在社會慣性和市場經濟規則的影響下,環保、節能在建筑領域已部分等同于購買新材料、新技術、新產品,那么,先進的就一定是必要的嗎?要環保就要多花錢嗎?
首先,堅決反對現在到處上馬的大規模區域供冷技術。2006年和2007年夏天,到日本各個城市的電力公司、燃氣公司進行過研究交流,充分了解了這個技術的缺點。區域供冷的溫差不能超過10 ℃,供水5 ℃,回水zui多15℃。目前北京市集中供熱系統的供水溫度是130 ℃,回水溫度是60~70℃,溫差近70℃。這樣的話區域供冷在輸送過程中損失的能耗至少是供熱的6倍以上。
同時循環泵的電耗還將轉換為熱量,加熱冷水,也造成了冷量的浪費。我在日本新宿調查,那里有世界zui早建成,也是目前zui為完善的集中供熱系統。新宿是高密度的辦公區域,供冷范圍在幾公里之內。他們的技術人員介紹,經過測算,他們的冷量損失可以控制在10%左右。我很奇怪,北京供熱管網的保溫材料遠不及日本,熱網總長度近1000km,且冬季管網內溫度為130 ℃,室外0℃,溫差130℃,損失才1%,他們的管網內溫度5℃,室外溫度30℃,溫差才25℃,損失怎么可能達到10%呢?把統計數據分析了一遍才發現,全年循環水泵的耗電量相當于供冷量的8.5%,除了電動機效率,其他的熱量全跑到水里去了。所以管網損失大不是因為管道保溫差,而是因為水泵發的熱在加熱冷水。
第二,供冷和供熱不同,集中供熱的負荷在40%~*之間變化,但供冷負荷不光和室外溫度有關,還和室內發熱有關,比如會議室,很多人來開會,末端負荷馬上大幅增長,散會后負荷又大幅下降。因此供冷末端負荷在1%~100%之間變化,但這么大的變化范圍很難通過水量的調節得到充分實現。
此外,在集中供冷過程中,供冷公司通常處于強勢,使用者處于劣勢,如果計算冷量收費,往往會為了賣出更多的冷量,增加實際用冷量。經過調查,日本的辦公樓采用集中供冷的,單位面積能耗量在150~160 kW?h/m2以上,而用自身的冷機供冷的辦公樓能耗只有80~110 kW?h/m2,比集中供冷低30%,這就是強勢造成的。可能有些人認為集中供冷的優勢在于提率,但電動制冷機效率的提高是有限的,機器容量只能到2~3 MW,再加大容量,效率也不會進一步提高了。
上面提到,日本使用集中供冷的辦公樓能耗反而大于獨立冷源供冷的建筑,即使是*效率zui高、效果的一個例子,每平方米的用冷量也比獨立冷源的樓高。美國大學校園里也都普遍采用集中供冷,但實際能耗也都高于分散供冷。可目前我們國家卻不斷把集中供冷當作節能減排的*途徑,各種項目紛紛上馬。2008年,海南開工建設一個號稱亞洲zui大的區域供冷項目,作為海南島節能減排的zui大項目。但我要說,這不是節能減排,一定會使能源消耗量增加。
區域供冷與熱電聯產
再看用工業余熱制冷。熱電廠夏季的熱量就是廢熱嗎?如果用吸收機制冷水進行制冷,只能抽取溫度為150 ℃的蒸汽,但只有蒸汽熱量的12%能進入發電機發電。另外,至少還需要6%的電力驅動循環泵。少發的電和循環泵耗電合計,折合為冷量的18%,當電制冷的COP=6時,二者效能是相同的。因此用熱電聯產區域供冷,跟把熱量轉換為電能送入電網供用戶制冷,折合成一次能源,效率是一樣的。如果再考慮到冷量輸送的困難和損失,就顯得沒有多大必要了。
如果不在電廠做吸收機制冷水,可行的技術途徑可能是直接用熱水循環制冷,COP <0.7;或者用溶液除濕,拿熱水送新風,等效COP >1.5,還能解決蓄能問題。但這些方法都要求有足夠多的末端用戶,但如何讓那么多的公共建筑采取這種技術方式,進行大量的設備改造,還是一個難題。
樓宇熱電冷三聯供
樓宇式熱電冷三聯供,就是在樓宇內設置天然氣發電機,余熱用于冬天供熱,夏天供冷和生活熱水。很多人認為這是節能的好方法。但他們的論斷都建立在一個基本出發點上,就是和燃煤發電效率33%相比,這種技術的發電效率更高,因而更節能。但采用燃氣燃煤聯合發電的北京市第三熱力廠,其發電效率是55%,既然是樓宇式熱電冷三聯供采用天然氣發電,就不應該和燃煤發電比,而應該和天然氣發電廠的效率比。
樓宇熱電冷三聯供裝置在冬天進行熱電時,確實比單獨燒天然氣鍋爐要節能,但在冷電聯產的時候,就不如大的天然氣發電廠加制冷機節能了。發電效率50%,冷電發電效率zui多30%~40%,剩下的余熱制冷,算下來遠不如燃氣熱電廠節能。把有限的天然氣資源用于效率為40%的樓宇發電,而不提供給原料短缺的燃氣發電廠,實際上也是一種能源浪費。
但由于這類設備中zui貴的就是發電機。當設備投入已經發生后,即使低效地純發電,熱量廢棄了,在經濟上也比發電機閑置合算。因此出于經濟利益,使用者就有可能在過渡季通過單純發電確保利益,但其能源消耗大于使用公共電網的供電,實際上間接造成了能源的浪費,可謂“省錢不省能"。當前有關部門正在制定政策推廣這種技術,可以說只是被其貼著的“節能"標簽吸引,而沒有認真研究它的實質。
太陽能光伏電池和空調制冷
大家都知道,太陽能光伏電池價格昂貴,我們先不談其生產過程是否過多消耗能源,單看它是怎么發電的。
太陽能電池發電需要遵循兩個原則:一個是哪兒發的電多就把裝置設在哪兒,所以光伏電池通常都在房頂上;第二點,需要維持光伏電池的表面清潔。實際上,我們國家的西北地區晴天相對較多,更適于用太陽能發電,那里基礎建設落后,也急需電能。而大城市往往能源配套較好,污染和遮擋都很嚴重,影響太陽能的吸收。例如,上海市政府安裝了大量的光伏電池,但不到一年發電量就降低了,因為發電節約的資金不足以形成經濟動力刺激人們擦洗電池。所以說,勞動力成本相對較低,能源產生的經濟效益更為重要的地區,可能更適于使用光伏電池發電。
此外,我個人也不主張使用太陽能進行空調制冷。今天的太陽能空調制冷技術與40年前剛剛發明時相比沒有發生本質性的變化,但為什么40年都沒有得到真正的推廣?原因在于太陽能的經濟性取決于年可運行時間。太陽能熱水器為什么這么普遍?不用政府組織,老百姓就都自覺使用太陽能熱水器,使得中國成為太陽能熱水器總量世界*的國家?因為太陽能熱水器一年四季都能得到使用。但太陽能空調一年能開多長時間呢?由于中國家庭夏季普遍開空調的時間還較少,相對它的成本,使用太陽能空調就顯得很不經濟了,這也顯著制約了太陽能空調的推廣。
VAV系統
現在很多十幾萬平米的巨型建筑都使用VAV系統,成為一個非常時髦的“節能措施",甚至有人說,沒有VAV系統,都不好意思說這是五寫字樓。
我聽說有的建筑,一個系統帶三四百個變風量箱,把我嚇著了。VAV方式能不能滿足各個末端的溫濕度要求,關鍵在于末端組合的性質是不是一致。采用超大規模VAV系統,各個末端的組合形式一定是不同的,如果沒有有效的再熱,各個末端的溫度需求很難全部得到滿足。比如電視臺,一個房間是編輯室,若干編輯機釋放著大量熱量,而另一個間是總編室,只有一個人和一臺電腦。如果要保證編輯室的送風要求,總編室的溫度就會過低,很難全部協調好,只能通過再熱滿足需求。日本也有一些變風量系統的成功案例,但他們的系統都非常小,每個AHU只帶五六個末端,而不是這種大型的系統。
現在還發展出“冰蓄冷低溫送風變風量"的形式,送風溫度僅為11~12 ℃。送風溫差大,風機電耗自然會降低,但這增加了末端調節室內溫度的困難,同時由于送風溫差大,只能送飽和風,導致室內偏干,相對濕度30%~40%,又增加了新風處理的難度。
VAV空調還有一些其他問題。比如說不能單獨關斷某個房間,只能設置成zui小風量,如果400個VAV變風量箱連在一塊,辦公樓里有兩個加班的,400個就都得陪著,同時,VAV空調的回風是互相串通的,可能會導致傳染病的傳播,新風也難以保證。所以說,VAV系統不是大型辦公樓空調的*選擇。