绿色建筑中的节能减排技术

摘 要：当前,减少温室气体排放,以低碳发展和绿色发展应对全球气候变化正逐步成为国际共识.进入2013年以来,北京市持续的雾霾天气、严重的空气污染使节能减排、低碳环保的任务更加艰巨而紧迫.建筑是耗能大户,也是污染大户,发展绿色低碳建筑是解决高能耗、高污染的重要途径.因此,响应住房和城乡建设部“绿色建筑行动方案”,“广泛开展国际交流与合作,借鉴国际先进经验”要求,研究日本在公共建筑领域成功应用的节能减排技术――基于太阳能的空调系统,这将对我国开展相关领域的研究工作有一定的借鉴意义.

关 键 词：太阳能空调系统节能减排

全球气候变化深刻影响着人类生存和发展,是全球许多国家面临的重大挑战.当前减少温室气体排放,以低碳发展和绿色发展应对全球气候变化正逐步成为国际共识.建筑行业是温室气体排放的主要来源之一,北京“十二五；”期间建设绿色北京,实现城市向“绿色、低碳、环保”转型的发展目标,建设生态城市,必然要把建筑行业作为实现城市生态文明的重点领域,把发展节能减排技术作为促进经济发展的重要手段.

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绿色建筑节能减排技术发展现状

目前,国内外许多学者和技术管理人员从事绿色建筑经济、环境与社会效益分析和绿色建筑技术应用的增量成本、成本效益评价等方面的研究和实践工作,欧美等发达国家在绿色建筑的发展起步较早,在绿色建筑方面的研究处于世界领先水平.

20世纪80年代中后期和90年代,日本等发达国家和新加坡、韩国等新兴市场经济国家与地区以及部分发展中国家,均开始了绿色建筑和绿色经济的研究,研究重点包括在节能建筑和绿色建筑基础上的可再生能源的利用,节水、节材、节地、室内环境质量和智能控制的内容.绿色建筑的研究由建筑个体、单纯技术上升到体系层面,由生态城市建设的技术集成建筑设计扩展到环境评估、区域规划等多领域,形成了整体性、综合性和多学科交叉的特点.体现了“四节”和环境保障的可持续发展要求,并将其贯穿到建筑的规划设计、建造和运行管理的全寿命周期的各个环节中.

上述研究和实践表明,从建筑物节能减排的角度研究绿色建筑实现的相关技术和方法是未来生态城市中绿色建筑发展的趋势,在绿色建筑中采用先进的节能减排技术可以在生态和经济两方面得到双赢.在这方面日本是比较成功的,其在公共建筑中大量研究采用各种节能减排技术,下面以在公共建筑的能源消费中占约30%左右的空调系统为例进行说明（见图1）.

2005年,为了应对能源危机、保护环境,推进零能耗建筑的发展,日本政府提出“将办公环境的空调温度设定为：夏季28℃、冬季20℃”,为积极响应政府的这一号召,日本企业和研究机构不断研发空调系统的节能减排技术,如：太阳能空调系统、工位+环境辐射空调系统、屋顶悬吊式工位空调系统等,并在实际应用中取得了很好的效果.下面我们对这些节能减排技术进行深度剖析,对我国研发适合生态城市绿色建筑的节能减排技术具有一定的借鉴意义.

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日本太阳能空调系统应用研究

2.1日本太阳能空调系统效果

在日本,太阳能作为绿色建筑中一种可再生的清洁能源,其应用主要集中在太阳能热水利用和太阳能光伏发电两个方面.表1所示的是各种利用太阳能方式的转换效率.从表1中,我们可以看到,不同的太阳能转换方式,其转换效率差异显著.

从图2中可以看到,富士热管太阳能集热器的转换效率最高,能高达90%.因此,为了更有效地利用太阳能,近年来,日本在太阳能的热能直接利用方面,尤其是富士热管太阳能集热器的研发方面加大了投入力度,开发出适合不同建筑需求的太阳能空调系统,其节能减排效果显著.

2.2太阳能与GHP余热利用高效空调系统

2.2.1系统的构成

太阳能与GHP（GasenginedrivenHeatPump）余热利用高效空调系统是由太阳能空调系统和GHP余热驱动除湿空调系统两部分组成.其中,太阳能空调系统是一个有效利用太阳能集热器所收集的热量、夏季制冷冬季供暖的高效空调系统.该系统采用真空管式太阳能集热器和为了配合太阳能利用而专门设计的太阳能天然冷却器.

GHP余热驱动除湿空调系统将GHP冷却器的余热用于制冷空调,用除湿空调机分别独立处理显热和潜热.由于能够充分除湿,即使将温度设定在28℃也可以实现凉爽工作环境.

2.2.2系统的构成特征

该系统优先使用太阳能,由于雨天等气候的影响使热量供应不足时,启用备用的燃气发动机进行高效地补充,以实现整个系统的最优控制、稳定运行.制冷时将GHP废热用于除湿空调机的驱动热源,不但大大地节省能源,而且保证了舒适性.

该系统为了更好地利用太阳能热水,专门设计了吸收型冷热水器（又称为天然冷却器）,同时使用了真空玻璃管型高效太阳能集热器.下面对这些设备的结构原理及其特点做进一步的分析.

2.3太阳能与GHP余热利用高效空调系统的应用实例

对太阳能与GHP余热利用高效空调系统成功采用的是日本燃气公司.该公司位于日本横浜市、总建筑面积为5645平方米、是一栋地上4层+屋顶小屋1层的办公楼,该公司在对这栋办公楼的节能升级改造中成功地引入该系统.

为了在建筑物全寿命周期内减少环境负荷,1996年燃气公司经过研究,采用燃气热电联供系统、自然采光、自然换气、建筑能源管理系统等节能新技术,建造了划时代的“全寿命周期节能办公楼”.该建筑比一般写字楼的平均一次能源消耗量减少约24%,CO2排放量减少约25%.

2010年对该建筑物进行进一步升级改造,使用了电、热水和空调三联供系统,将节能降碳的空调系统,最先进的自然采光、照明控制系统,太阳能发电和热电联供系统等组合,配合建筑能源管理系统,通过系统整合,实现了显著的效益和效果,成为一个绿色公共建筑典范.

从表2中,我们可以看到,通过热、电、空调的三联动系统升级改造,一次能源消耗由改造前的2518MJ/m2a下降为1518MJ/m2a,消减率提高了66.7%.该建筑的CO2排放量由改造前的80kg-CO/m2a,下降为5780kg-CO2/m2a,排放下降量提高了88.9%,改造效果异常显著.

3结语

目前,我国的建筑节能减排工作虽然已经取得了重大进展,但仍任重道远.空调系统在公共建筑的能源消费中约占30%左右,是节能减排的重点,尤其是北京、上海、广州等大型城市,为了实现“十二五”绿色城市发展目标,应积极吸收像日本一些国外发达国家建筑物节能减排的成功技术和案例,着重研究开发公共建筑的节能减排技术.因此,本文通过对日本公共建筑物中空调系统节能减排技术的应用分析,希望对我国建筑节能减排技术的推进起到一定的借鉴作用.