煤矿建筑节能减排改造措施研究

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摘要：基于绿色环保的社会发展背景，以煤矿建筑为研究对象，选择山西运城某煤矿办公楼为研究示例，借助建筑能耗建设软件Doe-2进行热工变量计算，分析重点改造的热工变量，并提出相应的改造措施。从各项改造措施来看，采用发泡聚丙烯隔热材料涂抹外墙、在屋顶增设隔热层并铺设胶粉聚苯颗粒隔热保温浆料这两项措施的节能减排效果最为明显。从综合措施效果来看，示例建筑的年能耗由697965kW•h/a下降至419978kW•h/a，降幅达到39.83%，年CO2排放量由10588kg/a下降至5337kg/a，下降幅度达到49.59%，效果十分显著。

关键词：节能减排；煤矿建筑；传热系数；热惰性值

自“十二五”以来，我国相关部门把节能减排、绿色环保作为经济可持续发展的战略任务[1]，大力推动低碳经济的发展。煤炭资源开采行业是“高能耗”行业之一[2-3]，也是我国节能减排的重点研究对象。据相关统计资料可知，目前我国煤矿建筑处于一个相对“高碳化”发展阶段，煤矿建筑耗能占煤矿行业总耗能的42.2%，其中，采暖、制冷、通风等几个领域的耗能又占煤矿建筑耗能的77.3%，因此，本文将从夏季隔热、冬季保温措施出发，研究煤矿建筑节能减排的改造措施。

1研究思路

在生产、生活活动中，煤矿建筑运行采暖制冷设备显然会造成使用能耗增加，CO2排放量增大，因此，国内外有关专家从建筑的设计、施工、运营等方面进行了大量研究设计[6-8]，提出了一些富有建设性的经验措施。本文将以山西运城某煤矿作为研究对象，首先运用先进的建筑能耗建设软件Doe-2分析其热工性能，然后结合实际热工模拟结论，就各项热工变量进行改造分析，提出几项符合实际的节能改造措施，然后采用简化生命周期(LCA)理论，借助Doe-2计算各项措施的节能效果，通过比较确定最终方案。

2研究对象热工性能分析

2.1研究对象选择

据统计，山西运城煤矿建筑以20世纪90年代建筑为主，本文选择的是于1999年建成的某煤矿生产办公楼作为研究对象(见图1)。该楼共6层，占地面积约7229.3m2，共有办公室85间、采暖制冷设备92套，该楼南、北朝向窗户面积比最高，分别占有37%与33%，东、西朝向窗户面积比最低，分别占有16%与14%，该楼未设空调。

2.2研究对象热工变量分析

将研究示例对象热工变量分析结果列于表1。根据表1，可见本次煤矿建筑节能改造措施主要可从以下几个方面进行：(1)各层楼梯口封闭性较差，楼梯口廊厅空气与建筑外对流控制性较差，建筑体形系数为0.33；(2)外墙的窗/墙面积比仅为21.5%，且外墙未采取有效的隔热措施，导致外墙传热系数K值与热惰性值D较高；(3)屋顶缺乏有效的隔热、防止太阳辐射吸收措施，导致屋顶传热系数K值与热惰性值D较高；(4)所有窗框均由热传导性较高的铝合金窗框构成，窗户玻璃也采用热传导性较高的普通白玻璃，导致外窗的传热系数较高；(5)从图1中可看出，外窗未设置任何遮挡措施，外窗的遮蔽系数SC较高。

3节能改造措施分析

根据示例对象热工分析结果，提出7种合理的技能改造措施(与前文2.2节中改造措施分析相对应)，然后与基本方案(无改造措施)进行比较：(1)措施0：采用原设计方案，不进行任何措施改造，以此方案作为节能改造对比基础方案；(2)措施1：通过在1楼楼道口增设1扇楼道门、在2~6楼各楼道廊厅各增设8扇(每层南、北朝向各4扇)的措施，来控制楼梯间的空气对流，改变楼梯间封闭参数，同时，也将示例对象的体形系数由0.33降为0.29；(3)措施2：措施1中增设了楼道口窗户，因此，增大了外墙的窗/墙比比例，同时，采用先进的浅色发泡聚丙烯隔热材料涂抹外墙，降低建筑物外墙的热传递，外墙的传热系数K值与热惰性值D分别降为2.07W/(m2/K)与1.52；(4)措施3：屋顶增设隔热层，并铺设胶粉聚苯颗粒隔热保温浆料，屋顶的传热系数K值与热惰性值D分别降为2.76W/(m2/K)与1.67；(5)措施4：将铝合金窗框更换为塑钢材料，将窗户玻璃更好为白玻璃，外窗的传热系数K值降为1.65W/(m2/K)；(6)措施5：安装活动百叶纶棉隔热布窗帘，外窗在夏天的遮蔽系数增大为0.75；(7)措施6：组合措施1~措施5。

4计算结果

采用LCA理论，借助Doe-2，将措施0~措施6的节能减排情况详细列于表2。分析表2可知，在单项措施中，措施3与措施2的节能减排效果最明显，可见煤矿建筑中主要的热传递都是通过外墙与屋顶产生，同时，建筑结构的体型系数直接影响了建筑内外的气体交换，因此，措施1也能产生较为明显的节能减排效果。在综合各单项措施后，示例建筑的年能耗由697965kW•h/a下降至419978kW•h/a，降幅达到39.83%，年CO2排放量由10588kg/a下降至5337kg/a，下降幅度达到49.59%，效果十分显著。

5结论

本文在国内外推动绿色低碳、可持续发展的背景下，选择煤矿建筑为研究对象，以山西运城某煤矿办公楼为例，通过热工变量分析，相应地制定了5项单项措施以及各项措施汇总，最后借助Doe-2将各措施进行了对比计算，得到了以下结论：(1)根据示例建筑的热工变量分析，总结了外窗的传热系数K值、体形系数、外窗的遮蔽系数SC值、屋顶的传热系数K值、屋顶的热惰性值D值、外墙的传热系数K值、外墙的热惰性值D值等主要改造热工变量，并针对性地制定了相应的工程措施；(2)从单项措施来看，措施3、措施2的节能减排效果最为明显，这两项措施的节能率依次为26.16%与19.35%，减排率依次为26.83%与17.56%，由此也可见，单独依靠单项措施，往往效果有限，无法达到节能减排的目标；(3)在综合各单项措施后，示例建筑的年能耗由697965kW•h/a下降至419978kW•h/a，降幅达到39.83%，年CO2排放量由10588kg/a下降至5337kg/a，下降幅度达到49.59%，效果十分显著。本文研究结论可为同类既有煤矿建筑改造提供借鉴与依据，同时，也可为类似煤矿建筑设计提供参考，具有十分显著的经济效益与社会效益。

作者:陈德明 单位:中天合创能源有限责任公司

参考文献：

[1]刘顺妮.水泥-混凝土体系环境影响评价及应用研究[D].武汉:武汉理工大学,2002.

[3]陈红,郝维昌,石凤,等.几种典型高分子材料的生命周期评价[J].环境科学学报,2004,24(3):545-549.

[4]赵平,同继锋,马眷荣.建筑材料环境负荷指标及评价体系的研究[J].中国建材科技,2004,13(6):1-7.

[5]中国建设部.GB50096-199,住宅建筑设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[6]张志敏.河南省煤层气产业化发展思考[J].中州煤炭,2007,(2):21-26.

[7]中国统计部.中国统计年鉴1997-2007[M].北京:中国统计出版社,2007.

[8]中国建设部.JGJl29-2000,既有采暖居住建筑节能改造技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2000.