基于火用分析和生命周期评价的既有建筑围护结构节能改造

 为了定量系统地评价既有建筑改造的节能效果,提出了火用分析结合生命周期评价的方法。根据热力学第二定律,将能耗转换为火用,分析建筑生命周期中对能源、资源和环境影响较大的阶段,即建材的生产阶段和运行阶段。运用该方法对宁波建筑节能改造实例进行分析,结果表明,在建筑节能改造后的生命周期内,保温材料在生产阶段的能耗需要15年才能与运行阶段节约的能耗相等,CO2排放量需要16a才能与减排的CO2量相等,但对于保温材料,其在生产阶段消耗的火用,远大于其在运行阶段节约的火用。因此,对于既有建筑节能改造,新增保温材料在生产阶段的能耗和CO2排放量不能忽略。对于建造年代久远的建筑,在进行围护结构节能改造时,应当将改造后的节火用效果、节能效果和环境影响作为一个整体进行综合分析。     

铁路线路生命周期内的环境影响定量评价

基于生命周期评价理论(Life Cycle Assessment,LCA)和生态指标法,建立铁路线路生命周期内环境影响定量评价模型.对铁路线路从建筑原材料生产、建设施工到开通运营直至拆除等生命周期各个阶段,采用人类健康损伤、生态系统破坏、资源能源消耗3个终点破坏评价模型,按照评价目的和范围的确定、清单分析、分类和特征化计算、标准化和加权分析4个步骤,对铁路线路生命周期内的环境影响作定量评价,并以某铁路线路为例,进行生命周期内的环境影响定量评价.结果表明:在铁路线路生命周期中,资源能源(含运营列车能耗)消耗对环境影响所占的比例最大,约占线路生命周期内对环境全部影响的67%;生态系统破坏次之,约占21%;对人类健康损伤最大的时期是在施工阶段;对生态系统破坏和资源能源消耗最大的时期是在运营阶段;运营阶段对环境影响的贡献最大,施工阶段次之.     

建筑围护结构建造过程能源消耗火用分析评价

建筑围护结构所需的建材从生产制造阶段、运输阶段到现场施工建造阶段都将消耗大量的能源,针对这3个阶段,提出了围护结构建造过程能耗及火用耗的计算方法,并提出火用能比的概念用来评价建筑能源利用的可持续性.以湖南地区某研发中心为研究对象,对其围护结构建造过程能耗进行定量分析,结果表明:围护结构建造过程能耗主要来自于建材生产阶段,其中混凝土及其砌块单位建筑面积生产能耗最大,约占整个生产阶段能耗的44%,其次为钢材,占比约41%;钢材单位建筑面积生产火用耗最大,达到整个生产阶段火用耗的48%左右,混凝土及其砌块占比38%左右.从火用能比角度分析,钢材最大,为0.92,水泥最小,为0.59.整个围护结构建造过程火用能比为0.79.结果可为研究"烂尾楼"能耗现状提供参考.提出的火用分析评价方法可以应用于其他类似建筑,并为围护结构可持续建造提供参考.     

公路对环境影响的定量评估

为了实现公路对环境影响的定量评估,基于生命周期评价(LCA)理论,应用生态指标法(Eco-indicator 99)选取了生态系统、人类健康和资源能源3个终点环境影响类型,建立了公路生命周期终点模型,对某一级公路进行了实例分析.结果表明:资源能源消耗对环境的损伤最严重,占总环境损伤的70％,对人类健康的影响占20％,对生态环境的破坏占10％;公路生命周期终点模型能将环境影响量化到末端,减少了不确定性,推进了公路环评工作和环境保护工作.     

不同建筑外墙系统在整个住宅生命周期产生的环境影响

本文重点分析了单层住宅使用不同建筑外墙系统产生的环境影响。该类环境影响贯穿住宅的整个生命周期,对其进行测定和比较的评价指标有:空气污染指数,能源消耗(物化能耗和运行能耗),全球暖化潜势,资源利用,固体废物排放以及水体污染指数。外墙系统主要针对混凝土砌块,现浇混凝土,绝缘混凝土,0.05m×0.1m、高0.4m(2英寸×4英寸,高16英寸)的传统型中心木制结构框架,0.05m×0.15m、高0.6m(2英寸×6英寸,高24英寸)的传统型中心木制结构框架以及钢立柱框架进行分析。此外,结构绝缘板作为建筑物运行能耗的建模依据。文中每一处案例中,设计均基于国际建筑规范所规定的最低R值标准。利用ATHENA(一种生命周期的评估软件)和eQuest(一种测算建筑物运行能耗的能源使用建模软件),评估每个案例中建筑物生命周期各阶段的环境影响,包括施工期、使用期和弃用期。结果表明,在试运行阶段,绝缘混凝土建筑物产生的环境影响最大,其次是混凝土砌块,现浇混凝土和钢立柱框架结构的建筑物。仅考虑试运行阶段,传统木制结构框架的建筑物环境影响最小。而在使用阶段,绝缘混凝土建筑物产生的环境影响最小,因为外墙系统需要较低的运行能耗,但是混凝土砌块,现浇混凝土,0.05m×0.15m、高0.6m(2英寸×6英寸,高24英寸)的传统型中心木制结构框架,0.05m×0.15m、高0.6m(2英寸×6英寸,高24英寸)的传统型中心木制结构框架以及钢立柱框架产生的环境影响却会随时间逐渐增大。和其他时段相比,建筑物弃用期的环境影响可忽略不计。一般而言,完整的生命周期评估(LCA)时间为50年,与传统的0.05m×0.15m、高0.6m(2英寸×6英寸,高24英寸)的中心木制结构框架外墙相比,绝缘混凝土材料的外墙保温性能会减少大约700GJ(5%)的能源消耗。研究结果还表明,外墙热容量对建筑能源性能的重要性,尤其是对炎热气候区域的城市建筑,如亚利桑那州凤凰城,以及运用整体分析法,如LCA方法,恰当评价不同技术对环境的负面影响的重要性。     

太阳能热水系统生命周期评价及回收期分析

中国太阳能热水装机容量占世界总量70%左右,且85%以上采用真空管式集热器.面对国内越来越多的集中式系统,本文从运行效果、经济性及环境影响3个方面对集中式真空管和平板太阳能热水系统进行对比研究,包括清单分析、生命周期环境影响以及能源-环境-初投资回收期.结果表明,真空管式太阳能热水系统(ETSHWS)生命周期环境影响所占比例最大的是化石能源耗竭潜值,占比约为30%;而平板太阳能热水系统(FPSHWS)所占比例最大的为矿产资源耗竭潜值,约为65%.相比于生命周期集热量产生的正面环境影响,生命周期总环境影响很小.另外,两系统能源回收期不到3个月,环境回收期不到3 a,初投资回收期在8 a之内;平板式太阳热水系统能源回收期、环境回收期和初投资回收期分别为真空管式太能热水系统的1.5倍、2.7倍和1.7倍,就运行效果、环境影响和经济性而言,真空管式太阳能系统明显优于平板式太阳能系统.若以建筑60 a的使用期来计算,ETSHWS环境影响和正面环境影响均优于FPSHWS,但FPSHWS的初投资要优于ETSHWS.     

木薯燃料乙醇生命周期能源效率评价

利用生命周期评价理论，建立了木薯燃料乙醇生命周期能源效率评价模型．以总体能源消耗、化石燃料消耗、石油消耗、净能源产出和能源综合利用率为评价指标，对木薯燃料乙醇进行了生命周期能源效率评价．结果表明：与汽油相比，木薯燃料乙醇生命周期整体能源消耗增加22%，化石燃料消耗降低54%，石油消耗降低96％，净能源产出偏低45％，能源综合利用率偏低8％．木薯燃料乙醇是潜力巨大的绿色燃料．     

农村沼气工程能源消耗及环境影响的LCA分析

能源短缺和环境污染已经成为我国经济发展主要面对的问题;以沼气工程为代表的生物质能源开发和应用在解决能源压力和环境污染的过程中具有较大的潜力;然而,近年来,沼气工程的开发应用存在较大问题.运用生命周期分析方法,对沼气制造及使用整个过程的全生命周期进行建模仿真,通过对能源积累需求算法综合评价生命周期内的各重要流程能源消耗情况进行计算,同时对整个过程所有排放进行温室效应和水土富养化等环境影响进行评价.根据评价结果,得出我国农村沼气工程发展的可行路径分别为多种原料组合策略路径和大型沼气工程区域化路径.     

光伏发电系统在绿色建筑中的应用及其节能研究

21世纪是一个发展与危机并存的时代,大多数国家都处于经济高速发展期,可是随着经济的飞速发展,对能量的消耗也日益加剧,随着化石能源的大量消耗,当今世界面临着能源和环境的双重危机,作为不可再生资源,煤炭、石油等化石能源的全球储备在急剧下降,经济成本在飞速上升,而环境也在遭受着严重的破坏.在所有能源消耗项目中,建筑消耗所占比重最大,本文介绍了光伏发电系统在绿色建筑中的应用及其节能研究.     

基于GREET模型的新能源汽车污染排放特征分析

利用美国阿贡国家实验室提出的"从油井到轮胎"(well-to-wheel,WTW)评价体系和交通运输中温室气体排放、排放控制和能源使用(greenhouse gases,regulated emissions,and energy use in transportation,GREET)交通运输仿真模型,采用控制变量的方法分析了传统汽车和新能源汽车在排放量和能耗方面的区别,同时以4个能源结构差异明显的国家为例,对电动汽车从能耗和排放两个方面进行了环境性方面的分析.从模拟输出数据可以看出,以新能源为主的国家比较适合发展纯电动车,其排放量明显小于以化石能源为主的国家的排放量,可见研究能源结构和电源结构对新能源汽车的环境性影响意义较大,为政府和企业的决策提供了相应的对策和建议.     

构建中国的能源-经济-环境系统评价模型

能源-经济-环境综合评价模型(3E模型)是开展国家能源系统规划的重要工具,中国在模型实际开发方面还落后于世界先进水平。该文根据国际流行的建模思路,构造了混合式3E模型TH-3EM(清华能源-经济-环境混合评价模型),利用可计算一般均衡模块描述经济系统整体,应用跨时段能源系统优化模块描述能源系统微观细节,通过在两个模块间建立双向闭合连接,描述能源系统与经济系统之间的互动关系,并保证模块结果的一致性。     

构建中国的能源-经济-环境系统评价模型

能源-经济-环境综合评价模型(3E模型)是开展国家能源系统规划的重要工具,中国在模型实际开发方面还落后于世界先进水平。该文根据国际流行的建模思路,构造了混合式3E模型TH-3EM(清华能源-经济-环境混合评价模型),利用可计算一般均衡模块描述经济系统整体,应用跨时段能源系统优化模块描述能源系统微观细节,通过在2个模块间建立双向闭合连接,描述能源系统与经济系统之间的互动关系,并保证模块结果的一致性。     

城镇居民居住建筑能耗情景预测研究——以吉林省为例

建筑能耗是继工业、交通能耗之后的第三大社会能源消耗主体。结合LEAP模型,将吉林省城镇居住建筑能耗分为采暖、炊事热水、照明、电冰箱和其他家用电器用能。在不同情景下进行预测分析。结果表明,2020年吉林省城镇居住建筑能耗在基准情景、政策情景下分别为1 082万吨标煤、952万吨标煤,并对吉林省城镇居住建筑节能工作提出了对策建议,为推动吉林省城镇居住建筑向建筑设节能设计标准迈进提供现实依据。     

中国建筑环境影响的生命周期评价

为了量化评价建筑相关活动的节能及综合环境影响,提出了适合中国国情的建筑生命周期评价方法。分析了在原料掘取、建材生产、施工、运行、报废处置5个阶段带来的能耗、资耗、污染3方面的环境影响。应用该方法对北京某新建住宅进行分析。结果表明,在生命周期总能耗中,建筑生产过程、运行采暖、运行照明分别占20%、40%和24%。运输能耗占建材生产能耗的5%,不可忽视。运行用水在资源消耗中最大。聚苯保温层厚度超过100 mm后再增厚便会得不偿失。从生命周期角度进行分析能得到更全面的结论。     

基于建筑信息模型技术的水电建筑施工节能模式评估方法

水电建筑施工节能问题是目前建筑施工领域亟待解决的重点问题,对水电建筑施工节能模式评估,对于提高建筑工程节能施工技术水平具有重要意义。传统的评估方法计算量大、检验需要通过多次调整,造成评估结果不准。针对上述问题,提出基于建筑信息模型(building information modeling,BIM)技术的水电建筑施工节能评估方法,采用施工工序分析法建立水电建筑施工节能模式总能耗模型,计算出建筑内含能耗、运输能耗、施工能耗,为后续评估过程提供基础数据;将BIM技术与模糊综合评估方法相融合,用于构建评估对象特征矩阵,根据指标评价区间确定评估可变范围并建立建筑施工节能模式模糊评估模型;由评估模型计算所有评价指标的隶属度,将计算结果进行归一化处理得到施工节能模式评估值。实验结果表明,所提方法与传统评估方法相比,评估结果与实测结果更加贴近、评估精度更高。     

Review on thermal performance of phase change energy storage building envelope

Improving the thermal performance of building envelope is an important way to save building energy consumption. The phase change energy storage building envelope is helpful to effective use of renewable energy, reducing building operational energy consumption, increasing building thermal comfort, and reducing environment pollution and greenhouse gas emission. This paper presents the concept of ideal energy-saving building envelope, which is used to guide the building envelope material selection and thermal performance design. This paper reviews some available researches on phase change building material and phase change energy storage building envelope. At last, this paper presents some current problems needed further research. Supported by National Supporting Program for Science and Technology of China (Grant Nos. 2006BAA04B02 and 2006BAJ02A09)     

基于PCA与RBF的建筑能耗预测建模

由于建筑能耗因子间存在非线性和高度冗余特性,传统预测方法很难消除数据之间冗余和捕捉非线性特征,导致预测精度较低.为了提高建筑能耗预测精度,提出一种将主成分分析(principal component analysis,PCA)和径向基函数(radial basic function,RBF)神经网络相结合的建筑能耗预测方法(PCA-RBF).利用PCA消除建筑能耗高维变量数据的相关性,并按累积贡献率提取主成分,将主成分作为RBF神经网络的输入进行训练学习.通过PCA避免了模型过多的输入导致的训练耗时长及预测精度较低的不足.通过将PCA-RBF模型方法应用于某办公建筑能耗的预测中,并与RBF神经网络及BP神经网络模型相比,实验结果表明PCARBF模型方法能有效提高建筑能耗预测精度.     

装配式与现浇住宅基于全寿命周期的热力学与环境影响评价研究

以北京市某装配式民用住宅楼作为研究对象,建立装配式住宅全寿命周期能耗、耗及CO_2排放量的热力学计算模型。基于调研数据,应用此模型计算出该栋装配式住宅全寿命周期各个阶段的能耗、耗及CO_2排放量;并与传统现浇混凝土住宅进行对比分析,作出能比变化曲线。针对装配式住宅特点,建立围护结构形成阶段热力学计算模型。结果表明,该装配式住宅围护结构形成阶段三项数据均高于现浇住宅;且能比较高,装配式住宅建造需要消耗大量高品位能源。拆除阶段装配式住宅建材高回收利用率有效降低能耗及CO_2排放量。假定建筑50年使用年限,全寿命周期内装配式住宅总能耗及CO_2排放量分别减少15.0%、12.6%;但能比略高于现浇住宅。建立的围护结构形成阶段热力学计算模型能客观评价两类住宅该阶段在能源消耗、能源结构及对环境影响的差异,结合装配式住宅全寿命周期热力学计算模型分析对装配式住宅节能设计有指导意义。     

响应面优化算法在被动式低能耗建筑设计中的应用

被动式低能耗建筑设计过程计算量大,涉及变量多,不同变量间关系错综复杂,传统方法无法获取复杂变量的最优解集,不能保证被动式低能耗建筑设计不同目标函数达到最优。为此,将响应面优化算法应用于被动式低能耗建筑设计中。将最大化舒适度、最小化耗能率作为被动式低能耗建筑设计的目标函数。通过拉丁超立方实验设计方法,获取被动式低能耗建筑设计优化问题的设计空间;在设计空间中随机抽样。在此基础上,通过最小二乘法拟合建立响应面模型。利用遗传方法对拟合响应面模型进行改进和更新处理,直至达到收敛,保证被动式低能耗建筑设计达到低能耗率、高舒适性的目的。实验结果表明,响应面拟合准确性高,将响应面优化算法应用于被动式低能耗建筑设计中,发现其能够有效降低能耗,提高舒适性,和其他方法相比有更好的优化结果。     

基于数据的建筑能耗分析与建模

对建筑能耗数据进行深入分析,提出了建立建筑电力能耗模型的方法.首先对建筑能耗进行了分项计量,统计了建筑逐时照明能耗数据,办公设备能耗数据以及办公人数,同时调查了建筑管理控制方式.经过分析可知,办公设备能耗数据与办公人数线性相关,而照明能耗数据与办公人数以及太阳辐射强度相关,但为非线性关系.根据不同类型数据的特点,分别建立了线性回归模型以及决策树模型.该模型可以预测建筑能耗并评估建筑管理方式对能耗的影响.