节能、减排|风管的节能特性及效果

    我国现有建筑面积为400亿m2，绝大部分为高能耗建筑，且每年新建建筑近20亿m2，其中95%以上仍是高能耗建筑。如果我国继续执行节能水平较低的设计标准，将留下很重的能耗负担和治理困难。庞大的建筑能耗，已经成为国民经济的巨大负担。因此建筑行业全面节能势在必行。全面的建筑节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用，缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾；有利于加快发展循环经济，实现经济社会的可持续发展；有利于长远地保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观。

    建筑节能是关系到我国建设低碳经济、完成节能减排目标、保持经济可持续发展的重要环节之一。要想做好建筑节能工作、完成各项指标，我们需要认真规划、强力推进，踏踏实实地从细节抓起。

    建筑节能工作复杂而艰巨，它涉及政府、企业和普通市民，涉及许多行业和企业，涉及新建筑和老建筑，实施起来难度非常大。在建筑节能的初期推进过程中，我们定要付出精力、成本和代价。从这几年的实践效果看，仅靠出台一些简单的要求、措施和办法，完成建筑节能任务和指标很有难度，这就需要我们再思考，进行比较充分、细致、深层次的研究，找出其症结所在。

    对于新建建筑要严格管理，必须达到建筑节能标准，这一点不能含糊；对于既有建筑的节能改造要力度大、办法多，多推广试点经验，采取先易后难、先公后私的原则。在房屋建造过程中，建筑节能要重点解决好外墙保温、窗门隔温等问题，很多建筑漏气都出现在这方面。另外，能利用太阳能的建筑应最大限度地使用这一资源，并在设计过程中实现太阳能与建筑一体化，增加建筑的和谐度和美观度；全面推行中水利用和雨水收集系统，大力推进废旧建筑材料和建筑垃圾的回收利用，使资源能够得到充分利用。

对于新建建筑，只要法制健全、标准配套、支持政策对路，基本上能够达到50%的节能标准。但是，要推广65%或75%的节能标准，许多城市还存在难度，需要在建筑保温材料管理和技术标准的要求方面加大措施；对既有建筑改造和供暖设施的分户改造难度更大，需要统筹考虑、分步实施，并且由财税政策支持，给予一定补贴，使既有建筑的节能改造推进速度加快。要实现新建建筑全面达到节能标准，不能留有缝隙；既有建筑实现逐步改造，要按照先公共建筑、商业建筑，后住宅的顺序进行，也就是首先改造相对容易的建筑，然后逐步解决比较复杂的住宅节能问题。

    建筑节能是一项系统工程，在全面推进的过程中，要制定出相关配套政策法规，该强制执行的要加大执行力度；要有相配套的标准，包括技术标准、产品标准和管理标准等，便于在实施过程中进行监督检查；对新技术、新工艺、新设备、新材料、新产品等，要在政策方面给予支持，加大市场推广力度。总而言之，做好建筑节能工作，只要相关部门、各级政府通力合作、密切配合，我国的节能目标就能达到。

    中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%。中国既有的近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。这是由于中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，建筑耗能总量在中国能源消费总量中的份额已超过27%，逐渐接近三成。

技术途径

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%。中国的采暖空调和照明用能量近期增长速度己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，如微排建筑、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、设备师和结构师紧密配合。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、供冷系统等。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。如美国一般鼓励采用“能源之星”的产品，而澳大利亚对耗能大的家电产品实施最低能效标准（MEPS）。

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）。

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，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，国外己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，已应用在大型空调领域；太阳能吸附式制冷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，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。

 新技术

    理想的节能建筑应在最少的能量消耗下满足以下三点，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。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。当然建筑节能也采用一些传统技术，但这些传统技术是在先进的试验论证和科学的理论分析的基础上才能用于现代化的建筑中。

减少能源消耗，提高能源的使用效率

    为了维持居住空间的环境质量，在寒冷的季节需要取暖以提高室内的温度，在炎热的季节需要制冷以降低室内的温度，干燥时需要加湿，潮湿时需要抽湿，而这些往往都需要消耗能源才能实现。从节能的角度讲，应提高供暖（制冷）系统的效率，它包括设备本身的效率、管网传送的效率、用户端的计量以及室内环境的控制装置的效率等。这些都要求相应的行业在设计、安装、运行质量、节能系统调节、设备材料以及经营管理模式等方面采用高新技术。如在供暖系统节能方面就有三种新技术：

①利用计算机、平衡阀及其专用智能仪表对管网流量进行合理分配，既改善了供暖质量，又节约了能源；

②在用户散热器上安设热量分配表和温度调节阀，用户可根据需要消耗和控制热能，以达到舒适和节能的双重效果；

③采用新型的保温材料包敷送暖管道，以减少管道的热损失。

近年来低温地板辐射技术己被证明节能效果比较好，它是采用交联聚乙烯（PEX）管作为通水管，用特殊方式双向循环盘于地面层内，冬天向管内供低温热水（地热、太阳能或各种低温余热提供）；夏天输入冷水可降低地表温度（国内只用于供暖）；该技术与对流散热为主的散热器相比，具有室内温度分布均匀，舒适、节能、易计量、维护方便等优点。

减少建筑围护结构的能量损失

建筑物围护结构的能量损失主要来自三部分：①外墙；②门窗；③屋顶。这三部分的节能技术是各国建筑界都非常关注的。主要发展方向是，开发高效、经济的保温、隔热材料和切实可行的构造技术，以提高围护结构的保温、隔热性能和密闭性能。

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材料开发

     酚醛是苯酚和甲醛的发泡物，酚醛树脂经过发泡固化后，具有轻质、防火、遇明火不燃烧、无烟、无毒、无滴落，使用温度围广（-196~+200°C）低温环境下不收缩、不脆化，是暖通制冷工程理想的绝热材料，由于酚醛泡沫闭孔率高，则导热系数低，隔热性能好，并具有抗水性和水蒸气渗透性，是理想的保温节能材料。由于酚醛具有苯环结构，所以尺寸稳定，变化率<1%。且化学成分稳定，防腐抗老化，特别是能耐有机溶液、强酸、弱碱腐蚀。在生产工艺发泡中不用氟利昂做发泡剂符合国际环保标准，且其分子结构中含有氢、氧、碳元素，高温分解时，溢出的气体无毒、无味，对人体、环境均无害，符合国家绿色环保要求。故此，酚醛超级复合板是最理想的防火、绝热、节能、美观的环保绿色保温材料。

 酚醛泡沫素有“保温材料之王”的美称，是新一代保温防火隔音材料。目前，在发达国家酚醛发泡材料发展迅速，已广泛应用于建筑、国防、外贸、贮存、能源等领域。美国建设行业所用的隔音保温泡沫塑料中，酚醛材料已占40%；日本也已成立酚醛泡沫普及协会以推广这种新材料。

    酚醛泡沫还是国际上公认的建筑行列中最有发展前途的一种新型保温材料。因为，这种新材料与通常的高分子树脂依靠加入阻燃剂得到的材料有本质的不同，在火中不燃烧，不熔化，也不会散发有毒烟雾，并具有质轻、无毒、无腐蚀、保温、节能、隔音、价廉等优点，且不用氟利昂发泡，无环境污染、加工性好 、施工方便，其综合性能是目前各种保温材料无法比拟的。通用于宾馆、公寓、医院等高级和高层建筑中央空调系统的保温(香港的高级建筑中央空调系统近年来已多数改用酚醛泡沫材料)。对冷藏、冷库的保冷以及用于石油化工等工业管道和设备的保温、建筑隔墙 、外墙复合板、吊顶天花板、吸音板等有无可争议的综合优势,解决了其它有机材料防火性能不理想，而无机材料吸水率大、容易“ 结露”、施工时皮肤刺痒等问题，是空调系统，各种电器的第三代最佳保温材料。

 随着人们生活水平的提高，人们对居住环境的要求也越来越高，中央空调在建筑中的使用也越来越普遍。据中国建筑学会暖通空调专业委员会统计：2005年我国中央空调风管的年需求量在1亿㎡以上，预计到2010年全国需求量将达到2亿㎡。

    中央空调风管可以分为两大类，一类是传统风管，如镀锌铁皮风管，它采用镀锌铁皮加保温层的结构，另一类是复合风管，如酚醛泡沫风管，这种风管本身就具有很好的保温效果，因此它们不需要在风管的外部再增加一层保温层。现阶段，虽然镀锌铁皮风管在我国的中央空调风管市场依然占据着绝对的地位，但以酚醛泡沫风管为代表的复合风管具有绝热性能好、安装维修方便、使用寿命长、外观美观等优势，已成为了中央空调风管的升级换代产品，被广泛应用于各类工业和民用建筑中。

 衡量一种产品是否节能，不能只仅仅考虑该产品在生产过程中的能耗，而且还要考虑这种产品在使用过程中的能耗，即采用全寿命周期分析（LifeCycleAnalyse，简称LCA）的方法对研究对象的整个生命周期（从产品诞生到报废的整个生命周期）进行分析。LCA是一种国际流行的研究方法，它已成功地应用于多项研究，因此，本文采用LCA方法对酚醛泡沫复合风管和镀锌铁皮风管的节能特性进行分析和比较。

    根据产生顺序的不同，任何产品的全寿命周期能耗可以分为四部分：生产能耗（产品生产过程所消耗的能量，一般称为含能，Embodiedenergy）、安装能耗、使用能耗和拆除能耗。相对于其他两部分能耗，风管的安装能耗和拆除能耗在风管的全寿命周期中所占的比例较小，不可预见性较大，且现阶段的研究资料也比较少，因此，在本文的研究中没有考虑风管的安装能耗和拆除能耗，而是简单地认为风管的全寿命周期能耗由风管的含能和风管的使用能耗两部分组成。

    中央空调风管的作用是将冷风或热风从空调机组输送到用户需要的位置，由于风管输送的冷风或热风与环境存在着一定的温差，因此在输送过程中必然会产生热量的传递，使得输送的冷量或热量减少，从而造成了能量的损耗。冷风或热风与环境之间热量的传递不仅与风管的导热系数相关，而且还与送风与环境的温差、空调的使用时间等具体情况相关，因此在计算风管使用过程的能耗中必须根据风管使用的具体情况进行分析。

风管全寿命能耗比较

  含能比较

    镀锌铁皮风管采用镀锌钢板加保温层的方式构成。风管尺寸不一样，镀锌钢板的厚度也不一样，一般为0.5mm至1.5mm，而保温层厚度一般为20mm至50mm。由此可以计算出：1㎡镀锌铁皮风管需要钢材8.58kg，橡塑泡沫保温材料2.145kg（计算中镀锌铁皮厚度取1mm；保温层采用橡塑泡沫材料，密度为65kg/m3，厚度取30mm；材料损耗系数取1.1）。

    酚醛泡沫风管采用在酚醛泡沫材料表面覆盖铝箔的方式构成。一般地，酚醛泡沫材料的厚度为20mm至30mm，密度为50kg/m3；铝箔采用双面覆盖的方式，铝箔厚度一般为40μm~60μm。由此可以计算出：1㎡酚醛泡沫风管需要铝材0.297kg，酚醛泡沫保温材料1.375kg（计算中铝箔厚度取50μm；酚醛泡沫材料厚度取25mm；材料损耗系数取1.1）。

    通过数据，可以计算出：镀锌铁皮风管的含能为454.74MJ/㎡，酚醛泡沫风管的含能为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计算）。即酚醛泡沫风管的含能只有镀锌铁皮风管的29.9％。

现阶段，我国每年大约需要增加中央空调风管面积1亿㎡，如果全国每年新增的1亿㎡风管全部采用采用酚醛泡沫风管，则每年大约可以减少3.1878*1010MJ的能源消耗，这约合120万吨标准煤。如果按60吨一个火车车皮的装载量进行计算，则这些节约的标准煤可装满2万个左右的火车车皮。

使用过程能耗比较    

    与发达国家相比，我国空调系统的能耗过高。降低空调系统能耗的有效办法是减少建筑与外界的能量交换以及降低空调系统输送过程中的能耗，因此，采用保温材料对空调系统的风管进行保温是一种常用的节能方法。 通常风管系统造成能量损失主要有以下两种：通过管壁温差造成的能量损失；风管漏风所造成的能量损失。前者所造成的损失往往很大，甚至每年达到了几十万元[6]。由于目前漏风所造成的损失尚无统一的测定方法，因此本文只对第一种情况造成的能量损失进行重点分析。具体计算公式如下：

式中：——能量损失量，kW/㎡；    

      ——环境温度与风管内热风或冷风温度的温差，℃；  

      D——风管表面换热系数，取8.14W/(m·℃)；  

      ——风管管壁的厚度，m；    

      ——风管的导热系数，W/(m·℃)。  

      为了详细分析各种常用风管（钢板风管、玻璃钢风管、玻纤风管、酚醛泡沫复合风管）在使用过程中的能耗，本文以广州市某大酒店中央空调系统为实例进行计算，该中央空调系统采用新风+风机盘管形式，风管的总使用面积为10,000㎡，每天平均使用16小时，全年共运行6个月时间。具体计算结果见表2。

比较项目	铁皮风管	玻镁风管	玻纤风管	酚醛风管
导热系数（W/m·k）	0.046	0.039	0.032	0.024
冷量损失（kW/m 2 ）	0.026	0.021	0.018	0.014
全年消耗电量（kWh/m 2 ）	24.96	20.16	17.28	13.44

从表2中可以看出：各种风管的能量损失相差非常大，在相同的运行条件下，镀锌铁皮风管的能耗最大，1㎡镀锌铁皮风管1年消耗电量24.96kWh（约合89.86MJ），而酚醛泡沫风管的能耗最小，1㎡酚醛泡沫风管1年只消耗电量13.44kWh（约合48.38MJ），比镀锌铁皮风管减少了11.52kWh（约合41.47MJ），节能率高达46.2％。

全寿命周期能耗比较      

    由于设计、安装或维修中的多种原因，镀锌铁皮风管使用中常常会出现冷桥，因此其表面易形成结露，这就使得镀锌铁皮很容易出现生锈的现象，严重地影响了镀锌铁皮风管的使用寿命。据工程实际统计表明，镀锌铁皮风管的使用寿命一般在5~10年左右，而酚醛铝箔复合风管的使用寿命至少20年以上。    

    风管全寿命周期按20年计算，这个过程中镀锌铁皮风管需更换2次，而酚醛泡沫风管则不需要更换。每采用1㎡酚醛泡沫风管，可相当于节约2057.77MJ能源。我国现阶段每年大约需要新增加1亿㎡风管，如这些新增风管全部采用酚醛泡沫风管，则大约可以节约2057.77*108MJ能源。这就是说，如果我国每年新增加的中央空调风管全部采用酚醛泡沫风管，则相当于节约了一个三峡电站的全年发电量！

最后，节能减排是我国能源形势的必须所面对的现实，也是国际所趋。无论是在建筑设计中还是使用中添加节能措施都是发展的必然方向。为建设一个更好更环保的人居环境而努力。