節(jié)能、減排|風行風管的節(jié)能特性及效果

    我國現(xiàn)有建筑面積為400億m2，絕大部分為高能耗建筑，且每年新建建筑近20億m2，其中95%以上仍是高能耗建筑。如果我國繼續(xù)執(zhí)行節(jié)能水平較低的設計標準，將留下很重的能耗負擔和治理困難。龐大的建筑能耗，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的巨大負擔。因此建筑行業(yè)全面節(jié)能勢在必行。全面的建筑節(jié)能有利于從根本上促進能源資源節(jié)約和合理利用，緩解我國能源資源供應與經(jīng)濟社會發(fā)展的矛盾；有利于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展；有利于長遠地保障國家能源安全、保護環(huán)境、提高人民群眾生活質(zhì)量、貫徹落實科學發(fā)展觀。

    建筑節(jié)能是關系到我國建設低碳經(jīng)濟、完成節(jié)能減排目標、保持經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一。要想做好建筑節(jié)能工作、完成各項指標，我們需要認真規(guī)劃、強力推進，踏踏實實地從細節(jié)抓起。

    建筑節(jié)能工作復雜而艱巨，它涉及政府、企業(yè)和普通市民，涉及許多行業(yè)和企業(yè)，涉及新建筑和老建筑，實施起來難度非常大。在建筑節(jié)能的初期推進過程中，我們定要付出精力、成本和代價。從這幾年的實踐效果看，僅靠出臺一些簡單的要求、措施和辦法，完成建筑節(jié)能任務和指標很有難度，這就需要我們再思考，進行比較充分、細致、深層次的研究，找出其癥結(jié)所在。

    對于新建建筑要嚴格管理，必須達到建筑節(jié)能標準，這一點不能含糊；對于既有建筑的節(jié)能改造要力度大、辦法多，多推廣試點經(jīng)驗，采取先易后難、先公后私的原則。在房屋建造過程中，建筑節(jié)能要重點解決好外墻保溫、窗門隔溫等問題，很多建筑漏氣都出現(xiàn)在這方面。另外，能利用太陽能的建筑應最大限度地使用這一資源，并在設計過程中實現(xiàn)太陽能與建筑一體化，增加建筑的和諧度和美觀度；全面推行中水利用和雨水收集系統(tǒng)，大力推進廢舊建筑材料和建筑垃圾的回收利用，使資源能夠得到充分利用。

    對于新建建筑，只要法制健全、標準配套、支持政策對路，基本上能夠達到50%的節(jié)能標準。但是，要推廣65%或75%的節(jié)能標準，許多城市還存在難度，需要在建筑保溫材料管理和技術(shù)標準的要求方面加大措施；對既有建筑改造和供暖設施的分戶改造難度更大，需要統(tǒng)籌考慮、分步實施，并且由財稅政策支持，給予一定補貼，使既有建筑的節(jié)能改造推進速度加快。要實現(xiàn)新建建筑全面達到節(jié)能標準，不能留有縫隙；既有建筑實現(xiàn)逐步改造，要按照先公共建筑、商業(yè)建筑，后住宅的順序進行，也就是首先改造相對容易的建筑，然后逐步解決比較復雜的住宅節(jié)能問題。

    建筑節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，在全面推進的過程中，要制定出相關配套政策法規(guī)，該強制執(zhí)行的要加大執(zhí)行力度；要有相配套的標準，包括技術(shù)標準、產(chǎn)品標準和管理標準等，便于在實施過程中進行監(jiān)督檢查；對新技術(shù)、新工藝、新設備、新材料、新產(chǎn)品等，要在政策方面給予支持，加大市場推廣力度?？偠灾?，做好建筑節(jié)能工作，只要相關部門、各級政府通力合作、密切配合，我國的節(jié)能目標就能達到。

    中國是一個發(fā)展中大國，又是一個建筑大國，每年新建房屋面積高達17-18億平方米，超過所有發(fā)達國家每年建成建筑面積的總和。隨著全面建設小康社會的逐步推進，建設事業(yè)迅猛發(fā)展，建筑能耗迅速增長。所謂建筑能耗指建筑使用能耗，包括采暖、空調(diào)、熱水供應、照明、炊事、家用電器、電梯等方面的能耗。其中采暖、空調(diào)能耗約占60%~70%。中國既有的近400億平方米建筑，僅有1%為節(jié)能建筑，其余無論從建筑圍護結(jié)構(gòu)還是采暖空調(diào)系統(tǒng)來衡量，均屬于高耗能建筑。單位面積采暖所耗能源相當于緯度相近的發(fā)達國家的2~3倍。這是由于中國的建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能差，采暖用能的2/3白白跑掉。而每年的新建建筑中真正稱得上“節(jié)能建筑”的還不足1億平方米，建筑耗能總量在中國能源消費總量中的份額已超過27%，逐漸接近三成。

技術(shù)途徑

減少能源總需求量

    據(jù)統(tǒng)計，在發(fā)達國家，空調(diào)采暖能耗占建筑能耗的65%。中國的采暖空調(diào)和照明用能量近期增長速度己明顯高于能量生產(chǎn)的增長速度，因此，減少建筑的冷、熱及照明能耗是降低建筑能耗總量的重要內(nèi)容，一般可從以下幾方面實現(xiàn)。

1）建筑規(guī)劃與設計

面對全球能源環(huán)境問題，不少全新的設計理念應運而生，如微排建筑、低能耗建筑、零能建筑和綠色建筑等，它們本質(zhì)上都要求建筑師從整體綜合設計概念出發(fā)，堅持與能源分析專家、環(huán)境專家、設備師和結(jié)構(gòu)師緊密配合。在建筑規(guī)劃和設計時，根據(jù)大范圍的氣候條件影響，針對建筑自身所處的具體環(huán)境氣候特征，重視利用自然環(huán)境（如外界氣流、雨水、湖泊和綠化、地形等）創(chuàng)造良好的建筑室內(nèi)微氣候，以盡量減少對建筑設備的依賴。具體措施可歸納為以下三個方面：合理選擇建筑的地址、采取合理的外部環(huán)境設計（主要方法為：在建筑周圍布置樹木、植被、水面、假山、圍墻）；合理設計建筑形體（包括建筑整體體量和建筑朝向的確定），以改善既有的微氣候；合理的建筑形體設計是充分利用建筑室外微環(huán)境來改善建筑室內(nèi)微環(huán)境的關鍵部分，主要通過建筑各部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造設計和建筑內(nèi)部空間的合理分隔設計得以實現(xiàn)。同時，可借助相關軟件進行優(yōu)化設計，如運用天正建筑（Ⅱ）中建筑陰影模擬，輔助設計建筑朝向和居住小區(qū)的道路、綠化、室外消閑空間及利用CFD軟件，如：PHOENICS，F(xiàn)luent等，分析室內(nèi)外空氣流動是否通暢。

2）圍護結(jié)構(gòu)

建筑圍護結(jié)構(gòu)組成部件（屋頂、墻、地基、隔熱材料、密封材料、門和窗、遮陽設施）的設計對建筑能耗、環(huán)境性能、室內(nèi)空氣質(zhì)量與用戶所處的視覺和熱舒適環(huán)境有根本的影響。一般增大圍護結(jié)構(gòu)的費用僅為總投資的3%～6%，而節(jié)能卻可達20%～40%。通過改善建筑物圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能，在夏季可減少室外熱量傳入室內(nèi)，在冬季可減少室內(nèi)熱量的流失，使建筑熱環(huán)境得以改善，從而減少建筑冷、熱消耗。首先，提高圍護結(jié)構(gòu)各組成部件的熱工性能，一般通過改變其組成材料的熱工性能實行，如歐盟新研制的熱二極管墻體（低費用的薄片熱二極管只允許單方向的傳熱，可以產(chǎn)生隔熱效果）和熱工性能隨季節(jié)動態(tài)變化的玻璃。然后，根據(jù)當?shù)氐臍夂?、建筑的地理位置和朝向，以建筑能耗軟件DOE-2.0的計算結(jié)果為指導，選擇圍護結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設計方法。最后，評估圍護結(jié)構(gòu)各部件與組合的技術(shù)經(jīng)濟可行性，以確定技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的圍護結(jié)構(gòu)。

3）提高終端用戶用能效率

高能效的采暖、空調(diào)系統(tǒng)與上述削減室內(nèi)冷熱負荷的措施并行，才能真正地減少采暖、空調(diào)能耗。首先，根據(jù)建筑的特點和功能，設計高能效的暖通空調(diào)設備系統(tǒng)，例如：熱泵系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)和區(qū)域供熱、供冷系統(tǒng)等。然后，在使用中采用能源管理和監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)督和調(diào)控室內(nèi)的舒適度、室內(nèi)空氣品質(zhì)和能耗情況。如歐洲國家通過傳感器測量周邊環(huán)境的溫、濕度和日照強度，然后基于建筑動態(tài)模型預測采暖和空調(diào)負荷，控制暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行。在其他的家電產(chǎn)品和辦公設備方面，應盡量使用節(jié)能認證的產(chǎn)品。如美國一般鼓勵采用“能源之星”的產(chǎn)品，而澳大利亞對耗能大的家電產(chǎn)品實施最低能效標準（MEPS）。

4）提高總的能源利用效率

從一次能源轉(zhuǎn)換到建筑設備系統(tǒng)使用的終端能源的過程中，能源損失很大。因此，應從全過程（包括開采、處理、輸送、儲存、分配和終端利用）進行評價，才能全面反映能源利用效率和能源對環(huán)境的影響。建筑中的能耗設備，如空調(diào)、熱水器、洗衣機等應選用能源效率高的能源供應。例如，作為燃料，天然氣比電能的總能源效率更高。采用第二代能源系統(tǒng)，可充分利用不同品位熱能，最大限度地提高能源利用效率，如熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）、冷熱電聯(lián)產(chǎn)（CCHP）。

利用新能源

    在節(jié)約能源、保護環(huán)境方面，新能源的利用起至關重要的作用。新能源通常指非常規(guī)的可再生能源，包括有太陽能、地熱能、風能、生物質(zhì)能等。人們對各種太陽能利用方式進行了廣泛的探索，逐步明確了發(fā)展方向，使太陽能初步得到一些利用，如：①作為太陽能利用中的重要項目，太陽能熱發(fā)電技術(shù)較為成熟，美國、以色列、澳大利亞等國投資興建了一批試驗性太陽能熱發(fā)電站，以后可望實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電商業(yè)化；②隨著太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展，國外己建成不少光伏電站和“太陽屋頂”示范工程，將促進并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)快速發(fā)展；③全世界已有數(shù)萬臺光伏水泵在各地運行；④太陽熱水器技術(shù)比較成熟，已具備相應的技術(shù)標準和規(guī)范，但仍需進一步地完善太陽熱水器的功能，并加強太陽能建筑一體化建設；⑤被動式太陽能建筑因構(gòu)造簡單、造價低，已經(jīng)得到較廣泛應用，其設計技術(shù)已相對較為成熟，已有可供參考的設計手冊；⑥太陽能吸收式制冷技術(shù)出現(xiàn)較早，已應用在大型空調(diào)領域；太陽能吸附式制冷處于樣機研制和實驗研究階段；⑦太陽能干燥和太陽灶已得到一定的推廣應用。但從總體而言，太陽能利用的規(guī)模還不大，技術(shù)尚不完善，商品化程度也較低，仍需要繼續(xù)深入廣泛地研究。在利用地熱能時，一方面可利用高溫地熱能發(fā)電或直接用于采暖供熱和熱水供應；另一方面可借助地源熱泵和地道風系統(tǒng)利用低溫地熱能。風能發(fā)電較適用于多風海岸線山區(qū)和易引起強風的高層建筑，在英國和香港已有成功的工程實例，但在建筑領域，較為常見的風能利用形式是自然通風方式。

 新技術(shù)

    理想的節(jié)能建筑應在最少的能量消耗下滿足以下三點，一是能夠在不同季節(jié)、不同區(qū)域控制接收或阻止太陽輻射；二是能夠在不同季節(jié)保持室內(nèi)的舒適性；三是能夠使室內(nèi)實現(xiàn)必要的通風換氣。建筑節(jié)能的途徑主要包括：盡量減少不可再生能源的消耗，提高能源的使用效率；減少建筑圍護結(jié)構(gòu)的能量損失；降低建筑設施運行的能耗。在這三個方面，高新技術(shù)起著決定性的作用。當然建筑節(jié)能也采用一些傳統(tǒng)技術(shù)，但這些傳統(tǒng)技術(shù)是在先進的試驗論證和科學的理論分析的基礎上才能用于現(xiàn)代化的建筑中。

減少能源消耗，提高能源的使用效率

    為了維持居住空間的環(huán)境質(zhì)量，在寒冷的季節(jié)需要取暖以提高室內(nèi)的溫度，在炎熱的季節(jié)需要制冷以降低室內(nèi)的溫度，干燥時需要加濕，潮濕時需要抽濕，而這些往往都需要消耗能源才能實現(xiàn)。從節(jié)能的角度講，應提高供暖（制冷）系統(tǒng)的效率，它包括設備本身的效率、管網(wǎng)傳送的效率、用戶端的計量以及室內(nèi)環(huán)境的控制裝置的效率等。這些都要求相應的行業(yè)在設計、安裝、運行質(zhì)量、節(jié)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)、設備材料以及經(jīng)營管理模式等方面采用高新技術(shù)。如在供暖系統(tǒng)節(jié)能方面就有三種新技術(shù)：

①利用計算機、平衡閥及其專用智能儀表對管網(wǎng)流量進行合理分配，既改善了供暖質(zhì)量，又節(jié)約了能源；

②在用戶散熱器上安設熱量分配表和溫度調(diào)節(jié)閥，用戶可根據(jù)需要消耗和控制熱能，以達到舒適和節(jié)能的雙重效果；

③采用新型的保溫材料包敷送暖管道，以減少管道的熱損失。

近年來低溫地板輻射技術(shù)己被證明節(jié)能效果比較好，它是采用交聯(lián)聚乙烯（PEX）管作為通水管，用特殊方式雙向循環(huán)盤于地面層內(nèi)，冬天向管內(nèi)供低溫熱水（地熱、太陽能或各種低溫余熱提供）；夏天輸入冷水可降低地表溫度（國內(nèi)只用于供暖）；該技術(shù)與對流散熱為主的散熱器相比，具有室內(nèi)溫度分布均勻，舒適、節(jié)能、易計量、維護方便等優(yōu)點。

減少建筑圍護結(jié)構(gòu)的能量損失

建筑物圍護結(jié)構(gòu)的能量損失主要來自三部分：①外墻；②門窗；③屋頂。這三部分的節(jié)能技術(shù)是各國建筑界都非常關注的。主要發(fā)展方向是，開發(fā)高效、經(jīng)濟的保溫、隔熱材料和切實可行的構(gòu)造技術(shù)，以提高圍護結(jié)構(gòu)的保溫、隔熱性能和密閉性能。

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材料開發(fā)

     酚醛是苯酚和甲醛的發(fā)泡物，酚醛樹脂經(jīng)過發(fā)泡固化后，具有輕質(zhì)、防火、遇明火不燃燒、無煙、無毒、無滴落，使用溫度圍廣（-196~+200°C）低溫環(huán)境下不收縮、不脆化，是暖通制冷工程理想的絕熱材料，由于酚醛泡沫閉孔率高，則導熱系數(shù)低，隔熱性能好，并具有抗水性和水蒸氣滲透性，是理想的保溫節(jié)能材料。由于酚醛具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，所以尺寸穩(wěn)定，變化率<1%。且化學成分穩(wěn)定，防腐抗老化，特別是能耐有機溶液、強酸、弱堿腐蝕。在生產(chǎn)工藝發(fā)泡中不用氟利昂做發(fā)泡劑符合國際環(huán)保標準，且其分子結(jié)構(gòu)中含有氫、氧、碳元素，高溫分解時，溢出的氣體無毒、無味，對人體、環(huán)境均無害，符合國家綠色環(huán)保要求。故此，酚醛超級復合板是最理想的防火、絕熱、節(jié)能、美觀的環(huán)保綠色保溫材料。

    酚醛泡沫素有“保溫材料之王”的美稱，是新一代保溫防火隔音材料。目前，在發(fā)達國家酚醛發(fā)泡材料發(fā)展迅速，已廣泛應用于建筑、國防、外貿(mào)、貯存、能源等領域。美國建設行業(yè)所用的隔音保溫泡沫塑料中，酚醛材料已占40%；日本也已成立酚醛泡沫普及協(xié)會以推廣這種新材料。

    酚醛泡沫還是國際上公認的建筑行列中最有發(fā)展前途的一種新型保溫材料。因為，這種新材料與通常的高分子樹脂依靠加入阻燃劑得到的材料有本質(zhì)的不同，在火中不燃燒，不熔化，也不會散發(fā)有毒煙霧，并具有質(zhì)輕、無毒、無腐蝕、保溫、節(jié)能、隔音、價廉等優(yōu)點，且不用氟利昂發(fā)泡，無環(huán)境污染、加工性好 、施工方便，其綜合性能是目前各種保溫材料無法比擬的。通用于賓館、公寓、醫(yī)院等高級和高層建筑中央空調(diào)系統(tǒng)的保溫(香港的高級建筑中央空調(diào)系統(tǒng)近年來已多數(shù)改用酚醛泡沫材料)。對冷藏、冷庫的保冷以及用于石油化工等工業(yè)管道和設備的保溫、建筑隔墻 、外墻復合板、吊頂天花板、吸音板等有無可爭議的綜合優(yōu)勢,解決了其它有機材料防火性能不理想，而無機材料吸水率大、容易“ 結(jié)露”、施工時皮膚刺癢等問題，是空調(diào)系統(tǒng)，各種電器的第三代最佳保溫材料。

    隨著人們生活水平的提高，人們對居住環(huán)境的要求也越來越高，中央空調(diào)在建筑中的使用也越來越普遍。據(jù)中國建筑學會暖通空調(diào)專業(yè)委員會統(tǒng)計：2005年我國中央空調(diào)風管的年需求量在1億㎡以上，預計到2010年全國需求量將達到2億㎡。

    中央空調(diào)風管可以分為兩大類，一類是傳統(tǒng)風管，如鍍鋅鐵皮風管，它采用鍍鋅鐵皮加保溫層的結(jié)構(gòu)，另一類是復合風管，如酚醛泡沫風管，這種風管本身就具有很好的保溫效果，因此它們不需要在風管的外部再增加一層保溫層?，F(xiàn)階段，雖然鍍鋅鐵皮風管在我國的中央空調(diào)風管市場依然占據(jù)著絕對的地位，但以酚醛泡沫風管為代表的復合風管具有絕熱性能好、安裝維修方便、使用壽命長、外觀美觀等優(yōu)勢，已成為了中央空調(diào)風管的升級換代產(chǎn)品，被廣泛應用于各類工業(yè)和民用建筑中。

    衡量一種產(chǎn)品是否節(jié)能，不能只僅僅考慮該產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的能耗，而且還要考慮這種產(chǎn)品在使用過程中的能耗，即采用全壽命周期分析（LifeCycleAnalyse，簡稱LCA）的方法對研究對象的整個生命周期（從產(chǎn)品誕生到報廢的整個生命周期）進行分析。LCA是一種國際流行的研究方法，它已成功地應用于多項研究，因此，本文采用LCA方法對酚醛泡沫復合風管和鍍鋅鐵皮風管的節(jié)能特性進行分析和比較。

    根據(jù)產(chǎn)生順序的不同，任何產(chǎn)品的全壽命周期能耗可以分為四部分：生產(chǎn)能耗（產(chǎn)品生產(chǎn)過程所消耗的能量，一般稱為含能，Embodiedenergy）、安裝能耗、使用能耗和拆除能耗。相對于其他兩部分能耗，風管的安裝能耗和拆除能耗在風管的全壽命周期中所占的比例較小，不可預見性較大，且現(xiàn)階段的研究資料也比較少，因此，在本文的研究中沒有考慮風管的安裝能耗和拆除能耗，而是簡單地認為風管的全壽命周期能耗由風管的含能和風管的使用能耗兩部分組成。

    中央空調(diào)風管的作用是將冷風或熱風從空調(diào)機組輸送到用戶需要的位置，由于風管輸送的冷風或熱風與環(huán)境存在著一定的溫差，因此在輸送過程中必然會產(chǎn)生熱量的傳遞，使得輸送的冷量或熱量減少，從而造成了能量的損耗。冷風或熱風與環(huán)境之間熱量的傳遞不僅與風管的導熱系數(shù)相關，而且還與送風與環(huán)境的溫差、空調(diào)的使用時間等具體情況相關，因此在計算風管使用過程的能耗中必須根據(jù)風管使用的具體情況進行分析。

風管全壽命能耗比較

  含能比較

    鍍鋅鐵皮風管采用鍍鋅鋼板加保溫層的方式構(gòu)成。風管尺寸不一樣，鍍鋅鋼板的厚度也不一樣，一般為0.5mm至1.5mm，而保溫層厚度一般為20mm至50mm。由此可以計算出：1㎡鍍鋅鐵皮風管需要鋼材8.58kg，橡塑泡沫保溫材料2.145kg（計算中鍍鋅鐵皮厚度取1mm；保溫層采用橡塑泡沫材料，密度為65kg/m3，厚度取30mm；材料損耗系數(shù)取1.1）。

    酚醛泡沫風管采用在酚醛泡沫材料表面覆蓋鋁箔的方式構(gòu)成。一般地，酚醛泡沫材料的厚度為20mm至30mm，密度為50kg/m3；鋁箔采用雙面覆蓋的方式，鋁箔厚度一般為40μm~60μm。由此可以計算出：1㎡酚醛泡沫風管需要鋁材0.297kg，酚醛泡沫保溫材料1.375kg（計算中鋁箔厚度取50μm；酚醛泡沫材料厚度取25mm；材料損耗系數(shù)取1.1）。

    通過數(shù)據(jù)，可以計算出：鍍鋅鐵皮風管的含能為454.74MJ/㎡，酚醛泡沫風管的含能為135.96MJ/㎡（橡塑泡沫材料和酚醛泡沫材料的含能均按一般塑料的含能計算）。即酚醛泡沫風管的含能只有鍍鋅鐵皮風管的29.9％。

現(xiàn)階段，我國每年大約需要增加中央空調(diào)風管面積1億㎡，如果全國每年新增的1億㎡風管全部采用采用酚醛泡沫風管，則每年大約可以減少3.1878*1010MJ的能源消耗，這約合120萬噸標準煤。如果按60噸一個火車車皮的裝載量進行計算，則這些節(jié)約的標準煤可裝滿2萬個左右的火車車皮。