节能更新（通用5篇）
节能更新 篇1
0 引言
绝大多数工厂供电系统中的用电设备都具有电感性, 从而降低了供电系统的功率因数, 引起总电流增加, 能耗增加, 电压降低, 影响主变出力。只有提高功率因数, 才能提高设备出力, 降低功率损耗和电能损失, 改善电压质。本文以某厂变配电系统 (图1) 为例就其配电设备更新前后的功率因数与节能降耗、电压质量改善及设备出力进行计算和对比分析。
1 理论依据
图1中的A侧为公司110kV站出口, 有七趟6kV架空线路为该供电, 设有七个配电室。A、B为变配电系统, C侧为生产负荷系统, D为低压电容补偿装置, 厂计量表在A处110kV站内。设备更新前配电室的主要设备有:配电变压器为SJL-750/10 6/0.4kV一台, BSL配电柜的低压电容补偿装置早已损坏无用。设备更新后配电室的主要设备有:配电变压器为S11-M-630/6.3 6.3/0.4kV一台, GGA配电柜的低压补偿装置为自动补偿装置, 自动补偿装置投入运行功率因数达到0.98-1.0, 更新前后配电变压器的参数如表1。
A、B之间架空线路的有功功率损耗△P线和无功功率损耗△Q线:
Iav为投入运行供电负荷平均电流 (A) , R0, X0分别为钢芯铝铰线电阻 (Ω/km) 、感抗 (Ω/km) , L为高压架空线长度 (km) 。
B、C之间配电变压器有功功率损耗△P变和无功功率损耗△Q变:
计算公式按《建筑电气设计手册》一书, 有功功率损耗△P变=△P0+△PK (Sc/Se) 2。无功功率损耗△Q变=△Q0+△Qe (Sc/Se) 2。其中△Q0= (I0/100) Se;△Qe= (UD/100) Se。式中, Sc为工厂设计时, 计算负荷的视在功率;Se为变压器额定视在功率。对已投入运行的变压器来说, Sc为实际运行负荷视在功率S, 而S是不易计算的。
△P变=△P0+△PK (I2/I2e) 2 (1-3)
△Q变= (I0/100) Se+ (UD/100) Se (I2/I2e) 2 (1-4)
C侧的生产负荷不随配电设备更新而改变, 有关的有功功率P、无功功率Q、视在功率S与功率因数COS的计算公式如下:
2 耗能计算与对比分析
2.1 更新前耗能计算
在C侧可测得平均负荷电流Iav=2940A, 平均因数 (自然功率因数) COSϕ=0.75, 七台变压器负荷假定均分分配, 则二次侧电流, I2=2940/7=420A。
由式 (1-5) 计算C侧一台变压器的平均负荷:P2=1.732×0.4×420×0.75=218.2kW
由式 (1-3) 、 (1-4) 计算变压器功功率损耗和无功功率损耗:
△P变=2.4+10× (420/1082) 2=3.9kW
△Q变= (6/100) ×750+ (4.61/100) ×750× (420/1082) 2=50.2kvar
B处一台变压器消耗功率为上述之和:
P1=P2+△P变=218.2+3.9=222.1kW
Q1=Q2+△Q变=192.4+50.2=242.6kvar
由公式 (1-6) 计算B处一台变压器的视在功率及平均负荷电流:
由式 (1-1) 、 (1-2) 计算一趟高压架空线路有功功率和无功功率损耗 (其中, R0、X0、L值见图1) :
△P线=3×31.62×0.317×1.5=1.4kW
△Q线=3×31.62×0.347×1.5=1.6 kvar
A处的一趟高压架空线消耗功率为:
PA=P1+△P线=222.1+1.4=223.5kW
QA=Q1+△Q线=242.6+1.6=244.2 kvar
SA=330.5kVA
A处总的有功功率、无功功率、视在功率为
∑PA=7PA=7×223.5=1564.5kW
∑QA=7QA=7×244.2=1709.4 kvar
∑SA=7QA=7×330.5=2313.5kVA
由公式 (1-8) 计算A处功率因数COS=PA/SA=0.67远不到指标要求。
2.2 更新后能耗计算
由于采用的是无功自动补偿装置功率因数可达到0.98以上, 按功率因数等于0.98计算。
其中P2=218.2kW。
由式 (1-3) 、 (1-4) 分别计算此时变压器功功率损耗和无功功率损耗
△P变=1.6kW
△Q变=3.5kvar
B处一台变压器消耗功率:
P1=P2+△P变=218.2+1.6=219.8kW
Q1=Q2+△Q变=43.6+3.5=47.1kvar
由公式 (1-6) 计算B处一台变压器的视在功率及平均负荷电流:
由式 (1) 、 (2) 计算一趟高压架空线路有功功率和无功功率损耗 (其中, R0、X0、L值见图1) :
△P线=3×21.62×0.317×1.5=0.6kW
△Q线=3×21.62×0.347×1.5=0.7 kvar
A处的一趟高压架空线消耗功率为:
PA=P1+△P线=219.8+0.6=220.4kW
QA=Q1+△Q线=47.1+0.7=47.8kvar
A处总的有功功率、无功功率、视在功率为:
∑PA=7PA=7×220.4=1542.8kW
∑QA=7QA=7×47.8=334.6 kvar
∑SA=7QA=7×225.5=1578.5kVA
由公式 (1-8) 计算A处功率因数COS=PA/SA=220.4/225.5=0.97
2.3 更新前后对比分析
1) 更新前A处的功率因子COSϕ=0.67, 更新后A处的COS=0.97, 功率因数得到很大的提高;
2) 对消耗功率进行比较, 更新前∑PA=1564.5kW, 更新后∑PA=1542.8kW。功率损耗减少21.7 kW, 每月节约电量15624kW·h;
3) 电压质量改善情况, 架空线路中通过的电流由31.6A变为21.6A, 减少线损电压为[ (31.6-21.6) /31.6]×100%=31.6%;
4) 设备输出分析:主变输送到该厂视在功率由2313.5kVA降为1578.5kVA, 提高了主变出力。
3 结论
发电机和电力变压器的额定容量是用视在功率来表示的, 其单位是千伏安, 它是电压与电流有效值的乘积, 当电压恒定时, 其容量决定于电流值。这一电流值由有功分量和无功分量组成。有功分量是通过用电设备或用电器将电能转换成机械能或热能而得到充分利用, 对发电机来说, 这一项称为有功功率, 而无功分量却没有得到利用。但无功电流在供电线路、发电机和电力变压器中同样要产生电阻损耗而浪费电能。这一损耗, 通常称为无功损耗。无功电流对发电机来说, 输出的是无功功率。如果负载的无功分量增加, 即功率因数降低, 则发电机的无功功率也增加。本文电力系统更新后功率因素提高显著, 因而降低了无功功率使电能得到充分利用, 节电量明显, 电压质量大幅改善。
摘要：功率因数和能耗是衡量配电设备节能效率的重要指标。本文对配电设备更新前后的功率因数与能耗进行了定量计算和对比分析, 为电器设备高效运行、经济运行提供了理论依据, 对配电工程实际具有重要指导意义。
关键词：功率因数,能耗,配电设备,节能
参考文献
[1]李博, 曾文清.马钢新区供配电系统经济运行和节电措施探讨[J].冶金动力, 2011 (6) :4-7.
[2]聂玉安.节电技术在低压供配电系统中的设计应用[J].电气应用, 2011, 30 (12) :27-31.
节能更新 篇2
节能是一场技术产业革命, 不只是节约能源, 更是利用一切新技术自我更新, 同时拉动产业发展。医院建筑作为最复杂的民用建筑之一, 设备繁多, 空间环境质量要求很高, 因此能耗非常巨大, 建筑节能变得尤为重要。为了加强在节能环保领域的合作, 协助中国提高卫生基础设施水平、医疗健康及可持续发展, 德国经济技术部授权德国工商总会, 于2013年9月份组织中国相关专家赴德参加“绿色医院与建筑节能”考察研讨活动。本文结合此次活动的研讨内容和考察实例, 试图对德国绿色医院建筑节能模式进行粗浅的探析, 以供我国的医院建筑设计同行参考。
2 背景
广义的建筑能耗指从建筑材料制造, 建筑施工, 一直到建筑使用的全过程能耗;狭义建筑能耗指维持建筑功能和建筑物运行所消耗的能耗, 又称建筑使用能耗。根据联合国环境署的统计, 建筑领域能耗大约占社会总能耗的30%~40%, 因此, 建筑节能意义重大。我国在2005年颁布并执行了《公共建筑节能设计标准》 (GB50189-2005) , 适用于新建、改建、扩建的公共建筑节能设计, 以实现节能50%的目标。
医院建筑除了具有一般公共建筑的特点外, 还因作为集病原与易感人群为一体的特殊场所, 担负着救死扶伤的重任, 使得医院有别于一般公共建筑。相比其他不同公共建筑的能耗密度 (每平米单位耗能) , 医院建筑的能耗密度仅次于商场。近几年来, 我国医院能耗不断大幅攀升, 能源支出占运行费用支出的10%以上。[1]
与一般公共建筑相比, 医院建筑的使用能耗更高, 主要表现在:医院建筑需要全年日夜不间断运行;除了一般公共建筑的建筑设备外, 还有很多医学专用诊疗设备, 并且随着医学发展愈加丰富和复杂;除了普通的季节性舒适空调空间外, 有很多特殊的医疗、诊断设备空间需要全年恒温恒湿控制, 有的还有较高的净化无菌要求;需要常年不间断的供热、供冷和蒸汽用量巨大, 以保证病房洗浴、消毒灭菌、后勤供应等不同需求;现代医院建筑体量大、楼层高, 集中冷热源供应系统半径大大增加, 输送能耗损失很大。因此, 医院建筑比一般公共建筑更加复杂, 特别在运行阶段的使用能耗比一般公共建筑高很多, 仅靠在建筑设计阶段认真执行《公共建筑节能设计标准》是不够的, 如何动态控制医院建筑在运行阶段的使用能耗, 从节能角度看变得更为重要。
德国的绿色建筑标准包括了社会、经济、生态三个方面综合质量目标, 分别对技术质量和过程质量两个方面进行打分, 从2012年起开始对医院建筑进行绿色认证。与美英的绿色建筑认证体系相比, 德国体系的独特特点是增加了经济质量方面的内容, 并且特别引入了过程质量 (包括规划、执行、管理) 评定 (图1) 。而这些过程质量评定措施实际上就是突出了建筑在运行阶段使用能耗的动态控制, 这也是德国绿色建筑标准最为值得学习和参考的地方。[2]
近20年来德国的医院有了较大的变化, 主要表现在医院数量、病床数量、平均住院期的减少, 病人数量、医护人员数量的增加 (图2) ;与此同时, 医院的总能耗却一直在逐年增加 (图3) [3]。因此德国医院建筑节能更新具有重要意义。根据德国布赫医院集团相关研究表明, 一座医院建筑在其全生命周期的运营成本是其建造成本的5倍左右, 所以建筑节能最主要体现在运营的能耗节约上, 具体可分为供暖 (制冷) 、供电、供水三个方面。西门子集团对其近15年参与节能建设改造的约2000座建筑的数据进行统计分析, 结果表明, 经过节能改造后, 平均每间医院每年可以节省能源支出约150万欧元[4]。所以, 努力降低医院运营阶段的使用能耗, 是德国绿色医院节能更新的重点工作。
3 四种模式
德国的医疗建筑设施建设发展已经较为成熟, 绝大部分医院的节能更新都是在原有设施的基础上进行改造、改建或者扩建, 也有少量的完全新建医院, 这四种模式在节能措施方面侧重点各不相同, 适合不同情况的医院, 下面将结合具体实例分别进行介绍分析。
3.1 模式1:小规模改造—柏林贝特尔 (Bethel) 医院
这是目前德国最常见最大量的医院节能改造更新模式, 主要是用较少的投入改造升级已有的水、暖、电设备及管线以达到降低能耗的目标。柏林贝特尔医院是一间250床的小型社区医院, 建筑设施已较为老旧 (图4、5) 。2010年医院通过德国能源局, 以54万欧元招标到豪赫蒂夫 (Hoch Tief) 能源管理公司, 全面负责医院的设备节能改造、运营及维护服务, 保证医院在12年内 (2010-2022年) 每年在能耗上节约11.5万欧元以上。其中医院方每年可节约能耗开支8万欧元, 七年内回收54万欧元的招标费用, 能源管理公司每年获得3.5万欧元的利润。如果每年节省超过11.5万欧元, 超过部分能源管理公司得到45%, 医院得到55%, 所以双方都会积极配合, 以获得更多的能耗节省。
能源管理公司将节能改造措施基本放在设备和管线上面, 对医院环境影响甚小。这些节能改造和管理措施主要包括: (1) 所有能源供应外包给燃气公司以减少碳排放 (2012年比2008年减少碳排28%) ; (2) 改造供暖设备及管道; (3) 优化并减少水泵, 减少电能消耗, 将水和空气混合, 降低用水量; (4) 更换LED照明灯具, 减少电能消耗; (5) 通过智能监控系统控制主要能耗设备, 以达到最优化目标; (6) 专职技术人员定期现场检查评估, 以便动态改进 (图6、7) 。
贝特尔医院2013年获得了德国节能医院奖。这种模式投入少、简单易行、收益明显, 医院、能源管理公司和国家均从中受益, 适合在大部分现有的中小型医院中推行。[5]
3.2 模式2:原址改建——汉堡Asklepios医院
汉堡Asklepios医院始建于1907年, 原由60多栋老建筑组成, 分布在400m宽、1200m长的用地上, 总建筑面积135000m2, 共有1200张病床, 5800位员工 (图8) 。分散的老建筑、漫长的设备管线, 使原有医院能耗巨大, 再加上庞大的人员费用支出, 原有医院每年亏损约2000万欧元。1999年院方全权委托一家计划开发机构在原址进行改建。其中约三分之二的土地出售给政府, 当中保留了20多栋被评为文化遗产的老建筑;在剩下三分之一的用地上, 投入了1.6亿欧元规划重建一所全新的绿色医院, 于2005年建成投入使用 (图9) 。
新医院在规划设计时非常重视建成后的运营成本控制, 在建设规模、建筑布局、技术设备选用、人员配备等各方面做了详细评估, 并在建设过程中不断地改进, 从而保证新医院运营效益的最优化。最终建成的新院是一栋相对紧凑集中的综合体建筑, 总建筑面积67000m2, 共有701张病床, 3300位员工。由于缩减了规模, 并采用了许多绿色节能的新技术新设备, 使新院的运营成本大大降低, 虽然病床数量减少, 但由于提高了使用率和周转率, 新院每年净收入达到4000万欧元。
新院的节能措施从建筑布局、设备选用、到装修设计等方面采取了各项综合手段, 主要有: (1) 建筑布局采取相对紧凑的综合体形式, 流线简捷清晰; (2) 后勤保障及设备用房全部放在地下一层, 使管线相对集中; (3) 地下室通过周边放坡及中间开天井获得自然采光通风 (图10) ; (4) 部分后勤供应物流使用智能机器人运送 (图11) ; (5) 庭园上空设置了智能启闭的电动天窗, 在气温低于12℃时可自动关闭, 减少了空调能耗 (图12) ; (6) 灯具大量使用可以单独控制的LED灯泡; (7) 使用可节水的龙头及消防喷淋头; (8) 采光、供暖根据时间智能调节; (9) 室内装修使用新型涂料, 可以提高15%的光亮度, 并且可以用水擦洗污渍, 减少维护费用。[6]
许多历史悠久的大医院都具有占地大、建筑分散且数量很多、能耗巨大、各时期的老建筑无法适应现代医学功能要求等特点。Asklepios医院的原址改建模式提供了成功的范例, 通过部分出售土地获取资金, 按照现代医学和绿色节能要求, 采用最新的技术和设备, 在原址建设一所全新的医院, 不但给老医院带来新生, 而且给社会带来巨大的节能效益。
3.3 模式3:扩建能源中心——柏林UKE医院
柏林UKE医院坐落在Klinicum大学校园里, 是一所具有120年历史的老牌医院。包括大学在内共约40ha各时期的老建筑, 分散在30ha用地内, 带来的问题与Asklepios医院非常类似。但是, 因为UKE医院是与Klinicum大学融为一体的, 不可能采用Asklepios医院那样的卖地改建方式, 而是在新建的一幢外科综合楼里 (图13、14) , 扩建了一个服务整间医院的能源中心 (图15) 。
能源中心的主要设备用房放在新楼的地下室内, 并在地面上修建了一所全新的供电供暖站。电能、暖气、蒸汽均由能源中心综合统一提供, 通过电脑监控主要机电设备, 达到能耗最优化目标。通风系统的废气排放口设置了热能回收利用装置, 以提高热能效率。在新楼屋顶还安装了1400m2的太阳能光伏发电板 (图16) , 可以为医院提供约1%的电能。为节约能源, 院方通过热量图检查了窗户的密闭性 (图17) , 对气密性不达标的窗户进行改造;另外, 在大楼二层设计了医院街及多个小型内天井, 以获得自然的采光通风 (图18、19) , 并对所有的照明灯具进行评估, 减少不必要的灯具并更换成更节能的LED灯具。
通过扩建能源中心, 使用新型设备集中供应电能、暖气、蒸汽, 并采用一系列的绿色智能监控措施, UKE医院的目标是到2020年减少碳排放20%, 2050年减少碳排放80%, 这对于一所无法进行大规模改造的老式大医院来说, 是非常巨大的改进, 也为类似情况的老式医院的节能改造提供了另一种成功模式。[7]
3.4 模式4:标准化新建——柏林布赫Helios医院
位于柏林郊区的Helios医院, 是布赫医院集团旗下的其中一间医院 (图20、21) 。该集团共拥有73家医院共42000名员工, 其中6家为1000床以上的全能医院, 因此集团在医院的运营管理上具有非常丰富的经验。在对以往经验分析总结的基础上, Helios医院主要通过标准化的建筑设计手段, 来达到节约能耗和减少运营成本的目标。
首先是确定合适的规模。根据集团的相关研究表明, 800~1000床为一间医院的最佳规模, 科室配备合理且方便运营管理。过大的规模会引起流线过于复杂冗长, 降低了医疗效率, 并增加能源损耗。Helios医院建成的规模是24个科室共1033个床位。
其次是合理的相对集中式建筑布局。Helios医院采用“王”字型枝端布局模式, 通过一条280m长的中央走廊将三幢150m宽的建筑串成一体, 总建筑面积101879m2。这种相对紧凑的布局模式使得医院的功能分区十分明确, 流线简捷高效, 又兼顾了良好的通风采光和景观视野 (图22) 。
然后是建筑采用标准模数化设计。平面柱网采用7.2m模数, 形成实用面积16m2的标准病房;层高采用4.2m、3.8m和3.2m模数, 首层及有手术室的二层采用4.2m, 其它大部分采用3.2m。在满足功能要求的基础上, 建筑标准模数化一方面有利于缩短服务流线距离, 以提高医护人员效率;另一方面可以减少空间容积, 以节约空调能耗;还有利于减少装修材料和设备的规格, 可以降低建造和维护成本。
最后一条与汉堡Asklepios医院类似, 将后勤保障及设备用房全部放在地下一层, 使管线相对集中, 地下室通过周边局部放坡获得自然采光通风 (图23) 。不同的是Helios医院还在中央走廊的下方建设了一条350m长的地沟, 可以预冷空气后再送到中庭、中央走廊等公共空间, 实测可降低室温3~6℃, 大大降低了空调能耗 (图24、25) 。[8]
Helios医院不依赖高新技术设备, 主要通过建筑设计手段来达到节约能耗和减少运营成本的目标, 为全新建设的医院提供了另一种更加经济且简单可行的节能模式。
4 政策资金及技术服务支持
节能是一场技术产业革命, 德国的绿色医院建筑节能更新不仅是医院单方面方的独立行动, 其中也包括了政府机构的政策及资金支持, 以及研究机构和能源管理公司的技术服务支持。
根据柏林社会与卫生署的资料介绍, 柏林市政府对医院在能源效率方面的资助政策集中在旧医院的改造方面, 主要包括: (1) 对手术室空气系统的改造及废热回收利用; (2) 中央空调系统的更新改造; (3) 建筑外墙保温层的更新改造; (4) 发电设备的更新, 并利用其废热供暖; (5) 大医院建设能源控制中心。无论是公立医院还是私立医院, 进行上述节能更新建设, 均可向社会与卫生署申请补贴。补贴从社会医疗安全需求角度评估后发放, 一般可占到建设投资的三分之一左右。[9、10]
大学等研究机构也接受联邦政府资助, 进行建筑能源优化及新技术等相关项目研究, 推动节能产业技术发展, 并从规划、建造、验收、运营等方面全程参与其中。例如柏林理工大学接受联邦政府资助, 对空调设备能耗效率进行深入研究, 计划在未来推行更高效的热水冷却系统来取代低效能的电力冷却系统。
另外, 像西门子等大型设备生产集团也积极参与到医院节能更新项目中, 为像UKE医院能源中心这样的大型项目提供技术和设备支持。而许多像豪赫蒂夫 (Hoch Tief) 这样纯粹的能源管理公司, 则可以为大量的像Bethel医院这样的小型医院改造提供直接的技术管理服务。
5 结语
德国的绿色医院建筑节能更新不是局限于设计阶段的节能计算简单了事, 而是对规划、设计、建造、运营的全过程的计划、监控和改进, 特别突出了建筑在运行阶段使用能耗的动态控制, 以真正实现建筑在其全生命周期的能耗节约为目标, 达到医院利益、产业发展和社会效益的共赢。在其四种主要节能更新模式中, 小规模改造模式和扩建能源中心模式适合最大量的现有医院进行改造更新, 主要通过利用新技术、新设备和智能监控管理等措施来达到节能目标, 这些措施都有赖于相关技术产业的发展, 而政府的政策支持和资金补助能够为其提供方向和动力。而原址改建模式和标准化新建模式为我们提供了另一条不依赖高新技术设备的节能思路, 通过合理的规划布局、建筑设计和装修设计等综合手段, 同样能够达到显著的节能目标, 这对于节能技术产业相对落后的我国, 更加具有现实的指导意义。
图片来源
图1:作者根据德国德索美公司 (DREES&SOMMER) 提供资料翻译;
图2:作者根据布赫Helios医院提供资料翻译 (数据来源:德国联邦统计局) ;
图3:柏林工业大学提供 (数据来源:德国联邦统计局) ;
图8、9:作者翻拍自院方资料;
图14、15、17、18、20~22:院方提供;
其他图片均由作者拍摄。
参考文献
[1]林爱麟.长沙市医院建筑能耗的实测与分析[D].长沙:湖南大学, 2009.
[2]德索美 (Drees&Sommer) 公司资料:绿色建筑和绿色医院
[3]柏林工业大学资料:绿色医院讲座.
[4]西门子 (Siemens) 公司资料:医院领域的节能解决方案
[5]柏林Bethel医院资料:同其合作伙伴在能源效率领域的合作
[6]汉堡Asklepios医院介绍资料
[7]UKE汉堡大学附属医院介绍资料
[8]柏林布赫Helios医院介绍资料
[9]柏林社会与卫生署资料:公共建筑修建及改建项目中有关能源效率的法律框架
[10]柏林社会与卫生署资料:有关医院 (建设) 能源效率方面的资助政策
[11]张春阳.注重亚热带地区气候特点的医院建筑设计[J].南方建筑, 2013 (02) :87-91.
节能更新 篇3
关键词：节能减排,社会需求,就读后评价,思维连贯化,技术阶段化
0 引言
随着我国经济的迅速发展, 人民生活水平的提高, 人们对建筑的需求量也在大幅增加。相应地, 建筑对能源的需求也迅速增加, 将加剧建筑能源供需间的矛盾[1]。当人类生存面临能源危机时, 节能减排成为建筑学教育的首要问题[2]。掌握基于节能理念的技术措施与设计手段已成为设计人员必须具备的基本职业素养[3]。在国家节能减排政策导向下, 建筑院校建筑学专业人才培养需要适时更新, 以实现建筑学专业人才培养与社会需求的良好适应。
1 国内外典型建筑院校和设计院对节能减排的应对情况
1.1 国内外典型建筑院校对节能减排的应对情况
(1) 英国诺丁汉大学。诺丁汉大学开设有类似建筑物理的课程, 以专题讲座形式向学生讲授, 直接为建筑设计课程服务, 其课程设置情况见表1。从表1可以看出:理论讲授与设计平行的教学模式, 同类技术知识易形成体系。技术知识的设置针对性运用于设计, 而相应的设计也侧重于技术的实现[4]。
(2) 同济大学。同济大学在2003年开设与节能建筑、绿色与生态建筑相关的专业课程《建筑环境控制学》, 教学对象主要是建筑学四年级本科生。课程主要分两部分:一部分是节能建筑的理论讲授, 另一部分是知识的应用与实践设计。通过两环节的实施, 实现节能建筑教学的渗与析[5]。
(3) 山东建筑大学。为打破传统建筑教学方向单一的体制, 更好地满足社会对建筑节能人才的需求。从2007年起, 山东建筑大学结合本校实际, 与国内知名太阳能企业进行联合办学, 增设太阳能与建筑一体化方向[4]。
从国外建筑院校教育教学实践可以看出:节能理论以专题讲座形式向学生讲授, 采用理论与设计平行的教学模式, 值得国内借鉴与学习。国内建筑院校对建筑节能教学实践主要概括为两种:一是增设建筑节能课程或现有课程改革;二是在建筑学专业基础上增加与节能技术相关的专业方向。
1.2 国内典型设计院对节能减排的应对情况及分析
通过重点调研上海现代建筑设计集团、中国建筑设计研究院、机械部第三设计院和上海建筑科学研究院建筑设计院四家设计院对节能减排的应对情况, 主要业务领域与方向见表2。
可以看出:国内设计院节能机构所涉及节能领域呈现多样化态势, 说明市场对建筑节能人才的需求是多领域、多方位的。随着建筑节能工作的逐步推进, 社会需要更多新型建筑人才参与到建筑节能的各个领域。
2 建筑学专业学生对节能能力培养的“就读后评价”
学生是人才培养的主体, 其对高等学校培养计划中所设相关课程的评价, 最能代表课程教学效果的优劣。通过回访学习主体, 就建筑节能相关课程设置情况进行“就读后评价”。将评价结果及时反馈到建筑学专业人才培养体系中, 以体现人才培养的合理性。学生对节能能力培养的“就读后评价”有价值的反馈意见见表3, 主要体现在教学方法和课程体系的更新上。
3 节约减排政策导向下建筑学专业人才培养的更新策略
3.1 建筑学专业教学方法的更新策略
3.1.1 传统教学方法的不足
建筑相关节能课程如《建筑物理》、《建筑节能技术》等, 课程传授的知识是从实际的物理环境抽象出来的概念和原理。这些知识对擅长使用形象思维的建筑学学生而言, 难以消化。教学方式以课题讲授为主, 教师单向灌输知识, 导致学生学习积极性低, 更谈不上主动运用于设计课程。
3.1.2 多元化教学模式的建构
(1) 案例教学法。案例学习不是简单的复制, 经验的积累是需要转化的, 案例的分析与解读是经验转化的途径。在实际的教学过程中, 通过分析和解读节能理念融入建筑设计的经典案例, 当下建筑技术的发展对建筑设计的影响, 鼓励学生自主学习相关节能知识, 实现从模仿到经验的转化, 进而提高节能设计水平的目的。
(2) 专题讲座与专题化设计相结合。专题讲座是一种开放式教学方法, 能够充分调动学生的学习主动性, 增强教师与学生间的互动, 从而针对性地把专题讲座知识运用到专题化设计当中, 实现理论讲授与设计课程平行的教学模式。
3.2 建筑学专业课程体系的更新策略
3.2.1 更新原则———“思维连贯化, 技术阶段化”
传统课程体系中建筑节能相关课程属于独立的理论课程。节能减排视角下, 建筑节能应被视为一种理念, 其建构的是一个体系, 在整个建筑设计过程中应象空间、造型、功能、流线一样贯穿设计的始终。因此, 提出建筑学专业课程体系“思维连贯化, 技术阶段化”的更新原则。思维连贯化是指将节能理念从学习设计初期就教授给学生, 使学生从本质上重视建筑节能设计;技术阶段化是指分阶段地学习专项的建筑节能方法, 有针对性地运用到设计中。
3.2.2 优化理论课程体系, 形成连贯性的思维模式
现阶段建筑教育在课程设置上, 相关课程前后不连贯和相互间缺乏联系, 使教学效果大打折扣, 因此课程设置应强调连贯性。低年级考虑做些节能常识性介绍, 使学生认识到当前形势的紧迫性和建筑节能的必要性。二、三年级结合建筑构造和建筑物理讲授节能基础知识, 四年级将《建筑节能技术》课程进行立体拆分成若干、具体的专题讲座, 穿插到合适阶段并在设计环节中进行针对性的训练。
3.2.3 将节能理念阶段性融入建筑设计类课程
结合建筑学专业设计类课程的特点, 将节能理念的培养分为三个层面:观念层面即节能意识;方法层面即节能理念;技术层面即节能技术。结合建筑学专业各年级教学特点, 运用立体化拆分方法, 将《建筑节能技术》课程相关拆分成适合不同年级的节能专题讲座, 适时地穿插到给定建筑设计教学环节, 将不同层面的节能理念阶段性地融入到设计类课程中。
(1) 不同层面节能理念阶段性融入建筑设计的课程体系。从建筑设计类课程的阶段划分看, 二年级是学生基本观念形成的良好时期, 节能意识作为观念层面的教学内容, 放在该阶段是合适的。三年级属于建筑学专业人才培养中设计理念全方位提升的重要阶段, 节能理念作为方法论层面的教学内容, 三年级建筑设计类课程要求学生在方案中体现一定的节能理念, 是妥当的教学思路。四、五年级的建筑设计环节要求学生在方案中体现具体的节能技术, 是合适的思路。
(2) 将环境模拟分析与设计竞赛引入建筑设计的课程体系。环境模拟分析为建筑设计的节能创作思路提供强有力的理性基础, 从而在更高层次上实现生态与节能建筑设计在感性与理性层面的整合[6]。因此, Ecotect、Phinics等环境模拟软件将在辅助建筑及规划设计, 提高环境分析能力方面, 为建筑师和规划师提供良好的技术平台。设计竞赛是推行建筑节能设计行之有效的措施, 有助于学生节能意识的培养、深化学生的节能理念, 强化学生的节能技术。因此, 不同阶段鼓励师生参加“全国大学生节能减排”、“太阳能建筑”及“中国梦绿色建筑创意”等设计竞赛, 将会极大提升学生在高等教育阶段节能设计的培养。
4 结语
当前能源日益减少和能源需求急剧增加, 国家高度重视资源节约和环境保护工作, 并颁布一系列建筑节能法规政策, 社会迫切需要与节能相关的建筑人才。基于国家节能减排政策和社会需求, 对国内外典型建筑院校和国内若干设计院的响应情况进行调研与分析。结合学生对节能能力培养的“就读后评价”反馈意见, 从教学方法和课程体系方面提出建筑学专业人才培养的更新策略, 以实现建筑学人才培养与国家政策和社会需求的良好适应。
参考文献
[1]张军杰, 宫海东, 于江.建筑教育中可持续设计理念的培养[J].高等建筑教育, 2008 (1) .
[2]仲德毙, 陈静.生态可持续发展理念下的建筑学教育思考[J].建筑学报, 2007 (1) .
[3]德国能源署, 住房和城乡建设部科技发展促进中心, 住房和城乡建设部建筑节能中心联合主编.中国建筑节能简明读本——对照德国经验的全景式概览[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.
[4]刘长安, 仝晖, 周琮.以生态建筑学为导向的建筑教育模式研究——山东建筑大学生态建筑学教学实践, 山东建筑大学学报, 2012 (5) .
[5]宋德萱.节能建筑教学的“渗?析”过程[C].2010年全国建筑教育学术研讨会论文集.
节能更新 篇4
天津市工信委为加快重点节能低碳技术的推广普及, 引导用能单位采用先进适用的节能低碳新技术、新设备和新工艺, 促进能源资源节约集约利用, 减少碳排放, 缓解资源环境压力, 对各区县节能主管部门, 市属集团公司, 有关单位转发国家发展改革委办公厅关于开展国家重点节能技术征集及前六批国家重点节能技术推广目录更新工作的通知 (津工信节能[2014]6号) 。更新内容为对已选入前六批国家重点节能技术推广目录的技术进行动态更新, 调出全行业普及率在80%以上的技术;对能效指标明显提高的更新相关技术指标;增加减碳效果测算, 并明确了更新程序。
节能更新 篇5
地处国家热工分区中严寒地区的包头市土默特右旗将军尧镇,在目前提倡发展生态建筑的同时对于建筑的能耗问题提出了新的想法。窗户的传热耗热量与空气渗透耗热量相加,约占全部耗热量的一半左右,在采暖方式不变条件下,使原有居民体感舒适度提升,由此,窗户成为节能设计的核心环节。在考虑窗户自身设计的基础上为它穿上保温的“外衣”以便更大限度地提高资源的利用率。
1. 包头市土默特右旗将军尧镇传统民居改造更新的背景研究
1.1 地域性与气候因素
将军尧镇地处内蒙古高原南部,属半干旱中温带大陆性季风气候,年均气温7.2℃,气候特征主要表现为不同季节的温度差别较大。冬长寒冷雨雪少,冬季长达五个月,大寒期长达50天。夏季较短,将近三个月,太阳辐射热量较大,热舒适度总体感觉差,空调制冷和冬季采暖的时间较长。
1.2 建筑区位因素及现状
将军尧镇已看不到传统的蒙古包,取而代之的是模仿汉族百姓建造而成的房屋,在外观、结构上二者大体相同。总体建筑在建筑风格上分为三种类型:一是,原有民居坡屋顶;二是,原有民居破损后修建新建筑并加建;三是,后期新加建建筑。由此,针对以上三种不同时期的建筑,在寒冷的冬季,采暖成为影响居住舒适度的首要问题,在不改变原有房屋结构的同时,提高室内的舒适度是文章所研究的内容。
1.3 建筑存在问题
现有的房屋大多两面或三面开窗,开窗面积经调研测定数据计算得出,其不符合严寒地区设窗标准。由于窗户的传热耗热量与空气渗透耗热量相加,约占全部耗热量的一半左右,故笔者在原有房屋结构不变的基础上,通过调整窗户条件来改善室内舒适度,以达到节能及适居的目的。
外窗面积是计入建筑物外表面积的,因而控制体形系数要综合考虑建筑围护结构的各个因素。外窗的热工性能较差,是重点控制因素。体形系数越大,耗能越多[1]。
根据以上三种不同时期的建筑,笔者针对每一种,在窗户结构构成的基础上做了相应的设计,以满足基本保温要求基础上最大限度的节约资源,并结合能源的利用对对象做了分别的剖析。
2. 建筑单体内部空间保温节能的影响因素分析
2.1 窗户特性的影响
2.1.1 外窗朝向
包头冬季主导风风向为西北风,夏季为东南风。夏季主导风以及地形风迎风面要尽量与主导风向垂直或保持较小的角度,而冬季主导风向的外窗应做封闭设计,但还是要满足室内采光通风的基本需求。
2.1.2 包头地区窗墙比现状及不足
单一朝向外窗面积和墙面积的比值一般称之为窗墙比。窗户面积布置不合理,会引起过多的能耗损失。如今为了改善采光而尽可能放大窗户面积,一方面增加玻璃的面积可以增加房间的通透感,满足了人们对建筑景观、视野等方面的更高层次需求。在内蒙这种做法极为不适用,造成大量资源不必要的浪费。另一方面,窗墙比过大,会增大玻璃的冷空气辐射面,从而降低了人在室内的舒适度。而窗墙比过小,在严寒地区,虽可以保证保暖的需求却又不能满足通风采光等要求,以上会造成建筑供暖能源和建筑照明用电的浪费[2]。
2.2 材料性能的影响
2.2.1 窗框的选择
木窗框、钢窗、铝合金和塑钢等新型材料、断热铝合金窗、塑料窗、塑钢窗。比较六种窗户的特性,结合将军尧镇的区位因素,此处笔者有以下两点建议:其一,对于原建筑,因老旧,一部分窗户已被破坏失去基本功能。此类型窗户原有结构为木窗框,此处考虑实用性,钢窗及铝合金窗作为选项更适合选用。其二,对于新加建的建筑,因建造对象为当地居民,对窗墙比控制上偏差过大造成室内居住舒适度过差,由最早居住功能转化为供牲畜及家禽养殖,在一定程度上造成空间及资源的浪费。笔者针对这部分有两种窗户形式的推荐,断热铝合金窗及塑钢窗能够有效调节室内温度,保温隔热性能也大大提升,更好的满足人们居住的需求。
2.2.2 玻璃的选择
(1)平板玻璃
采用普通单层透明玻璃窗,厚度3mm或5mm,透光、保温、隔声、耐磨、耐气候变化,但热工性能差,且易损坏。
(2)吸热玻璃
与普通平板玻璃相比,吸收太阳辐射热、可见光和紫外线。虽有防太阳辐射的功能,但其较差的透光性会大大降低室内的天然光照度,同时刺眼的颜色遮掩了窗外景色,易引起眩光对眼睛产生影响[3]。
(3)镀膜玻璃
又称“镜面玻璃”,主要有热反射玻璃和低辐射玻璃两种,有较高的热反射能力而又保持良好透光性的平板玻璃。常用它制成中空玻璃或夹层玻璃以增加绝热性能。此外还有单向透像作用,从室内可以看清室外,而室外看不到室内。
(4)太阳能玻璃
太阳能玻璃实现了功能性和能源再造的统一。但这种玻璃美中不足的地方就是在透光性和价格方面。
(5)中空玻璃
由两层以上玻璃将空气层密封起来,其间层中充以惰性气体以减小间层中的对流换热。其优异的性能在内蒙地区的居住建筑中较少采用实为遗憾。尽管2011年9月21日发布的内蒙古自治区地方标准《居住建筑节能设计标准》对门窗的热工性能提出了要求,但是执行的力度还有待加强[4]。
因将军尧镇地处严寒地区,对于窗户玻璃的要求较为严格。此处笔者有以下两点建议:其一,对于原建筑,因原先窗户玻璃破损严重,结合当地特点镀膜玻璃能在满足居民居住生活私密性的同时有效防治强光造成的眩光。其二,对于新加建的建筑,因开窗面积过大,对于太阳能窗户的采用具有一定的优势,在满足功能的同时利用自然能源采集能量用于其他的能源消耗在这里是很好的建议。
2.2.3 密封材料及五金件
外窗的密封材料和五金件与外窗材料组成一个有机的系统,决定了外窗的整体性能[5]。缺点是使用时间久了之后便失去弹性,随之产生严重收缩从而失去密封性能。五金材料一般有合页、轨道、铰链、压条等,则是外窗良好使用的重要保证。
在此处,因区位的特殊性,风大尘大是居民不可忽略的问题,笔者针对此项问题认为,密封材料的选择是有效解决居住舒适度的有效手段。解决小的适居问题,改善微环境也是作者以人为本,朴素改造观的体现。
3. 建筑外窗的“外衣”
3.1 窗帘的作用
像是人们在冬季里裹上厚厚的棉大衣,可以有效地阻隔外来的冷空气起到很好的保温效果。主要因为窗帘本身具有一定的热阻,窗帘和窗户之间形成空气间层也具有一定的热阻,阻止热流向室外散失;另一方面是因为窗帘阻止窗玻璃对人体产生冷辐射,而且还可以阻止室外的冷风渗透。因此,悬挂窗帘可以起到节能、改善室内热舒适度的作用。这样,在配置窗帘后窗户的得失热量比就会发生变化,窗墙比就可能不在之前的范围内了,可以对外窗尺寸做出相应的调整。可见,研究内置窗帘外窗的热工特性是非常必要的。
3.2 窗帘的种类
建筑中的常用窗帘有棉布窗帘、亚麻窗帘、纱帘、真丝窗帘、平绒窗帘、百叶窗帘、遮光涂层窗帘以及各种窗帘与纱帘的双层组合窗帘[6]。
3.3 窗帘保温的影响因素
3.3.1 布帘的密闭性
布帘在上下端封闭和松弛的情况下窗系统传热系数也是不同的,布帘边缘密封对增强隔热效果有重要作用。这里笔者联想到一件大领子的羽绒服在寒冷刮风的冬季是万万不适用的,或者是异曲同工的道理吧。
3.3.2 布帘的安装间隙
空气层最大热阻及其对应的最佳间隙对保温也起着不同的影响效果,不同窗帘材料与不同外窗类型搭配应用时,都会有一组最优的数据,即当空气层热阻最大时,窗帘间隙最佳[6]。
提高窗帘的密闭性,找到合理的安装间距可以更好的达到保温效果。纱帘+亚麻帘是笔者更推荐的搭配,不仅在保温功能上,更是在美观上达到完美的结合[7]。
4. 包头土默特右旗将军尧镇居住建筑窗户保温节能的几点建议
在分析与总结的基础上,笔者对包头地区窗户类型的选择提出一些建议:其一,对于原建筑,因老旧,一部分窗户已被破坏失去基本功能。此类型窗户原有结构为木窗框,此处考虑实用性,钢窗及铝合金窗作为选项更适合选用。其二,对于新加建的建筑,因建造对象为当地居民,对窗墙比控制上偏差过大造成室内居住舒适度过差,由最早居住功能转化为供牲畜及家禽养殖,在一定程度上造成空间及资源的浪费。笔者针对这部分有两种窗户形式的推荐,断热铝合金窗及塑钢窗能够有效调节室内温度,保温隔热性能也大大提升,更好地满足人们居住的需求。
因将军尧镇地处严寒地区,对于窗户玻璃的要求较为严格。此处笔者有以下两点建议:其一,对于原建筑,因原先窗户玻璃破损严重,结合当地特点,镀膜玻璃能在满足居民居住生活私密性的同时有效的防治强光造成的眩光。其二,对于新加建的建筑,因开窗面积过大,对于太阳能窗户的采用具有一定的优势,在满足功能的同时利用自然能源采集能量用于其他的能源消耗在这里是很好的建议。
最后提高窗帘的密闭性,找到合理的安装间距可以更好的达到保温效果。纱帘+亚麻帘是笔者更推荐的搭配,不仅在保温功能上,更是在美观上达到完美的结合[7]。
5. 小结
综合上述,窗户的选择没有绝对的合理与不合理,因为每种窗户都有其优点和缺点,我们必须要结合建筑环境、建筑物的性质、窗户基础性能、成本、以及后期维护等各方面因素进行综合评价。
居住建筑外窗节能是一个系统性的工作,本文以包头土默特右旗将军尧镇为对象,分析其地理位置和气候特征,通过分析该地区居住建筑外窗为研究对象,收集资料结合理论知识系统,探讨了军尧镇居住建筑窗户的现状及存在的问题、窗户材料种类的能耗比较、窗户的热工性能、节能窗型的性价比、开窗面积的选择、窗帘的配备等方面,提出了适合包头地区居住建筑窗户节能措施和方法,对工程设计具有一定的参考意义。
参考文献
[1].王瑞,董靓.节能-建筑设计-高等学校-教材.[M].建筑节能设计(第二版),2014.5
[2].居住建筑节能设计标准.[S].内蒙古自治区工程建设标准,DBJ03-35-2011
[3].贾巨涛.我国寒冷地区建筑技术的应用.[J]建筑2002,9)52—54.
[4].乌进高娃,李祥平,陈冰俐.包头城市住宅窗户节能设计.[J].西安建筑科技大学硕士学位论文,2005.05
[5].李炳男.窗户是建筑保温节能减排的关键.[J].吉林省第七届科学技术学术年会.2012.10.26
[6].高珍,刘艳峰.内置窗帘外窗热工特性研究.[J].西安建筑科技大学硕士学位论文,2012.05