建筑节能的有效途径与毛细管网高效末端的前景.doc

建筑节能的有效途径与毛细管网高效末端系统的
前景探讨

----图博节能科技
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2011-12-16

目录
前言 3
1. 建筑节能的解决途径 4
1.1减少能源总需求量 4
1.2利用新能源 6
2.可持续性建筑室内环境新技术 6
2.1高效末端定义 7
2.2毛细管网高效末端的原理 7
2.3毛细管网高效末端的起源 7
2.4高效末端的特点 7
2.5毛细管网高效末端的应用 8
3.结论 9

关键词：建筑节能 高效末端 可持续性建筑环境技术 毛细管网高效末端系统
前言
2011年11月28日德班世界气候大会召开，国际碳交易市场持续遭挫，极端气候事件频发……全球变暖已日益威胁人类生存乃至经济可持续发展，联合国秘书长潘基文在德班会议上指出，在全球经济遇冷的大环境下，形成一个全面且具有法律约束力的协议将会遥遥无期。“但不确定性不应成为德班‘原地踏步’的理由，各国应致力于推进关键问题，让气候谈判保持一个向前走的态势。”中国作为占全球23%的碳排放第一大国，虽然仍处于工业化、城市化快速发展，减排压力重重的阶段，但在恪守“共同但有区别的责任”原则下，也严格履行自身减排承诺，积极开拓国内碳交易市场，避免人类在应对气候变化的迷雾中滑向寒冬。
国务院发布“十二五”控制温室气体排放工作方案。方案要求，在“十二五”期间，我国将大幅度降低单位国内生产总值二氧化碳排放，探索建立碳排放交易市场。

12月8日由中国节能协会主办的“2011中国节能与低碳发展论坛”在北京全国人大会议中心隆重召开。此次论坛的主题是“科学用能，低碳发展”。详细解读了节能减排、科学用能、提高能效。相关政府部门的领导向与会者全面介绍了“十二五”节能减排目标，解读了工业节能、建筑节能、特种设备节能、煤炭清洁高效利用及环境保护的措施和财税支持政策，分析了“十二五”节能减排形势，指出了强化目标责任、优化产业结构、实施重点工程等方式完成“十二五”节能减排目标的重要途径。
顾秀莲副委员长指出，加快转变经济发展方式是我国政府做出的一项重大战略举措，是深化我国经济社会领域的一场深刻变革。建设资源节约型、环境友好型社会又是加快转变发展方式的重要着力点。面对日趋强化的资源环境约束，以节能减排为重点，走绿色、低碳发展道路是实现可持续发展的重要保障。要大力开发水能、风能、太阳能等低碳能源，提高我国能源安全的保障能力。要大力采用清洁能源，减少温室气体排放。要大力加强应对气候变化的能力建设，以减缓和抵御气候灾害的损失和影响。
我国是一个发展中大国，又是一个建筑大国，每年新建房屋面积高达17-18亿平方米，超过所有发达国家每年建成建筑面积的总和。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%。我国既有的近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2~3倍。这是由于我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，建筑耗能总量在我国能源消费总量中的份额已超过27%，逐渐接近三成。由于我国是一个发展中国家，人口众多，人均能源资源相对匾乏。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% 。国民经济要实现可持续发展，推行建筑节能势在必行、迫在眉睫。目前，我国建筑用能浪费极其严重，而且建筑能耗增长的速度远远超过我国能源生产可能增长的速度，如果听任这种高耗能建筑持续发展下去，国家的能源生产势必难以长期支撑此种浪费型需求，从而不得不被迫组织大规模的旧房节能改造，这将要耗费更多的人力物力。在建筑中积极提高能源使用效率，就能够大大缓解国家能源紧缺状况，促进我国国民经济建设的发展。因此，建筑节能是贯彻可持续发展战略、实现国家节能规划目标、减排温室气体的重要措施，符合全球发展趋势。
1. 建筑节能的解决途径
节能低碳已经成为了世界性的课题。住房和城乡建设部披露，目前我国建筑运行能耗约占我国全社会总能耗的30%，而供冷供暖的能耗占建筑运行能耗的70%以上。建筑能耗节能方面有效的解决途径是可持续性建筑环境技术。
节能建筑的要求：一是能够在不同季节、不同区域控制接收或阻止太阳辐射；二是能够在不同季节保持室内的舒适性；三是能够使室内实现必要的通风换气。目前，建筑节能的途径主要包括：尽量减少不可再生能源的消耗，提高能源的使用效率；减少建筑围护结构的能量损失，降低建筑设施运行的能耗。在这三个方面，高新技术起着决定性的作用。
1.1减少能源总需求量
据统计，在发达国家，空调采暖能耗占建筑能耗的65%。目前，我国的采暖空调和照明用能量近期增长速度已明显高于能量生产的增长速度，因此，减少建筑的冷、热及照明能耗是降低建筑能耗总量的重要内容，一般可从以下几方面实现。 　　
1，建筑规划与设计 　　
面对全球能源环境问题，不少全新的设计理念应运而生，如低能耗建筑、零能建筑和绿色建筑等，它们本质上都要求建筑师从整体综合设计概念出发，坚持与能源分析专家、环境专家、设备师、结构师紧密配合。在建筑规划和设计时，根据大范围的气候条件影响，针对建筑自身所处的具体环境气候特征，重视利用自然环境(如外界气流、雨水、湖泊和绿化、地形等)创造良好的建筑室内微气候，以尽量减少对建筑设备的依赖。具体措施可归纳为以下三个方面：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。同时，可借助相关软件进行优化设计，如运用天正建筑(Ⅱ)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。 　　
2，围护结构　 　　
建筑围护结构组成部件(屋顶、墙、地基、隔热材料、密封材料、门和窗、遮阳设施)的设计对建筑能耗、环境性能、室内空气质量与用户所处的视觉和热舒适环境有根本的影响。一般增大围护结构的费用仅为总投资的3%～6%，而节能却可达20%～40%。通过改善建筑物围护结构的热工性能，在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失，使建筑热环境得以改善，从而减少建筑冷、热消耗。首先，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。然后，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。 　　
3，提高终端用户用能效率 　
　 高能效的采暖、空调系统与上述削减室内冷热负荷的措施并行，才能真正地减少采暖、空调能耗。首先，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、毛细管网冷暖辐射系统等。然后，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，然后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。
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)。
1.2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。人们对各种太阳能利用方式进行了广泛的探索，逐步明确了发展方向，使太阳能初步得到一些利用，如：①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，中国、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;②随着太阳能光伏发电的发展，国外已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;③目前，全世界已有数万台光伏水泵在各地运行;④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;⑤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;⑥太阳能吸收式制冷技术出现较早，目前已应用在大型空调领域;太阳能吸附式制冷目前处于样机研制和实验研究阶段;⑦太阳能干燥和太阳灶已得到一定的推广应用。但从总体而言，目前太阳能利用的规模还不大，技术尚不完善，商品化程度也较低，仍需要继续深入广泛地研究。在利用地热能时，一方面可利用高温地热能发电或直接用于采暖供热和热水供应;另一方面可借助地源热泵和地道风系统利用低温地热能。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。
2.可持续性建筑室内环境新技术
可持续性建筑（Sustainable Building）是指在建筑的设计、建造、运营、直至最终消亡的各个环节都符合可持续发展战略思想的建筑；可持续性环境设计是指所采用的设计方法使得室内的功能、组成以及细部元素等所有方面对环境的影响都得到了恰如其分的处理。包含“灵活长效”、“健康舒适”、“节约能源”、“保护环境”这几个方面，追求降低环境负荷，与环境相接合，且有利于居住者健康。减少能耗、节约有水、减少污染、保护环境、保护生态、保护健康、提高生产力、有利于子孙后代。在建筑用能方面，有利于综合用能(大力发展节能科技，回收室内余热) ，多能转换(利用建筑物相应的构件成为多种能量形式的转换器，建筑多种使用功能，节约用地) ，三向发展(向天空、海洋、地下发展) ，自然空调(大环境、单体环境) ，立体绿化，生态平衡(即做好输入输出物流的良性循环和能量形式的良性转换) ，智能运行。　
可持续性建筑室内环境新技术领域很多，其中在在国际上比较成熟而且行之有效的是毛细管网高效末端技术。
2.1高效末端定义
    在暖通行业里，末端是指传送能量介质载体，如地暖水管、发热电缆等。传统的地暖末端能效比COP较低，只有0.7～0.9，能源浪费较大，相对于传统的地暖末端，毛细管网换热器与地源热泵或空气源热泵结合，加上合理的控制组成一个节能系统，节能可达70％；如果再配套太阳能和冷热储能系统，节能可达90％左右，COP值达到3以上。所谓高效末端，即在辐射供暖/制冷中通过各种技术优化，大幅提升辐射供暖/制冷效率，节省供暖/制冷耗费的末端形式，它的核心是通过提高单位散热面积最大化来满足“供热低温化、制冷高温化”的散热末端，此末端节能效果更佳，而毛细管网就是这样的高效末端。
2.2毛细管网高效末端的原理
    毛细管网高效末端是利用仿生学原理，模仿人体中的毛细血管，由3.4*0.55mm或4.3*0.8mm的聚丙烯（PPR）毛细管组成间距在10mm～40mm的网栅。承担运载热量的水媒在管内保持0.05~0.2m/s的流速，而每平米的毛细管网栅只含有0.6-0.9升水，系统运行时水温温差2～3℃，毛细管网为大流量小温差的高效辐射末端。经过实测供热温度只需35℃以下就可满足室内20℃，设计匹配温差是5℃。毛细管网与热泵组成高效暖通系统，COP值为3.3大于普通暖通系统和空调系统，与普通系统相比，节能达到70%以上。
2.3毛细管网高效末端的起源
    20世纪70年代，德国科学家发明了毛细管平面辐射式空调末端系统(以下简称“毛细管末端系统”)，被视为一次“末端革命”。先后经过了柏林科技大学的Herrmann Rietschel学院、Fachinstitut für Klimatechnik (空调技术专业机构)、Gies-sen TFH (技术专业大学) 、斯图加特科技大学欧洲标准检测中心、Fachinstitut Gebäude-Klima e.V. (建造气候分析站的专业机构)等的检测和测量；一直采用欧洲通用德国毛细管标准。
2.4高效末端的特点
    1、最高效节能：毛细管网栅可直接安装在围护结构的内表面中，如房间的墙面、天花板、地面，通过对超薄的毛细管网栅（4.3*0.8mm）供应冷热水（夏季供水温度16-20℃，回水温度19-23℃；冬季供水温度30-35℃，回水温度28-32℃）来调节室内环境温度，毛细管网本身的散热面积比传统采暖/制冷管道系统大很多，故具有更高效的节能效果。
   2、极高舒适度：系统的温度调控60%靠辐射，40%靠对流，无论供暖还是制冷，与传统的管道采暖系统相比，温度波动较小，变化均匀，轻柔安静，没有空气流动和设备噪声,能达到最为舒适的室内空间。
   3、安装方便、节省空间：毛细管网栅安装厚度一般为15-20mm，充满水重量在600－900g/m2，可以灵活敷设在墙壁、地面或天花板上，安装极为方便。譬如一座20层的使用传统中央空调的大厦，如果使用毛细管网能够节省出2层空间，产生巨大的经济效益，毛细管网冷暖辐射系统不仅适合于新建筑，对于既有建筑的节能改造更有传统空调不可替代的意义。
   4、绿色环保：采用PPR原料制造，卫生无毒，可以回收再进行循环使用，不会对环境造成污染，系统封闭运行，不产生废水、废气等污染，空气不对流，无尘且能降噪。
   5、寿命长久：系统始终在低温低压下运行，可避免高温高压带来的管路破坏，由于供水温度不高，所以管道内壁不产生水垢。系统完全采用PPR、红铜等防腐蚀材料，优质的PPR毛细管网栅常温常压下使用五十年也能保持如新。
   6、免维修：每片毛细管网栅在出厂前都要经过5倍于实际工作压力（2MPa）的长时间严格测试，安装完成后还要用8-10MPa 压力对整个系统进行打压测试，当时如果出现漏点可以热熔焊接方式安全修复，如果打压测试时没有漏点，埋藏部分将可以终身免修。
2.5毛细管网高效末端的应用
德国、英国和巴西等国家目前已广泛推广毛细管网高效末端系统。德国Botschaft von Quatar、Hotel Kempinski、Linder Hotel、Parkhotel Quellenhot Aachen、Grand Hotel Heiligendamm 等；国内的应用，由图博节能科技（上海）有限公司设计完成的有威海海御、北京碧水庄园、南京朗诗置业、无锡朗诗社区、中铁诺德国际花园等项目。

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3.结论
综上所述，考虑到当前我国建筑能耗及低碳与节能的现实状况与“十二五”期间节能减排目标，相信毛细管网冷暖辐射技术会在未来几年内得到大范围推广，并将逐渐取代部分传统相关技术，成为暖通行业的又一主流技术。