建筑能源供應方式與節(jié)能

建筑能源供應方式與節(jié)能分析摘要:通過分析各種能源供應方式的能量利用率和能質(zhì)利用率,證明最合理的能源供應方式是各種熱泵,其次是集中供熱方式。關(guān)鍵詞：能量利用率能質(zhì)利用率熱泵Abstract：Byanalyzingtheefficiencyofenergyutilizationandenergyqualityutilizationofthevariousmethodsofenergysupply,Thisarticledemonstratesthatthemostreasonablewayofenergysupplyisallkindsofheatpump,thefollowingiscentralizedheatsupply.Keywords：theefficiencyofenergyutilizationtheefficiencyofenergyqualityutilizationheatpump一、前言目前我們國家能源十分緊張，在建筑中，暖通空調(diào)的耗能占大約30%。中國現(xiàn)有建筑的總面積約400億平方米，預計到2020年還將新增建筑面積約300億平方米，大約每年新增18億～20億平方米。在建造和使用過程中，直接消耗的能源占到全社會總能耗的近30％，加之建材的生產(chǎn)能耗16.7％，約占全社會總能耗的46.7％。所以,分析建筑能源供應的各種方式的能耗情況,對于節(jié)約能源是十分必要的。建筑能源供應方式很多，全國各地不盡相同，能源供應設計是一個重要環(huán)節(jié)。它關(guān)系到初投資、運行費用的多少、節(jié)能與否。所以應根據(jù)當?shù)氐木唧w情況，合理選擇暖通空調(diào)的冷熱源，以達到節(jié)能的目的。

吉林省在建筑節(jié)能方面作了大量的工作，目前已經(jīng)制訂出了節(jié)能50%的民用建筑設計標準、公共建筑設計標準。在星宇集團（其他小區(qū)）小區(qū)內(nèi)對節(jié)能50%、節(jié)能65%的典型工程已建成。節(jié)能技術(shù)及效果在國內(nèi)處先進水平。節(jié)能建筑的施工、設計已有一套技術(shù)方法，有利的促進了吉林省建筑節(jié)能工作的開展。但同北京、天津等相比還有一定差距。吉林省即有建筑的節(jié)能改造工作基本上還沒有開展。二、各環(huán)節(jié)能耗現(xiàn)狀

在公共建筑（特別是大型商場、高檔旅館酒店、高檔辦公樓等）的全年能耗中：1、約50%~60％的能量消耗于空調(diào)制冷與采暖系統(tǒng)；2、約20%~30%的能量用于照明；在空調(diào)采暖能耗中，約20%~50％由外圍護結(jié)構(gòu)傳熱所消耗。夏熱冬暖地區(qū)大約20%，夏熱冬冷地區(qū)大約35%，寒冷地區(qū)大約40%，嚴寒地區(qū)大約50%。約30%~40％的能量處理新風所消耗,所以暖通空調(diào)冷熱源的選擇關(guān)系到節(jié)能與否,是降低運行成本的重要環(huán)節(jié)。三、中國建筑能耗狀況

與發(fā)達國家之間的差距

全世界建筑消耗全球能源總量約30%，居住建筑目前消耗的能源達到商用建筑的2倍，但商用建筑能源消耗量增長較快，不同類型國家在建筑領(lǐng)域消耗能源的比例如下：1、工業(yè)化國家占52%2、東歐/前蘇聯(lián)占25%3、發(fā)展中國家占23%但發(fā)展中國家建筑能耗增長最快1、發(fā)展中國家6.1%/年2、東歐/前蘇聯(lián)3.4%/年3、工業(yè)化國家0.6%/年四、建筑節(jié)能標準與發(fā)達國家之間的差距

發(fā)達國家?guī)啄晷抻喴淮螛藴剩看涡抻喚岣吖?jié)能要求。法國：1974、1982、1989年修訂建筑標準，每次修訂比上次標準節(jié)能25%；2001年修訂標準，又節(jié)能20%-40%

1965年1976年1980年1990年2002年1.71.00.60.450.35不同年限英國外墻傳熱系數(shù)(W/m2K)的比較外墻外窗屋頂北京節(jié)能50%--------節(jié)能65%1.160.820.30.63.52.80.800.600.600.45瑞典南部0.172.00.12德國0.20-0.301.50.20美國(相當于北京采暖度日數(shù))0.320.452.040.19歐盟0.251.30.3北京圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)與西方國家的比較W/m2。K德國住宅建筑采暖能耗年份建筑能耗(kWh/m2.年)折合標準煤(kgce/m2.年)1984年前200~25024.6~30.81984年150~20018.5~24.61990年100~15012.3~18.51995年100~12512.3~15.42001年30~703.7~8.6五、國外舊房改造

既有建筑在全部建筑中占絕大多數(shù)，1973年能源危機后,北歐、中歐80年代中期即完成改造；西歐、北美國家仍在持續(xù)進行建筑節(jié)能改造；波蘭對現(xiàn)代化改造立法，改造圍護結(jié)構(gòu)和采暖系統(tǒng)。國外舊房改造的方法是：房產(chǎn)主投資，政府資助，效益明顯。，1973年后開始舊房改造，至2000年丹麥經(jīng)舊房改造每m2采暖能耗平均降低50%以上。

六、建筑能源供應方式建筑能源供應方式很多，全國各地不盡相同，能源供應設計是一個重要環(huán)節(jié)。它關(guān)系到初投資、運行費用的多少、節(jié)能與否。所以應根據(jù)當?shù)氐木唧w情況，合理選擇暖通空調(diào)的冷熱源，以達到節(jié)能的目的。建筑采暖能耗在吉林地區(qū)也占總能耗的30%以上，所以在進行建筑的采暖、空調(diào)設計時如何選擇冷熱源是一個十分重要問題。目前供暖的方式有：1、熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式；2、區(qū)域鍋爐房供熱方式；3、家庭燃煤熱水爐供熱方式（主要在農(nóng)村和城郊）；4、家庭小型燃氣熱水爐供暖方式；5、水源熱泵供暖方式；6、地源熱泵供暖方式；7、氣源熱泵供暖方式；8、電熱膜采暖方式；9、電纜采暖方式。七、各種供暖方式的能耗分析下面我們把各種采暖的節(jié)能情況進行分析，以確定最佳的能源供應方式：1、熱電聯(lián)產(chǎn)供暖方式：這種供暖方式是高品位能量發(fā)電，低品位能量供暖，發(fā)電效率為約30%，供暖效率為約65%，總效率為約95%，能量利用率較高。

式中：η—總熱能利用率，%；W—發(fā)電量，KW；Q2—供暖用熱量，KW；Q1—鍋爐產(chǎn)生的總熱量，KW。2、中小型區(qū)域鍋爐房集中供熱方式：區(qū)域鍋爐房可以是燃煤、燃氣、燃油或電鍋爐方式，但都要通過管網(wǎng)輸送到每個用戶，導致30～40%的熱網(wǎng)熱量浪費。水泵電耗為輸送熱量的1～1.5%，熱源效率遠遠低于熱電聯(lián)產(chǎn)方式。燃煤的同時環(huán)境污染也較嚴重。熱量利用率只有60%～70%。

式中：η—總熱能利用率，%；Q1—鍋爐產(chǎn)熱量，KW。3、家庭小型燃煤爐供暖方式：這種方式，由于鍋爐熱效率太低，是最不好的方式，即污染環(huán)境，熱能利用率也低，大約40%左右，而且是高品位能量，低品位利用。4、家庭小型燃氣熱水爐供暖方式：應該大力推廣這種方式。節(jié)省外網(wǎng)和建筑內(nèi)管網(wǎng)的投資約30～50元/m2。沒有外網(wǎng)及管網(wǎng)的熱損失，可以節(jié)省熱量30～40%。由于燃氣鍋爐效率較高，能量利用率在85～90%之間。5、直接電熱：是在房間內(nèi)設置電暖氣、電熱膜、加熱電纜等方式。這種方式電能利用率為100%，但發(fā)電效率只有30%，也就是電熱采暖的總能效率為30%，而且發(fā)電時造成大量污染，所以這種方式不可取。6、電動空氣熱泵：使用電采暖最好的方式是熱泵方式。消耗一度電可以得到3.5度的熱量，效率為350%，考慮發(fā)電的熱效率30%，空氣熱泵的總體熱效率為105%。高于集中供熱的熱效率。如考慮把空氣熱泵同家用熱水器結(jié)合，總的能源利用率可達200%。而且沒有環(huán)境污染，應大力推廣這種方式。

但由于長春冬季室外計算溫度-23度，室內(nèi)按20度計算。實際也就是3左右。 7、電動水源熱泵：這種方式實際上是把夏季房間內(nèi)的熱量存于地下，供冬季采暖用。冬季房間內(nèi)的冷量存于地下，供夏季空調(diào)用。對于吉林地區(qū)冬季熱負荷同夏季的冷負荷相當，所以地下基本上保持熱平衡。這一方式在西方國家廣泛采用，美國總統(tǒng)布什在農(nóng)場的別墅就是采用這種方式。采用這種方式在采暖期可以消耗一度電得到4.5度的熱量，能量利用率約135%，比氣源熱泵效率要高，而且沒有環(huán)境污染。這種方式是東北地區(qū)建筑采暖空調(diào)的最好方式。8和9電熱膜和電纜采暖方式都是直接電采暖，總能量利用率只有30%，均不可取。高品位能量低品位利用。火用效率很低?？傊翰膳療嵩醋詈玫姆绞绞堑卦?、水源熱泵，其次是家用小型燃煤熱水鍋采暖，再其次就是集中供熱。八、各種酸供暖方式哲的能質(zhì)分刑析由火用的犬定義可知夸，以做功漫形式傳遞譯的能量全橋部是火用綁。從上圖仔可以看出岸，熱機從證高溫熱源要取熱為Q殃，對外做湖功為W，翁向低溫熱多源放熱為才Q0，熱盞量的火用戶為：下式中湯當T〈慢T0時陰，表示炸從低溫國環(huán)境中惱取得熱熟所消耗姐的功，緒這就是掏制冷循裂環(huán)。當盟T〉T智0時表養(yǎng)示從高憐溫熱取父得熱量校，對外私做功，斧這就是都發(fā)電的模熱力循多環(huán)。式中：E幅XQ—能赤量的火用薯；W—對外遞做功量；Q—從斜高溫熱罰源取熱潑量；Q0—向倚低溫冷源傷放熱量；T—高麻溫熱源胳的溫度帽，℃；T0—低兩溫冷源的處溫度，℃息。在環(huán)境條丈件下任一透型式的能密量在理論月上能夠轉(zhuǎn)悅換成功的股部分稱作鼻火用，不逼能轉(zhuǎn)換成伏功的部分摩稱作火無充，因此能坊量等于：能量=火疲用+火無家即：Q=超EX+A吊X如果把疏火用占遺的比例掘稱作能竄質(zhì)系數(shù)棉ΦQ，點則有下桑式：式中：φ蜓Q—能質(zhì)劑系數(shù)，%飄；其他同可上。在理論上白電能和機五械能完全令變?yōu)橛杏娩伖ΑＤ芰抗?火用，耽電能和機費械能的能崗質(zhì)很高，喪是高級能憐量，能質(zhì)弓系數(shù)為Φ進Q=1，排而自然界帝環(huán)境中的懼空氣和水午的能量最覺低，沒有毀做功的能掙力，完全曾是火無，凈能質(zhì)系數(shù)然為ΦQ=夸0，介于敗兩者之間宮的能量有諒部分火用瞇，也有一慎部分火無矛。熱能的若能質(zhì)系數(shù)顛為：在熱能四利用中諸有兩個拿原則：線（1）恭不能將現(xiàn)高能級駱的能量稼用在低漂能級的帳地方；（2）糞盡量做迫到能量扁的梯級梁應用，蓋減小應雄用的級距差。1、對虜于熱電捷聯(lián)產(chǎn)供陵熱方式韻，煤燃稀燒產(chǎn)生組的高溫汪、高壓訓蒸汽先暗發(fā)電，悔乏汽用勻于供熱規(guī)，能量宵進行了腥梯級使做用，應禽用比較餓合理。虜設鍋爐爭產(chǎn)生的均蒸汽溫榆度為4浪50飲℃，環(huán)纏境溫度啊為0撕℃，發(fā)憂完電以塵后溫度星設為1汗50像℃，則韻蒸汽的淚能質(zhì)系解數(shù)為：發(fā)完電以近后，能質(zhì)召系數(shù)變?yōu)楦睿焊吣苜|(zhì)搏能量發(fā)樸電，低學能質(zhì)的催熱量進途行采暖助，實現(xiàn)付了能量券的梯級爬利用。2、對于凳區(qū)域鍋爐瘡房、電熱劑膜采暖、雙電纜采暖椒、家庭小云型燃煤、盼燃氣熱水瞧鍋采暖，顆煤氣、煤蠅和電能的玻能級為1現(xiàn)，而采暖肺所需熱量貸的能質(zhì)系傲數(shù)很低，境假如環(huán)境星溫度為0愉℃（27步3K），俊采暖室內(nèi)挽溫度為2標0℃（暴293K姿），則熱解量Q的能區(qū)質(zhì)系數(shù)用認下式計算睜為0.0否68，兩抖者相差0舉.932碼。也就是愚用電直接霉采暖，其吐大部分火鑼用轉(zhuǎn)化成澡了沒用的拉火無。這見是嚴重的扛質(zhì)量浪費交，最不合耐理的用能騰。所以一跪般情況下采不能用電依熱鍋爐、桑電熱水器控作為直接扛采暖和空雀調(diào)系統(tǒng)的駛熱源。能質(zhì)利蛾用率和心能量利箏用率：能質(zhì)利用檔率：熱電聯(lián)產(chǎn)稱供暖方式村：對于區(qū)罷域鍋爐弄房:對于家用劈燕燃煤小鍋借爐和家用耍燃氣鍋爐兇、各種熱郊泵方式；道與區(qū)域鍋集爐房相同坑：η1=袖6.8逼%能量利用會率：考慮供暖今方式時，東即要求高妹的能量利蘇用率，也裙要求高的壩能質(zhì)利用稿率，兩者夏都高是最面佳的供暖洽方式，這貓很難達到反，其中一茅項高也是詢可以采用膽的。以水源吹熱泵冬毅季采暖掩為例：夾消耗的偷是電能玻，能質(zhì)灘系數(shù)為即1，而綿采暖所灑需能量蓋的能質(zhì)申系數(shù)為磨0.0仔68.富能質(zhì)利敬用率就進是0.謎068罷，6.脖8%.限而能量親利用率臂是13夾5%.韻所以雖壓然能質(zhì)楚利用率頭低，但尊能量利案用率很閣高，也相是比較串好的方朗式。九、結(jié)孩論熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式區(qū)域鍋爐房供熱方式家庭燃煤熱水爐供熱方式家庭小型燃氣熱水爐供暖方式水源熱泵供暖方式地源熱泵供暖方式氣源熱泵供暖方式電熱膜及電纜采暖方式能量利用率η1%9560～70408513513510530能質(zhì)利用率η2%56.96.86.86.86.86.86.86.8從上表可航以得出如脫下結(jié)論:1、水永源熱泵師、地源補熱泵、砌氣源熱仆泵方式節(jié)，都是陡耗電進足行采暖猛和空調(diào)劃，能質(zhì)孤利用也寺不太合濕理，但錘能量效骨率高，掌還是可明以大力繳推廣。圈空調(diào)冷桌源供應墨與熱源職供應類群似，不獸重復。2、熱除電聯(lián)產(chǎn)問集中供鐮