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北京能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與奧運建筑節(jié)能

來源:北京工業(yè)大學(xué)教育部傳熱強化與過程節(jié)能重點實驗室  作者:馬重芳 劉中良 昊延鵬 陳永昌  日期:2008-4-7
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   能源與環(huán)境是保證人類社會可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,是當(dāng)今世界各國關(guān)注的熱點問題。所以,如何提高用能水平,減少能源消費給環(huán)境帶來的污染,改善我們的生存環(huán)境已經(jīng)成為迫在眉睫的硬任務(wù)。

    能源結(jié)構(gòu)極不合理
    北京市是一個擁有1200多萬人口的
   能源與環(huán)境是保證人類社會可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵,是當(dāng)今世界各國關(guān)注的熱點問題。所以,如何提高用能水平,減少能源消費給環(huán)境帶來的污染,改善我們的生存環(huán)境已經(jīng)成為迫在眉睫的硬任務(wù)。


    能源結(jié)構(gòu)極不合理
    北京市是一個擁有1200多萬人口的國際大都市,由于自然、經(jīng)濟和歷史條件的限制,盡管市政府一直對能源與環(huán)境問題給予了高度重視,采取了一系列卓有成效的政策和措施,但北京市的環(huán)境和能源結(jié)構(gòu)仍然存在著非常嚴重的問題。這主要表現(xiàn)在兩個方面:一是環(huán)境狀況不容樂觀,北京仍然是世界上10個污染最為嚴重的問題。這主要表現(xiàn)在兩個方面:一是環(huán)境狀況不容樂觀,北京仍然是世界上10個污染最為嚴重的城市之一;二是能源結(jié)構(gòu)不合理,煤炭消費量在2000年全市能源總消費量中所占的比重仍然高達66%,而在燃料消費中煤炭(含焦炭)所占比重竟然高達74. 246,以煤為主的能源結(jié)構(gòu)和直接燃用原煤,尤其是民用燃煤必然會造成嚴重的大氣污染問題,這正是北京大氣環(huán)境問題的癥結(jié)所在。

    2001年北京申辦2008年奧運會的成功既為J匕京的快速發(fā)展提供了千載難逢的好機會,也帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。北京市環(huán)境治理成為我們必須限期完成的硬任務(wù)。根據(jù)國務(wù)院和北京市政府的要求和中奧報告對環(huán)境質(zhì)量的承諾,在污染物排放總量逐年降低的基礎(chǔ)上,2005年大氣環(huán)境質(zhì)量應(yīng)達到國家二級標準;20084---北京市區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量應(yīng)接近世界衛(wèi)生組織的指導(dǎo)值或發(fā)達國家大城市的平均水平。為此,市政府做出了進行全面能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重大決策在2008年前將目前以原煤為主的污染型能源結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴烊粴狻㈦娏Φ葍?yōu)質(zhì)能源為主的清潔型能源結(jié)構(gòu)。與此同時,大力開發(fā)利用太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎透鞣N生物質(zhì)能等可再生能源,提高能源利用率,加強節(jié)能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。到2008年,優(yōu)質(zhì)能源在終端能源消費結(jié)構(gòu)中的比重要達到80%以上,煤炭所占比重下降到20%以內(nèi);在燃料消費結(jié)構(gòu)中煤炭的比重控制在48%以內(nèi),并且全面取消終端燃煤。


    調(diào)整結(jié)構(gòu)提高能效
    能源結(jié)構(gòu)調(diào)整是改善北京市大氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵,也是實現(xiàn)大氣質(zhì)量根本好轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。然而,值得注意的是,英國等西方發(fā)達國家實現(xiàn)這一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變用了30多年的時間,而北京大規(guī)模實行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整至今只有5年左右的時間。所以,要想在如此短的時間內(nèi)完成如此艱巨的能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整任務(wù),當(dāng)然是一要靠政策,二要有足夠的資金支持,但最重要的是必須開發(fā)并依靠高新能源環(huán)境技術(shù)。只有依靠高新技術(shù)才能解決我們在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中所遇到的問題,才能保證用不到10年的時間完成西方發(fā)達國家30年才完成的任務(wù)。

   北京市能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的內(nèi)容是多方面的,用天然氣和電等優(yōu)質(zhì)能源去代替煤等劣質(zhì)污染型民用、一次性能源的消費,對于從根本上提高北京的大氣環(huán)境質(zhì)量具有舉足輕重的意義。天然氣和電都是高品位的優(yōu)質(zhì)能源,但如果將這些優(yōu)質(zhì)能源直接用于民用供熱取暖,由于其成本非常高,普通居民根本負擔(dān)不起。根據(jù)初步核算,天然氣鍋爐供暖運行成本和電熱直接供暖的成本大致相當(dāng),是燃煤鍋爐供暖成本的45倍。所以說,如何降低天然氣和電等優(yōu)質(zhì)能源民用消費的成本,大力推進新能源的開發(fā)與利用,提高能源利用率,是實現(xiàn)北京能源結(jié)構(gòu)調(diào)整目標的關(guān)鍵。


    奧運建筑節(jié)能示范
    長期以來,我國對建筑節(jié)能重視遠遠不足,建筑能耗高出同緯度發(fā)達國家的暗左右。北京市住宅面積已經(jīng)達到1.9億平方米。2001年住宅竣工面積2500萬平方米,是整個歐洲同期住宅竣工面積的22倍。以現(xiàn)有住宅面積計算,如果能耗量能平均下降20%,年節(jié)能即可達到7.6億元,由此減少的環(huán)境污染及所產(chǎn)生的社會效益將是十分可觀的。

    建筑節(jié)能不僅在能源節(jié)約工作中占有重要的地位,而且對于保證實現(xiàn)北京能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和“綠色奧運,科技奧運,人文奧運”的目標具有重大意義。因此,一定要搞好奧運村的規(guī)劃與建設(shè)。

    作為奧運村的建筑,與目前普通建筑相比,至少需要具有下述特點一、它必須是節(jié)能型的,其能耗要低于我國現(xiàn)行節(jié)能建筑標準,接近西方發(fā)達國家的現(xiàn)行節(jié)能標準;二、它必須以人為本,要求居住環(huán)境(室內(nèi)環(huán)境)健康、舒適、便利,強調(diào)人與自然的和諧統(tǒng)一,三、它必須是綠色的,即最大限度減少由于建筑用能而造成的環(huán)境污染,最大限度地使用綠色能源或可再生能源;四、它必須具有高技術(shù)含量,將最新科學(xué)技術(shù)用于奧運村建設(shè),包括信息技術(shù)、材料技術(shù)、能源技術(shù)、環(huán)保技術(shù)等。


    關(guān)于奧運村建筑,我們認為應(yīng)該特別強調(diào)如下幾點:

  第一,對建筑圍護結(jié)構(gòu)進行高水平的隔熱保溫,以大幅度降低能耗。在現(xiàn)行節(jié)能建筑標準的基礎(chǔ)上,通過圍護結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和優(yōu)化,進一步提高節(jié)能標準要求。例如,對于奧運村居住類民用建筑,其耗熱量指標可以在《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準(采暖居住建筑部分)》JGJ26一95的基礎(chǔ)上再降低30%到50%,從而接近西方發(fā)達國家現(xiàn)行建筑節(jié)能標準要求戶可以采取多層窗、中空玻璃低輻射玻璃、填充惰性氣體等方法,使整窗的傳熱系數(shù)降低至2.5w/(m2·K)以下;外墻可以采用優(yōu)質(zhì)隔熱材料,加強保溫隔熱,特別是要采用外保溫,使外墻傳熱系數(shù)是要采用外保溫,使外墻傳熱系數(shù)降低至0.5一0.8 W/(m2·x);在圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱良好的情況下,室內(nèi)用各種重質(zhì)材料建成厚重結(jié)構(gòu),以利于蓄存室內(nèi)熱能,調(diào)節(jié)室溫。


    第二,為了減少我國建筑能耗,必須大力推廣采用可持續(xù)發(fā)展能源技術(shù)和各種節(jié)能技術(shù)。采用先進供能技術(shù),充分利用可再生能源如太陽能、地?zé)崮堋L(fēng)能等,調(diào)整優(yōu)化建筑能耗結(jié)構(gòu),最大限度地減少建筑對常規(guī)能源的消耗,建成真正的低能耗建筑。在奧運建筑中,我們認為應(yīng)該優(yōu)先考慮采用下述先進技術(shù):


   .先進的圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)及綠色建材。如外墻保溫技術(shù)、外遮陽技術(shù)及綠色建材使建筑物具有良好的保溫隔熱性能,降低單位建筑面積的耗能量(包括耗熱量和耗冷量),減小建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)。

   .采用余熱回收技術(shù)。余熱回收技術(shù)不僅可以最大限度地提高建筑用能效率,而且還可以有效地減少建筑用能對環(huán)境造成的污染,改善室內(nèi)空氣質(zhì)量采用先進的室內(nèi)空氣處理技術(shù)合理控制新風(fēng)量,提高供暖空調(diào)系統(tǒng)的效率。

    .推廣先進熱泵技術(shù)。許多低品位的可再生能源,如城市污水的廢熱能、淺層水及土壤熱能等也只有通過熱泵才能得到高效利用。熱泵在建筑節(jié)能中的作用和意義是不可低估的。因此,在奧運建筑中,一定要大力推廣使用各種先進熱泵技術(shù),尤其是無污染的高效地源熱泵供截州座調(diào)技術(shù),提高一次能源利用率。

  .熱電冷三聯(lián)供技術(shù)。天然氣是優(yōu)質(zhì)高品位能源,所以,應(yīng)該盡量避免直接用天然氣供暖。為了最大限度地提高天然氣的一次能源效率,應(yīng)積極推廣熱電冷三聯(lián)供技術(shù),同時大力發(fā)展天然氣催化燃燒技術(shù),提高燃燒效率,降低排放污染。

    .建筑設(shè)計中充分利用自然通風(fēng)技術(shù),降低空調(diào)能耗,爭取在過渡季節(jié)可以完全依靠自然通風(fēng)來維持室內(nèi)舒適的居住條件,營造一個更加健康的人居環(huán)境。

    .綠色照明技術(shù)。綠色高效照明技術(shù)包括充分利用自然光源,除設(shè)計時要充分考慮采光要求外,白天可采用先進技術(shù)(如光導(dǎo)管技術(shù))將太陽光引入室內(nèi)直接照明采用各種高效節(jié)能光源。

    .鼓勵采用先進蓄熱蓄冷技術(shù),以降低建筑用能成本。隨著電量消費的增加,電力供應(yīng)白了‘峰一谷”矛盾越來越突出。采用蓄熱蓄冷技術(shù)可以有效地均勻電力負荷,提高電力系統(tǒng)的運行效率,減小電力建設(shè)規(guī)模。


    第三,保持良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)。毫無疑問,奧運建筑對室內(nèi)空氣質(zhì)量有更高的要求。但是,室內(nèi)空氣質(zhì)量的提高往往與建筑能耗的降低相矛盾。為了解決這一矛盾,在奧運建筑中就必須要采用最新材料和最先進的室內(nèi)空氣處理技術(shù),從而在改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、減少環(huán)境污染的同時,降低建筑能耗。例如,可以采用太陽能納米光催化技術(shù),包括采用具有自潔、殺菌和降解空氣中有害氣體作用的瓷磚、地板磚、衛(wèi)生陶瓷、壁紙等來改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。


    第四,搞好可持續(xù)能源技術(shù)的示范工程。目前,建筑供能技術(shù)正呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢,同時,西方發(fā)達國家已經(jīng)研發(fā)了多種先進環(huán)境能源技術(shù),并進行了大規(guī)模的推廣。但要引進這些先進能源技術(shù),就必須結(jié)合我國各地實際情況,將先進供能技術(shù)與我國建筑以及氣候與地
理特征相結(jié)合,創(chuàng)新性地進行二次開發(fā)和推廣,為各種技術(shù)提供本土化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此,在奧運建筑中,應(yīng)該注意建立若干個將多種能源利用技術(shù)集成應(yīng)用的示范工程,這一方面是推廣各種建筑節(jié)能技術(shù)的需要,同時也可以成為貫徹'd綠色奧運、科技奧運、人文奧運恃旨導(dǎo)方針,向世界展示我國先進能源技術(shù)的窗口。


(馬重芳,教授,西安交通大學(xué)“動力工程多相流咽家重點實驗室學(xué)術(shù)委員會副主任,清華大學(xué)‘反應(yīng)堆安全與工程墩育部重點實驗學(xué)術(shù)委員會委員,中國工程熱物理學(xué)會常務(wù)理事,中國工程熱物理學(xué)會傳熱傳質(zhì)分會副主任,中國工程熱物理學(xué)報編委,北京市對外科技交流協(xié)會理事劉中良,教授吳延鵬,博士生陳永昌,副教授。)


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