毛细管网空调系统让建筑插上节能的翅膀

　　世界能源的历史与形势

　　自古以来，人类生存和发展的基本条件越来越清晰，即物质、能量和信息。尤其是近代的工业革命，使得人类进入了一个高速发展的时代，化石燃料被疯狂的开采，能源消耗从煤炭到石油和天然气，让我们在有生之年就有可能看到它们的枯竭。更可怕的是，我们在经历能源危机的同时，不得不接受它的“副产品”：环境污染。

　　所幸的是有识之士已经在全球范围内行动起来。为防止地球温暖化（温室效应）对人类的危害，要求控制化石燃料燃烧排放出的CO2量，因为它对于地球温暖化的影响占1/2以上。1997年12月，联合国气候变化框架公约缔约方第三次会议在日本京都召开，部分国家签署了《京都议定书》，确定了发达国家温室气体的减排目标:在2008～2012年间，将其温室气体的排放量由1990年的排放水平平均降低5.2%。2004年6月在德国波恩召开了国际可再生能源大会，154个国家代表通过了《波恩宣言》，德国总理施罗德在会上讲话指出“能源的有效使用和可再生能源的开发是世界获得可持续能源供应的双重策略”。

　　我国著名能源科学家吴仲华教授早在上世纪80年代初期就已提出"温度对口，梯级利用"的科学用能基本原则。在当前的一段时间内，化石能源仍是主要的一次性能源，尽量减少煤炭的使用，将天然气的比例增加，将石油的比例减少，到2030年前后，大规模使用可再生能源，到2050年前后，化石能源降低到次要地位，甚至于逐渐淡出能源结构。

　　我国的能耗状况

　　中国作为最大的发展中国家，正处于经济高速增长阶段，呈现出高储蓄、高投资、高耗能的特征。我国二氧化硫的排放量居世界第一，二氧化碳的排放量居世界第二，能耗量居世界第二。中国是一个十三亿人口的大国，我国的能耗量将很快居世界第一。能源对整个国家的发展将起到非常关键的作用，能源问题搞不好，有可能拖整个国家可持续发展的后腿。不远的将来，能源危机在中国可能不会再是危言耸听的事情。2004年，中国经济总量占世界经济总量的4.4%，而石油和煤炭的需求量则分别占世界的7.4%和31%。2005年，中国能源消费量为22.2亿吨标准煤，比2004年增长9.5%，中国现在已经成为仅次于美国的第二大石油消费国。据有关专家预测，到2020年，中国石油进口量将超过5亿吨，天然气进口量将超过1000亿立方米，两者的对外依存度将分别为70%和50%。另外，我们的能效也不容乐观，每一万元的产值所消耗的能源，是美国的3倍，日本的7.2倍，并远远高于巴西、印度等国家。为了解决这种状况，52位院士和百余位专家联名发出了节能和科学用能的倡议书：提高能源利用效率，减少能源消耗，保护生态环境。

　　我国的建筑能耗状况、特点和方展方向

　　我国的建筑能耗占社会总能耗的30%左右，既有建筑近400亿平方米，95%以上是高能耗建筑。目前我国是世界上最大的建筑工地，每年建成的房屋面积高达20亿平方米，超过了发达国家年建成建筑面积的总和。到2000年底，能够达到建筑节能设计标准的建筑累计仅占全部城乡建筑总面积的0.5%，占城市既有供暖居住建筑面积的9%，绝大部分新建建筑仍是高能耗建筑。2004年，我国建筑运行能耗占社会总能耗的18.8%，北方采暖地区，采暖能耗占全国城镇建筑总能耗的40%。随着建设规模的不断扩大，建筑能耗占中国能源总消耗的比例也会持续增加。解决好北方的采暖能耗和南方的空调能耗，将是节能减排的关键所在。

　　一般建筑用能中，采暖空调占65%左右，生活热水供应占15%左右，电器照明等占14%左右，炊事占6%左右。除电器照明和炊事外，其他的建筑用能具有以下特点：1、 低品位能源 ：热能根据其温度的高低可分为低品位能源和高品位能源，越接近环境温度的热能品位越低，而高出环境温度幅度越高则热能品位越高。建筑采暖所需的温度通常低于100℃，空调所需的温度通常高于5℃，均为低品位能源。如果将化石燃料燃烧后产生的高品位能量用于建筑采暖、空调，是不符合“温度对口、梯级利用”的热力学基本原则，存在着严重的能量浪费；2狭窄的温度范围： 建筑空调冷冻水的温度一般为5～12℃（毛细管网系统所需温度为16～20℃），供热热水温度在55～60℃左右（毛细管网系统所需温度为30～35℃）。由此可见建筑能源的温度范围非常狭窄；3、建筑用能温度与可再生能源的温度接近：地球环境内的各种介质均含有低品位的热（冷）能，这些介质包括土壤、地下水、河流湖泊及海水、污水和空气。以北京为例：土壤的地下水温度全年约14℃左右；污水厂冬季排出的处理后污水温度仍在16℃左右；空气温度一般为-15～40℃。显然这个温度范围与空调供暖所需的温度相当接近，我们可以通过热泵将温度升高或降低到建筑用能的使用温度；4、可直接使用太阳能：我国西北、华北的大部分地区，采暖季日平均太阳辐照量均在9,000～15,000kJ/m2之间。如果采用目前流行的真空管太阳能集热器，每日集热时间按8小时考虑，建筑面积热指标按50W/m2计算，采暖供回水温差15℃（毛细管网采暖供回水温差不超过5℃），每天供暖时间为8h，则可以推算出，每单位建筑面积所需要的集热器面积在0.21～0.33m2之间。由于农村地区的建筑形式和城市的别墅多为3层以下的建筑，所以按照这个面积比例是完全可以实现的；对于多层建筑，也可以作为能源的补充而节省部分能源。

　　由此可见，低品位的可再生能源即可再生的自然能源应是建筑用能的最佳选择。一般来说自然能源可以包括以下六个来源：土壤、地下水、地表水（湖泊、河流等）、海水、污水及空气，它们所含有的热能来自太阳辐射和地热能，同时地球表面包括土壤和水体的储能作用也在自然能源的应用中起到了至关重要的作用。由此可见，大力推进可再生能源在建筑中应用，是解决建筑用能最科学、最经济、最合理的选择。

　　高效采暖空调末端

　　要想减小建筑运行的能耗，除了要解决好围护结构（墙体、屋顶、门窗等）的保温问题外，还必须解决好暖通末端的低效利用问题。古人从钻木取火以来，每一次取暖的发展，末端的温度都会有所下降，人类文明也向前迈进了一步。最初是用火堆，高温且烟熏火燎，采暖面积小；后来，用火炉，同样的温度但室内没有了烟气，但采暖面积仍然有限；再后来，用中高温度的火炕、火墙和壁炉，使整个房屋温暖；到上世纪期四、五十年代普遍采用100℃以上的汽暖和80℃以上的水暖；到上世纪七十年代，西方国家开始采用55℃～60℃水温的地板辐射采暖；到了1986年，又开始采用16℃～40℃水温的毛细管网恒温恒湿新风技术来使建筑物一年四季保持温度和湿度的恒定不变。

　　随着末端的温度不断降低，末端的效率极大地提高，节能越来越显著，而舒适度也越来越高。能源危机、环境污染、自然资源能否可持续利用是中国乃至全球性的问题。开发利用可再生能源是缓解能源危机、降低环境污染、促进自然资源可持续利用的重要手段。但仅仅是开源是不够的，必须与节流并举，开发从冷热源到末端的整个系统，使系统的整体效率提高，才能真正实现节能减排降耗的目标。这对于减少对传统能源的依赖程度、促进经济社会可持续发展、保障国家能源安全具有重要意义。

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