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。關鍵詞：能量利用率能質利用率熱泵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)內對節(jié)能50%、節(jié)能65%的典型工程已建成。節(jié)能技術及效果在國內處先進水平。節(jié)能建筑的施工、設計已有一套技術方法，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％的能量消耗于空調制冷與采暖系統(tǒng)；2、約20%~30%的能量用于照明；在空調采暖能耗中，約20%~50％由外圍護結構傳熱所消耗。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,所以暖通空調冷熱源的選擇關系到節(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?，每次修訂均提高?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北京圍護結構傳熱系數(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，改造圍護結構和采暖系統(tǒng)。國外舊房改造的方法是：房產主投資，政府資助，效益明顯。，1973年后開始舊房改造，至2000年丹麥經舊房改造每m2采暖能耗平均降低50%以上。六、建筑能源供供應方式建筑能源供應方方式很多，全國國各地不盡相同同，能源供應設設計是一個重要要環(huán)節(jié)。它關系系到初投資、運運行費用的多少少、節(jié)能與否。。所以應根據(jù)當當?shù)氐木唧w情況況，合理選擇暖暖通空調的冷熱熱源，以達到節(jié)節(jié)能的目的。建筑采暖能耗在在吉林地區(qū)也占占總能耗的30%以上，所以以在進行建筑的的采暖、空調設設計時如何選擇擇冷熱源是一個個十分重要問題題。目前供暖的方式式有：1、熱電聯(lián)產供供熱方式；2、區(qū)域鍋爐房房供熱方式；3、家庭燃煤熱熱水爐供熱方式式（主要在農村村和城郊）；4、家庭小型燃燃氣熱水爐供暖暖方式；5、水源熱泵供供暖方式；6、地源熱泵供供暖方式；7、氣源熱泵供供暖方式；8、電熱膜采暖暖方式；9、電纜采暖方方式。七、各種供暖方方式的能耗分析析下面我們把各種種采暖的節(jié)能情情況進行分析，，以確定最佳的的能源供應方式式：1、熱電聯(lián)產供供暖方式：這種種供暖方式是高高品位能量發(fā)電電，低品位能量量供暖，發(fā)電效效率為約30%，供暖效率為為約65%，總總效率為約95%，能量利用用率較高。式中：η—總熱熱能利用率，%；W—發(fā)電量，KW；Q2—供暖用熱熱量，KW；Q1—鍋爐產生生的總熱量，KW。2、中小型區(qū)域域鍋爐房集中供供熱方式：區(qū)域域鍋爐房可以是是燃煤、燃氣、、燃油或電鍋爐爐方式，但都要要通過管網輸送送到每個用戶，，導致30～40%的熱網熱熱量浪費。水泵泵電耗為輸送熱熱量的1～1.5%，熱源效效率遠遠低于熱熱電聯(lián)產方式。。燃煤的同時環(huán)環(huán)境污染也較嚴嚴重。熱量利用用率只有60%～70%。式中：η—總熱熱能利用率，%；Q1—鍋爐產熱熱量，KW。3、家庭小型燃燃煤爐供暖方式式：這種方式，，由于鍋爐熱效效率太低，是最最不好的方式，，即污染環(huán)境，，熱能利用率也也低，大約40%左右，而且且是高品位能量量，低品位利用用。4、家庭小型燃燃氣熱水爐供暖暖方式：應該大大力推廣這種方方式。節(jié)省外網網和建筑內管網網的投資約30～50元/m2。沒有外網網及管網的熱損損失，可以節(jié)省省熱量30～40%。由于燃燃氣鍋爐效率較較高，能量利用用率在85～90%之間。5、直接電熱：：是在房間內設設置電暖氣、電電熱膜、加熱電電纜等方式。這這種方式電能利利用率為100%，但發(fā)電效效率只有30%，也就是電熱熱采暖的總能效效率為30%，，而且發(fā)電時造造成大量污染，，所以這種方式式不可取。6、電動空氣熱熱泵：使用電采采暖最好的方式式是熱泵方式。。消耗一度電可可以得到3.5度的熱量，效效率為350%，考慮發(fā)電的的熱效率30%，空氣熱泵的的總體熱效率為為105%。高高于集中供熱的的熱效率。如考考慮把空氣熱泵泵同家用熱水器器結合，總的能能源利用率可達達200%。而而且沒有環(huán)境污污染，應大力推推廣這種方式。。但由于長春冬季季室外計算溫度度-23度，室室內按20度計計算。實際也就就是3左右。7、電動水源熱熱泵：這種方式式實際上是把夏夏季房間內的熱熱量存于地下，，供冬季采暖用用。冬季房間內內的冷量存于地地下，供夏季空空調用。對于吉吉林地區(qū)冬季熱熱負荷同夏季的的冷負荷相當，，所以地下基本本上保持熱平衡衡。這一方式在在西方國家廣泛泛采用，美國總總統(tǒng)布什在農場場的別墅就是采采用這種方式。。采用這種方式式在采暖期可以以消耗一度電得得到4.5度的的熱量，能量利利用率約135%，比氣源熱熱泵效率要高，，而且沒有環(huán)境境污染。這種方方式是東北地區(qū)區(qū)建筑采暖空調調的最好方式。。8和9電熱膜和和電纜采暖方式式都是直接電采采暖，總能量利利用率只有30%，均不可取取。高品位能量量低品位利用。?；鹩眯屎艿偷??？傊翰膳療嵩丛醋詈玫姆绞绞鞘堑卦?、水源熱熱泵，其次是家家用小型燃煤熱熱水鍋采暖，再再其次就是集中中供熱。八、各種供暖方方式的能質分析析由火用的定義可可知，以做功形形式傳遞的能量量全部是火用。。從上圖可以看看出，熱機從高高溫熱源取熱為為Q，對外做功功為W，向低溫溫熱源放熱為Q0，熱量的火火用為：下式中當T〈T0時，表示從從低溫環(huán)境中取取得熱所消耗的的功，這就是制制冷循環(huán)。當T〉T0時表示示從高溫熱取得得熱量，對外做做功，這就是發(fā)發(fā)電的熱力循環(huán)環(huán)。式中：EXQ——能量的火用；；W—對外做功量量；Q—從高溫熱源源取熱量；Q0—向低溫冷冷源放熱量；T—高溫熱源的的溫度，℃；T0—低溫冷源源的溫度，℃。。在環(huán)境條件下任任一型式的能量量在理論上能夠夠轉換成功的部部分稱作火用，，不能轉換成功功的部分稱作火火無，因此能量量等于：能量=火用+火火無即：Q=EX+AX如果把火用占的的比例稱作能質質系數(shù)ΦQ，則則有下式：式中：φQ—能能質系數(shù)，%；；其他同上。在理論上電能和和機械能完全變變?yōu)橛杏霉?。能能?火用，電電能和機械能的的能質很高，是是高級能量，能能質系數(shù)為ΦQ=1，而自然然界環(huán)境中的空空氣和水的能量量最低，沒有做做功的能力，完完全是火無，能能質系數(shù)為ΦQ=0，介于兩兩者之間的能量量有部分火用，，也有一部分火火無。熱能的能能質系數(shù)為：在熱能利用中有有兩個原則：（（1）不能將高高能級的能量用用在低能級的地地方；（2）盡量做到到能量的梯級應應用，減小應用用的級差。1、對于熱電聯(lián)產產供熱方式，煤燃燃燒產生的高溫、、高壓蒸汽先發(fā)電電，乏汽用于供熱熱，能量進行了梯梯級使用，應用比比較合理。設鍋爐爐產生的蒸汽溫度度為450℃，，環(huán)境溫度為0℃℃，發(fā)完電以后后溫度設為150℃，則蒸汽的的能質系數(shù)為：發(fā)完電以后，能質質系數(shù)變?yōu)椋焊吣苜|能量發(fā)電，，低能質的熱量進進行采暖，實現(xiàn)了了能量的梯級利用用。2、對于區(qū)域鍋爐爐房、電熱膜采暖暖、電纜采暖、家家庭小型燃煤、燃燃氣熱水鍋采暖，，煤氣、煤和電能能的能級為1，而而采暖所需熱量的的能質系數(shù)很低，，假如環(huán)境溫度為為0℃（273K），采暖室內溫溫度為20℃（（293K），則則熱量Q的能質系系數(shù)用下式計算為為0.068，兩兩者相差0.932。也就是用電電直接采暖，其大大部分火用轉化成成了沒用的火無。。這是嚴重的質量量浪費，最不合理理的用能。所以一一般情況下不能用用電熱鍋爐、電熱熱水器作為直接采采暖和空調系統(tǒng)的的熱源。能質利用率和能量量利用率：能質利用率：熱電聯(lián)產供暖方式式：對于區(qū)域鍋爐房:對于家用燃煤小鍋鍋爐和家用燃氣鍋鍋爐、各種熱泵方方式；與區(qū)域鍋爐爐房相同：η1=6.8%能量利用率：考慮供暖方式時，，即要求高的能量量利用率，也要求求高的能質利用率率，兩者都高是最最佳的供暖方式，，這很難達到，其其中一項高也是可可以采用的。以水源熱泵冬季采采暖為例：消耗的的是電能，能質系系數(shù)為1，而采暖暖所需能量的能質質系數(shù)為0.068.能質利用率率就是0.068，6.8%.而而能量利用率是135%.所以雖雖然能質利用率低低，但能量利用率率很高，也是比較較好的方式。九、結論熱電聯(lián)產供熱方式區(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能質利用率η2%56.96.86.86.86