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家用电器低碳化技术——集成篇

主题:我国城镇住宅单位能耗 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2023-12-26

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住宅能耗论文范文

我国城镇住宅单位能耗论文

目录

  1. 我国城镇住宅单位能耗:英国低能耗智能房屋打造未来环保住宅 午间道 20160106

多种节能措施和可再生能源利用措施的集成应用是低碳技术发展的趋势.建筑结构的被动节能措施与家用电器节能措施及可再生能源利用措施的综合运用,可以显著降低住宅的碳排放水平.同时,对于各种家用电器和可再生能源利用设施的系统化管理,也是家用电器低碳化技术的重要组成部分.住宅热能系统多热源集成化,是目前降低住宅碳排放水平的主要内容.

零能耗住宅

零能耗住宅是零能耗建筑(ZEB)领域的重要组成部分,而多种能源的集成应用技术和节能技术的集成应用构成了零能耗住宅(ZEH)技术的基础.零能耗是指基本不消耗煤炭、石油等矿物能源,就能维持建筑的正常运转需要.除了强调建筑围护结构采用被动式节能设计,零能耗建筑的主要特点还包括将建筑能源需求转向太阳能、风能、浅层地热能、生物质能等可再生能源,以及环境热源的再利用.

零能耗建筑和零能耗住宅在能量平衡计算时有明显差异,前者只考核照明、通风、空调等维持建筑物基本使用功能的能耗,而后者则考核住宅的全部能耗.前者可能用于工商用途,日常运行过程所消耗的电力是不确定的,而且通常远高于建筑物自身的基本能耗;而住宅能耗是相对固定的,空调、采暖通常占全部能耗的一半以上.在实际应用过程中,除非是试验或示范项目,零能耗住宅通常不是为个别住宅单独设置的,而是由多个住宅构成的住宅小区或多层多户住宅组成的住宅建筑.多户住宅共享节能设施有助于进一步提高节能措施的使用效果,降低每户分摊的论文范文,具有显著提高技术经济性的作用.

在现代社会中,构建完全不消耗矿物能源的建筑是不具备技术经济合理性的,零能耗建筑不是不消耗任何矿物能源,而是指与常规建筑或一般节能建筑相比,所需的矿物能源消耗量大幅减少.严格来说,这只是接近于零能耗的水平,所以人们习惯使用接近零能耗目标的“超低能耗”建筑来称呼零能耗建筑,目前各国对零能耗建筑的称谓也有所不同.

目前,零能耗技术主要是利用可再生能源.例如,利用太阳能光伏发电向电网输送剩余电力来补偿从电网输入的电力,实现电力输入和输出平衡,实现全年净能耗为零.由于这类技术的使用主要是为了降低矿物能源消耗,也有人将零能耗技术称为零排放技术或零碳技术.2009年7月14日,美国通用电气公司发布了零净能耗住宅开发计划.该计划将于2015年完成全部开发工作,并实现产业化.该计划采用全电气化方案,综合应用智能电网技术、住宅节能技术和家用电器低碳化技术,通过合理配置和优化运行,实现家庭全年能源净支出为零的目标.

我国城镇住宅单位能耗:英国低能耗智能房屋打造未来环保住宅 午间道 20160106

2011年6月,夏普公司在位于日本大阪府土界市的工业园区内建成了夏普生态住宅示范项目,并向社会开放.该住宅兼顾了耗电量的最小化和居住空间的舒适性,采用了多种目前可在住宅中应用的节能、创能和蓄能技术,配有输出功率为9kW的夏普太阳能电池板、与人体位置传感器和照度传感器联动的LED照明器具、家用电器耗电量可视化系统、可采用住宅能源管理系统(HEMS)控制的家电产品群以及采用直流供电的DC家电等.同时,该住宅还配备了ELIIY Power公司制造的8kWh蓄电池、三菱电动汽车(EV)以及使二者联动的电源管理装置等.

据介绍,按全年核算,夏普生态住宅可以使来自电网的供电量净值为零.也就是说,太阳能发电能够供给家庭全年所需的电力.该住宅采用的最新环保家电和LED照明灯,可将年耗电量减少约30%;通过采用电力可视化技术,耗电量可减少15%;利用基于HEMS的自动控制功能,耗电量可减少10%;通过太阳能发电和蓄电池与EV的联动,耗电量可减少35%;利用直流家电可减少10%,合计可将原来的耗电量减少100%.

其中,能源可视化系统和HEMS由电源管理装置Smart Tap及其网关设备、平板终端GALAPACOS、可利用该平板终端和无线LAN通信的LED照明器具和家电产品群构成.Smart Tap用以收集家电设备的耗电量数据,数据通过符合无线协议ZigBee的传感器经由网关发送至平板终端,进而使用户了解家电设备的耗电量,实现可视化.平板终端具有使用无线LAN与家电通信的功能.换言之,平板终端可以作为家电的遥控器终端.卧室内LED照明灯的调光和调色也可通过平板终端进行.平板终端安装可以自动控制照明器具及家电耗电量的HEMS程序,成为家电和EV的指挥塔.除了通过改变LED背照灯的照度改变电视机等单个家电的耗电量,选择“家庭整体节能运转模式”时,在获取外部气温等信息的情况下,HEMS可以自动控制各类家电的运转.同时,该住宅安装了多个摄像头、照度传感器和人体位置传感器,可随着人体移动开关照明器具.

太阳能电池、蓄电池及EV等创能和蓄能系统以三菱电动汽车i-Miev为基础,充分利用EV的充放电功能,一方面以太阳能电池和蓄电池的输出功率为EV蓄电池充电,另一方面还拥有将EV蓄电池存储的电力释放存储在家庭蓄电池中或用于家电设备的V2H功能.EV充电和放电的最大输出功率均为8kW,充满电后可以持续放电2小时.对EV充放电状态的管理,可通过平板终端进行操作和切换.另外,电源管理装置还具备在停电时自动与电网断开,转而使用蓄电池和EV蓄电池输出的电力的功能,以确保家电设备供电.该住宅内备有利用蓄电池和EV电力的专用插座.

夏普生态住宅还对利用太阳能电池和蓄电池直流供电运行的DC家电进行了验证实验,使空调、电视机、LED照明器具、冰箱、二氧化碳热泵热水器( EcoCute)等家电支持直流供电,直流供电的电压为300V.

建筑节能措施

住宅低碳化技术的基本措施是被动节能,包括通过降低墙体等维护结构的热传导和通风过程的热损失以及利用环境条件等手段实现节能.一般情况下,节能住宅的建筑能耗水平必须降低为常规住宅的一半以下.在此基础上,再配合家用电器高效运行等主动节能手段以及可再生能源利用措施实现节能目标.

虽然零能耗住宅的概念来源于北极地区的传统建筑方法和生活方式,但是就利用现代技术建设的零能耗住宅而言,2002年建成的英国贝丁顿( Bed ZED)社区是世界上第一个投入应用的零能耗社区.该社区位于伦敦西南的萨顿镇,占地1,65公顷,包括82套公寓以及2500平方米的办公和商住面积.通过巧妙的设计,该社区充分采用可循环利用的建筑材料、太阳能装置、雨水收集设施等低碳技术措施,大幅降低了矿物能源消耗和对环境的影响.

英国伦敦地区具有夏凉冬冷的气候特点,夏季凉爽,冬季寒冷且持续时间长,采暖期约为半年.首先贝丁顿项目采取了一系列的被动节能措施用以改善建筑结构的绝热性能,通过各种措施减少建筑热损失,并充分利用太阳热能,以实现不用传统采暖系统的目标.贝丁顿社区的建筑紧凑相邻,减少了建筑的总散热面积;外墙厚度超过50厘米,中间以隔热夹层强化墙体绝热性能:窗户选用内充氩气的3层玻璃窗.窗框采用木材以减少热传导.同时,在通风过程中,贝丁顿项目采用了自然通风措施,在屋顶上设置五颜六色的漏斗状风帽,以风为动力实现新风导入和室内空气排出.其中,风帽的一个通道用于排出室内的污浊空气,另一个通道则将新鲜空气导入,在此过程中,进入室内的新风与排出的空气进行换热,最多可以回收排出空气中70%的热量.

为了充分利用日照,每户住宅都设有朝阳的玻璃房,最大限度地吸收阳光带来的热量.房屋使用了蓄热性能较好的材质建造,温度过高时,房屋可自动储存热能,甚至可以保留每个家庭煮饭时所产生的热量;温度降低时,可以自动释放热量,以此减少供暖设施的使用.贝丁顿社区采用热电联产系统为社区居民提供生活用电和热水.热电联产发电站不使用天然气和电力,而采用木材废弃物发电,周边地区的木材废料和邻近的速生林可以满足该社区的需求.

为了充分利用水资源,贝丁顿社区建有独立完善的污水处理系统和雨水收集系统,生活废水被送到小区内的生物污水处理系统净化处理,部分处理过的中水和收集的雨水用于冲洗马桶.这些水既可以再次进行净化处理,也可以在芦苇湿地中进行生物回收.多余的中水通过铺有砂砾层的水坑渗入地下,重新被土壤吸收.同时,设计者还采用了多种节水装置降低水的消耗量.例如,所有马桶均采用控制冲水量的双冲按钮,一次冲水量比普通马桶少5-7升;采用节水喷头,每分钟水流量比普通喷头少6升:节水龙头装有水流自动检测功能,每分钟水流量比普通水龙头少13升.另外,该社区的建筑屋顶种植了大量的景天类植物,以达到自然调节室内温度的效果.冬日景天类植物是防止室内热量流失的绿色屏障,夏天这些隔热降温的绿色屏障会开满鲜花.

此外,贝丁顿社区在建设过程中就近取材,使用了大量回收建材,大大降低了建设成本.为了节约能源,95%的结构用钢材是从35英里范围内的拆毁建筑场地回收的,其中部分来自于一个废弃的火车站.许多木料和玻璃是从附近工地上“拣”的.仅建筑窗框选用木材而不是塑料这一项,就在制造过程中减少了10%以上(约800吨)的二氧化碳排放量.住户入住后的各种监测数据显示,热水供应能耗降低了45%,照明等电力能耗减少了55%,采暖能耗下降了88%,水的使用量减少了60%.

在2010年上海世界博览会上,作为零能耗建筑的样板,伦敦零碳馆吸引了不少参观者.伦敦零碳馆采用的技术措施和建筑风格具有明显的贝丁顿社区痕迹.考虑到上海地区气候具有夏热冬冷的特点,该馆配备了具有夏季制冷功能的热泵机组,以黄浦江水作为低温热源,利用水源热泵作为制冷空调,冬季则利用该热泵制热采暖.除了采用太阳能、风能等可再生能源利用措施,伦敦零碳馆还安装了生物质能锅炉,可即时降解剩饭剩菜,并转化成电能和热能.这套生物质能热电联产系统可以对餐厅内的一次性餐盘、叉子以及各种食物废弃物进行生物厌氧过程降解,降解完成后的最终产物还可以作为生物肥料,用于滋养位于北坡屋顶的绿色植被.在两栋房子中间的地面上,设置了许多硬币大小的孔洞,其实这是一套先进的雨水收集和回收系统.据测算,伦敦零碳馆收集的雨水和中水量大于建筑消耗的水资源量.

通用电气公司在阿拉伯联合酋长国首都阿布扎比的马斯达尔(Masdar)开展了零能耗住宅技术验证计划.根据项目规划,马斯达尔将成为世界上第一个实现碳平衡的城市.该城位于阿布扎比郊区炎热的沙漠中,计划耗资220亿美元,开发面积600万平方米,可容纳5万人口.在该项目中,被动节能措施发挥了重要作用.根据风向,建筑布局均偏西南方向,优化阳光和阴影的平衡;建筑物的风塔可以导入凉爽的新风,并排出室内的热风;街道的规定宽度为3米,建筑物间距较小且限高5层,有利于形成遮阳街道和庭院为城市降温,减轻沙漠高温的影响,改善步行环境.

集成能源管理

以贝丁顿社区为代表的零能耗住宅的主要设计特点是采用被动式节能措施,这类住宅集中在夏凉冬冷的地区.在欧洲大部分地区,一般的住宅在夏季不需要使用空调降温,热泵的普及率相对较低,不少已安装的热泵机组往往只具备制热功能而没有制冷功能.这些地区采暖用热能主要利用天然气燃烧获得,因此改进建筑结构成为最主要的节能措施.而在日本,由于气候特征以及空调设计和制造技术的显著优势,空调普及率基本已达到100%,利用空气源热泵制热已经成为基本的采暖方式.日本更加注重住宅内各种能量的转换设施以及家用电器的合理应用所形成的节能效果,通过建筑结构与空调、热泵以及其他相关设施的合理配置,形成了另一种零能耗技术方案.这种方案的核心是住宅集成能源系统,通过对住宅中各种形式的能源进行系统管理,满足节能和环保的基本要求,最大限度地降低用户的能源论文范文支出.住宅集成能源系统的基本功能包括能源收集、能源转换、能源分配、热能回收、能源贮存以及能源利用等.相较而言,中国幅员辽阔,不同地区的气候条件差异很大,不同地区适用的住宅低碳化技术措施也有所差异.

2012年6月,日本浅川住宅公司建成了名为“河口湖零能耗项目C栋”的节能住宅样板房.该样板房坐落在日本山梨县富士山脚下的河口湖附近,日本建筑研究所以及阿基里斯、N论文范文、DoCoMo、大金工业、松下等日本国内10家大型企业均参与建造.在该项目中,浅川住宅公司采用了与夏普公司和松下公司示范项目有显著不同的方案,将目光聚焦在经济性上.该样板房的空调系统采用大风量、小温差方案,使得室内各层不同区域都能保持稳定的温度和湿度,只需在的空调上设置温度和湿度传感器就可以满足测控需要.与同类系统对比,采用大风量且高效率的直流风机,并未使电费支出增加.所谓大风量是相对而言的,通过合理的气流组织,住宅内空间可以保持无风感状态,不会因感觉有风而出现不适.利用大风量实现室内温度和湿度均匀的方案,可以大大简化测控系统的设计,但前提条件是全住宅建筑结构具有良好的绝热性能和气密性.

采用温,湿度独立调节技术是该项目空调系统的另一个特点.空调主机是大金公司开发的新型热泵系统DESICA.与普通的空调相比,DESICA外形尺寸稍大,能够独立控制温度和湿度.根据研究,在夏季,即使把设定温度提高为28℃左右,只要降低湿度,人体仍会感觉舒适;在冬季,即使把供暖温度调低为20℃左右,只要保证湿度,人体就会感到温暖.以人体的这种感觉为原理,将湿度调节与温度调节过程分离,可以使系统成为以最低限度的制冷,制热量满足舒适感觉的高能效空调.同时,室内的湿度不仅影响人体的舒适感,而且与室内的结露、微生物(如螨虫)和霉菌的生长关系密切.换言之,湿度对室内空气质量有重大影响,利用DESICA可以实现精度为5% RH的湿度调节,而且运行论文范文较低.

屋顶设置的光伏电池板采用松下公司开发的高效率光伏电池板HIT230,发电量比同类产品增加约20%,24块光伏板的发电峰值功率达到5.25kW.该光伏发电系统没有配套蓄电池,剩余电力直接出售给电力公司.据测算,光伏发电系统的投资回报期为10年以上.

多能源热源系统

多数发达国家和地区地处温带和寒带气候区,卫生热水和采暖能耗占住宅全部能耗的2/3左右.在欧洲,家用热泵系统目前主要在法国、德国和意大利安装应用,其他国家和地区的安装数量较少.同时,80%左右的热泵用于采暖或游泳池加热,用于制取卫生热水的机组约为20%.在前者中,一半是以地下水或土壤热源作为低温热源的系统,以环境空气热源为低温热源的系统约占50%,而且在行业统计数据中一般与空调合并.在欧洲,无论以空气为载热流体,还是以水为载热流体,只要是采用热泵循环方式获得可用热能的系统均称为热泵.

目前,应用太阳能和热泵已经成为欧洲暖通行业的发展趋势.对于已经习惯利用天然气的欧洲用户而言,应用太阳能和热泵虽然节能,但是受天气和环境条件影响较大.因此,采用多能源组合利用方式,已经成为优势互补、提高太阳能和热泵适应能力的主要措施.

多能源组合系统的基本结构方案大致可分为两类.一种是系统联接外置型,管道外露安装,布局比较松散,现场处理比较灵活,这种方案一般在设备间内使用,如地下室等;另一种是系统集中联接型,几乎所有的系统联接部分都安装在一个箱体内,包括循环泵、阀件等,一些型号还包含控制系统和蓄热水箱,布局紧凑,外形美观,现场施工量少,是目前欧洲市场的主流产品.其中,嵌入式产品可以整体嵌入墙内,不占室内面积,在面积较小的住宅中应用优势明显.

多能源组合系统具备了供应住宅内全部热能需求的功能.与多种末端协调运行是各企业重点解决的技术问题.在欧洲,生产家用暖通设备的大企业基本都已开发出具有各自技术特色的住宅能源整体解决方案.

德国菲斯曼(Vies论文范文ann)公司生产的Vitocal 200-S分体式空气源热泵,是菲斯曼Vitotronic 200平台上的热源模块之一.该产品是按照系统集成要求设计的,不仅具备常规空气源热泵的功能,还具备与其他热源装置(如太阳能集热器和燃气锅炉等)联动的物理接口和逻辑接口.该产品不仅能够应对热源装置联动造成的运行参数变化,更重要的是具备完善的保护措施,可以隔离其他热源装置运行状态异常时产生的不良影响.

在众多的多能源集成系统中,气候和谐系统(Climate Right System)是具有一定代表性的产品.这是一种模块化的多能源集成住宅热水系统,由美国可持续设计和产品管理公司(SDPM)制造,该公司成立于2003年.气候和谐系统具有灵活满足不同需求的快装式模块.其中,以燃气采暖锅炉为核心的热源模块可以根据用户需求,具备多种功能,配备的标准接口可以方便地与空气源热泵、太阳能集热器连接.同时,快装式设计大大降低了现场施工的技术难度和工作量.另外,由于采用紧凑式设计,系统占地面积显著减小,系统的通用化程度较高,使得产品在制造成本以及生产周期控制方面具有一定优势.

(敬请期待下一篇《家用电器低碳化技术——展望篇》)

总结:本论文可用于住宅能耗论文范文参考下载,住宅能耗相关论文写作参考研究。

我国城镇住宅单位能耗引用文献:

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