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1、第九章 可再生能源利用,能量的利用过程实质上是能量的传递和转换过程,能量的传递和转换过程,热 能,电 能,机 械 能,风能,水能,化学能,核能,地热能,太阳能,一次能源(天然存在),二次能源,光电转换,燃料电池,传热,聚变,裂变,燃烧,水车,水力,风车,热机,电动机,发电机,90%,直接利用,传热,建筑可再生能源利用，主要指在建筑物上利用太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能和水能等直接或间接来自太阳的可再生能源。用于建筑的可再生能源，可以分为五个部分：太阳能的光电利用，主要包括太阳能光伏发电系统和太阳能光伏照明系统。通过控制围护结构遮阳等部件，充分利用太阳能，同时减少太阳辐射对建筑物环境的影
2、响，实现节能。建筑设计中充分利用天然光采光和自然通风。,太阳能光热利用，包括太阳能集热器供生活水和采暖、太阳能热泵采暖和空调系统。其他可再生能源利用，主要指农村乡镇生物质燃料和沼气技术、风能、水能、地热能等。无动力通风系统应用于建筑物设计可产生可观的节能效果。综合利用指在同一建筑物上根据自然环境和周边可利用再生能源情况，进行总体设计，合理利用可再生能源，发挥节能效益。,9.1太阳能的光电利用,（1）太阳能光伏发电系统，利用半导体器件的光伏效应原理，直接实现太阳能的光电转换。在标准日照条件（1000W/m2）下，一平方米的太阳能电池板上输出功率为130180W，平均光电转换效率为13%18%；建
3、筑一体化太阳能光伏发电系统可实现分布式发电，大量减少输配电损失和投入，形成与基地式电站互补的新型能源供应模式；安装了太阳能电池板的屋顶和外墙，直接降低了建筑物外围护结构的温度，从而减少了室内空调的负荷。太阳能光伏发电系统的控制器是建筑设备监控系统的主要组成部分，主要用于监测整个系统的工作状态，保护蓄电池系统。在昼夜温差较大的地方，控制器应具备温度补偿功能，并实现太阳能光伏发电系统的并网发电。,（2）太阳能光伏照明系统包括太阳能光伏电池组件阵列、逆变、并网、密封免维护蓄电池、太阳能照明控制器、节能绿色高效光源等，若要实现集中控制功能，还应包括集中控制器及控制网络。其中，太阳能光伏电源控制器采用最
4、大功率点跟踪（MPPT）和脉宽调制（PMM）技术，以最大化地提高太阳能的转换效率和对蓄电池组的保护，实现系统的长期免维护运行。太阳能光伏照明系统主要可用于路灯、园林灯等户外照明设施。,9.2通过对围护结构的控制，充分利用太阳能，风能等可再生能源,现代节能建筑中，一项重要节能措施是利用天然光来减少照明负荷。通过建筑设备监控系统对窗帘，外遮阳板进行调节，并对邻近天然光的照明设备进行配合控制，可以实现照明系统的节能。通过光导纤维，将太阳光直接导入室内实现白天无天然光照明空间的照明，是太阳照明技术的新产品。在过度季节用自然通风代替空调，是建筑节能的重要措施。通过合理开关门窗，充分利用自然通风。在中空玻
5、璃幕墙结构建筑的顶部设置动力烟囱，或设计建筑物无动力通风系统，合理组织建筑物内的气流等技术措施，也已在试用中取得了成功经验。实现这些对象的控制和调节，都是现代智能建筑的主要课题。,9.3太阳能光热利用太阳能集热系统,太阳能集热器主要分为平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器两种。平板型太阳集热器的工作原理为：阳光透光盖板照射在表明涂有高太阳能吸收率涂层的吸热板上，吸热板吸收太阳辐射后温度升高，将热量传递给集热器内的工质，使工质温度升高。真空管型太阳集热器的工作原理为：太阳能通过外玻璃管照射到内管表面吸热体上转换为热能，然后加热内玻璃管内的传热流体，由于夹层之间被抽成真空，有效降低了向周围环境
6、的热损失，使集热器效率提高；其产品质量与选用的玻璃管材料、真空性能和选择性吸收膜有重要关系。太阳能集热系统应能实施系统运行的自动控制、集热系统和辅助设备启停的自动切换、防冻保护和防过热保护等控制功能。,地源热泵,地源热泵系统主要分为地埋管换热系统、地下水换热系统和地表水换热系统。地源热泵系统由室外热源和冷源、水环管路和热泵机组、室内末端输配系统组成，有时还要在系统上附加辅助锅炉和冷却塔。地热源泵系统主要采用岩土体、地下水、地表水为低温热源，以水或添加防冻剂的水溶液为传热介质，采用蒸汽压缩热泵技术进行供热、空调或加热生活热水。地源热泵系统方案设计前，应进行工程场地状况调查，并应对浅层地热能资源进
7、行勘查，通过调查来获取水文地质资料。对于地下水换热系统应该进行水文地质实验。,地源热泵系统方案系统设计前，应该根据工程勘察结果，评估系统实施的可行性和经济性。地源热泵系统施工时，严禁损坏即有地下管线和构筑物。地源热泵系统地埋管换热器安装完成后，应该在埋管区域作出标志或标明管线的定位带，并应采用两个现场的永久目标进行定位。地源热泵系统地埋管换热系统施工前应具备埋管区域的工程勘察资料、设计文件和施工图纸，并完成施工组织设计。地源热泵系统地下水换热系统应根据水文地质勘察资料进行设计，必须采取可靠回灌措施，确保已置换冷量或热量后的地下水全部回灌到统一含水层，并不得对地下水资源造成浪费及污染。系统投入运
8、行后，应对抽水量、回灌量及其水质进行定期监测。,若使用地源热泵系统地下水系统，应保证地下水的持续储水量满足地源热泵系统最大吸热或释热量的要求。地源热泵系统地表水换热系统设计前，应对地表水地源热泵系统运行对水环境的影响进行评估。地源热泵系统地表水换热系统设计方案应根据水面用途、地表水深度和面积、地表水水质水位和水温情况综合确定。地表水换热盘管的换热量应满足地源热泵系统最大吸热量或释热量的需要。地源热泵系统交付使用前，应进行整体运转、调试与验收。,热泵的控制,原则上，热泵系统的控制与空调系统的控制相同，但在一些特殊工况下，例如，在进行供热制冷切换时，热泵对控制系统提出了特殊要求，需要采取防水措施；
9、当制冷和供热或辅助热源需要同时投入时，或当与燃气空调联合运行时，需要调节瞬时冷热负荷，以匹配辅助热源和辅机设备的能量需求，进行除霜过程操作，并在其设计极限内实现安全切换。,9.4可再生能源的综合利用,可再生能源综合利用系统通常都采用建筑能源协调控制系统，即将整个建筑看成一个能源体系，调控组成建筑能源协调控制系统的各子系统，使之在保证性能，各功能要求和运行安全的前提下，尽量运行在高效运行特性区间内；也可将可再生能源利用系统与采暖、空调、照明控制系统通过建筑智能化系统进行协调控制，实现节能运行。,第十章既有建筑节能改造,2000年以前的大量建筑，基本上没有按节能和可持续发展的标准设计，能耗严重超标
10、。既有建筑的节能改造可分为能耗状况检测分析与节能措施的设计与实施两大部分。本导则将着重提出通过智能化系统的建设，使既有建筑达到节能标准的要求。,10.1 既有建筑能耗状况的检测分析,对既有建筑的能耗状态应进行全面检测与分析，检测内容应当包括冷热负荷分析。应采用计算机仿真软件估计建筑物每年运行的能耗，并评价在建筑物建成后3年的运行能耗。(1)建筑整体结构对能耗影响的评估;(2)建筑墙体、围护的保温透热状况检测分析;(3)窗的设计状况，窗保温透热状况的检测与分析,门窗泄漏的检测和分析；(4)暖通空调能耗状况的检测与分析,其中，暖通空调能耗状况的检测与分析，应包括：冷热源和能量转换系统 空调制冷设备
11、中工质的使用 空调通风系统 新风热回收状况 室内空气质量 室内自然通风 排风与换气,在有条件的地区，还应该考虑其他节能供暖方式的效率检测与分析：热电联供和分区供暖冷却(CHP)为了有效地利用燃料和其他能源，热电联供是能源有效利用的解决办法。其可以节省燃料。从而同样减少二氧化碳的排放量。热电联供主要适用于大型建筑物，比如公寓楼、医院、宾馆、娱乐中心、航空站、购物中心。以及其他的大型办公楼。热电联供（Co-Generation）,也叫做热电联产。是指热力发电厂通过一定的方法，在向用户输出电负荷的同时，也向用户输出热负荷。热电联产可以大大提高热电厂的热效率。,供热泵 供热泵是另一个节能方案。在某种情
12、况下，供热泵有助于建筑物中能源的节约。其效果是明显的。对于环流供暖，供热泵的效率是很高的，而且有时候对于单个住宅和多个住宅都是适用的。地源热泵水源热泵,(5)锅炉类型及效率的检测;锅炉的年总有效利用系数是通过与取暖设备(辐射热防护装置)的正确相配，停工损失的减少，利用控制设备以及对于建筑物和气候锅炉的正确的容量估计而改善的。年久的锅炉有比额定和不满载还低得多的效率，由于种种理由，它们中的大多数容量是过大的。(6)供暖与制冷传输管道效率检测与分析，(7)照明系统能耗状况的检测；照明的节能潜力可以借助于应用高效率的照明设备，通过利用照明控制系统以及自然采光集成相关技术来实现。,(8)供变电系统的能
13、耗与效率检测；合理选择变压器等变配电设备，准确计算可能的最大用电量，减少不必要的冗余，这些是变配电系统节能改造的重点。可以根据具体情况配用较小容量的变压器，在用电高峰以外的时间用小容量变压器代替大容量变压器工作，减少电能浪费,节约能源。(9)智能化系统节能效率检测与分析；(10)其他大型设备能耗状况的检测；(11)建筑能耗管理的分析;,10.2既有建筑智能化系统节能措施,既有建筑节能改造的重要部分是墙体、护围和窗的改造。但本导则仅重点提出通过智能化系统的建设，改善既有建筑的节能状况。,暖通空调是建筑能耗的主要部分，在对原系统进行能耗检测与分析的基础上，可对系统存在的问题进行结合实际的、有针对性
14、的改造。可供选择的措施有：(1)对未建立楼宇自控系统(BA系统)的建筑，增加BA系统对暖通空调系统实施自动化管理，改善能耗状态。(2)对已建立BA系统的建筑，首先应当对BA系统进行监控数据合理性的评估和分析，因为目前普遍存在建设后部分传感器监测数据不准确的现象然后对系统的功效进行检测分析，对效率低的系统针对检测分析找出的问题提出改进措施。,(3)采用太阳能发电系统和太阳能供热系统。采用具有红外传感、照度传感、震动传感等联动的智能照明系统，提高照明系统的能量利用率。对一般性公共建筑，每天照明耗能应小于11wm2。(4)采用优化的锅炉供暖系统或采用其他高效的供暖方式。(5)采用高效节能的暖通空调系
15、统。(6)采用高效率的供暖与制冷传输管道系统。(7)采用节能灯具和智能化照明系统。,(8)采用优化的供变电系统。建立变配电与供电系统的检测与监控系统。优化变配电与供电系统的设计与运行管理，提高系统的能量利用率。(9)优化供水系统，减少供水系统的能耗。(10)采用其他先进技术的措施，降低建筑的能耗。(11)建立严格的能耗定期分析与管理制度，通过加强管理降低建筑能耗。,结束语 总之，建筑节能与智能化技术紧密结合，将有利于挖掘建筑节能潜力，提高建筑节能水平，让投资、效益、能耗及建筑环境各项指标控制在合理范围内。本导则是指导建筑节能智能化技术应用工程的参考性文件，导则中所涉及的节能策略、技术方法、量化
16、指标还需要广大工程技术人员在工程实践中进一步实践，并不断深化提炼、总结提高，最后形成建筑节能智能化技术应用规程，进行广泛推广普及，指导大家做好建筑节能工作。,附录l 建筑节能相关政策法规和标准规范,节约能源法，l997年11月1日颁布，l998年1月1日起施行(目前在修订之中);可再生能源法，2005年2128日颁布，2006年1月1日起施行；中华人民共和国建筑法(在修订之中)；建设工程质量管理条例；民用建筑节能管理规定第l43号部令，已经于2005年11月10 8发布，2006年1月1日起施行；公共建筑节能设计标准GB501892005；绿色建筑评价标准GBT50378-2006，2006年
17、3月7日颁布，自2006年6月1日起实施；建筑节能管理条例(征求意见稿)。,附录2 建筑物的空调负荷计算,1负荷频率表法负荷频率表是美国暖通空调工程师协会(ASHRAE)推出的一种精度较高的全年空调负荷的简算法，又称温频法(BIN)。这种方法的基本思想是将各种负荷与温度建立关系。将室外气温按一定间隔分段，并统计出每段温度出现的小时数(即频数)，再取温度段内与对温度相应的含湿量，对温频数取平均值，得到与该温度段中心温度相对应的含湿量。用该温度段内的代表温度对应的负荷乘以该段内总频数，得到该温度段内能耗。将夏季或冬季各温度下的冷热能耗累计，便得到全年空调负荷。,2空调负荷动态模拟计算 动态模拟计算
18、是充分考虑房间热交换的各种因素，建立各个热过程的传热模型、房间的热平衡方程组，在一定的气候条件下，求解房间热平衡方程组得到逐时空调负荷的方法。动态模拟计算方法现在已形成了许多种模拟软件，如我国的DeST、美国的Energy plus、DOE2、HVACSIM+，英国的ESP、日本的HASP。在对于不透明围护结构传热计算时，DeST、Energy plus都采用状态空间法，DOE2采用反应系数法，而ESP则采用有限差分法。动态模拟计算过程主要包括建筑模型建立、参数设定和模拟计算三个过程，主要工作量在前二步。,3空调系统的全年运行能耗计算 空调系统的能耗包括冷热源设备、输送系统和末端设备的能耗。计
19、算方法也应分为简算法和动态模拟方法两种。,附录3 BAS管理下的节能效果计算,1温度控制 温度控制使室内温度能保持在设定值上。而人工控制的室内温度的基准值和精度都难以保证。温度基准值的偏移将使得空调负荷增加或偏小。其变化值可以通过动态模拟软件计算得到。温度偏移产生的负荷影响与建筑围护结构特性、气候条件等有关。需具体计算而定。通常室温基准变化l，夏季空调负荷变化范围7l0。冬季空调负荷变化58。,2 AHU的全年多工况运行控制 人工管理模式下，AHU的新回风比可进行季节性手工调节，即新风量保持最小有一定的节能效果。全年多工况运行控制则可以根据室外气象参数调节新风量，连续调节新风比，利用室外新风的冷量或热量对室内环境进行冷却或加热，从而减少人工制冷量和加热量。,3 AHU变风量运行控制变风量空调系统根据负荷的变化自动调节送风量，可以减少凤机输送能耗。变风量通常以风机变频调速来实现，变风量的范围一般不低于总风量的60,4冷冻水温再设控制 人工运行管理时，冷冻水出水温度通常设为7。在自控模式下可以根据空调负荷特性调整出水温度，提高冷冻机效率，减少能耗。冷冻机提高水温后，冷冻机制冷负荷仍不变，当然对末端空调器换热量有影响。再设控制的基础条件是建立室外温度与冷冻水供水温度的对应关系，控制系统根据室外温度值设定冷冻机的出水温度。,
