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机电系统原理
带热回收的 自然通风井
雨水搜集 太阳能光伏板
节水厕所
雨水 贮存
低辐射照明 供电
生物燃料 动力系统
污水处理系统
热水
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生物燃料动力系统热电联产
主要动力系统
容量为130kW ，且与城市电网相联，燃料为周边地 区的木材废料和邻近的速生林 整个小区需要一片3年生的70公顷速生林（邻近的生 态公园内），每年砍伐1/3，并补种上新的树苗
所谓的“产能建筑”在全世界来说都是没有 意义的，其代价是大量空间资源的浪费
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变风量系统是适用于商用办公 楼的更加先进的技术吗？
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北京与美国费城办公建筑空调能耗对比
变风量系统风机消耗了大部分的空调能耗
建筑 费城某办公建筑 费城150座办公楼平均 北京商用写字楼1 北京商用写字楼2 北京商用写字楼3 北京商用写字楼4 风机 (kWh/m2) 197.1 93.9 (>65% ! ) 8.3 8.2 2.1 15.7 冷水机组与水泵 (kWh/m2) 52 48.1 38 37.5 26.2 20.9 空调电耗 (kWh/m2) 249.1 142 46.2 45.7 28.3 36.6
办公楼111.2 kWh/m2 商场216.2 kWh/m2 宾馆121.0 kWh/m2
以上耗电量只是同类发达国家公共建筑耗电量的 1/3，但远远高于住宅能耗密度，完全不可能实 现“零能耗”！
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结论
在中国城市建“零能耗”建筑是不可能的
把精力放在这方面是对宝贵稀缺的研究资金、 人力资源以及国家的投资的巨大浪费
德国杜塞尔多夫 城市之门 德国波恩 邮政大楼
德国杜塞尔多夫 ARAG 总部大楼
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在热带地区应该推广高保温性能的 双层皮幕墙吗？
发源于北欧和以冬季采暖为主的西欧，目的是冬季 获得更多的阳光，并阻止热量散发 热带地区气候特征
室内外温差小，只需要供冷，不需要供热 冬季和过渡季可利用自然通风
全年大部分小时数室外温度低于26℃，应该促进室 内向室外的排热，减小冷负荷
(效率按8％计，未考虑副产物四氯化硅的影响) 1kWp光伏发电系统的含能为 5400-6700 kWh 等效电 (相当于一次能源48~66 GJ) 超过 1/3生命周期用于补偿生产过程的能耗（寿命为 20～25年） 如果效率低到5％，则在广州、重庆使用的意义就不大了
日照区 I II III IV 代表城市 拉萨 北京 广州 重庆 水平面年平均太阳 辐射量（MJ/m2） 7550 6050 4800 3775 能耗回收期(年) 4.5~5.6 5.6~7.0 7.1~8.8 9.0~11.2
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北京商用写字楼实测：一个系统带6个房 间，无再热，只有一个房间不失控
4 实际室温与设定值的偏差(℃) 3 2 1 0 -1 -2 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 时间 Box1 Box2 Box3 Box4 Box5 Box6
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美国建筑对比，用风盘的抱怨最少
风机盘管系统，用户抱怨最少
变风量系统 抱怨大量存在
空调电耗
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末端再热：多区域系统不可避免
否则很多用户室内参数失控，因为变风量末端的调节范围是很有限的
新风 17°C 14°C 怎么确定送风参数？必然要牺牲某些用户
P
温控器
22°C 变风量末端 18°C 20°C 15°C
整个小区占地1.65公顷，却需要70公顷土地提供 能源 现状：该系统排放不达标，已停用。可再生能源 比例已经从2003年的80%锐减到目前的11%。
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“零能耗”建筑需要多少空间资源？
在中国，空间也是紧缺资源
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北京一户普通住宅的全年能源需求
中外除采暖外的住宅能耗
炊事 照明 生 活热 水 总 能耗 (kgce/ (kgce/m2a) (kWh/m2a) (kgce/m2a) 2a) m 中国 美国 日本 8 .1 21 . 1 27 . 8 0 .8 1 .2 2 .6 3 .1 5 .4 6 .8 1 1 .2 5 7 .3 其 他家 电 (kWh/m2a) 6 .3 2 8 .0 空调 (kWh/m2a) 2 .6 1 0 .4 3 .8
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中美办公建筑全年逐月耗热量对比
美国费城校园办公楼逐月耗热量 Philadelphia, campus offices
北京商用办公楼逐月耗热量 Beijing, commercial offices
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变风量适用于什么场合？
内区——过渡季和冬季利用新风降温
解决冬季冷源问题 过渡季节省的冷冻机能耗可能抵消大风机增 加的能耗 最适合单一空间 (敞开式办公室、大堂) 多区域分隔小空间
南 北 西 东 屋顶45 ° 水平
屋顶安装在110kWh/m2左右
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实际运行数据远不如理论估算的高
⎯⎯北京的一个光伏示范电站的测试结果 【数据来源】刘莉敏、曹志峰、许洪华：50kWp并网光伏示范电站系统 设计及运行数据分析，《太阳能学报》，2006年第27卷第2期
2003年11月份开始运行，2004年测量数据
热量：7116 kWh (5000 kWh采暖，1116 kWh生 活热水低品位＋1000kWh 炊事高品位)
生活热水——3 m2真空管集热器 采暖——17 m2真空管集热器(冬季125天可全蓄热) 炊事——需要增加9m2光伏板。沼气？需要更多面积！ 25
“零能耗”住宅的空间需求
在最理想的情况下（全蓄热、无热损失，无设备老化、无 积垢），100 m2建筑面积至少需要43.1 m2的天空水平投 影面积（或更多的地面面积）来提供能量，也就是说，三 层楼及以上是不可能做“零能耗” 住宅的 考虑到全蓄能的可能性不存在，在中国只有二层楼以下才 有可能实现“零能耗”住宅 按照日本、美国的用能标准，甚至一层的平房都不可能做 “零能耗”住宅，除非有较大的庭院天空面积可用 26
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是不是获取太阳能的技术越难就 越高科技？
太阳能光伏发电与建筑一体化得到各种补贴和支持 如何在建筑中利用太阳能才合理？
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? 要获得绿色建筑标志吗？请用PV！
17个得分点中有4个与此相关
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太阳能照明方案对比
天然采光方案
天然光 相同面积天窗： 104 lm/W
光伏发电照明方案
光伏板：发电效率13％
从全生命周期的角度出发，建新电厂与电网等基础 设施的环境影响可能大于光伏发电系统
建立专门的光伏发电厂
应该在我国新农村建设中发挥作用！
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关于“零能耗”建筑
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1. 日本关西大学樱井美政教授设计并建 造的零能耗住宅（新西兰）
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环境水平和占用资源
建筑占地80 m2，一层地上，一层地下 占用整个高地9171平方米，并全面种植植物作 为生物质能 无其他输入商业能源，是真正的“零能耗住宅” 夏季室内温度基本不超过29℃ 冬季室内温度基本不低于12℃ 有电视、电灯，无其他普通现代家电
北京 水平 北京 南向 广州 水平 广州 南向 最大辐照度 (W/m2) 950 448 983 181 最大发电功率 (W/m2) 142.5 67.2 147.5 27.2 夏至日平均太阳辐 照度 (W/m2) 333 128 317 66 最高日平均发 电功率 (W/m2) 50 19.2 47.6 9.9
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华南地区高层建筑太阳能光伏板应用
高层建筑安装太阳能光伏板，多数只 能安装在垂直的立面上，而且往往以 南立面为主 华南地区利用太阳能资源的局限性
北回归线以南的地区夏季有很长时 间太阳处于北立面 太阳高度角高。夏季很长时间太阳 处于天顶，照不到垂直光伏板 当太阳高度角低的时候，必定被其 他建筑遮挡（高层建筑群） 大部分地区大气透明度低，等级为 5，仅好于重庆 (等级6) 北 夏季太阳位置
综合透过率70％
低技术途径，在 任何评价体系中都 得不到鼓励。
72.8 lm 9.1 lm
节能灯，光效 70 lm/W
可获得政府 补贴！
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太阳能光伏板的发电效率和收益
目前光伏板最高效率为 15%（垂直入射、25℃、新品、 干净无尘） 光伏发电效率随以下因素而降低
入射角非垂直 90° 光伏板老化 光伏板积尘 环境温度高于25℃（每高1℃降低0.4%效率） 被其他建筑阴影遮挡，尤其是太阳高度角低的时候 朝向
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哈尔滨
北京
武汉
广州
昆明
屋顶南向倾斜20°角安装
任建波：光伏屋顶形式优化的实验和理论研究，天津大学硕士论文，2006
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单位面积光伏板发电量
假定水平面年平均效率为8％，不考虑环境温度、积尘、老化和遮挡的影响
平均效率 8％时全年单位面积光伏板发电量（ kWh/m2） 200 150 100 50 0 北京 广州 上海 拉萨
夏至日 太阳位置
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实例：广州珠江城大楼
高度309米，71层， 建筑面积21万平方米 采用的可再生能源技 术为
3000 m2 光伏板，安 装在东、南、西垂直 立面上 4个风力涡轮发电机 安装在四个结构洞里 (1.4亿元特殊结构) 13
收益与付出（设计方数据）
光伏板的成本为 3000万元，风力发电机728万 元，总成本3728万元 获得的可再生能源的量
采暖热量需求
北京，取耗热量 50kWh/m2 （调查统计值50~100），与欧洲 国家相比也算是低能耗。
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北京100 m2建筑面积的家庭一年需要：
电量：1570 kWh
需要14.1 m2太阳能光伏板，水平安装，不计入网损耗 如果用地埋管或地下水空调，可节省1.8 m2 光伏板， 但需增加至少数平方米户外用地面积
正南垂直安装