隨著我國經濟的不斷增長,人們對建筑室內環境舒適程度要求的不斷提高和城鎮化進程的加快,例如建筑物室內夏季空調和冬季采暖,天然氣的大規模使用等等,導致我國的建筑能耗必將進一步增加。我國既有城鄉住宅建筑總量約330億平方米,而節能型住宅不足2 % 。這些既有住宅還在無節制地消耗著大量的能源。比發達國家建筑能耗高2~3 倍,這勢必進一步加劇我國能源緊缺的矛盾。應該大規模開發和使用可再生能源。
充分利用可再生能源
建筑能耗來源一般分為高品位能源和低品位能源。建筑采暖一般只需要40~60℃的低品位能源,而煤炭、天然氣燃燒一般可產生幾百甚至上千攝氏度的高品位能源,這些高品位能源直接用于采暖是不合理的,應該先發電,然后再用余熱來采暖。目前建筑物室內采暖主要依靠礦物燃料的直接燃燒,這樣一方面造成資源的浪費,另一方面礦物燃料燃燒產生的大量污染物會污染環境。大量燃燒礦物燃料所產生的環境問題已日益成為各國政府和公眾關注的焦點。
我國的供熱已經歷了一家一戶的小煤爐到燃煤鍋爐的轉變。現在又進一步禁止在城鎮建設中小型燃煤鍋爐房,體現了政府對保護大氣環境的高度重視。但是由于目前建筑物的大量增加,集中供熱無法為所有建筑供暖,其缺口很大。以北京市為例,目前北京市有4.1億平方米的建筑,而北京市集中供熱(包括區域集中供熱)只能滿足3.1 億平方米建筑的供暖。因此,除了集中供熱的方式以外,急需發展其他的替代供熱方式。
實際上,全國存在大量的自然能源未得到充分利用,如全國大部分地區的土壤溫度穩定在15 度左右;我國四大海域(東海、南海、黃海、渤海)全年的海水溫度均約為20℃左右,還有湖水、河水和污水。這些自然能源在夏季則是很好的冷源,冬季是很好的熱源。此外,還有太陽能、風能等其他可再生能源也有待進一步開發和利用。如果能充分利用這些低品位自然能源,將會成為未來建筑能源的一個重要組成部分,對于緩解我國能源緊張形勢具有重要的現實意義。
在剛剛過去的冬季,北京經歷了前所未有的能源緊張,一部分供暖鍋爐不得不“氣改油”。面對這樣的形勢,北京市市長王岐山聽完市政協委員徐生恒關于“淺層地能”的提案后表示“對這個方案很感興趣”,并指示發改委相關負責人著手操辦此事。他說:“這一節能方案很好,可循環利用,市發改委和市政管委應該立即引入推廣這一替代方案。”由此可見,在未來的建筑能源消費領域大規模使用可再生能源是勢在必行的。
擇優選擇供能技術
推廣先進的供能技術,是提高能源效率、降低建筑能耗、改善工作和生活環境質量的有效途徑。地源熱泵技術就是一項值得大面積推廣的建筑供能技術。地源熱泵是一種利用淺層和深層的大地能量,包括土壤、地下水,地表水,海水等天然能源作為冬季熱源和夏季冷源,然后再由熱泵機組向建筑物供冷供熱的系統,是一種利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空調系統。抽取地下水的水源熱泵雖可以回灌,但由于技術限制,全部回灌不易做到,監督實施也比較困難且容易造成地下水污染。
國外目前大面積推廣使用的是埋管式地源熱泵技術,是充分利用淺層地熱的最佳技術途徑。它是一種可持續發展的建筑節能新技術。目前埋管式地源熱泵在歐美國家已得到了普遍應用,如美國目前已安裝50 萬套地源熱泵系統,并且每年新增4~5 萬套。世界最大的埋管式地源熱泵工程項目,埋設地下換熱器達8000 個,總長度達到54.9萬米,使用效果令人滿意。可以說,地源熱泵在國外已被充分證明是成熟可行的技術。
另一方面,國內一些建筑節能設計標準及節能政策中明確提出要推廣使用地源熱泵,目前已建成的北京工業大學能源示范樓,完全利用了預埋管地源熱泵技術,取得了巨大的成效。先進供能技術的推廣應用,使中國已經具備由過去強調降低單體建筑能耗向降低整體區域建筑能耗邁進的技術條件。
我國沿海城市是我國經濟發展的中心,但這些城市也都面臨能源緊張的局面。實際上,這些城市臨近海域。應該大面積推廣利用海水熱泵區域供冷供熱技術,有條件的地區也應推廣湖水、河水熱泵區域供冷供熱技術。雖然海水熱泵區域供熱供冷技術在我國還沒得到應用,但在北歐、美國已有多年的成功運行經驗。雖然這些應用也只是個別地方,但他們的應用都是大規模的。另外一方面,各城市的污水也是很好的冷熱源,如果能得到充分利用,也是建筑能源的一個很好的補充。
要解決建筑能源問題,各地區還要因地制宜的發展多能互補的復合能量利用系統,如太陽能技術和地熱技術的結合。傳統太陽能集熱器占建筑供能的5%,由于太陽能技術尚處研制和開發階段,其材料的昂貴,以及晝夜溫差和地域限制等,故其有待進一步完善和大規模普及。如何把太陽能技術和地源熱泵技術結合在目前是一關鍵環節。另外,還有地埋管淺層地熱技術、分布式能源技術、利用太陽能的光導管綠色照明技術、通風余熱回收技術、蓄熱蓄冷技術、抗垢節能技術和中央空調的風管清潔技術。
能源規劃勢在必行
建筑供能技術面臨著多元化的發展趨勢。首先從建筑能量的來源來看, 目前建筑能量的來源有煤炭、天然氣、電力和可再生能源(包括太陽能、風能、地熱能和生物質能等)。從供能技術來看,目前的建筑供能技術主要有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、溴化鋰直燃機組、壁掛式燃氣爐、冷熱電三聯供、電熱膜、電熱纜、電力鍋爐、蓄熱式電暖器、蒸汽壓縮制冷、熱泵技術、可再生能源、熱能回收技術等。
這些技術許多都是近年新發展起來的技術,具體那種技術好,多數百姓都不了解,甚至不直接從事這一領域工作的專業人士也搞不清楚。這些多元化能源技術的選擇和優化在我國經驗還不是很多,實踐經驗更顯不足,再加上受到商業利益的左右和影響,使建筑供能技術的選擇和優化更顯復雜。這就需要建筑設計人員聯合各方面專家進行深入研究,做出科學合理的能源規劃和設計方案。
現有建筑規劃設計的立項審批包括了建筑、結構、暖通、電氣、給排水等內容,但未能明確對整體能源的規劃與優化進行規范和審批。
建筑節能是如此重要,建筑能源規劃更是勢在必行,筆者建議政府在進行建筑規劃設計的審批中應加入對建筑能源規劃和優化設計的審批。
進行能源規劃是一項十分繁重的任務,已經有一些房地產開發項目開始施行建筑小區的能源規劃,這是一個值得鼓勵和推廣的做法,但是普遍推廣這種做法還存在經驗不足和人才缺乏的嚴重限制。有能力承擔此項工作的機構也十分有限,為此開展廣泛的產學研合作是十分必要的。特別是需要開拓思路,開展廣泛的國際合作,引進、消化、吸收國際先進理念和技術。
建筑節能技術相當復雜,需要把國外先進技術實現本土化,并且開發具有自主知識產權的節能和可再生能源新技術,并與中國的本土建筑相結合。這不僅需要產業和科技的結合,而且也需要建筑、能源、環境、機電和建材等多種不同學科與行業的密切合作和聯合攻關,創造具有中國特色的節能環保健康的可持續建筑物。 馬重芳 吳玉庭 羅亞紅
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