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江亿院士再谈当前流行“建筑节能技术”

[发布日期:2016-04-05 14:27:23]

  区域供冷技术

  首先,我坚决反对现在到处上马的大规模区域供冷技术。2006年和2007年夏天,我曾经到日本的各个城市在当地的电力公司、燃气公司进行过研究交流,充分了解了这个技术的缺点。区域供冷的温差不能超过10℃,供水5℃,回水最多15℃。目前北京市集中供热系统的供水温度是130℃,回水温度是60~70℃,温差近70℃。这样的话区域供冷在输送过程中损失的能耗至少是供热的6倍以上。

  同时循环泵的电耗还将转换为热量,加热冷水,也造成了冷量的浪费。我在日本新宿调查,那里是世界有最早建成,也是目前最为完善的集中供热系统。新宿是高密度的办公区域,供冷范围在几公里之内。他们的技术人员介绍,经过测算,他们的冷量损失可以控制在10%左右。我很奇怪,北京供热管网的保温材料远不及日本,热网总长度近1000km,且冬季管网内温度为130℃,室外0℃,温差130℃,损失才1%,他们的管网内温度5℃,室外温度30℃,温差才25℃,损失怎么可能达到10%呢?把统计数据分析了一遍才发现,全年循环水泵的耗电量相当于供冷量的8.5%,除了电机效率,其他的热量全跑到水里去了。所以管网损失大不是因为管道保温差,而是因为水泵发的热在加热冷水。

  第二,供冷和供热不同,集中供热的负荷在40%到100%之间变化,但供冷负荷不光和室外温度有关,还和室内发热有关,比如会议室,很多人来开会,末端负荷马上大幅增长,散会后负荷又大幅下降。因此供冷末端负荷在1%~100%之间变化,但这么大的变化范围很难通过水量的调节得到充分实现。

  此外,在集中供冷过程中,供冷公司通常处于强势,使用者处于劣势,如果计算冷量收费,往往会为了卖出更多的冷量,增加实际用冷量。经过调查,日本的办公楼采用集中供冷的,单位面积能耗量在150到160kWh/m2以上,而用自身的冷机供冷的办公楼能耗只有80~110kWh/m2,比集中供冷低30%,这就是强势造成的。可能有些人认为集中供冷的优势在于提高效率,但电动制冷机效率的提高是有限的,机器容量只能到2~3MW,再加大容量,效率也不会进一步提高了。

  上面提到,日本使用集中供冷的办公楼能耗反而大于独立冷源供冷的建筑,即使是公认效率最高,效果最好的一个例子,每平方米的用冷量也比独立冷源的楼高。美国大学校园里也都普遍采用集中供冷,但实际能耗也都高于分散供冷。可目前我们国家却不断把集中供冷当作节能减排的最佳途径,各种项目纷纷上马。2008年,海南开工建设一个号称亚洲最大的区域供冷项目,作为海南岛节能减排的最大项目。但我要说,这绝对不是节能减排,一定会使能源消耗量增加。

  区域供冷与热电联产

  再看用工业余热制冷。热电厂夏季的热量就是废热吗?如果用吸收机制冷水进行制冷,只能抽取温度为150℃的蒸汽,但只有蒸汽热量的12%能进入发电机发电。另外,至少还需要6%的电力驱动循环泵。少发的电和循环泵耗电合计,折合为冷量的18%,当电制冷的COP=6时,二者效能是相同的。因此用热电联产区域供冷,跟把热量转换为电能送入电网供用户制冷,折合成一次能源,效率是一样的。如果再考虑到冷量输送的困难和损失,就显得没有多大必要了。

  如果不在电厂做吸收机制冷水,可行的技术途径可能是直接用热水循环制冷,COP<0.7;或者用溶液除湿,拿热水送新风,等效cop>1.5,还能解决蓄能问题。但这些方法都要求有足够多的末端用户,但如何让那么多的公共建筑采取这种技术方式,进行大量的设备改造,还是一个难题。

  楼宇式热电冷三联供,就是在楼宇内设置天然气发电机,余热用于冬天供热,夏天供冷和生活热水。很多人认为这是节能的好方法。但他们的论断都建立在一个基本出发点上,就是和燃煤发电效率33%相比,这种技术的发电效率更高,因而更节能。但采用燃气燃煤联合发电的北京市第三热力厂,其发电效率是55%,既然是楼宇式热电冷三联供采用天然气发电,就不应该和燃煤发电比,而应该和天然气发电厂的效率比。

  楼宇热电冷三联供

  楼宇热电冷三联供装置在冬天进行热电时,确实比单独烧天然气锅炉要节能,但在冷电联产的时候,就不如大的天然气发电厂加制冷机节能了。发电效率50%,冷电发电效率最多30%~40%,剩下的余热制冷,算下来远不如燃气热电厂节能。把有限的天然气资源用于效率为40%的楼宇发电,而不提供给原料短缺的燃气发电厂,实际上也是一种能源浪费。

  但由于这类设备中最贵的就是发电机。当设备投入已经发生后,即使低效地纯发电,热量废弃了,在经济上也比发电机闲置合算。因此出于经济利益,使用者就有可能在过渡季通过单纯发电确保利益,但其能源消耗大于使用公共电网的供电,实际上间接造成了能源的浪费,可谓“省钱不省能”。当前有关部门正在制定政策推广这种技术,可以说只是被其贴着的“节能”标签吸引,而没有认真研究它的实质。

  太阳能光伏电池和空调制冷

  大家都知道,太阳能光伏电池价格昂贵,我们先不谈其生产过程是否过多消耗能源,单看它是怎么发电的。

  太阳能电池发电需要遵循两个原则:一个是哪儿发的电发多就把装置设在哪儿要从这一点出发,所以光伏电池通常都在房顶上;第二点,需要维持光伏电池的表面清洁。实际上,我们国家的西北地区相对晴天较多,更适于用太阳能发电,那里基础建设落后,也急需电能。而大城市往往能源配套较好,污染和遮挡都很严重,影响太阳能的吸收。例如,上海市政府安装了大量的光伏电池,但不到一年发电量就降低了,因为发电节约的资金不足以形成经济动力刺激人们擦洗电池。所以说,劳动力成本相对较低,能源产生的经济效益更为重要的地区,可能更适于使用光伏电池发电。

  此外,我个人也不主张使用太阳能进行空调制冷。今天的太阳能空调制冷技术与40年前刚刚发明时相比没有发生本质性的变化,但为什么40年都没有得到真正的推广?原因在于太阳能的经济性取决于年可运行时间。太阳能热气器为什么这么普遍?不用政府组织,老百姓就都自觉使用太阳能热水器,使得中国成为太阳能热水器总量世界第一的国家?因为太阳能热水器一年四季都能得到使用。但太阳能空调一年能开多长时间呢?由于中国家庭夏季普遍开空调的时间还较少,相对它的成本,使用太阳能空调就显得很不经济了,这也显著制约了太阳能空调的推广。

  VAV系统

  现在很多十几万平米的巨型建筑都使用VAV系统,成为一个非常时髦的“节能措施”,甚至有人说,没有VAV系统,都不好意思说这是五星级写字楼。

  我听说有的建筑,一个系统带三四百个变风量箱,把我吓着了。VAV方式能不能满足各个末端的温湿度要求,关键在于末端组合的性质是不是一致。采用超大规模VAV系统,各个末端的组合形式一定是不同的,如果没有有效的再热,各个末端的温度需求很难全部得到满足。比如电视台,一个房间是编辑室,若干编辑机释放着大量热量,而另一个间是总编室,只有一个人和一台电脑。如果要保证编辑室的送风要求,总编室的温度就会过低,很难全部协调好,只能通过再热满足需求。日本也有一些变风量系统的成功案例,但他们的系统都非常小,每个AHU只带五六个末端,而不是这种大型的系统。

  现在还发展出“冰蓄冷低温送风变风量”的形式,送风温度仅为11~ 12℃。送风温差大,风机电耗自然会降低,但这增加了末端调节室内温度的困难,同时由于送风送风温差大,只能送饱和风,导致室内偏干,相对湿度30~40%,又增加了新风处理的难度。

  VAV空调还有一些其他问题。比如说不能单独关断某个房间,只能设置成最小风量,如果400个VAV变风量箱连在一块,办公楼里有两个加班的,400个就都得陪着,同时,VAV空调的回风是互相串通的,可能会导致传染病的传播,新风也难以保证。所以说,VAV系统不是大型办公楼空调的最佳选择。

  本文为江亿院士在中国建筑设计研究院演讲整理而成,未经本人审阅。