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鍋爐產生蒸汽到用戶端轉換成熱水,可選方案及優缺點如表1所示。不同供熱方式的經濟效益對比見表2。經過校內多次會議討論和專家論證,確定選擇方案3,即使用太陽能熱泵系統分散供熱方式取代原來的燃油鍋爐集中供熱方式。技術方案確定之后,籌措資金便成為一個重要議題,由于項目涉及面廣,設備需求和工程量都很大,預計項目投資超過兩千萬元。對于一個日常經費都采取預算制的事業單位來說很難較快籌措到此巨款,而項目如果不盡快實施,每天的能源損失又非常嚴重。在此情景下,合同能源管理的方式成為一個最好的選擇,即節能改造工程的全部投入和風險由節能服務公司承擔,節能服務公司為上海大學提供節能服務。項目實施后,通過節能效益監測和審計,節能技術服務公司與上海大學按比例分享其經濟效益。項目合同結束后,以后產生的經濟效益及節能設備全部歸上海大學所有。節能服務公司不僅提供改造所需的設備,還提供能源管理服務。在項目合同期內,節能服務公司按合同約定,對高校節能工程進行改建,承包高校所有能源消耗和維護,實現高校能源管理外包。通過節能服務公司的高效節能工程,以期望在最短時間內收回投資,節能量則轉化為更大的經濟效益,從而實現節能服務公司與高校的效益分享。因此,采取合同能源管理模式,不但解決資金問題,而且乙方的節能收益與實施效果有直接關系,所以極大的調動乙方參與管理節能的積極性和主動性。在合同能源管理項目中,如何確定用能量至關重要。因為節能量的計算與核定涉及節能效益的分配,是合同能源管理的重要前提之一。校園生活、工作、學習用能穩定,易于核定節能量,同時,我校的節能管理工作有較好的傳統,寶山校區對每年燃油使用量的都有完備數據記錄,節能服務公司容易接受。在形成了完整的改造方案之后,學校將其作為重點節能項目向上海市教委提出申請,經過專家論證后,得到了教委支持的啟動經費。
2項目實施過程和結果
為了獲得性價比最優的節能服務,通過公開競爭的招標方式,可以為學校最大程度的節能經費,因此學校在2012年底通過上海機電設備招標公司進行了公開招標,選取了上海哲能赫太陽能設備公司作為項目中標方。改造過程總計6個月,改造工程內容見表3。項目至今已完整運行了5個月,經過了冬季低溫期的考驗。在此期間沒有發生一起事故或投訴事件,各單位都對改造結果非常滿意。由于設備方案針對了各個用戶的使用習慣,采用了分散系統,用戶使用不受原來鍋爐房的制約,可以靈活自主的安排工作,用戶的實際體驗滿意度大大提高。本項目的節能效果,根據實際測量,統計分析如表4。根據近半年的運行情況推算,本項目每年所產生的節能量將超過1700t標煤,節約能源成本約1500萬元左右,同時減少了燃油鍋爐的廢氣排放,提升了用戶的使用滿意度。是一個環境效益、經濟效益和社會效益多面豐收的好項目。
3結論
關鍵詞:火力發電廠;熱力系統;節能技術
當前是一個經濟全球化的時代,電力生產行業發展要與時俱進,跟上時代前進的腳步。電力企業要想在競爭激烈的市場上始終占據一席之地,就必須不斷提升自身的社會影響力和競爭力,在追求經濟效益的同時,也要高度關注到火力發電廠的日常經營管理工作,促使企業經濟與生態環保的共同發展。火力發電廠高層領導要樹立起先進的工作理念,不斷加強對發電廠內部降損節能的監督管理工作。熱力系統作為發電廠生產運營過程的重要組成部分,發電廠要積極采取先進的節能技術,最大程度減低熱力系統的能源損耗,有效改善生態環境,確保企業在最低成本下創造出最大的經濟效益。
1火力發電廠熱力系統節能技術應用的必要性
1.1實現發電廠的穩定經濟發展
火電廠熱力系統節能技術應用作為現電廠節能工作的新能源,企業通過將先進的節能技術與熱力系統運行相結合在一起,能夠實現對整個熱力系統的優化調整,降低系統運行過程的各種損耗[1]。此外,在熱力系統節能技術實施時,發電廠無需投入更多的新設備,也不用對各種主要設備進行再次改造,這樣無疑也減少了發電廠的運營管理成本,有效提高了火力發電廠的整體管理水平,實現了企業生態經濟的和諧穩定發展,在保障高經濟效益創造的同時,也降低了火力發電生產過程對外界造成的污染,不會影響到周圍居民的正常起居生活,避免了各種矛盾糾紛的產生,帶來了一定的社會效益。
1.2熱力系統節能技術發展前景大,效果顯著
在傳統火力發電廠經營管理少,很少有企業會關注到發電廠熱力系統的節能工作內容,嚴重缺乏對熱力系統節能技術的深入研究創新工作,從而導致在熱力系統設計上存在不合理的現象。此外,由于發電廠內部未能加強對檢修維護人員的專業培訓工作,導致系統設備維護管理不得當,時常會發生不規范操作,也增大了熱力系統運行的能源損耗。因此,通過科學應用熱力系統節能技術,能夠進一步優化完善熱力系統的設計,減少工作人員的工作任務量。熱力系統節能理論和節能技術的創新應用值得電力企業的全面推廣,能夠為企業發展創造出更多現實價值。
1.3實現了火力發電廠降損減能耗的最終目的
每個企業在發展過程中都希望在最低成本下創造出最大的經濟效益,火力發電廠也不例外。火力發電廠熱力系統可以通過利用多種多樣的節能方式達到降損節能的目的。例如,發電廠可以優化設計新機組,加強對輔助設備的引進應用,實現對整個熱力系統的降損減能耗的目標。此外,還能夠實時對熱力系統進行監督管理,充分掌握每個階段熱力系統的運行情況,針對能耗過大的情況,對機組采取有效的改善措施,從而大大降低了熱力系統的耗能情況。
2火力發電廠熱力系統節能技術分析與改進
2.1化學補充水系統的節能技術應用
當前存在火力發電廠普遍應用的是抽凝汽式機組,該機組將化學補充水注入熱力系統的方式主要包括了以下兩種:①通過把補充水有效注入到除氧器當中;②通過把補充水注入到凝汽器中,只要確保凝汽器成功補入時,那么化學補充水就可以在凝汽器中順利完成初步除氧作業。倘若化學補充水的實際溫度小于汽輪機排氣溫度時,火力發電廠相關工作人員只需要在凝汽器喉部位置合理安裝好配套裝置,就可以促使化學補充水以噴霧狀態進入到凝汽器喉部,這樣有利于最大程度發揮出排汽廢熱的作用,降低熱力系統的能源損耗。此外,技術人員通過采取化學補充水系統節能技術,補充水會經低壓加熱器,使用低位能抽汽的方式慢慢促使熱力系統進行加熱,這樣一來就有效減少了高位能蒸汽量,最大程度提高了熱力裝置的熱經濟性[2]。火力發電廠基于化學補充水系統節能技術下,能夠成功促使機組標準煤炭能源損耗下降2~4g/kW•h。
2.2供熱蒸汽過熱度的利用節能技術應用
在火力發電廠經營發展過程中,其日常電力生產活動往往會產生很大的供氣量,并且供氣的過熱度都會很高,溫度普遍會超過100℃。然而對于市場的工業熱用戶來說,通常情況下,飽和蒸汽就完全能夠滿足用戶對電力生產工藝的相關要求。所以,當前市場上的火力發電廠普遍采用的是噴水降溫方法,通過把過熱蒸汽降至為微過熱蒸汽,然后輸送給廣大熱用戶。但在噴水降溫方式的應用過程中,會將高品位的熱能轉化為低品位能量,這樣一來就會導致熱能源的損耗。供熱蒸汽過熱度的基本工作原理是將供熱蒸汽過熱度的熱量經過一汽水換熱器持續的加入熱力循環,當這個熱量進入到熱力循環中,就會有效排擠加熱器的抽汽作業,促使其繼續在汽輪機中工作,實現對過熱度熱量的合理利用和轉換。基于對外供熱量保持不變的狀況下,火力發電廠必須保證供汽量的不斷增大,只有這樣才能有效實現高品位過熱度熱量用于較高能量級并轉化為功。只要獲得了能量級的做功,就能最大程度提高機組的熱經濟性,幫助火力發電廠節省更多的能源消耗。
2.3鍋爐排煙余熱回收利用節能技術應用
顧名思義,火力發電廠是依靠于火力進行生產電力的。一般情況下,火力發電廠的排煙溫度會處于一個較高值,平均溫度在150~160℃,其中鍋爐排煙熱損失是鍋爐熱損失的主要構成部分。針對此種問題,火力發電廠要想充分降低鍋爐排煙的熱損失,降低熱力系統的能源損耗,就必須學會合理利用鍋爐排煙余熱方式。例如,發電廠技術人員通過將熱力系統與鍋爐排煙熱量有效集合在一起,促使鍋爐排煙余熱經過熱力系統在已有的汽輪機上成功轉變為電能,這樣就可以最大程度利用好排煙余熱,達到節約能耗的目的。與此同時,技術人員也可以通過將低壓省煤器正確安裝在鍋爐尾部末端,其與熱力系統的連接方式主要包括了兩種,分別是把低壓省煤器以串聯或者并聯的方式連接在發電廠的熱力系統中。與鍋爐省煤器相比較,低壓省煤器的工作原理靠的是低壓凝結水,將其注入到低壓省煤器中能夠有效吸收掉大量的鍋爐排煙熱量。當前,火力發電廠最為普遍的方式還將低壓省煤器與熱力系統串聯在一起,當溫度逐漸升高后,低壓凝結水就會經過低壓加熱器系統[3]。此種方式最為顯著的優點在于流經低壓加熱器的水量保持最大。發電廠技術人員只要確保將低壓省煤器與熱力系統連接處于最佳引水位置,就能夠用低壓省煤器創造出最大的熱經濟效果。火力發電廠熱力系統與低壓省煤器最佳引水點的連接方式,主要取決于以下幾方面內容:①低壓省煤器不會產生堵灰和腐蝕的問題;②鍋爐排煙的實際冷卻程度;③確保裝置熱經濟性的最大程度提高。火力發電廠通過引進應用低壓省煤器加裝節能技術后,能夠有效將鍋爐排煙溫度降低20~24℃,鍋爐的工作效率則會上升2%~3%,而熱力系統的整體能源損耗則會下降7~10g/kW•h。根據長期以往的實踐工作證明,火力發電廠只需要在排煙鍋爐設備上正確安裝好低壓省煤器裝置,就能夠達到良好的降損節能效果,為電力企業創造出更多的經濟效益和社會效益。
2.4除氧器排汽及鍋爐排污水余熱回收利用節能技術應用
火力發電廠在生產電力過程中會運用到除氧器設備,該設備在運行作業時需要釋放出一定量的蒸汽,從而導致了熱量的損耗。除氧器所釋放出的蒸汽具有一定的溫度和壓力,其作為一種帶工質的單熱資源,發電廠可以對其加以利用,降低熱力系統的能源損耗。因此,火力發電廠的技術人員可以通過在除氧器設備上加裝一個余熱冷卻器,這樣就能夠使用化學補充水充分吸收掉除氧器所排出的蒸汽余熱,實現發電廠降損節能的目標,優化熱力系統的設計。火力發電廠的鍋爐設備在運行中會持續進行排污作業,通常情況下排污率能夠達到2%~5%,這樣會造成發電廠工質的損失。此外,鍋爐的排污會導致熱量的損耗,其中排污的污水具有一定的溫度和壓力,是一種較為優良的單熱資源,火力發電廠也應對該部分能源加以利用。例如,火力發電廠的技術人員可以通過在熱力系統中加裝排污擴容器,該設備能夠有效擴容蒸發回收利用一定的熱量和工質,從而不斷提高發電廠的熱經濟效益,幫助企業減少更多的能源消耗。然而,在實踐過程中,擴容蒸發后的污水還是具備了一定的熱量溫度,為了利用好該部分能量,避免污染物的產生,發電廠工作人員可以通過正確安裝一個排污水冷卻器,并在化學補充水的作用下,充分吸收掉擴容蒸發后的污水熱量,這樣也就促使廢熱能源得到了利用。
3結束語
綜上所述,電力企業要想充分保障火力發電廠在最低成本下創造出最大經濟效益,確保企業在市場上的可持續發展,就必須正確認識到降損節能技術在發電廠熱力系統中應用的重要性。火力發電廠高層領導要高度重視熱力系統的優化設計工作,要注重將各項先進節能技術與熱力系統設計融合在一起,不斷加強對機組的重新優化改造工作,從而最大化提升熱力系統對能源的利用效率,幫助發電廠實現降損節能的目標,推動企業經濟與生態環境的和諧發展,為人類創造出更多的社會效益。
作者:雷發超 單位:貴州電力職業技術學院
參考文獻
[1]蔣建國,王文宗.火電廠熱力系統的降損節能技術探討[J].經營管理者,2016(5):36-38.
1.1空間功能設計分析
這座建筑地下2層,地上5層,包括研究室實驗室、辦公室、教室和餐廳以及公共區域。主要的設備以及研究用房呈一字形排布,凸出“T”部分為2層,主要是報告廳、教學及共享空間。學生和教師通過公共空間的樓梯到達上下層。每一層中庭都有布置舒適的桌椅供師生們交流,這也是與設計者的協作精神不謀而合。實驗室主要在第2層~第4層的“一”字部分,是由不間斷連續的空間組合而成,這就是考慮到多個研究小組之間的交流而產生的平面布置。實驗室需要采光以及大型設備的運輸,因此條形走廊同實驗室的布置相平行。中庭部分大量使用自然采光的天窗并同時觀賞到室外運動場地而采用的玻璃幕墻,將室外景色引入室內,同時也將室內景色延伸到室外。在大樓中安裝使用聲控燈能合理有效的利用資源。機械系統裝置和低振動試驗室布置在地下室,功能分區合理安排,能有效的減少噪聲的相互干擾。
1.2場地設計分析
建筑的設計充分與場地設計相結合,推廣綠色交通的實施和公共交通的發展。建筑場地附近有5個公交站點,在場地內設有30個自行車位,大樓的內部設有60個淋浴頭,供騎車師生使用。在這種短距離出行模式大力提倡下,進一步強調了低碳交通和低碳出行,滿足師生交通需求的同時也能節約資源,保護環境。該設計減少硬化土地比例,與生態協調發展,師生積極參與,是降低碳排放的有效措施。因此,從康奈爾生命科學研究中心的設計中的種種細節可以看出設計者對環境的崇高敬意。
2建筑節能技術
2.1屋頂綠植與節水
在屋頂設計方面,邁耶在屋頂上種植綠色植物,這些是當地松軟的、具有良好吸水性的植物,它們的優點在于可以保持低溫隔熱,減小屋頂雨水徑流時間,降低排水系統壓力,同時還能吸收二氧化碳并且釋放氧氣康奈爾生命科學研究中心擁有一套高效的廢水回收系統和節約用水的模式,有32%的用水使用低流速設備,配合使用高效的廢水回收系統,使得大樓減少廢水排放高達40%,與同等規模建筑相比每年節水約170萬L。
2.2環保建材及湖水冷卻系統
康奈爾生命科學研究中心在建筑材料和節能技術方面,有超過65%的建筑廢料可以再回收利用,同時有超過60%的木材或者木制品來自森林管理委員會認證的再生林。建筑工程中使用所有的繪畫材料、密封劑和含有粘合劑的地毯含有的有機物都是低揮發性的,這對于使用者的身體健康至關重要。令人矚目的是大樓使用了康奈爾大學擁有先進的湖水資源冷卻系統,充分利用卡尤加湖(CayugaLake)地理優勢,減少污染性的制冷裝置,并且減少對礦物燃料的依賴,大大節省了制冷能耗。與傳統制冷相比,大樓每年節水333萬L。生命科學研究中心僅僅是康奈爾大學中的一個縮影。高效的冷卻系統是一種更具成本效益和可靠服務的措施,從長遠來看,在提供優質環境的同時,也為校園制冷方面減少了80%的能源消耗。湖水冷卻系統與之前的制冷相比平均每年節電2000萬kWh,這些節省下來的電量足以供應2500戶家庭使用。在夏季提供制冷的同時,冬季也可以供暖。事實已證明,校園水系統和湖水冷卻系統配合的很默契,二者協同合作且不會相互干擾,通過熱交換器將湖水能量傳遞給校園水系統,熱水自然流動,同時從熱到冷釋放能量,無需額外壓力去驅動。湖水冷卻系統有獨立的監測裝置,保證在從湖水中獲得能量的同時不會破壞湖水環境,在得到能量的同時也不會干擾校園正常的用水。
2.3冷梁技術應用
生命科學研究中心空調通風系統對于整個實驗室亦是重中之重,同時也是一個挑戰。將湖水冷卻系統和空調系統結合在一起,運用新技術,能夠有效的節約能源。在實驗室中使用冷梁系統,有助于實驗室空氣溫度均勻分布和有效節能。簡而言之,冷梁系統是一種對流冷卻技術,把經過處理的新風送入冷梁后,通過噴嘴高速噴射,在冷梁箱體內部形成局部負壓,驅使室內空氣進入冷梁,經冷卻水盤管線冷卻以后,從兩側送風口送入室內。冷梁是由一系列被動的或者主動的設備組成。主動式可以通風、除濕、制冷或者制熱,被動式的只能通過物理原理制冷。水路方面一共是兩個過程:一方面從制冷機到空氣處理機,并且最后再流回制冷機的冷凍水循環的過程;另一方面是流經主動式冷梁制冷水的循環。其中冷凍水循環中的冷水低于制冷水循環中的冷水的溫度,兩個水循環系統通過熱交換器進行熱量交換,最終將室內熱量排放到室外。主動式冷梁冬季則通過空調系統和湖水系統與熱交換器持續為室內供暖。可以看出,冷梁技術具有舒適節能、空間小、低噪聲、易于操作維護簡單的優勢。
3結語
煤粉爐因為自身燃燒效率比較高,并且便于大型化生產,所以在近些年來被我國各大燃煤發電企業廣泛應用。但是在實際使用過程當中,會因為煤種波動、煤炭質量下降等諸多外界因素的問題,給設備造成一定的損壞,最終導致燃燒的效率明顯下降,增大了企業的用電量,從經濟的角度影響了企業的發展。筆者認為,想要對這一問題進行改進,首先可以從煤爐型號方面進行選擇,可以選擇R型的火焰爐、W型的火焰爐等。在射流配置方面,可以選擇反吹風、12次風反向切圓等手段。因為煤粉在穩焰以及燃盡等方面,都取決于初始階段的實際情況,所以在創造新思路的時候就要在燃燒器出口位置少量的增加煙氣回流,為煤爐提供出足夠的火熱。讓煤粉的濃度實現局部富集,從根本上減少燃燒過程中需要用到的火熱。在燃燒過程中會產生高溫區,便于煤粉加熱。如果該方式不適合實際生產過程中使用,那么還可以根據實際情況將改進措施轉變為熱電聯產技術。所謂的熱電聯產技術,從本質上說就是使用抽氣機將氣體抽出,轉用到供熱方面,盡量的減少冷源損失情況。使用熱電聯產技術進行改造,不僅可以從根本上提升煤炭資源使用效率,與此同時還可以最大化的減少煤炭燃燒對環境造成的污染,使用范圍比較廣泛。使用該方法進行改造,不僅能降低發電過程中燃煤的損耗數量,也可以擴增燃煤爐整體的容量,從根本上提升煤炭資源的使用效率。
2集成優化
可以通過集成和優化火力發電機組系統的方式,盡量的回收高溫的煙氣,降低燃燒過后排出煙的溫度,可以通過該方式將余熱進行回收,從而提升機組實際發電效率,降低燃煤消耗量,在機組運行的過程中實現節能。這一方式不僅限于紙上談兵,在現實生活中,上海的外高橋三期使用廣義的回熱系統,將1000MW的超超臨界機組徹底的進行了一次系統集成及其優化。通過實際工作檢驗發現,在集成優化之后,該企業實現了機組不發生變化的前提下,整體耗能減少了6%,從側面加速了超臨界機組的升級速度。以外高橋三期的實際年生產實力上分析,經過改造的機組,每年大約可以為企業節省下20×104t的煤炭,經過計算我們可以得出,減少20×104t的煤炭也就代表著每年向空氣當中排放出的二氧化碳量減少了55.7×104t。該廠在機組用電效率方面,單位產值內的用電效率要明顯低于我國平均水平,通過企業自身的實際改進方式論證了集成優化在燃煤發節能工作中的實際應用效果與可行性。
3空冷發電
本文將以2×600MW為主要論述點,對大型空冷發電技術進行分析。2×600MW的濕冷機組整體耗水情況大約為2950m3/h,但是相同情況下的空冷機組每小時的耗水量僅為750m3,從上述數據當中我們便可以發現,空冷機組在耗水量方面性能要明顯優于濕冷機組。為了從根本上實現大型且直接的空冷系統設計自主化,我國發改委曾經將遼通電廠三期工程視為我國大型空冷系統工作的一個示范工程。這個工程投資方在我國電力投資集團公司,內部主要組織成分為電力工程的顧問公司以及位于哈爾濱的空調股份公司。兩家公司從企業內部的系統設計到相關機械設備供應等方面要進行溝通決策,保證空冷系統自身的實用性。經過一段時間的研究之后,明確了空冷凝汽器的面積、器械迎面風速等諸多房現代的關鍵技術,攻克了學術上較多的難題,并且將相關技術成功的應用到實際工程當中。目前位于大同的第二發電廠空冷機組成功的投入使用,而且運行情況比較好。但是相關技術人員并沒有就此止步,又從現在掌握的技術角度入手,進行了深層次的研究,研究出了超臨界機組,而且在應用到實際工作中的時候我們可以總結發現,超臨界機組自身的熱耗數量要明顯的低于亞臨界的機組,每年沒個機組可以為所在企業節省下來900萬左右的資金,而且節水效果比較明顯,符合當今我國綠色可持續發展的國情。從社會大背景的視角下進行分析,使用空冷機進行發電,可以從根本上避免因為燃燒過程中產生的蒸汽蒸發給環境帶來的影響,以及循環水方面對工廠所在地區的影響,節省大量的可用水資源,緩解了人類和工業用水之間的矛盾,保持當地生態環境,符合燃煤發電節能目標。
4燃煤聯合循環
想要提升燃煤發電的節能技術,不僅可以使用上述三種方法進行改造完善,同時也可以使用燃煤聯合循環的發電技術進行生產。燃煤聯合循環屬于近些年來剛剛興起的一種發電技術,可以通過該技術來提升發電廠燃煤使用效率,降低煤炭燃燒給環境帶來的污染,從而達到降低施工成本,降低發電能耗的目的。我國傳統的電力工廠都會使用煤碳粉來燃燒,算是一種煤炭內部能量的轉換方式,使用水為介質,幫助能量進行轉換,但是這一方法已經明顯不符合當前我國發展的要求,而且與時代拖過,所以要使用燃煤聯合循環的發電技術進行發電。將燃燒物脫硫,并且對粉塵比較多的燃燒物進行除塵處理,減少工廠對水資源的依靠,提升燃煤使用效率的同時也減輕了煤炭燃燒給環境帶來的污染,從而提升了煤炭發電節能工作的發展。
5結束語
電氣節能技術主要從電力系統節能、照明系統節能、電子設備節能這三大部分考慮。對于一個石油化工企業來說,電氣設備占據著大部分生產線,所以電力系統節能是整個電氣節能中的重點。照明系統節能、電子設備節能(大規模集成電路、電動機驅動)控制也不容小覷。電氣節能需要滿足如下三個原則:首先要滿足生產設備的基本功能,保證生產設備的安全性和可靠性。在兼顧生產技術性能的前提下才會考慮降低能耗,提高生產的經濟指標;其次要滿足經濟性要求,應考慮節能和投資回收期;最后的原則要從節能的觀點著手,同時考慮能源節約和環境保護兩大方面。
二、電氣節能技術在石化企業工程設計中的應用
1電力系統節能
電力系統節能要從變壓器選型、系統功率因素提高、線路功率損耗、減少高次諧波這四個方面論述:
1.1變壓器選型。
變壓器是在電力系統中是較為常用且較為普遍的電氣設備,尤其在石化企業中,大量的變壓器投入使用。7×24小時運行,其消耗電能量也是相當之大。通常我們在選擇變壓器時,需要根據變壓器的負載率這一指標來進行選擇。Pf是變壓器的額定負載有功損耗;Qf是變壓器的額定負載漏磁功率;β是變壓器的負載率;Ud%是短路電壓的百分比值。當變壓器的負載率β處于40%~60%之間的時候,可以使得變壓器的額定負載有功損耗PL取得極小值,那么我們在實際選擇變壓器時,應盡量使得其負載率處于40%~60%之間。另外,為了提高石化企業的經濟效益,減少生產過程中的能源消耗,建議在工程設計的時候對變壓器的選擇采用國家新型的、高效節能的產品。
1.2系統功率因數的提高。
在電力系統中,功率因數占據著舉足輕重的地位。如果能夠提高功率因數,那么就意味著能源的利用率會得以提高,同時生產和電力成本、線路電壓都會相應減少,而設備的利用率會大大改善。石化企業就會以最小的投資得到最大的經濟收益。大多數用電設備均是根據電磁感應原理工作的,如配電變壓器、電動機等,它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率,在功率三角形中,有功功率P與視在功率S的比值,稱為功率因數cosφ,其計算公式為:cos()//()1/222PSPPQ在實際運轉的電網中,功率因數cosφ反映了電源輸出的視在功率的利用率,cosφ是一個大于0小于1的數,那么,當電氣系統的功率因素無限趨向于1時,電路中的無功功率就越小,意味著視在功率的利用率越高,從而電能輸送的功率就越大,這樣就可以通過提高功率因素來降低電路損耗。一般的,功率因數有兩種方式來提高,分別是自然提高和人工補償。自然提高功率因數比較簡單,主要是電動機的選型上,選擇合適的電動機和變壓器,避免電機的空載運行。第二種人工補償方式主要采用同步電動機補償、動態無功功率補償、并聯電容器補償的方式。
1.3減少線路的功率損耗。
根據公式P=I2R可知,只要電流經過有電阻的介質就會產生能量消耗。那么在一個大的工程中,有成百上千的設備以及設備線路,減少線路的功率損耗對于電氣節能的貢獻是相當可觀的。根據R=ρL/S可以得出,在工程設計中應當合理地設計電氣線路的走向,減少線路的長度L以及合理地選擇線路的粗細S能夠有效地降低線路損耗。
1.4降低高次諧波。
在我國使用的交流電的頻率為50Hz,當正弦波受到外界干擾時就會發生畸變,畸變越嚴重,高次諧波分量越大,基波的分量越小。在具有高次諧波電壓和電流的電網系統中,對電動機的正常運行起作用的僅是電網的電壓和電流的基波部分,而系統中的高次諧波電流和電壓部分,則只能產生有功損耗和額外的無功損耗。同時,高次諧波會產生過電壓、過電流直接影響到工作的可靠性。解決電網高次諧波主要是采用無源濾波技術(電容、電感組成的濾波器吸收高次諧波)和有源濾波技術(由先進的電子控制和電力電子設備組成,通過探測系統瞬間的畸變波形,并產生與之相反的畸變波形與其抵消,從而輸出標準的正弦波)。
2穩定電壓節能
穩定供電電壓至額定電壓,系統供電效率最高。電壓的不穩定,高電壓和低電壓都不能形成高效供電。絕大多數的用電設備,它在額定電壓工況下效率最高。如果供電電壓高于額定電壓,就會產生過高的空載電流,造成能源的浪費。如果供電電壓低于額定電壓,負載不變時就會產生過大的負載電流,造成線損的增加,也會造成能源的浪費。要選擇合適的供電電壓,如果壓力變化過大,可使用帶有有載調節開關的變壓器。
3照明系統節能
在滿足正常照明需求的前提下,優先選取發光效率高、能源消耗小的節能燈、電磁感應燈、LED燈等。這些燈的壽命長、能耗小,可以滿足節能的要求。在我國,電網的標準電壓是220V,但是存在一個電壓的-10%~-7%的電壓偏差。過高的電壓經過照明系統會產生大量的熱量,同時也會影響到照明設備的壽命。通過控制照明系統中回路電壓,能夠起到節約用電和延長照明設備使用壽命的功能。
4電子設備節能
在石化企業中,電子設備節能主要包含工作計算機、打印機、復印機的節能和工業使用的PID控制系統節能。在日常工作中,企業的每一位員工需要養成順手關閉計算機顯示器、下班后關閉計算機的習慣,在使用操作系統時盡量設置為省電模式。另外打印機、復印機在不使用的時候選擇待機或直接關機減少耗電量。工業使用PID控制系統設計時選擇低功耗的模塊。
三、結語
1加強油氣儲運系統技術節能的必要性分析
1.1符合我國可持續發展的的戰略
我國要保持經濟發展的勢頭,同時也要注重經濟的可持續發展,尤其是要貫徹低碳經濟發展模式,降低發展過程中導致的污染,并提高對于化石資源的利用效率。油氣資源是寶貴的化石燃料,是整個經濟發展的動力,但是在油氣儲運過程中會出現嚴重的能源浪費現象,從而造成不必要的經濟損失。因此加強油氣儲運系統技能技術的研究工作,對于保持我國的經濟可持續發展有至關重要的意義。
1.2我國油氣資源的匱乏
雖然我國國土面積廣闊,但是我國的油氣資源并不豐富,尤其是人均油氣占有量明顯不足。目前,我國已探明的石油儲量大約為60億噸,僅夠我國20年的消費量,雖然發現了10億噸儲存在渤海灣大油田但也僅夠我國國內三年的消費量。在這樣的背景下,就需要強化節能意識。我國的油氣嚴重依賴于國外進口,油氣資源對于我國而言極其寶貴,因此在油氣儲運過程中就要優化節能技術,避免不必要的油氣浪費,提高油氣資源的利用效率。
1.3油氣節能有助于減少環境污染
目前,石油天然氣的儲運已經成為我國城市發展建設的重要組成部分,與城市和居民的社會生活及安全緊密相連、息息相關。我國目前99%的天然氣、70%的石油是通過管道運輸到全國各地的,其油氣管道的總里程已達到了8萬千米,油氣儲運管道已經成為關系國計民生、保障能源供給的基礎性設施。因此優化油氣儲運系統的節能技術有助于減少油氣對環境的污染,符合我國生態文明建設的發展策略。
2油氣儲運系統的能量浪費原因和節能要點
2.1油氣儲運系統的溫度較高
儲存條件的不同會造成油氣性質不同,尤其是油氣蒸發量和溫度升高呈現出線性增長關系。當儲存溫度較低時,油氣的性質較為穩定,其蒸發量較少,但是隨著溫度的升高,油氣的粘度降低,油氣之間的吸附力減小,油氣的輸送動力較小。同時隨著儲存溫度的升高,導致其產生的熱量超過油氣蒸發所需要的能量,從而導致油氣的總蒸發量增大,造成油氣資源的浪費。
2.2油氣罐存儲方式不當
油氣罐是主要的油氣儲存工具,如果在儲存過程中,沒有對油漆罐進行科學有效的保溫處理就會造成油罐壁與油氣接觸,蒸汽能耗量也會隨之增加。根據對油氣罐的科學調查顯示,油罐材質對于保溫效果的影響很大,尤其是油管材質的差異性會造成保溫系數的不同,從而造成能量損失增多,即使油管的材質和介質沒有顯著的差異性,其保溫措施和保溫條件不同也會導致其蒸汽能量損失的不同。因此在油氣儲運系統中,要格外重視油罐保溫處理。
2.3油氣儲運系統節能的關鍵點
油氣的儲運系統節能主要包含了三個方面的工作,其中降低油氣儲量可以大大提高油氣的儲運效果,減少油氣在管路和油罐中的浪費。同時對于企業的正常運行、資本運轉有良好的促進作用,減少儲運量可以優化儲運系統的資源配置,既能保證油氣儲量滿足需求,同時也能有效減少油氣資源的損耗。通常而言,通過對改革油氣儲運技術和儲運方式,增加優質油品的儲運效率,并使用質量儀表和先進的檢測技術,有效降低了儲運系統的能耗量,優化資源配置。再者要改善儲運油罐的加熱方式,通過對儲罐底部的蒸汽管道的改裝,可以保證底部的加熱均勻性,從而避免局部溫度過熱造成的油氣性質差異性。同時要采用水媒介的加熱方式,達到盤管換熱的方式,確保傳熱量足夠,從而保證能量的梯級使用。抽吸式加熱方式可以有效提高加熱裝置的效果,當用這種加熱方式時,需要對部分抽出的油品進行加熱,保證油泵對輸送介質的粘度標準即可,降低了整體油氣能源的消耗。
3油氣儲運系統節能技術的應用
3.1不加熱集輸技術
這種節能技術通常叫做常溫輸送油氣技術,當原油中的水還沒有達到轉向點時,把油井產業和含水溫度提高到一定的程度,使井口的出油溫度高于規定的油氣最低集輸溫度,從而有效降低油氣的損失,同時這種技術的應用還有效降低了資金的投入,簡化加熱保溫系統,從而取得良好的保溫節能效果。不加熱集輸技術的種類有:①摻低溫水環狀常溫集油,在油井之間的管線上安裝計量劑,用串聯的方式形成集油方式;②雙管常溫集油,將原有的摻水管線合并,對母井和井口部分做局部的改造,保證油氣管路同時出油;③單管常溫集油,依賴生產時的溫度和壓力將油氣輸送到計量間內,從而達到節能的效果。
3.2降低加熱蒸汽能效技術的應用
當前在油氣系統中,油氣的能耗主要集中在蒸汽部分,其占據了整體能耗的80%左右。因此節能技術的應用主要是解決蒸汽部分能耗,通常在降低蒸汽能耗時,要采用以下幾點:首先要加強蒸汽油罐的保溫,要使用保溫材料進行油罐的保護,尤其是在油氣和管壁接觸的位置,要重點進行保溫處理,減少油氣的損失,避免出現熱損失較大的現象。同時保溫材料的選擇要根據相應的油罐狀況以及周圍的環境,選擇合理的保溫材料才能發揮最佳的保溫效果。再者要加強對于油氣溫度的控制,油氣溫度的變化直接影響油氣的性能,這就需要在油氣儲運時,做好油氣溫度的控制工作,從根本上保證油氣性質的穩定性,從而減少過程中的油氣和能量損失。
3.3油氣混熟技術應用
油氣混輸技術是一門新興的油氣儲運技術,也是目前石化界應用較為廣泛的一種儲運技術。它主要指的是在未分離狀態下,將井門物流中的氣、油、水三種介質通過海底管道用混輸泵直接泵送到氣、油、水的處理終端,然后進行綜合處理的油氣儲運工藝。由于整個泵輸流程只需要一根混輸管線,因此油氣混輸技術的節能效果突出,同時又提高了單井采收的數率,奠定了新經濟效益的基礎。
3.4輸油泵變頻調速技術
輸油泵變頻調速技術也是當前一種主要的油氣儲運系統的節能技術,它是以離心泵的特性為基礎來調節其油氣的流量。其調節方法是通過對離心泵的轉速改變來調節流量,它將原來的閥門節流工況的調節方式轉變成輸油泵的變頻工況調節,使調節操作更加的方便,從而有效地減少和避免了在輸油泵出口閥部位的節流損失,帶來了巨大的油氣功能效益。同時,輸油泵變頻調速技術還有效地減輕了輸油泵機組的噪音、摩損等,延長了機組的使用壽命。
4結語
1.1在線監測系統與電站鍋爐工作的結合
在線監測系統技術在電站鍋爐工作中的應用,首要的關鍵步驟是實現在線監測系統與電站鍋爐工作的結合。只有順利地將在線監測系統與電站鍋爐的工作實現良好的結合,才能為后期的監測工作開展奠定一個良好的基礎。而且前期的監測系統與電站鍋爐工作的結合程度還關系到后期的電站鍋爐的整體工作進度。要實現在生產過程中的節能化,必須要通過在線監測系統的控制與操作,因此,在線監測系統技術與電站鍋爐的前期結合程度也關系到后期電力生產節能化的實現。
1.2在線監測系統對鍋爐工作步驟的監督
在線監測系統技術在電站鍋爐工作中的應用,第二個關鍵的工作是通過在線監測系統來對鍋爐工作的全程步驟進行監控,電力生產企業的工作能否實現節能化,關鍵在于工作的過程中能否節約資源。通過在線監測系統對其能源轉換過程的監控,能夠有效地控制其工作過程中的能源利用率,減少電站鍋爐工作中的能源消耗,從而實現發電企業的節能化生產。
1.3監測系統對鍋爐工作步驟進行調整
在線監測系統技術在電站鍋爐工作中的應用,接下來的關鍵工作是利用監測系統對鍋爐能源轉化過程實行調整控制,在線監測系統能夠通過電子監控、工作數據等信息來判斷鍋爐工作中的能源利用率。一旦電站鍋爐在能源轉換的過程中能源浪費率過高,在線監控系統就能及時發現這種現象,并通過自動控制技術等電子化設備來對其進行調整。監測系統能夠及時對鍋爐的工作效率、煤炭燃燒率等進行調整控制,進而提高能源的利用率。
1.4最終實現電站鍋爐節能的目的
在線監測系統正是通過以上幾個步驟的配合才能實現對電站鍋爐工作的控制,才能實現電力生產的高效化、節能化。在線監測系統是如今電力生產行業中的一項新型應用技術,其對于電站鍋爐的應用工作,電力行業的良好發展是有著巨大的促進作用的。
2監測系統節能工作中的不足
2.1監測系統與鍋爐工作的結合度不高
如今的電力生產行業中,在線監測系統與電站鍋爐工作的結合程度還不夠高。在線監測系統是近年來發展起來的一種新型電子技術,其整體性水平還處于一個發展階段,缺乏完善性,因而也就導致監測系統在電站鍋爐工作中的應用也并沒有達到一個較高的技術水平。當下電力生產中,監測系統與電站鍋爐的配合程度還缺乏完善,有待于提高,也就影響了電力生產節能化目的的實現。
2.2監測系統工作中存在漏洞
當下電力生產行業中,在線監測系統的實際應用中還存在著一些技術漏洞,因為監測系統的初級發展性,其監測技術并沒有達到一個十分高的水平,并且在對電站鍋爐工作的監測過程中還經常出現錯誤的控制。因而也就無法充分實現電站鍋爐節能化的目的。
2.3監測系統的節能化程度有待提高
在線監測系統在電站鍋爐工作中的應用,還存在著一個不足之處是其節能化水平有待于提高。目前在線監測系統在電站鍋爐工作中的利用水平有限,也就無法實現其節能水平的高效化。
3監測系統節能技術的改進措施
3.1提高監測系統的節能技術設計
針對在線監測系統中存在的缺陷,我們需要采取一定的措施加以改進,才能實現其更好發展。在線監測系統的利用目的是實現電站鍋爐工作的節能化,這就要求要提高在線監測系統的節能化水平。改進監測系統的節能化設計,在線監測系統的工作水平得以提高,才能更好地促進電站鍋爐的工作效率,最終實現電力生產的節能化。
3.2改進電站鍋爐的工作技術
改善在線監測系統工作水平的另一個有效措施是提高電站鍋爐的工作技術,在線監監測系統的應用是與電站鍋爐相配合的,想要實現電力生產的節能化。同時也要改進電站鍋爐的工作效率,只有實現電站鍋爐與監測系統的同步改進,才能更好地實現電力生產的節能化。
3.3加快檢測系統的技術更新周期
提高在線監測系統與電站鍋爐工作效率的另一個有效措施是加快在線監測系統的技術更新周期。在線監測系統作為一項信息技術,其在實際應用中是要不斷進行技術更新的。想要提高在線監測系統的節能化,可以通過加快技術更新周期來實現。加快監測系統的技術更新周期,能夠更好地提高其在電站鍋爐工作應用中的節能化效率。
4總結
關鍵詞:節能,技術集成,示范
Studyontheintegrationofbuildingenergysavingtechnology
---Introductionoflow-energyconsumptionprojectinTsinghuaUniversity
DepartmentofBuildingScienceArchitectureSchoolTsinghuaUniversityBeijing100084
Abstract:LowenergyconsumptionprojectwasonedemobuildingconstructedbythebuildingsciencedepartmentofTsinghuaUniversity.Theenergysavingtechnologyintegrationusedinthisprojectincludedintelligentfa?ade,naturalventilation,personalventilationair-conditioningterminal,humiddependentairsupplymode,BCHPsystemandintelligentcontrolsystem.Thisarticleintroducedthebuildingandtechnologyschemeusedinthisproject.
Keywords:energysaving,technologyintegration,demobuilding
清華大學超低能耗示范樓是北京市科委科研項目,作為2008年奧運會辦公建筑的“前期示范工程”,旨在通過其體現奧運建筑的“高科技”、“綠色”、“人性化”。同時,超低能耗示范樓是國家“十五”科技攻關項目“綠色建筑關鍵技術研究”的技術集成平臺,用于展示和實驗各種低能耗、生態化、人性化的建筑形式及先進的技術產品。在此基礎上陸續開展建筑技術科學領域的基礎與應用性研究,研究和示范系列的節能、生態、智能技術在辦公建筑上的應用。包括建筑物理環境控制與設施研究(聲、光、熱、空氣質量等),建筑材料與構造(窗、遮陽、屋頂、建筑節點、鋼結構等),建筑環境控制系統的研究(高效能源系統、新的采暖、通風、空調方式及設備開發等),建筑智能化系統研究。超低能耗樓還將成為展示與宣傳各種最新技術的舞臺,為技術交流、產研掛鉤、知識普及搭建橋梁;成為清華大學與企業界合作開發、展示新產品的平臺,以及向社會、大眾宣傳、展示建筑節能和可持續發展建筑概念、技術和產品的展臺。
超低能耗示范樓座落于清華大學校園東區,建筑設計如圖1所示,總建筑面積3000m2,地下一層,地上四層。由辦公室、開放式實驗室或實驗臺及相關輔助用房組成。從建筑全生命周期的觀點出發,采用了鋼框架結構。建筑物內部為靈活隔斷,空調和強弱電系統為模塊化結構,從而可根據不同使用要求極其方便地改變空間布局。
圖1清華大學超低能耗示范樓效果圖
1.圍護結構方案
超低能耗示范樓護結構體系主要示針對對可調控的“智能型”護結構進行研究,使其能夠自動適應氣候條件的變化和室內環境控制要求的變化。從采光、保溫、隔熱、通風、太陽能利用等進行綜合分析,給出不同環境條件下的推薦形式。圖2標明了示范樓外各個外立面采用的圍護結構方式。通過圍護結構的節能設計,使得冬季建筑物的平均熱負荷僅為0.7W/m2,最冷月的平均熱負荷也只有2.3W/m2,圍護結構的負荷指標遠小于常規建筑,如果考慮室內人員燈光和設備等的發熱量,基本可實現冬季零采暖能耗。夏季最熱月整個圍護結構的平均得熱也只有5.2W/m2。
圖2清華大學超低能耗示范樓圍護結構設計方案
1.1玻璃幕墻和保溫墻體
東立面和南立面采用雙層皮幕墻及玻璃幕墻加水平或垂直遮陽兩種方式,綜合得熱系數1W/m2K,太陽能得熱系數0.5。雙層皮幕墻按照室內室外的溫度差別,調節室外空氣進出風口的開合,夏季室外空氣經過熱的玻璃表面加熱后升溫,在幕墻夾層形成熱壓通風,帶走向室內傳遞的熱量,冬季進風口出風口關閉后,可減少向室內的冷風滲透。水平遮陽和垂直遮陽葉片寬度600mm,每個葉片均設置單獨得自控系統,分別根據采光、視野、能量收集、太陽能集熱的不同區域功能要求進行控制調節,實現冬季最大限度利用太陽能、夏季遮擋太陽輻射,同時滿足室內自然采光的最佳設計。
西北向采用300mm厚的輕質保溫外墻,鋁幕墻外飾面,傳熱系數0.35W/m2K。外窗采用雙層中空玻璃,外設保溫卷簾。
1.2相變蓄熱活動地板【1】
示范樓的圍護結構由玻璃幕墻、輕質保溫外墻組成,熱容較小,低熱慣性容易導致室內溫度波動大,尤其是在冬季,晝夜溫差會超過10℃。為增加建筑熱慣性,以使室內熱環境更加穩定,示范樓采用了相變蓄熱地板的設計方案。如圖3所示,具體做法是將相變溫度為20~22℃的定形相變材料放置于常規的活動地板內作為部分填充物,由此形成的蓄熱體在冬季的白天可蓄存由玻璃幕墻和窗戶進入室內的太陽輻射熱,晚上材料相變向室內放出蓄存的熱量,這樣室內溫度波動將不超過6℃。
活動地板架空層高度1.2米,空調風道、各類水管、電纜、綜合布線等均隱藏在架空層內。保證室內干凈整潔,而且不需要吊頂,房間凈空高度大,有效利用空間多。
圖3清華大學超低能耗示范樓相變蓄熱地板設計方案
1.3植被屋面和光導采光系統
為提高屋頂的隔熱保溫性能,同時改善生態與環境質量,采用種植屋面技術,結合防水及承重要求,選用喜光、耐干燥、根系潛的低矮灌木和草皮,適合于北京地區氣候特征。
屋頂同時設置光導管采光系統,利用太陽光為地下室提供采光,減少白天照明電耗。
2.室內環境控制系統方案
2.1自然通風利用【2】
室內環境控制系統有限考慮被動方式,用自然手段維持室內熱舒適環境。根據北京地區的氣候特點,春秋兩季可通過大換氣量的自然通風來帶走余熱,保證室內較為舒適的熱環境,縮短空調系統運行時間。
利用熱壓通風和風壓通風的結合,根據建筑結構形式及周圍環境的特點,在樓梯間和走廊設置通風豎井,負責不同樓層的熱壓通風。在建筑頂端設計玻璃煙囪,利用太陽能強化通風。此外在建筑外立面合適部位設置開啟扇,使得室外空氣在風壓通風的作用下可順暢地貫穿流過建筑。
2.2濕度獨立控制的新風處理方式【3】
超低能耗示范樓共設置4臺4000m3/h新風機組,通過溶液除濕設備的處理,可提供干燥的新風,用來消除室內的濕負荷,同時滿足室內人員的新風要求。
目前空調工程中采用的除濕方法基本上是冷凍除濕,這種方法首先將空氣溫度降低到露點以下,除去空氣中的水分后再通過加熱將空氣溫度回升,由此帶來冷熱抵消的高能耗。此外為了達到除濕要求的低露點,要求制冷設備產生較低的溫度使得設備的制冷效率低,因而也導致高能耗。
溶液除濕方式能夠將除濕過程從降溫過程中獨立出來,利用較低品位能源進行除濕,同時減少顯熱冷負荷,不僅能夠保證室內環境質量,而且還能降低空調能耗。
此外為保證室內空氣質量要求有足夠的新風,隨之而來的新風負荷是空調系統高能耗的原因。示范樓的新風機組同時可實現全熱回收效率超過80%的高效熱回收,可充分利用排風中的全熱同時又保證新風不被排風污染。
2.3模塊化的末端調節設備【4】
通過溶液除濕后的新風可帶走室內的濕負荷,房間內的末端裝置僅負責顯熱部分(冷凍水溫度可采用18℃),按照干工況運行,不存在結露現象,徹底避免了潮濕表面滋長霉菌,惡化空氣質量。
示范樓內提供模塊化的空調末端配置,根據房間實際使用功能靈活組合。
辦公室室內人員密度低,人員工作時間及活動區域相對固定,個人的舒適要求不盡相同,采用冷輻射吊頂或者輻射墻來消除室內的基本顯熱負荷,溶液除濕后的新風通過置換通風來消除室內的基本濕負荷。工位送風則提供每個辦公人員個人活動區域的送風,通過調節風口角度、出風速度來滿足自身的要求。
示范樓內另一類房間為報告廳和會議室,室內人員密度高,散熱散濕集中,單位面積冷負荷大,且使用時間不穩定。因此除冷輻射吊頂和置換通風外,采用仿自然風的動態風FCU來消除室內尖峰負荷。
3.能源系統方案
3.1BCHP系統
超低能耗樓采用固體燃料電池及內燃機熱電聯供系統,清潔燃料天然氣作為能源供應,BCHP系統總的熱能利用效率可達到85%,其中發電效率43%。基本供電由內燃機或者氫燃料電池供應,尖峰電負荷由電網補充。發電后的余熱冬季用于供熱,夏季則當作低溫熱源驅動液體除濕新風機組,用于溶液的再生。
3.2高溫冷水機組或直接利用地下水
配合獨立濕度控制的新風機組,夏季冷凍水溫度18℃即可滿足供冷的要求。采用電制冷,冷凍機COP可達到9以上,高效節能。另一種方式更為簡單,就是直接利用地下水,超低能耗樓所在清華大學校園東區地表淺層水溫基本穩定在15℃,單口井出水量可達70m3/h,完全能夠滿足示范樓的供冷要求。地下水通過板換換熱后全部回灌,僅利用土壤中蓄存的的冷量,不會造成地下水資源的流失。
3.3太陽能利用
超低能耗樓南側立面裝有30平米的光伏玻璃,發電用于驅動玻璃幕墻開啟扇和遮陽百葉。屋頂設有太陽能集熱器,所獲得的熱量用于除濕系統的溶液再生。此外屋面還裝有太陽能高溫熱發電裝置,該系統為拋物面碟式雙軸跟蹤聚焦,峰值發電功率3kW。
4.測量和控制系統方案
4.1智能化的控制系統
控制系統自動采集室外的日照情況,根據不同的朝向方位,調節遮陽百葉的狀態,同時根據室外氣象參數,決定外窗、熱壓通風風道、雙層皮幕墻進出風口的開閉。控制系統采集工作區各點的照度數據,調節百葉的角度和人工照明的燈具。室內的新風量根據房間內的CO2濃度和濕度來調節。其余能源設備、水泵、太陽能裝置等均根據負荷情況自動調節。
4.2實時測量系統
示范樓屋頂布置氣象參數測點,測量數據包括室外溫度、濕度、風速、太陽輻射強度。圍護結構的測試包括各玻璃、窗框、遮陽百葉、保溫墻體的表面溫度、熱流。環境控制系統和能源系統的測試包括各設備的運行參數,如冷輻射吊頂表面溫度、送回風溫度濕度、盤管出水溫度、溶液除濕系統的溶液濃度等。
5.小結
清華大學超低能耗示范樓是建筑節能各項技術和新產品的集成應用,在實施過程中得到了北京市政府、北京市科委、國家科技部的大力支持,同時要感謝在示范樓建設過程中提供技術和產品支持的國內外企業。2004年6月示范樓將全面建成,服務于今后我國綠色建筑的深入研究。
參考文獻
•定形相變材料的熱性能張寅平清華大學學報(自然科學版)2003.6
•太陽輻射下建筑外微氣候的實驗研究李曉鋒太陽能學報2001.3
1)區位優勢。
舊工業建筑由于歷史的特殊性,以前的老工業建筑在幾百年的城市擴張之后,區位性價值普遍得到提升,大多存在于城市的中心地帶,交通便利,這個區位優勢使得改造的投資小、回報高。
2)結構優勢。
工業廠房結構堅固、空間高敞、設計使用年限一般在50年以上,并且具有較強的抗震性能以及結構承載力。
3)空間功能優勢。
舊工業建筑大多是大空間、大跨度結構,這使得改造時的空間劃分比較靈活,可以適應不同使用者對空間功能的轉換要求。
4)基礎設施優勢。
舊工業建筑的電力設施、給排水設施等基礎設施都有較強的負荷能力,保留其可以節省添置這些設施的費用。
2綠色節能技術的內涵
20世紀60年代,美籍意大利建筑師保羅•索勒瑞首次將生態與建筑合稱為“生態建筑”,即“綠色建筑”。綠色建筑就是在建筑的全壽命周期內,最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)、保護環境和減少污染,為人們提供健康、適用和高效的使用空間,與自然和諧共生的建筑。為了減少對環境的污染,綠色建筑已經成為建筑業發展的必然趨勢,舊工業改造也應采取綠色改造的方式。與推倒重建相比,舊工業建筑改造再利用可減少建筑垃圾的產生和不可降解的建筑材料對環境的污染。針對建筑運行能耗的來源和組成,把建筑綠色節能技術分為兩類:建筑本體綠色節能技術和建筑設備綠色節能技術。其中建筑本體綠色節能技術包括圍護結構的綠色節能技術和建筑空間設計的綠色節能技術;建筑設備綠色節能技術包括建筑能源設備系統綠色節能技術、建筑環境控制系統綠色節能技術和可再生能源利用技術。
1)節地與室外環境。
舊工業建筑區位優勢明顯,處于城市中心地帶,對舊工業建筑的土地進行合理的利用,是節約土地最直接的方法。合理采用屋頂綠化、垂直綠化等方式,既能節約土地,又可以起到綠化環境的功效。屋頂植被可以有效吸附空氣中大量的浮塵以及CO2,可以有效的起到隔熱保溫的效果,也可延長屋面防水層的使用壽命。使用綠色植被覆蓋建筑物表面,從外觀上看既遮擋了建筑物原有與周邊環境不協調的風格又賦予建筑物一種古樸的氣息。
2)節能與能源利用。
節約能源是實現綠色節能的核心理念,根據舊工業廠房所處的地理位置,充分利用太陽能、地熱能、沼氣、風能等等可以再生的資源,在改造中采用溫濕度獨立控制空調系統、太陽能光熱與光電系統等節能技術等。由于經濟技術和建筑功能的因素,舊工業建筑圍護結構的熱工性能較差。許多舊工業建筑改造后這個問題依然存在,這樣不僅影響了建筑的使用性能,而且會造成巨大的能源浪費。但是,舊工業的大跨度、大空間結構也正是改造者所看重的,他們在改造之后往往愿意保留此類大空間,引入自然光,這樣白天可以不需采用其他照明措施,節約資源。
3)節水與水資源利用。
通過采用節能型設備,如無水小便斗,節約用水;將地面雨水、屋面雨水、生活用水利用膜生物反應器進行分別收集后合并,通過凈化用作沖廁或綠化用水;在停車場鋪裝易滲水的材料,使得雨水快速的滲入地下來補充土壤中的水分。
4)節材與材料資源利用。
若對舊工業建筑不進行改造再利用,而是采取推倒重來的方式,無疑造成了資源和建筑材料的極大浪費,推倒破壞產生的建筑垃圾更是增加了環境的負擔。而如果對舊工業建筑改造再利用,使它真正達到實際的使用壽命,也是節約建筑材料的一種表現方式。舊工業拆除下來的一些物件,可以作為裝飾物品擺放在工業園區,既不浪費材料造成環境污染,又美化環境,使得這些物品更具有歷史價值。
3綠色節能技術在舊工業建筑改造中的應用實例
3.1天津綠領慧谷創意產業園
綠領慧谷創意產業園原為天津紡織機械廠,始建于1946年,占地面積138畝,廠房面積6.1萬m2。改擴建后園區所占地面積近9.3萬m2,總建筑面積10萬m2。在改造過程中,大量的采用了綠色節能技術:新建材料保溫外墻、新技術窗體遮陽、可控開窗面積、隔熱鋁合金型材、中空Low-E玻璃等,使得這些建筑既是節能房又是展示廳。應用太陽能集中供熱系統、熱交換新風系統、屋面雨水收集、風光互補路燈、室外自滲透型停車位地面等環保節能手段。經過測算,一期的改造成本僅為拆除的36.4%。
3.2上海市花園坊節能環保產業園
上海花園坊節能技術環保產業園前身為上海乾通汽車附件廠(1954年—1966年),于20世紀初搬遷,留下18棟工業廠房,總占地面積為3.23萬m2,總建筑面積為5萬m2。屬于節能研發設計、建筑節能設計、節能文化傳媒、節能咨詢策劃為一體的市級創意產業集聚區。原廠區18棟建筑主要是鋼筋混凝土結構,改造過程中保留了框架結構,原有的外墻采用小型空心混凝土砌塊,既能減輕負荷又能起到保溫作用。新砌外墻則采用復合墻體系統,能夠消除冷、熱橋,維持室內氣溫平穩,節省空調能耗。在改造過程中采用太陽能熱水系統、無水小便斗、窗體遮陽、門窗斷橋隔熱鋁合金型材、中空Low-E玻璃、兩層透氣型木窗、雨水回收系統用于衛生間沖廁及清洗車輛等綠色節能技術。
3.3蘇州市建筑設計研究院生態辦公樓
蘇州市建筑設計研究院生態辦公樓前身為法資企業美西航空機械設備廠區,始建于1895年,改建于2001年,為框架結構。在改造的設計階段,將經濟、節能、生態性融入到其中。在改造過程中,大量的使用到一些節能高效的新材料,如太陽能燈,將原先部分老廠房的屋面拆除,在屋面開天窗,增加了室內光線和通風,在屋面開小口,安裝太陽能燈,白天可享用自然光線辦公。將原來普通玻璃更換為雙層斷橋玻璃,來達到保溫節能的功效。原來老廠房的蓄水池、水塔均保留再利用,采用蓄水池的水清洗車輛,洗完車的水再次利用澆花,實現了水資源的重復利用。在樓層陽臺上種植植物,采用屋頂綠化的方式,使夏天有效的緩解太陽的直射,起到保溫隔熱的效果,降低對能源的使用,而且提高了辦公條件。
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