塑料門窗委員會 在GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》中,根據(jù)建筑所處城市的建筑氣候分區(qū),將圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能列為強制性條文,必須嚴格執(zhí)行。下面是強制性條文中對建筑外窗(包括透明幕墻)的性能要求。
一、傳熱系數(shù)K
氣候分區(qū) 代表城市 單一朝向外窗(包括透明幕墻)窗墻面積比 體形系數(shù)≤0.3傳熱系數(shù)KW/(m2•K) 0.3<體形系數(shù)≤0.4傳熱系數(shù)KW/(m2•K)
嚴寒地區(qū)A區(qū) 海倫、博客圖、伊春、呼瑪、海拉爾、滿洲里、齊齊哈爾、富錦、哈爾濱、牡丹江、克拉瑪依、佳木斯、安達 窗墻面積比≤0.2 ≤3.0 ≤2.7
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤2.8 ≤2.5
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤2.5 ≤2.2
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤2.0 ≤1.7
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤1.7 ≤1.5
嚴寒地區(qū)B區(qū) 長春、烏魯木齊、延吉、通遼、通化、四平、呼和浩特、撫順、大柴旦、沈陽、大同、本溪、阜新、哈密、鞍山、張家口、酒泉、伊寧、吐魯番、西寧、銀川、丹東 窗墻面積比≤0.2 ≤3.2 ≤2.8
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤2.9 ≤2.5
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤2.6 ≤2.2
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤2.1 ≤1.8
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤1.8 ≤1.6
寒冷地區(qū) 蘭州、太原、唐山、阿壩、喀什、北京、天津、大連、陽泉、平?jīng)?、石家莊、德州、晉城、天水、西安、拉薩、康定、濟南、青島、安陽、鄭州、洛陽、寶雞、徐州 窗墻面積比≤0.2 ≤3.5 ≤3.0
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤3.0 ≤2.5
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤2.7 ≤2.3
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤2.3 ≤2.0
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤2.0 ≤1.8
夏熱冬冷地區(qū) 南京、蚌埠、鹽城、南通、合肥、安慶、九江、武漢、黃石、岳陽、漢中、安康、上海、杭州、寧波、宜昌、長沙、南昌、株洲、永州、贛州、韶關(guān)、桂林、重慶、達縣、萬州、涪陵、南充、宜賓、成都、貴陽、遵義、凱里、綿陽 窗墻面積比≤0.2 ≤4.7
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤3.5
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤3.0
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤2.8
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤2.5
夏熱冬暖地區(qū) 福州、莆田、龍巖、梅州、興寧、英德、河池、柳州、賀州、泉州、廈門、廣州、深圳、湛江、汕頭、???、南寧、北海、梧州 窗墻面積比≤0.2 ≤6.5
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤4.7
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤3.5
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤3.0
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤3.0
二、遮陽系數(shù)SC
氣候分區(qū) 代表城市 單一朝向外窗(包括透明幕墻)窗墻面積比 體系形數(shù)≤0.3遮陽系數(shù)SC(東、南、西向/北向) 0.3<體系形數(shù)≤0.4遮陽系數(shù)SC(東、南、西向/北向)
寒冷地區(qū) 蘭州、太原、唐山、阿壩、喀什、北京、天津、大連、陽泉、平?jīng)?、石家莊、德州、晉城、天水、西安、拉薩、康定、濟南、青島、安陽、鄭州、洛陽、寶雞、徐州 窗墻面積比≤0.2 ― ―
0.2<窗墻面積比≤0.3 ― ―
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤0.70/― ≤0.70/―
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤0.60/― ≤0.60/―
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤0.50/― ≤0.50/―
夏熱冬冷地區(qū) 南京、蚌埠、鹽城、南通、合肥、安慶、九江、武漢、黃石、岳陽、漢中、安康、上海、杭州、寧波、宜昌、長沙、南昌、株洲、永州、贛州、韶關(guān)、桂林、重慶、達縣、萬州、涪陵、南充、宜賓、成都、貴陽、遵義、凱里、綿陽 窗墻面積比≤0.2 ―
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤0.55/―
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤0.50/0.60
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤0.45/0.55
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤0.40/0.50
夏熱冬暖地區(qū) 福州、莆田、龍巖、梅州、興寧、英德、河池、柳州、賀州、泉州、廈門、廣州、深圳、湛江、汕頭、海口、南寧、北海、梧州 窗墻面積比≤0.2 ―
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤0.50/0.60
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤0.45/0.55
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤0.40/0.50
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤0.35/0.45
注:有外遮陽時,遮陽系數(shù)=玻璃遮陽系數(shù)×外遮陽的遮陽系數(shù);無外遮陽時,遮陽系數(shù)=玻璃遮陽系數(shù)。
對建筑節(jié)能的幾點思考
1 概述
發(fā)達國家的能源統(tǒng)計,是按產(chǎn)業(yè) (Industry)、交通(Transportation)、居民和商業(yè)等四個部門統(tǒng)計。因此,很容易得到建筑能耗數(shù)據(jù),即居民 (Residential)和商業(yè)(Commercial)能耗之和。其建筑能耗一般占全國總能耗的三分之一左右。如美國,2000年的建筑能耗占全美總 能耗的35%。但我國的能源統(tǒng)計模式與發(fā)達國家不同,是分工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、交通運輸及郵電通訊、批發(fā)零售、生活消費和其它等多個部門統(tǒng)計。如果將后三 個部門的能耗當作建筑使用能耗,則我國的建筑能耗在總能耗中的比例多年來一直在20%左右。2000年為20.4%。而我國建設(shè)部公布的2000年建筑能 耗比例數(shù)字是27.6%。建設(shè)部的數(shù)字中包括了建材工業(yè)的能耗,實際是廣義建筑能耗。此外,還有好幾個版本的比例數(shù)字。
其次,在很 多建筑中,也沒有區(qū)分各部分能耗。比如,通常認為在公共建筑中,空調(diào)采暖的能耗在總能耗中占最大比例。其實這一結(jié)論在我國并沒有實際數(shù)據(jù)的支持。因為國內(nèi) 建筑物中能耗計量很粗糙,一般只有冷水機組有單獨的功率表,而空調(diào)的末端裝置和輸送系統(tǒng)的耗能無法與其它動力設(shè)備和照明的耗能區(qū)分開來。在工業(yè)建筑中,傳 統(tǒng)上又把空調(diào)等建筑設(shè)備能耗計入生產(chǎn)能耗。筆者曾經(jīng)引用過日本建筑環(huán)境?省能機構(gòu)統(tǒng)計得到的辦公樓中各部分能耗比例的調(diào)查結(jié)果,但這一數(shù)據(jù)在被許多文章多 次轉(zhuǎn)引之后,以訛傳訛,變成“上海地區(qū)辦公樓能耗比例”,甚至進入某些正式的研究報告和文件。
在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和能耗現(xiàn)狀不清的情況下,難以恰當?shù)卮_定建筑節(jié)能的目標(例如,在某一時間節(jié)點基礎(chǔ)上的節(jié)能率),也難以恰當?shù)胤峙涓鞑糠值墓?jié)能率(例如,總節(jié)能率中圍護結(jié)構(gòu)、照明、空調(diào)各承擔多少)。
圖1 某高層辦公大樓全年能耗分布
圖1是上海某高層辦公樓全年的總能耗曲線??梢园l(fā)現(xiàn),圖1的能耗曲線有兩個最低點,分別出現(xiàn)在4月和11 月。在上海地區(qū),這兩個月是氣候最宜人的時期,一般來說建筑物既不需要采暖,也不需要供冷。取這兩個月能耗量的平均值,在曲線圖上劃一道水平線(圖2- 17中的虛線)??梢哉J為,這道水平線以上由曲線所圍成的面積就是該大樓采暖空調(diào)所消耗的能量;水平線以下的矩形面積則是照明和其它動力設(shè)備(如電梯)所 消耗的能量。
因此,可以把照明、插座、電梯等設(shè)備能耗當作穩(wěn)定能耗。盡管冬季晝短夜長,夏季則相反,人們使用照明的時間有一些差 別,但在現(xiàn)代商用建筑中從全年能耗角度來看,這種差別并不明顯。而采暖和空調(diào)的能耗是變動的、不穩(wěn)定的能耗,它不但隨氣候區(qū)變化,而且隨建筑類型、形狀、 結(jié)構(gòu)和使用情況變化,甚至今天和明天都會有所不同。這就給建筑節(jié)能工作帶來了復雜性和多樣性,但同時也是建筑物中節(jié)能潛力最大的部分。
在 美國,建筑能耗統(tǒng)計是由政府進行的,在日本,則是由專業(yè)學會和學術(shù)團體完成的。但在中國,還沒有像美、日等發(fā)達國家那樣大規(guī)模地進行建筑能耗調(diào)查。因此, 大多數(shù)節(jié)能政策制定者和從事建筑節(jié)能的研究者都不能像發(fā)達國家那樣對全國或一個城市的建筑能耗情況了如指掌。而由于缺乏必要的檢測計量手段,許多建筑樓宇 的物業(yè)管理人員對自己所管理的建筑各部分能耗情況也是心中無數(shù)。因此,建筑節(jié)能必須從計量做起。
2 結(jié)構(gòu)節(jié)能與空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能
圍 護結(jié)構(gòu)采取節(jié)能措施,是建筑節(jié)能的基礎(chǔ)。由于我國建筑節(jié)能是從采暖居住建筑起步的,因此,建筑節(jié)能首先考慮加強圍護結(jié)構(gòu)保溫無疑是正確的決策。從管理的角 度看,可以對圍護結(jié)構(gòu)制訂限定性指標,易于評價。但是,建筑節(jié)能的關(guān)鍵是空調(diào)采暖系統(tǒng)的效率,最終的節(jié)能量也要從空調(diào)采暖系統(tǒng)來體現(xiàn)。北方地區(qū)在墻改之后 又發(fā)展到熱改。如果沒有調(diào)節(jié)閥和熱計量,圍護結(jié)構(gòu)保溫越好,可能浪費的熱量越多。
圖2 采用不同形式窗戶的空調(diào)總冷負荷(MWh)
圖3 不同墻體傳熱系數(shù)條件下的全年總負荷(MWh)
而在間歇運行的空調(diào)建筑中,在空調(diào)關(guān)機之后,室溫升高,當室外氣溫低于室溫時,通過圍護結(jié)構(gòu)的逆向傳熱可以降低第二天空調(diào)的啟動負荷。因此,圍護結(jié)構(gòu)保溫越好,蓄熱量越大,空調(diào)負荷也越大(見圖2)。
對公共建筑而言,圍護結(jié)構(gòu)形成的負荷在總負荷中所占比例很小,因此,圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力有限。
從圖3中可以看出,墻體傳熱系數(shù)降低40%,所得到的節(jié)能率最大8.1%(哈爾濱),最小2.8%(廣州)??梢?,在公共建筑節(jié)能中重要的環(huán)節(jié)是降低內(nèi)部負荷、減少內(nèi)部發(fā)熱量。例如,在保證照度的前提下降低照明負荷,既降低照明耗電,又降低空調(diào)負荷,可謂一舉兩得。
3 節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)
非典之后,人們的健康意識和自我保護意識增強,對室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)提出更高的要求。
我 國大城市80%以上的公共建筑中的空調(diào)末端(AHU)僅有一級粗效過濾,有的甚至只有一層濾網(wǎng)。而根據(jù)美國ASHRAE標準62-2001,應在冷卻盤管 或其具有濕表面的處理設(shè)備的前端加設(shè)最小效率(MERV, Minimum Efficiency Reporting Value)不低于6的除塵過濾器或者凈化器。歐洲標準也要求AHU過濾器達到F7標準。即需要有粗效和中效兩級過濾。整個風系統(tǒng)阻力至少比現(xiàn)在增加 200Pa。假定一臺3600m3/h的空調(diào)箱,全年運行,要增加耗電量2500kWh。
另外,很多大樓的空調(diào)新風量也沒有達到規(guī)范的要求。而且,非典之后,一些新建大樓的業(yè)主對新風量提出了超出規(guī)范的要求。新風負荷占空調(diào)負荷的20~30%,加大新風量就意味著能耗的增加。
在公共建筑中,室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)直接影響用戶的舒適、健康和工作效率。對大樓管理者來說,這是“開源”。而建筑節(jié)能則是降低運營成本,是“節(jié)流”。開源和節(jié)流應該是相輔相成。
因此,建筑節(jié)能工作要以室內(nèi)環(huán)境為底線。一方面,建筑節(jié)能決不能以犧牲室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)為代價;另一方面,對不合理的環(huán)境消費(例如夏季過低和冬季過高的環(huán)境溫度、過大的新風量、邊使用空調(diào)邊開窗等)行為,即不合理的用能,則應該改變。
解決節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)矛盾還可以采用很多新技術(shù)或原有技術(shù)的集成。例如,獨立新風系統(tǒng)(DOAS)、輻射吊頂+置換送風系統(tǒng)、除濕空調(diào)系統(tǒng)等。
4 節(jié)能與節(jié)電
2003年夏季高溫期間全國19個省市嚴重缺電和美國加拿大部分地區(qū)的大停電事故為我們敲響了警鐘,電力空調(diào)的應用關(guān)系到電網(wǎng)安全,因此,在節(jié)能的同時還要關(guān)注節(jié)電。
某 些節(jié)能技術(shù)可能可以降低全年建筑能耗,但卻不節(jié)電。例如本文第2節(jié)所論述的圍護結(jié)構(gòu)保溫就是如此。在傳統(tǒng)的空調(diào)能源結(jié)構(gòu)中,夏季用電供冷、冬季用一次能源 供熱。對于采暖為主的地區(qū),加強圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱可以降低全年能耗(例如哈爾濱);而在供冷為主的地區(qū),加強圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱的總節(jié)能效果有限,反而會增 加空調(diào)能(電)耗。
某些技術(shù)可能能耗稍大,但是可以使用清潔能源,對保護環(huán)境有利。例如,燃氣直燃機在國內(nèi)一直被很多人視為“節(jié)電 不節(jié)能”。但是,直燃機不使用CFC和HCFC冷媒、燃用天然氣對環(huán)境影響極小、溫室氣體排放極低,從而被世界各國當作一項綠色技術(shù)。夏季利用低谷燃氣、 平整高峰電力負荷,可以使電力和燃氣得到“雙贏”。
某些技術(shù)可能在微觀層面上不節(jié)能、但在宏觀層面上卻是節(jié)能的。例如蓄冰空調(diào),利 用夜間低谷電力制冰時制冷機組的COP值降低。在用戶側(cè),如果沒有合理的峰谷差價,則蓄冰空調(diào)是既不節(jié)能又費錢。但在發(fā)電側(cè),大量蓄冰空調(diào)的使用填平了夜 間電力負荷低谷,使發(fā)電機組常時處于高發(fā)和滿發(fā),發(fā)電煤耗下降。滿負荷工況與40%部分負荷工況相比,30萬千瓦發(fā)電機組可以節(jié)能15.7%。同時,發(fā)電 設(shè)備的利用率提高。發(fā)達國家電力平均年負荷率為66.6%,我國發(fā)電設(shè)備年平均負荷率1999年達到最低值50%。以后逐年有所上升,2002年達到 54.8%。與發(fā)達國家相比還有很大差距。
因此,建筑節(jié)能工作需要在能源、環(huán)境、經(jīng)濟、技術(shù)等各個方面進行權(quán)衡,這應該成為建筑節(jié)能工作者的一項基本素質(zhì)。
一、傳熱系數(shù)K
氣候分區(qū) 代表城市 單一朝向外窗(包括透明幕墻)窗墻面積比 體形系數(shù)≤0.3傳熱系數(shù)KW/(m2•K) 0.3<體形系數(shù)≤0.4傳熱系數(shù)KW/(m2•K)
嚴寒地區(qū)A區(qū) 海倫、博客圖、伊春、呼瑪、海拉爾、滿洲里、齊齊哈爾、富錦、哈爾濱、牡丹江、克拉瑪依、佳木斯、安達 窗墻面積比≤0.2 ≤3.0 ≤2.7
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤2.8 ≤2.5
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤2.5 ≤2.2
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤2.0 ≤1.7
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤1.7 ≤1.5
嚴寒地區(qū)B區(qū) 長春、烏魯木齊、延吉、通遼、通化、四平、呼和浩特、撫順、大柴旦、沈陽、大同、本溪、阜新、哈密、鞍山、張家口、酒泉、伊寧、吐魯番、西寧、銀川、丹東 窗墻面積比≤0.2 ≤3.2 ≤2.8
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤2.9 ≤2.5
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤2.6 ≤2.2
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤2.1 ≤1.8
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤1.8 ≤1.6
寒冷地區(qū) 蘭州、太原、唐山、阿壩、喀什、北京、天津、大連、陽泉、平?jīng)?、石家莊、德州、晉城、天水、西安、拉薩、康定、濟南、青島、安陽、鄭州、洛陽、寶雞、徐州 窗墻面積比≤0.2 ≤3.5 ≤3.0
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤3.0 ≤2.5
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤2.7 ≤2.3
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤2.3 ≤2.0
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤2.0 ≤1.8
夏熱冬冷地區(qū) 南京、蚌埠、鹽城、南通、合肥、安慶、九江、武漢、黃石、岳陽、漢中、安康、上海、杭州、寧波、宜昌、長沙、南昌、株洲、永州、贛州、韶關(guān)、桂林、重慶、達縣、萬州、涪陵、南充、宜賓、成都、貴陽、遵義、凱里、綿陽 窗墻面積比≤0.2 ≤4.7
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤3.5
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤3.0
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤2.8
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤2.5
夏熱冬暖地區(qū) 福州、莆田、龍巖、梅州、興寧、英德、河池、柳州、賀州、泉州、廈門、廣州、深圳、湛江、汕頭、???、南寧、北海、梧州 窗墻面積比≤0.2 ≤6.5
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤4.7
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤3.5
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤3.0
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤3.0
二、遮陽系數(shù)SC
氣候分區(qū) 代表城市 單一朝向外窗(包括透明幕墻)窗墻面積比 體系形數(shù)≤0.3遮陽系數(shù)SC(東、南、西向/北向) 0.3<體系形數(shù)≤0.4遮陽系數(shù)SC(東、南、西向/北向)
寒冷地區(qū) 蘭州、太原、唐山、阿壩、喀什、北京、天津、大連、陽泉、平?jīng)?、石家莊、德州、晉城、天水、西安、拉薩、康定、濟南、青島、安陽、鄭州、洛陽、寶雞、徐州 窗墻面積比≤0.2 ― ―
0.2<窗墻面積比≤0.3 ― ―
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤0.70/― ≤0.70/―
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤0.60/― ≤0.60/―
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤0.50/― ≤0.50/―
夏熱冬冷地區(qū) 南京、蚌埠、鹽城、南通、合肥、安慶、九江、武漢、黃石、岳陽、漢中、安康、上海、杭州、寧波、宜昌、長沙、南昌、株洲、永州、贛州、韶關(guān)、桂林、重慶、達縣、萬州、涪陵、南充、宜賓、成都、貴陽、遵義、凱里、綿陽 窗墻面積比≤0.2 ―
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤0.55/―
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤0.50/0.60
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤0.45/0.55
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤0.40/0.50
夏熱冬暖地區(qū) 福州、莆田、龍巖、梅州、興寧、英德、河池、柳州、賀州、泉州、廈門、廣州、深圳、湛江、汕頭、海口、南寧、北海、梧州 窗墻面積比≤0.2 ―
0.2<窗墻面積比≤0.3 ≤0.50/0.60
0.3<窗墻面積比≤0.4 ≤0.45/0.55
0.4<窗墻面積比≤0.5 ≤0.40/0.50
0.5<窗墻面積比≤0.7 ≤0.35/0.45
注:有外遮陽時,遮陽系數(shù)=玻璃遮陽系數(shù)×外遮陽的遮陽系數(shù);無外遮陽時,遮陽系數(shù)=玻璃遮陽系數(shù)。
對建筑節(jié)能的幾點思考
1 概述
發(fā)達國家的能源統(tǒng)計,是按產(chǎn)業(yè) (Industry)、交通(Transportation)、居民和商業(yè)等四個部門統(tǒng)計。因此,很容易得到建筑能耗數(shù)據(jù),即居民 (Residential)和商業(yè)(Commercial)能耗之和。其建筑能耗一般占全國總能耗的三分之一左右。如美國,2000年的建筑能耗占全美總 能耗的35%。但我國的能源統(tǒng)計模式與發(fā)達國家不同,是分工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、交通運輸及郵電通訊、批發(fā)零售、生活消費和其它等多個部門統(tǒng)計。如果將后三 個部門的能耗當作建筑使用能耗,則我國的建筑能耗在總能耗中的比例多年來一直在20%左右。2000年為20.4%。而我國建設(shè)部公布的2000年建筑能 耗比例數(shù)字是27.6%。建設(shè)部的數(shù)字中包括了建材工業(yè)的能耗,實際是廣義建筑能耗。此外,還有好幾個版本的比例數(shù)字。
其次,在很 多建筑中,也沒有區(qū)分各部分能耗。比如,通常認為在公共建筑中,空調(diào)采暖的能耗在總能耗中占最大比例。其實這一結(jié)論在我國并沒有實際數(shù)據(jù)的支持。因為國內(nèi) 建筑物中能耗計量很粗糙,一般只有冷水機組有單獨的功率表,而空調(diào)的末端裝置和輸送系統(tǒng)的耗能無法與其它動力設(shè)備和照明的耗能區(qū)分開來。在工業(yè)建筑中,傳 統(tǒng)上又把空調(diào)等建筑設(shè)備能耗計入生產(chǎn)能耗。筆者曾經(jīng)引用過日本建筑環(huán)境?省能機構(gòu)統(tǒng)計得到的辦公樓中各部分能耗比例的調(diào)查結(jié)果,但這一數(shù)據(jù)在被許多文章多 次轉(zhuǎn)引之后,以訛傳訛,變成“上海地區(qū)辦公樓能耗比例”,甚至進入某些正式的研究報告和文件。
在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和能耗現(xiàn)狀不清的情況下,難以恰當?shù)卮_定建筑節(jié)能的目標(例如,在某一時間節(jié)點基礎(chǔ)上的節(jié)能率),也難以恰當?shù)胤峙涓鞑糠值墓?jié)能率(例如,總節(jié)能率中圍護結(jié)構(gòu)、照明、空調(diào)各承擔多少)。
圖1 某高層辦公大樓全年能耗分布
圖1是上海某高層辦公樓全年的總能耗曲線??梢园l(fā)現(xiàn),圖1的能耗曲線有兩個最低點,分別出現(xiàn)在4月和11 月。在上海地區(qū),這兩個月是氣候最宜人的時期,一般來說建筑物既不需要采暖,也不需要供冷。取這兩個月能耗量的平均值,在曲線圖上劃一道水平線(圖2- 17中的虛線)??梢哉J為,這道水平線以上由曲線所圍成的面積就是該大樓采暖空調(diào)所消耗的能量;水平線以下的矩形面積則是照明和其它動力設(shè)備(如電梯)所 消耗的能量。
因此,可以把照明、插座、電梯等設(shè)備能耗當作穩(wěn)定能耗。盡管冬季晝短夜長,夏季則相反,人們使用照明的時間有一些差 別,但在現(xiàn)代商用建筑中從全年能耗角度來看,這種差別并不明顯。而采暖和空調(diào)的能耗是變動的、不穩(wěn)定的能耗,它不但隨氣候區(qū)變化,而且隨建筑類型、形狀、 結(jié)構(gòu)和使用情況變化,甚至今天和明天都會有所不同。這就給建筑節(jié)能工作帶來了復雜性和多樣性,但同時也是建筑物中節(jié)能潛力最大的部分。
在 美國,建筑能耗統(tǒng)計是由政府進行的,在日本,則是由專業(yè)學會和學術(shù)團體完成的。但在中國,還沒有像美、日等發(fā)達國家那樣大規(guī)模地進行建筑能耗調(diào)查。因此, 大多數(shù)節(jié)能政策制定者和從事建筑節(jié)能的研究者都不能像發(fā)達國家那樣對全國或一個城市的建筑能耗情況了如指掌。而由于缺乏必要的檢測計量手段,許多建筑樓宇 的物業(yè)管理人員對自己所管理的建筑各部分能耗情況也是心中無數(shù)。因此,建筑節(jié)能必須從計量做起。
2 結(jié)構(gòu)節(jié)能與空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能
圍 護結(jié)構(gòu)采取節(jié)能措施,是建筑節(jié)能的基礎(chǔ)。由于我國建筑節(jié)能是從采暖居住建筑起步的,因此,建筑節(jié)能首先考慮加強圍護結(jié)構(gòu)保溫無疑是正確的決策。從管理的角 度看,可以對圍護結(jié)構(gòu)制訂限定性指標,易于評價。但是,建筑節(jié)能的關(guān)鍵是空調(diào)采暖系統(tǒng)的效率,最終的節(jié)能量也要從空調(diào)采暖系統(tǒng)來體現(xiàn)。北方地區(qū)在墻改之后 又發(fā)展到熱改。如果沒有調(diào)節(jié)閥和熱計量,圍護結(jié)構(gòu)保溫越好,可能浪費的熱量越多。
圖2 采用不同形式窗戶的空調(diào)總冷負荷(MWh)
圖3 不同墻體傳熱系數(shù)條件下的全年總負荷(MWh)
而在間歇運行的空調(diào)建筑中,在空調(diào)關(guān)機之后,室溫升高,當室外氣溫低于室溫時,通過圍護結(jié)構(gòu)的逆向傳熱可以降低第二天空調(diào)的啟動負荷。因此,圍護結(jié)構(gòu)保溫越好,蓄熱量越大,空調(diào)負荷也越大(見圖2)。
對公共建筑而言,圍護結(jié)構(gòu)形成的負荷在總負荷中所占比例很小,因此,圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能潛力有限。
從圖3中可以看出,墻體傳熱系數(shù)降低40%,所得到的節(jié)能率最大8.1%(哈爾濱),最小2.8%(廣州)??梢?,在公共建筑節(jié)能中重要的環(huán)節(jié)是降低內(nèi)部負荷、減少內(nèi)部發(fā)熱量。例如,在保證照度的前提下降低照明負荷,既降低照明耗電,又降低空調(diào)負荷,可謂一舉兩得。
3 節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)
非典之后,人們的健康意識和自我保護意識增強,對室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)提出更高的要求。
我 國大城市80%以上的公共建筑中的空調(diào)末端(AHU)僅有一級粗效過濾,有的甚至只有一層濾網(wǎng)。而根據(jù)美國ASHRAE標準62-2001,應在冷卻盤管 或其具有濕表面的處理設(shè)備的前端加設(shè)最小效率(MERV, Minimum Efficiency Reporting Value)不低于6的除塵過濾器或者凈化器。歐洲標準也要求AHU過濾器達到F7標準。即需要有粗效和中效兩級過濾。整個風系統(tǒng)阻力至少比現(xiàn)在增加 200Pa。假定一臺3600m3/h的空調(diào)箱,全年運行,要增加耗電量2500kWh。
另外,很多大樓的空調(diào)新風量也沒有達到規(guī)范的要求。而且,非典之后,一些新建大樓的業(yè)主對新風量提出了超出規(guī)范的要求。新風負荷占空調(diào)負荷的20~30%,加大新風量就意味著能耗的增加。
在公共建筑中,室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)直接影響用戶的舒適、健康和工作效率。對大樓管理者來說,這是“開源”。而建筑節(jié)能則是降低運營成本,是“節(jié)流”。開源和節(jié)流應該是相輔相成。
因此,建筑節(jié)能工作要以室內(nèi)環(huán)境為底線。一方面,建筑節(jié)能決不能以犧牲室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)為代價;另一方面,對不合理的環(huán)境消費(例如夏季過低和冬季過高的環(huán)境溫度、過大的新風量、邊使用空調(diào)邊開窗等)行為,即不合理的用能,則應該改變。
解決節(jié)能與室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)矛盾還可以采用很多新技術(shù)或原有技術(shù)的集成。例如,獨立新風系統(tǒng)(DOAS)、輻射吊頂+置換送風系統(tǒng)、除濕空調(diào)系統(tǒng)等。
4 節(jié)能與節(jié)電
2003年夏季高溫期間全國19個省市嚴重缺電和美國加拿大部分地區(qū)的大停電事故為我們敲響了警鐘,電力空調(diào)的應用關(guān)系到電網(wǎng)安全,因此,在節(jié)能的同時還要關(guān)注節(jié)電。
某 些節(jié)能技術(shù)可能可以降低全年建筑能耗,但卻不節(jié)電。例如本文第2節(jié)所論述的圍護結(jié)構(gòu)保溫就是如此。在傳統(tǒng)的空調(diào)能源結(jié)構(gòu)中,夏季用電供冷、冬季用一次能源 供熱。對于采暖為主的地區(qū),加強圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱可以降低全年能耗(例如哈爾濱);而在供冷為主的地區(qū),加強圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱的總節(jié)能效果有限,反而會增 加空調(diào)能(電)耗。
某些技術(shù)可能能耗稍大,但是可以使用清潔能源,對保護環(huán)境有利。例如,燃氣直燃機在國內(nèi)一直被很多人視為“節(jié)電 不節(jié)能”。但是,直燃機不使用CFC和HCFC冷媒、燃用天然氣對環(huán)境影響極小、溫室氣體排放極低,從而被世界各國當作一項綠色技術(shù)。夏季利用低谷燃氣、 平整高峰電力負荷,可以使電力和燃氣得到“雙贏”。
某些技術(shù)可能在微觀層面上不節(jié)能、但在宏觀層面上卻是節(jié)能的。例如蓄冰空調(diào),利 用夜間低谷電力制冰時制冷機組的COP值降低。在用戶側(cè),如果沒有合理的峰谷差價,則蓄冰空調(diào)是既不節(jié)能又費錢。但在發(fā)電側(cè),大量蓄冰空調(diào)的使用填平了夜 間電力負荷低谷,使發(fā)電機組常時處于高發(fā)和滿發(fā),發(fā)電煤耗下降。滿負荷工況與40%部分負荷工況相比,30萬千瓦發(fā)電機組可以節(jié)能15.7%。同時,發(fā)電 設(shè)備的利用率提高。發(fā)達國家電力平均年負荷率為66.6%,我國發(fā)電設(shè)備年平均負荷率1999年達到最低值50%。以后逐年有所上升,2002年達到 54.8%。與發(fā)達國家相比還有很大差距。
因此,建筑節(jié)能工作需要在能源、環(huán)境、經(jīng)濟、技術(shù)等各個方面進行權(quán)衡,這應該成為建筑節(jié)能工作者的一項基本素質(zhì)。