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淺談民用建筑節能技術及應用

时间:2021-12-09     作者:http://www.stuartsutcliffefanclub.com/【原创】   阅读

我國地大物博,人口眾多,隨著經濟社會的蓬勃發展,既有建筑加上每年新建房屋帶來的建筑能耗總量是相當可觀的。我國現有的絕大多數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達國家新建住宅的3倍以上,加上全球性的能源危機,使得建筑節能產業在我國的潛力巨大。我們通常所說的建筑能耗,一般是指民用建筑在其使用當中的能量消耗,主要包括建筑體現的功能性能耗,例如制冷、供熱、給排水、建筑照明、家用電器、通風、后勤補給等等方面的能耗,其中供暖、制冷、通風這三項的能耗量,幾乎可以占到總建筑耗能的2/3左右。建筑節能能否做好,直接影響著我國的能源安全,而且對于能源利用效率的提高和能源結構的優化起著至關重要的作用。


1、建筑能耗現狀及存在的主要問題


我國雖然幅員遼闊,但是人均資源相對缺乏,隨著我國經濟實力的不斷增強,老百姓生活水平也逐步提高,越來越多的家庭采購了空調等設備,住宅越來越舒適的同時,所消耗的能量也不斷增加,但是我國的建筑保溫隔熱性、氣密性相對較差,供熱系統效率也不高,這樣造成的熱損失很大,巨大的能源浪費在冬季供熱期間加重了大氣污染和溫室氣體的過量排放,這個矛盾現在已經十分突出,到了必須解決的地步。


我國建筑節能存在的主要問題:


1)對于建筑節能的緊迫性和重要性認識不夠。大部分人對能源危機和環境保護都有了較強的意識,但是對于建筑節能還比較陌生,也不知道該怎么做,也沒有認識到建筑節能帶來的巨大效益,而且各地政府對此重視程度不同,也導致了此項工作長期沒有取得實質性進展。


2)缺乏完善的、因地制宜的建筑業法律法規。我國雖然已經出臺了《中華人民共和國節約能源法》等相關法律法規,但是對于建筑節能還沒有明確的法律規范,需要進一步完善,這樣將極大促進行業快速發展。


3)缺乏相應的激勵和補償措施。建筑節能改造是一項利國利民的公益事業,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,政府既要對新建建筑的節能進行嚴格的檢查驗收,又必須對既有建筑的節能改造給予大力的財政支持,隨著建筑能耗的大大降低,將逐步減少對于環境保護和供熱企業的補貼資金,是一項“一勞永逸”的利民工程。


4)對于建筑行業節能創新、技術支持力度有待加強。作為新興產業,建筑節能改造的技術儲備和施工水平還處于相對初級的階段,對于新材料和新技術的研發能力較弱,政府應適當給予政策和經濟的支持,促進產業的可持續發展。


5)我國現階段對于建筑節能的改造還不夠徹底,作為一個系統工程,節能改造除了門窗、屋頂、采暖制冷系統以外,建筑圍護結構(墻體)的保溫也是必不可少的一部分。另外,目前很多供熱企業仍然按照建筑面積乘單價的方式收取熱費,用戶無法根據自身需要調節熱量供給,導致部分能源白白浪費,所以建筑節能改造必須多管齊下,才能達到預期的節能目的和經濟效益。


2、建筑節能的熱力學原理和主要施工方法


凡有溫度差,就有熱量自發地由高溫物體向低溫物體傳導。**我們來建立一個寒冷季節建筑物墻體導熱模型,經過分析可以看出:


1)建筑物內的空氣通過對流換熱將能量傳給墻壁內表面,同時伴隨著輻射換熱使室內物體與墻壁進行熱交換;


2)墻的內外表面則通過固體導熱的形式進行熱交換;


3)室外寒冷的空氣通過對流換熱將墻外表面熱量帶走,同時墻與外界物體通過輻射換熱又帶走部分熱量。如果沒有別的變量,建筑物內外的溫度差越大,互相傳遞熱量也就越大。


通過模型可以知道,它們之間的熱傳遞是通過熱輻射、對流換熱、固體導熱這三種方式組合成的。由此可見,墻壁傳熱的多少與室內外溫差成正比,與墻的厚度成反比,而且與墻壁本身的導熱性能有關,因此導熱量:=λδΔtA。其中,A為壁面積;δ為壁厚;λ為導熱系數;Δt為壁兩側表面溫差?梢娨虢档徒ㄖ䶮釗p失,可以通過控制這幾個變量來實現,對于壁面積的控制,主要通過建筑設計(合理的體形系數)來實現;對于壁厚的控制,主要通過墻體覆蓋保溫材料來實現;對于導熱系數和溫差的控制,通過建筑材料和圍護結構來實現。


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


2)建筑材料的選擇對建筑節能有很大影響,我們把導熱系數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℃時導熱率不大于0.12W/(m?K)的材料,叫做絕熱材料。它具有疏松、多孔狀、質量輕等特點。


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。單純增加厚度不可取,主要通過降低材料傳熱系數和改善構造來實現。外墻保溫方案主要有:單一材料節能墻體和復合節能墻體兩種。復合節能墻是由絕熱材料(聚苯乙烯泡沫塑料、巖棉、玻璃棉、加氣混凝土等)與傳統墻體材料復合構成,通過保溫層或者空氣夾層實現墻體的內保溫、中間保溫和外保溫,復合結構熱工性能很好,但是造價也高。


4)窗戶的總傳熱系數大,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,二是減少冷風滲透。將窗戶與建筑物墻體接縫處密封嚴實,并采用低輻射中空玻璃降低導熱,選用合適的窗墻比來達到節能目的。


5)屋頂和圍護結構的熱橋部位也應采取保溫設計。根據屋頂的面積大小和選用建筑材料的不同,屋頂的熱損耗有時也占很大比例,例如用鋼筋混凝土打造的梁、柱和陽臺板等部件,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節我們要特殊“關照”。


3、供熱系統節能技術


為了滿足設計要求的室溫,根據當地的室外平均溫度條件,單位建筑面積在單位時間內所消耗的、由內部供暖設備所提供的熱量稱為能耗指標。建筑能耗指標的計算:qh=qh,t+qinf-qr,h。其中,能耗指標qh(W/m2)是單位面積通過圍護結構散熱量qh,t(W/m2)加上空氣滲透熱量qinf(W/m2)的總和減去內部得熱量qr,h。由式中可以看出,在同樣達到供熱設計溫度的前提下,通過墻體保溫和窗體密封等手段大大減少了供熱企業的能耗水平,但是供熱系統本身也有很大的節能空間,我們要從建筑物圍護結構和供熱系統的各個環節入手,大限度的達到節能目的。


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