煤礦建筑節能減排改造措施研究

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摘要：基于綠色環保的社會發展背景，以煤礦建筑為研究對象，選擇山西運城某煤礦辦公樓為研究示例，借助建筑能耗建設軟件Doe-2進行熱工變量計算，分析重點改造的熱工變量，并提出相應的改造措施。從各項改造措施來看，采用發泡聚丙烯隔熱材料涂抹外墻、在屋頂增設隔熱層并鋪設膠粉聚苯顆粒隔熱保溫漿料這兩項措施的節能減排效果最為明顯。從綜合措施效果來看，示例建筑的年能耗由697965kW•h/a下降至419978kW•h/a，降幅達到39.83%，年CO2排放量由10588kg/a下降至5337kg/a，下降幅度達到49.59%，效果十分顯著。

關鍵詞：節能減排；煤礦建筑；傳熱系數；熱惰性值

自“十二五”以來，我國相關部門把節能減排、綠色環保作為經濟可持續發展的戰略任務[1]，大力推動低碳經濟的發展。煤炭資源開采行業是“高能耗”行業之一[2-3]，也是我國節能減排的重點研究對象。據相關統計資料可知，目前我國煤礦建筑處于一個相對“高碳化”發展階段，煤礦建筑耗能占煤礦行業總耗能的42.2%，其中，采暖、制冷、通風等幾個領域的耗能又占煤礦建筑耗能的77.3%，因此，本文將從夏季隔熱、冬季保溫措施出發，研究煤礦建筑節能減排的改造措施。

1研究思路

在生產、生活活動中，煤礦建筑運行采暖制冷設備顯然會造成使用能耗增加，CO2排放量增大，因此，國內外有關專家從建筑的設計、施工、運營等方面進行了大量研究設計[6-8]，提出了一些富有建設性的經驗措施。本文將以山西運城某煤礦作為研究對象，首先運用先進的建筑能耗建設軟件Doe-2分析其熱工性能，然后結合實際熱工模擬結論，就各項熱工變量進行改造分析，提出幾項符合實際的節能改造措施，然后采用簡化生命周期(LCA)理論，借助Doe-2計算各項措施的節能效果，通過比較確定最終方案。

2研究對象熱工性能分析

2.1研究對象選擇

據統計，山西運城煤礦建筑以20世紀90年代建筑為主，本文選擇的是于1999年建成的某煤礦生產辦公樓作為研究對象(見圖1)。該樓共6層，占地面積約7229.3m2，共有辦公室85間、采暖制冷設備92套，該樓南、北朝向窗戶面積比最高，分別占有37%與33%，東、西朝向窗戶面積比最低，分別占有16%與14%，該樓未設空調。

2.2研究對象熱工變量分析

將研究示例對象熱工變量分析結果列于表1。根據表1，可見本次煤礦建筑節能改造措施主要可從以下幾個方面進行：(1)各層樓梯口封閉性較差，樓梯口廊廳空氣與建筑外對流控制性較差，建筑體形系數為0.33；(2)外墻的窗/墻面積比僅為21.5%，且外墻未采取有效的隔熱措施，導致外墻傳熱系數K值與熱惰性值D較高；(3)屋頂缺乏有效的隔熱、防止太陽輻射吸收措施，導致屋頂傳熱系數K值與熱惰性值D較高；(4)所有窗框均由熱傳導性較高的鋁合金窗框構成，窗戶玻璃也采用熱傳導性較高的普通白玻璃，導致外窗的傳熱系數較高；(5)從圖1中可看出，外窗未設置任何遮擋措施，外窗的遮蔽系數SC較高。

3節能改造措施分析

根據示例對象熱工分析結果，提出7種合理的技能改造措施(與前文2.2節中改造措施分析相對應)，然后與基本方案(無改造措施)進行比較：(1)措施0：采用原設計方案，不進行任何措施改造，以此方案作為節能改造對比基礎方案；(2)措施1：通過在1樓樓道口增設1扇樓道門、在2~6樓各樓道廊廳各增設8扇(每層南、北朝向各4扇)的措施，來控制樓梯間的空氣對流，改變樓梯間封閉參數，同時，也將示例對象的體形系數由0.33降為0.29；(3)措施2：措施1中增設了樓道口窗戶，因此，增大了外墻的窗/墻比比例，同時，采用先進的淺色發泡聚丙烯隔熱材料涂抹外墻，降低建筑物外墻的熱傳遞，外墻的傳熱系數K值與熱惰性值D分別降為2.07W/(m2/K)與1.52；(4)措施3：屋頂增設隔熱層，并鋪設膠粉聚苯顆粒隔熱保溫漿料，屋頂的傳熱系數K值與熱惰性值D分別降為2.76W/(m2/K)與1.67；(5)措施4：將鋁合金窗框更換為塑鋼材料，將窗戶玻璃更好為白玻璃，外窗的傳熱系數K值降為1.65W/(m2/K)；(6)措施5：安裝活動百葉綸棉隔熱布窗簾，外窗在夏天的遮蔽系數增大為0.75；(7)措施6：組合措施1~措施5。

4計算結果

采用LCA理論，借助Doe-2，將措施0~措施6的節能減排情況詳細列于表2。分析表2可知，在單項措施中，措施3與措施2的節能減排效果最明顯，可見煤礦建筑中主要的熱傳遞都是通過外墻與屋頂產生，同時，建筑結構的體型系數直接影響了建筑內外的氣體交換，因此，措施1也能產生較為明顯的節能減排效果。在綜合各單項措施后，示例建筑的年能耗由697965kW•h/a下降至419978kW•h/a，降幅達到39.83%，年CO2排放量由10588kg/a下降至5337kg/a，下降幅度達到49.59%，效果十分顯著。

5結論

本文在國內外推動綠色低碳、可持續發展的背景下，選擇煤礦建筑為研究對象，以山西運城某煤礦辦公樓為例，通過熱工變量分析，相應地制定了5項單項措施以及各項措施匯總，最后借助Doe-2將各措施進行了對比計算，得到了以下結論：(1)根據示例建筑的熱工變量分析，總結了外窗的傳熱系數K值、體形系數、外窗的遮蔽系數SC值、屋頂的傳熱系數K值、屋頂的熱惰性值D值、外墻的傳熱系數K值、外墻的熱惰性值D值等主要改造熱工變量，并針對性地制定了相應的工程措施；(2)從單項措施來看，措施3、措施2的節能減排效果最為明顯，這兩項措施的節能率依次為26.16%與19.35%，減排率依次為26.83%與17.56%，由此也可見，單獨依靠單項措施，往往效果有限，無法達到節能減排的目標；(3)在綜合各單項措施后，示例建筑的年能耗由697965kW•h/a下降至419978kW•h/a，降幅達到39.83%，年CO2排放量由10588kg/a下降至5337kg/a，下降幅度達到49.59%，效果十分顯著。本文研究結論可為同類既有煤礦建筑改造提供借鑒與依據，同時，也可為類似煤礦建筑設計提供參考，具有十分顯著的經濟效益與社會效益。

作者:陳德明 單位:中天合創能源有限責任公司

參考文獻：

[1]劉順妮.水泥-混凝土體系環境影響評價及應用研究[D].武漢:武漢理工大學,2002.

[3]陳紅,郝維昌,石鳳,等.幾種典型高分子材料的生命周期評價[J].環境科學學報,2004,24(3):545-549.

[4]趙平,同繼鋒,馬眷榮.建筑材料環境負荷指標及評價體系的研究[J].中國建材科技,2004,13(6):1-7.

[5]中國建設部.GB50096-199,住宅建筑設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,1999.

[6]張志敏.河南省煤層氣產業化發展思考[J].中州煤炭,2007,(2):21-26.

[7]中國統計部.中國統計年鑒1997-2007[M].北京:中國統計出版社,2007.

[8]中國建設部.JGJl29-2000,既有采暖居住建筑節能改造技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2000.