BIM建筑|江亿院士再谈当前风行“建筑节能技巧”

在社会惯性和市场经济规则的影响下，环保、节能在建筑这个领域已部分等同于购买新材料、新技术、新产品，那么，先进的就一定是必要的吗？要环保就要多花钱吗？

在之前的推送中，我们刊登了清华大学教授，我国建筑热环境学科倡导者江亿院士对中国建筑节能方向的思考，今天我们继续来听听江院士对节能技术独家且生动的讲解。也许这些内容看上去有点枯燥难懂，不过要是耐心看完，你以后就不用担心厂家和暖通专业忽悠你听不懂的了。

文 / 江亿

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(BIM工作)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。

楼宇热电冷三联供

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(BIM设计)？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。

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