空调系统。变风量空调系统可根据空调负荷的变化及室内要求参数的改变，自动调节空调送风量（达到最小送风量时调节送风温度），以满足室内人员的舒适度要求，最大限度地减少风机动力，节约能量。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.7变风量空调系统示意图6.3建筑暖通空调系统节能技术（二）空调水系统节能1.变水量空调系统变流量空调系统是指在水路系统的空调末端使用二通调节阀的系统，是与水路系统末端使用三通调节阀或不使用调节阀的“定流量系统”相对而言。变流量是指输送冷水的水路系统流量是变化的。根据系统构成形式不同，变流量系统可分为一次泵定流量/二次泵变流量系统（如图6.8）、传统的一次泵变流量系统（如图6.9）和“真正的变流量系统”，即冷水机组蒸发器变流量系统，称为一次泵变流量系统（如图6.10）。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.8一次泵定流量/二次泵变流量系统6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.9传统的一次泵变流量系统6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.10一次泵变流量系统6.3建筑暖通空调系统节能技术2.空调循环水泵运行过程节能正确选择冷冻水循环水泵是运行节能的基础，但要做到水泵运行节省电能，还需要根据管路所需的流量和扬程变化，调节水泵的供水流量和扬程。可以采用的方法有：多台水泵并联运行、更换水泵叶轮、调节水泵叶轮转速、冬夏及部分负荷时水泵分设。3.冷却塔节能冷却塔被广泛地应用于制冷空调系统及工业设备冷却水系统。对于空调用户而言，冷却塔的功耗在整个空调系统中的能耗中也占有一定的比例。室外空气温湿度的变化、入口水温及冷却水量都将引起冷却塔冷却能力的变化。冷却塔节能运行的措施有：通过温度调节器控制风机的启停；通过调速装置改变风机用电动机的转速；控制风机用电动机的运转台数；封闭式冷却塔洒水泵的运行控制；冷却塔直接供冷系统（如图6.11）。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.11冷却塔直接供冷模式6.3建筑暖通空调系统节能技术（三）蓄冷空调技术1.蓄冷系统蓄冷系统是在不需冷量或蓄冷量少的时间（如夜间），利用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出，进行蓄冷，并将此冷量用在空调用冷或工艺用冷高峰期。蓄冷介质可以用水、冰或共晶盐。蓄冷系统的特点是：转移制冷设备的运行时间，一方面可以利用夜间的廉价电，另一方面减少了白天的峰值电负荷，达到电力“削峰填谷”的目的。空调蓄冷系统可采用水蓄冷系统和冰蓄冷系统。6.3建筑暖通空调系统节能技术2.低温送风空调系统蓄冷系统通常与低温送风空调系统结合。与常规空调系统相比，低温送风空调系统降低了送风温度，减少了一次风量和一次风处理设备、送风机和相应的送风管道，使送风系统的初投资降低，节省了建筑空间。根据送风温度的高低，低温送风空调系统可分为三类：送风温度为4~6℃的一类低温送风；送风温度为6~8℃的二类低温送风；送风温度为9~12℃的三类低温送风。实践表明，送风温度为6~8℃的低温送风空调系统与冰蓄冷技术结合具有较好的空调效果和经济效益。6.3建筑暖通空调系统节能技术（四）温湿度独立控制空调系统温湿度独立控制空调系统通过调节送风的含湿量和风量控制室内的湿度，通过调节室内末端（如干式风机盘管）的制冷量（如调节风机盘管的风量）和冷机的出水温度来控制室内的温度，从而实现精确的室内热环境控制和调节。该系统可降低空气处理过程的能耗，改善室内空气品质和末端送风的气流组织，降低输配能耗，有利于进一步实现太阳能利用与建筑一体化。温湿度独立控制空调系统的组成及工作原理如图6.12所示。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.12温湿度独立控制空调系统6.3建筑暖通空调系统节能技术（五）毛细管平面辐射空调系统毛细管平面辐射空调方式将室内空气品质与热环境分开考虑，空调新风系统保证室内的空气品质，毛细管辐射空调系统维持室内的热环境。毛细管辐射空调通常由辐射供冷供热末端系统、新风系统和冷热源三部分组成。末端系统采用毛细管式辐射板，新风系统通常为独立新风系统，冷热源可利用高温冷量和低温热量，实现低品质能量的利用。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.13毛细管平面辐射空调系统工作原理图6.3建筑暖通空调系统节能技术（六）蒸发冷却空调技术1.蒸发冷却空调技术概念蒸发冷却空调技术是利用自然环境中可再生能源干燥空气的干球温度与露点温度差，通过水与空气之间的热湿交换来获取冷量的一种环保高效而且经济的冷却方式，具有较低的冷却设备成本、能大幅度降低用电量和用电高峰期对电能的要求、能减少温室气体和CFC的排放量的特点,被称为“零费用制冷技术”、“绿色空调”和“仿生空调”，是真正意义上的节能环保和可持续发展的制冷空调技术，在我国的节能减排中起着重要的作用。2.蒸发冷却的分类及蒸发冷却空调系统要求蒸发冷却主要分为直接蒸发冷却（DEC）和间接蒸发冷却（IEC）。利用循环水直接喷淋未饱和湿空气形成的增湿、降温、等焓过程称为直接蒸发冷却。利用DEC处理后的空气（二次空气）或水，通过换热器冷却另外一股空气（一次空气），其中一次空气不与水接触，其含湿量不变，这种等湿冷却称为间接蒸发冷却。6.3建筑暖通空调系统节能技术《2007全国民用建筑工程设计技术措施-节能专篇－暖通空调·动力》第5.7节对蒸发冷却空调系统做了一般规定：（1）在满足使用要求的前提下，对于夏季空气调节室外计算湿球温度较低、温度日差较大的地区，空气的冷却过程宜采用直接蒸发冷却、间接蒸发冷却或直接蒸发冷却与间接蒸发冷却相结合的二级或三级冷却方式。（2）在气候比较干燥的西部地区和北部地区如新疆、青海、西藏、甘肃、宁夏、内蒙古、黑龙江的全部、吉林的大部分地区、陕西、山西的北部、四川、云南的西部等地，空气的冷却过程，应优先采用直接蒸发冷却、间接蒸发冷却或直接蒸发冷却与间接蒸发冷却相结合的二级或三级冷却方式。（3）在不同的夏季室外空气设计干球、湿球温度下，应采用不同的蒸发冷却机组的功能段。6.3建筑暖通空调系统节能技术（七）其他空调节能技术1.分层空调节能技术在高大空间的建筑中进行空调，其能耗是非常可观的。这类建筑空间高度在10m以上，面积达几千平方米，建筑容积在10000m3以上，如影剧院、会堂、体育馆等。在高大空间建筑中，空气的密度随着垂直方向的温度变化而呈自然分层现象，利用合理的气流组织，可以做到仅对下部空间进行空调，而对上部的大空间不予空调或夏季采用上部通风排热，这种空调称为分层空调，如图6.14所示。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.14分层空调示意图6.3建筑暖通空调系统节能技术2.多分区空调节能技术多分区空调方式属于空调设计合理化的一种节能措施，特别适合于具有不同负荷变化特点的多个分区的空调系统中。多分区空调方式的主要设备是空气处理部分，即多分区空调器。多分区空调方式的初投资比风机盘管加新风系统高40%左右，比变风量空调方式低得多，不存在变风量空调方式中部分负荷条件下新风量不足以及送风管道静压波动问题，被认为是优点较多的一种节能型全空气空调方式。6.3建筑暖通空调系统节能技术三、热泵技术（一）热泵热泵是靠补偿或消耗机械功，迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置。热泵的作用是能够将低位热源的热量提升为高位的热量。热泵可利用的热源，可分为两大类，其一为自然能源，热源温度较低，如空气、水（地下水、海水、河川水等）、土壤、太阳能等。另一种为生产或生活中的排热，如建筑物内部的排热、工厂生产过程中的废热，下水、地下铁道、变电所、垃圾焚烧工厂的排热，这类热源中有的温度较高。图6.15综合表示了热源侧和用热侧的大致温度范围和热泵所起的温度提升作用。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.15各种热源的温度范围和热泵作用6.3建筑暖通空调系统节能技术（二）热泵分类及主要的热泵系统根据热泵吸取热量的低温热源种类不同，热泵可以分为空气源热泵、地源热泵、复合热泵等。常用的热泵系统有：1.空气源热泵系统空气源热泵是以空气作为热源，通过冷媒的作用，进行能量转移的热泵系统。目前的主要产品有家用热泵空调器、商用单元式热泵空调机组、多联式空调机组和热泵冷热水机组等。图6.16为多联式空调系统示意图。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.16多联式空调系统示意图6.3建筑暖通空调系统节能技术2.地源热泵系统地源热泵空调系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。地源热泵是一种清洁的可再生能源技术。地源热泵系统的主要设备包括水源热泵机组和换热系统等。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。（1）地埋管地源热泵系统地埋管地源热泵系统是通过中间介质（通常为水或加入防冻剂的水溶液）作为载冷剂，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路（土壤换热器）中流动循环，从而实现与土壤进行热交换，根据地下埋管形式，该系统可分为水平埋管系统和垂直埋管系统。图6.17为土壤源热泵机组系统运行原理图。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.17土壤源热泵机组系统运行原理图6.3建筑暖通空调系统节能技术（2）地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统的低位热源是从水井或废弃的矿井中抽取地下水，热泵机组冬季从生产井提供的地下水吸热，提高品位后，将低位热源中的热量转移到室内，对建筑物供暖，放热后的地下水通过回灌井回到地下。夏季，则生产井与回灌井交换，将室内余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的。（3）地表水地源热泵系统地表水地源热泵系统是以江河湖海等地球表面的水作为热源进行制冷/制热循环的一种热泵。地表水地源热泵的地表水换热系统有开式换热系统和闭式换热系统两种。开式系统是将地表水在循环水泵的驱动下，处理后直接流经水源热泵机组或通过中间换热器进行热交换的系统；闭式系统是将封闭的换热盘管按照特定的排列方法放入具有一定深度的地表水体中，传热介质通过换热管管壁与地表水进行热交换的系统。6.3建筑暖通空调系统节能技术3.水环热泵空调系统水环热泵空调系统是指小型的水/空气热泵机组的一种应用方式，即用水环路将小型水/空气热泵机组并联在一起，形成一个封闭环路的热泵供暖、供冷的空调系统。该系统可回收建筑内的余热，节省能耗，减少环境污染，可在建筑物内同时实现供冷和供热功能。图6.18为水环热泵空调系统原理图。6.3建筑暖通空调系统节能技术1.水/空气热泵机组；2.闭式冷却塔；3.加热设备（如燃油、气、电锅炉）；4.蓄热容器；5.水环路的循环水泵；6.水处理装置；7.补给水水箱；8.补给水泵；9.定压装置；10.新风机组；11.排风机组；12.热回收装置图6.18水环热泵空调系统原理图6.3建筑暖通空调系统节能技术4.冷凝热热回收系统冷凝热热回收机组是利用冷凝热将自来水加热成生活热水或工艺热水，从而带走制冷系统产生的冷凝热。即直接将满足热水用量的自来水送入热回收换热器，利用压缩机的排气显热和部分冷凝潜热对热水进行第一步加热，剩余热量或由水冷冷凝器带走，从冷却塔排出，或通过风冷冷凝器将热量排出。图6.19冷凝热回收系统工作原理6.3建筑暖通空调系统节能技术四、热电冷联供技术热电冷联供是将制冷、制热及发电过程一体化的总能系统。热电冷联供系统是由热电联供发展起来，热电设备利用煤、天然气等资源，通过锅炉（或燃烧室）燃烧，首先将产生的具有高品位的蒸汽通过汽轮机发电，然后利用汽轮机的抽汽或排汽，冬季向用户供热、夏季利用吸收式制冷机供冷的联供系统。热电联供技术最大的特点是对不同品质的能量进行梯级利用，温度比较高的、具有较大可用能的热能被用来发电，而温度比较低的低品位热能则被用来供热或是制冷。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.20为燃气轮机热电冷联供系统的流程图6.3建筑暖通空调系统节能技术五、分布式能源系统分布式能源系统是在建筑物中设置小规模（数千瓦至50MW）模块化的能量利用系统，可以独立地输出电、热、冷。其原动机采用气体或液体燃料的内燃机、微型燃气轮机或燃料电池。6.3建筑暖通空调系统节能技术图6.21建筑物分布式能量系统的能流网络图6.4建筑电气节能技术一、建筑照明节能技术1.照明节能原则照明设计节能指导思想是体现以人为本，注重舒适、健康的环境，包括个性化、智能化、健康化、艺术化。当前国际上认为，在考虑和制定节能政策、法规和措施时，所遵循的原则必须在保证有足够的照明数量和质量的前提下，尽可能节能，这才是照明节能的唯一正确原则。照明节能主要是通过采用高效节能照明产品，提高质量，优化照明设计等手段，达到受益的目的。（1）节约照明用电（2）定期清洁照明器具。包括清洁室内表面，即建立换灯和维修制度。6.4建筑电气节能技术2.照明节能措施（1）推广使用高光效光源。（2）采用高效率节能灯具。（3）优选气体放电灯启动设备。（4）照明方式合理。（5）灯具控制方案先进。（6）做好照明日常维护管理。6.4建筑电气节能技术1.收集阳光的定日镜；2.抛物面聚光反射镜；3.导光管入口反射镜；4.导光管；5.导光管出光口散光器；6.试验用无窗房间；7.人工照明光源图6.22某试验无窗房间利用定日镜导光管导光采光方法示意图6.4建筑电气节能技术图6.23光纤导光采光方法的构成6.4建筑电气节能技术3.发展绿色照明工程绿色照明是指通过可行的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明产品，改善提高人们的生活品质，其内涵包含高效节能、环保、安全、舒适等4项指标。高效节能意味着以消耗较少的电能获得足够的照明，从而明显减少电厂大气污染物的排放，达到环保的目的；安全、舒适指的是光照清晰、柔和及不产生紫外线、眩光等有害光照，不产生光污染。6.4建筑电气节能技术1993年11月，我国国家经贸委开始启动中国绿色照明工程，并于1996年列入国家计划。我国绿色照明的策略如下：（1）使用紧凑型荧光灯代替白炽灯，可以节电约70%。（2）用细管三基色荧光灯代替普通粗管荧光灯，可以节电约15%。用T8、T5细管荧光灯代替T12粗管荧光灯可以节电约10%、30%，投资成本一年内可回收。（3）用新型高效的高压钠灯、金属卤化物灯代替高压汞灯、低压钠灯、卤钨灯。新型高效的高压钠灯适合于高照度和长寿命的室内场所，金属卤化物灯适合于高屋顶工业建筑、商场、展示厅。（4）将半导体LED光源应用于交通信号指示灯、汽车尾灯、转向灯、广告牌照明、夜景照明。其电能消耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4，寿命是白炽灯的100倍。（5）用电子镇流器、低耗能电感镇流器替代普通高耗能电感镇流器。6.4建筑电气节能技术二、动力设备节能技术1.节能原则（1）全面改进设备。动力设备包括电动机及相关的全部机械设备。由于电动机是设备的动力源，因此，除改进电动机这项以外，还要调整设备系统，使之合理化。（2）制定改造方案。结合运行状况，从现存生产的关键部位效果影响因素处入手，技术上应慎重研究；改造时间既从短期也从长远运行考虑，以新建或增加设备的期间为最佳时刻。改造临近前，应做好全面细致地筹划，保证以有限的资金达到显著的节能效果。（3）核察经济效益。改造方案一经确定，就进行经济核算，作为改造意向的原始资料存档。计算方法应重点考虑回收投入资金周期。6.4建筑电气节能技术2.节能措施（1）节电要点。采用高效机器减小耗电量与标准电动机相比，效率高的电动机就相当于节电型的；改进控制方式，提高运转效率，电动机变速运转，改变定子频率调速对于提高功率因数、节省电费见效直接；改变驱动容量，达到最佳运转状态；防止空转，减小不必要的耗电量及改善动力传递方式，提高运行效率等。（2）感应电动机损耗。（3）提高效率措施。（4）采用节电型电动机。（5）采用调速技术。6.4建筑电气节能技术三、电源节能技术电网运行中，电能在输变电设备和线路中传输，线路和变压器中就会产生损耗，这部分损耗一般占系统有功功率的15%~20%，线损由线路损耗和变压器损耗两部分组成。线损与电网输入量的百分率（称为线损率）是衡量供用电部门经济效益的一个重要指标，它反映了电网输送和分配电能的效率，是电网经济技术性能的一个重要参数。我国的线损率比一些发达国家高。采取措施，降低线损具有重要意义。电源节能可采取如下措施：（1）降低输电线路损耗。（2）降低变压器损耗6.5可再生能源利用技术一、太阳能利用技术太阳能利用主要有两种途径：光热利用和光伏利用。（一）太阳能光热利用技术1.太阳能热水系统太阳能热水系统由太阳能集热系统和热水供应系统构成，主要包括太阳能集热器、贮水箱、循环管道、支架、控制系统、热交换器和水泵等设备和附件。按太阳能集热运行方式太阳能热水系统可分为自然循环系统（如图6.24和图6.25）、直流式系统（如图6.26）和强制循环系统。自然循环系统又可分为自然循环式和自然循环定温放水式两种。强制循环系统又可分为直接式和间接式两种（如图6.27~图6.30）。6.5可再生能源利用技术图6.24自然循环系统图6.25自然循环定温放水系统6.5可再生能源利用技术图6.26直流式系统图6.27强制循环直接式单水箱系统图6.28强制循环直接式双水箱系统图6.29强制循环间接式单水箱系统6.5可再生能源利用技术图6.30强制循环间接式双水箱系统6.5可再生能源利用技术2.太阳能供暖系统利用太阳能辐射采暖方式可分为直接利用和间接利用两种，直接利用又可分为主动式太阳能采暖和被动式太阳能采暖。太阳能采暖系统主要由太阳能集热器、储热水箱、辅助热源、散热设备等多个单元组成。系统的运行主要有间歇运行方式（如图6.31）和连续运行方式（如图6.32和图6.33）两种。图6.31太阳能采暖间歇运行方式6.5可再生能源利用技术图6.32太阳能采暖直接式连续运行方式6.5可再生能源利用技术图6.33太阳能采暖间接式连续运行方式6.5可再生能源利用技术3.太阳能制冷技术（1）太阳能吸收式制冷技术太阳能吸收式制冷主要包括太阳能热利用系统和吸收式制冷系统两大部分。太阳能热利用系统包括太阳能收集、转化以及贮存等构件，核心构件是太阳能集热器，可采用平板集热器、真空管集热器和复合抛面聚光集热器等。制冷系统的工质可分为溴化锂—水和氨—水系统。太阳能驱动的溴化锂—水制冷机组原理如图6.34所示。 6.5可再生能源利用技术图6.34太阳能驱动的溴化锂—水制冷机组原理图6.5可再生能源利用技术（2）太阳能吸附式制冷技术太阳能吸附式制冷系统主要由太阳能集热器、吸附器、冷凝器、储液器、蒸发器、阀门等组成，如图6.35所示。晚上或太阳辐射不足时，吸附床冷却，温度降低，吸附剂开始吸附制冷剂使蒸发器内的制冷剂蒸发，蒸发器的温度下降，通过冷媒水获得制冷的冷量；白天太阳辐射充足时，太阳能集热器吸收热量后加热吸附床，使吸附的制冷剂在吸附床内解附，解附的制冷剂进入冷凝器被冷却后回到蒸发器，如此反复完成循环制冷过程。6.5可再生能源利用技术图6.35太阳能吸附式制冷系统6.5可再生能源利用技术（3）太阳能除湿式制冷技术太阳能除湿式制冷技术主要是利用太阳能集热器为除湿系统提供加热热源，使除湿剂再生。图6.36为一种带蓄热装置及辅助热源的太阳能再生吸附除湿系统，系统主要由太阳能集热器、带辅助热源加热器的蓄热罐、除湿器、热回收装置、调湿器和送风风机组成。6.5可再生能源利用技术图6.36太阳能除湿冷却系统6.5可再生能源利用技术（4）太阳能蒸汽喷射式制冷技术喷射式制冷是使蒸汽通过喷射器的喷嘴喷射出来，由于在其周围造成低压状态使冷媒蒸发，从而产生制冷效果。太阳能蒸汽喷射式制冷系统如图6.37所示，主要由太阳能集热器、储热水箱、锅炉、喷射器、蒸发器、冷凝器、膨胀阀和泵组成。图6.37太阳能蒸汽喷射式制冷系统6.5可再生能源利用技术（二）太阳能光伏利用技术太阳能光伏利用技术是通过转换装置把太阳辐射能直接转换成电能的利用技术。光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，如太阳能电池、光伏发电站（系统）等；光伏技术成熟、可靠、长寿命、使用方便、无污染、无噪声，易于大规模生产。用太阳能电池组合可建成光伏电站，像常规电站一样为工业、农业、通信、人类生活提供可靠的能源。6.5可再生能源利用技术二、地热能利用技术地热能是指贮存在地球内部的热能，源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。这些热能会以热蒸汽、热水、干热岩等形式向地壳的某一范围聚集，形成规模，成为具有开发价值的地热资源。地热能的蕴藏量很大，相当于地球煤炭资源的1.7亿倍。6.5可再生能源利用技术1.地热发电地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。地热发电的过程，就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。地热发电分蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电，发电方式最为简单，但干蒸汽地热资源十分有限，且多存于较深的地层，开采技术难度大，发展受到限制。热水型地热发电是地热发电的主要方式，适应于中低温地热资源，一般有闪蒸地热发电和双循环地热发电两种方式。6.5可再生能源利用技术2.地热直接利用地热能用于采暖、供热和供热水，是目前地热能最为广泛的利用形式。地热供暖系统分为直接供暖和间接供暖两类。直接供暖是指将地热水经过管道系统直接送注用户供暖，回水可作综合利用或回灌。对于有腐蚀性的地热水，一般采用间接供暖系统。前述地源热泵技术也是地热直接利用领域一项重要的技术革新。6.5可再生能源利用技术三、风能利用技术1.风力发电建筑上一般采用小型或微型风力发电机，这类产品在我国已经有较为成熟的技术，目前主要供应没有电网连接的偏远农村使用，而在我国城市，很少能够看到风力发电机的影踪。用于建筑的小型或微型风力发电机，风车高度3~5m，叶片直径2~4m，非常适合夜间建筑亮化照明等用途。与常规能源相比，风力发电的最大问题是其不稳定性，解决这个问题可以采取的方式有：1）与电网相连（电网实际充当了巨大的蓄电池)；2）采用大型蓄电池；3）采用“风力－光伏”互补系统；4）采用“风力－柴油机”互补系统。以我国目前的情况，建筑中可以考虑2）、3）、4）方案。6.5可再生能