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张小松教授:空调系统占建筑能耗一半以上,建筑碳中和要开源节流两手抓

日期:2021-07-01    来源:光伏荟  作者:张丽广

能源资讯中心

2021
07/01
09:18
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关键词: 碳中和 火力发电 碳达峰 建筑节能

听君一席话,预见碳中和2021年6月11日,记者与东南大学首席教授、低碳型建筑环境设备与系统节能教育部工程研究中心主任张小松老师展开了一场关于建筑碳中和路径的对话探讨,以下为访谈精华摘要。

01.40年前误入动力系,在制冷专业找到方向

40多年前的1978年,得益于高考制度的改革,18岁的高淳青年张小松考入了南京工学院动力系,这也是东南大学能源与环境学院的前身之一。

张小松的高中阶段正处于文革后期,学校整体的学习氛围放得很松。当时有门课程叫三机一泵,是关于拖拉机、柴油机、水泵等相关的系统原理,他觉得未来很多机器装备都要有动力才能运行,挺重要的,所以报考大学的时候就选择了动力系。

张小松到了动力系以后,才发现这个动力系学习的内容跟想象中大不一样,主要是围绕火力发电的专业,当时他的具体专业叫工业热工,后来改称工程热物理,主要是能源转化中热能的高效转化和利用,与发动机动力不是一个方向,而是与现在我们常说的“节能”密切相关。

到了大学四年级的时候,张小松上了一门叫制冷的课程,他觉得找到了自己喜欢的方向,所以后来读研究生就选择了制冷这个专业方向。作为一名老党员,张小松觉得自己在制冷空调方向的研究,就是既要改善人们在建筑中居住和工作环境的舒适度,又要减少能源的消耗和二氧化碳的排放,这与习近平总书记在十九大报告里提出的“人民对美好生活的向往,就是我们的奋斗目标”相契合,又与当前碳达峰、碳中和的国家战略目标高度契合,是一个对社会很有意义的事情。

02.广义的空调系统占建筑能耗的一半以上

谈到建筑碳中和,张小松认为,空调系统除了制冷,还在采暖热水等领域有广泛应用,都与建筑密切相关。

“根据权威部门的统计,广义空调系统能耗(包含降温、除湿、采暖、热水等)占建筑运行总能耗的一半以上,是一个很高的数字,因此无论是从建筑中节能的角度来讲,还是从建筑实现碳中和来讲,这个广义的空调实际上承担了一个很重要的职责,也有很好的发展潜力”,张小松在节目对话中说到。

03.建筑不仅自我碳中和,还能帮助别人碳中和

张小松认为,建筑分为两类,一类是民用建筑,另一类是工业建筑。民用建筑的空调系统,主要是为了营造一个更舒适的生活环境。像集成电路、生物制药等工业或科研用途的建筑,需要一个特定的精准的室内温湿度环境,这些都要使用空调,也会消耗大量能源。

要实现建筑节能或碳达峰碳中和,张小松认为从本质上来讲是以两个方面为主:

一方面要节流,提高能效,把原来不太科学、不太先进的方法改成一个更好的方法,把原来相对落后陈旧的设备变成一些高效的新型节能装备,也就是在满足功能条件下减少能源消耗;

二个是开源,让建筑与可再生能源有机结合;比如建筑的屋顶、立面就可以跟太阳能光伏有机结合,利用建筑物载体产生能源;如果太阳能、地热或者空气源热泵等一系列综合能源都能利用起来,那么建筑就可以把建筑能耗降到了一个很低的数字,建筑就会成为一个能量产出体,可以称为产能建筑。

张小松对NE-SALON新能荟的张真人说:“如果一个建筑有很大的屋面,就可以装足够多的光伏,那么光伏产生的电能除了满足建筑自身使用外,用不掉的还可以输送给电网或周边其他建筑。对于大量的建筑来讲,是可以把太阳能、风能、地热能、空气能等绿色能源综合利用起来,这样会很大范围地减少对矿物燃料电力的需求。”

04.热泵的广泛应用,能大大减少化石燃料消耗

谈到热泵,张小松认为它是空调系统的一个逆向循环。传统空调系统在制冷的时候是看它降温制冷的效果,而热泵的逆向循环要向高温的热源放热,如果把放热控制好,产生的热量就可以为我所用,这个时候我们就把它叫做热泵。热泵有一个根本的评价指标,叫制热系数,这个取决于高温热源跟低温热源的差额状况。像长江中下游等夏热冬冷地区,冬天一般温度也在零下10度以上,建筑环境中需要供暖的温度也就二十几度,需要升温的幅度也不是太高,那么热泵的应用效果就很好。

电加热也是可以采暖的,但目前我国百分之六七十以上的电可能都还来自于火力发电,火力发电的效率也就是30-40%。也就是化石燃料燃烧产生的热量只有30-40%的能量才能够转化为电能,这样重新把电再变换热,实际上效率就更低了,那么如果改用用热泵来采暖,消耗相对少的电力就能产生更多的热量,就获得能量的倍增效应。

张小松谈到,制热系数有的时候就把它简称为COP(制热能效比),就是热泵产生的热量跟消耗电量的一个比率。比如COP达到3或者4,就意味着消耗一份电能,可以产生4份或者3份的热量出来,这样就达到一个节能的目的,可以大量减少对电力的消耗。这个从能量守恒来讲,似乎就不守恒了,它实际上是从建筑周边环境中吸收了低品位的热能,通过逆向循环压缩产生了高温。如果热泵的低温热源从空气中获取,叫空气源热泵;如果是从地下获取,就做地热能热泵;当然也可以从太阳能来获取,也有太阳能热泵的做法。

05.研究成果不要写在纸上,要写在祖国大地上

2012年,张小松带领的科研团队以“夏热冬冷地区建筑冷热湿一体化高效处理技术与装备”获得了国家技术发明二等奖,为我国的节能减排事业做出了卓越贡献。

张小松这些年一直在做学科研究和探索,他认为要使得研究成果得到落实,一定要产学研进行一个结合,他在对话中说到:“总书记前几年说过,研究成果不要写在纸上,要写在祖国的大地上!我的理解就是要把成果进行一个转换应用。我们近年来研究的一些新技术新设备,已经跟相关的一些企业合作进行成果转化和市场化的运作推广”。

06.未来建筑可能要向直流系统方向转换

建筑智慧源管理系统也是张小松团队最近在重点研究的方向。他认为,有些可再生能源像太阳能就有点靠天吃饭,白天有晚上就没有了,只能通过储能系统把用电端的时间、空间进行错位利用,当然通过电网来进行调节也是一个方面,这就需要一套建筑的智慧能源管理系统来实现。

谈到格力推出的太阳能光伏空调,张小松觉得这个思路跟他们相近,英雄所见略同。对于空调来讲,直流电如果驱动一个直流压缩机或者直流电动机,这样就会少一个逆变环节,就叫光伏直流直驱,格力做了一个很好的尝试。

现在也有很多的专家认为,未来建筑有可能是要向直流系统方向转换。现在的建筑,空调可以直流的,冰箱也有好多变频的,所谓的变频到最后都是直流电来驱动的;我们日常用的一些电器设备,剃须刀、手机等都是直流的,如果少一个直流和交流逆变转换的环节,会减少能源损耗,也是一个很好的发展方向。

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