關鍵詞：酚醛泡沫風管，鍍鋅鐵皮風管，全壽命分析，節(jié)能

0　引言

    隨著我國的經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國資源、環(huán)境與經(jīng)濟增長之間的矛盾日益擴大，“煤荒”、“電荒”、“油荒”等接踵而至。據(jù)統(tǒng)計資料表明：按照目前的能源使用情況，我國石油的開采僅僅只能夠維持20年；我國煤炭的儲藏總量雖然比較大，但人均量卻只有世界平均水平的1/6，而且煤炭在燃燒過程會對地球環(huán)境造成極大的破壞。因此，在新能源短期內(nèi)還無法起到替代作用的今天，節(jié)能已成為我國可持續(xù)發(fā)展的關鍵主題！

    1　國內(nèi)節(jié)能政策導向及市場要求

    1.1　我國的節(jié)能政策

    現(xiàn)階段，我國能源進口已占到了我國總耗能的40％，但是，我國的能源平均利用率卻非常低，只有30％左右，而發(fā)達國家的能源平均利用率均在40％以上，這說明我國具有很大的節(jié)能潛力。因此，我國政府和各行業(yè)管理部門在過去的十年中制定了大量的節(jié)能政策，以指導我國節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。

    1997年11月，《中華人民共和國節(jié)約能法》頒布，該法第四十條明確規(guī)定：“各行業(yè)應當制定行業(yè)節(jié)能技術政策，發(fā)展、推廣節(jié)能新技術、新工藝、新設備和新材料，限制或者淘汰能耗高的老舊技術、工藝、設備和材料?！?

    2003年，國務院辦公廳《關于開展資源節(jié)約活動的通知》30號文件決定：在2004年至2006年用三年時間在全國范圍內(nèi)組織開展資源節(jié)約活動，全面推進能源、原材料等資源節(jié)約和綜合利用工作，政策鼓勵生產(chǎn)、銷售和使用節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保產(chǎn)品的生產(chǎn)與開發(fā)。

    2004年11月，國家發(fā)改委制定的《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》中，更是明確提出了“‘十一五’期間住宅建筑和公共建筑嚴格執(zhí)行節(jié)能50％的標準，加快供熱體制改革，加大建筑節(jié)能技術和產(chǎn)品的推廣力度等，可分別節(jié)能5000萬噸標準煤”這一具體的節(jié)能目標。

    2005年6月下旬開始，國家領導人在不同的會議上多次重復強調(diào)要節(jié)約能源，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。中央政府采取包括啟動七項重點節(jié)能工程、政府機構帶頭加強資源節(jié)約等在內(nèi)的四大措施全面推進能源節(jié)約。

    建設部和國家質(zhì)量技術監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的《公共建筑節(jié)能設計標準》于2005年7月1日起正式實施，更是首次明確了公共建筑節(jié)能設計的綜合性國家標準，適用于新建、擴建和改建的公共建筑的節(jié)能設計。

    2006年3月，國務院溫家寶總理在政府工作報告中首次提出降低能耗的具體目標：“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗將降低20％。這也是歷次政府工作報告中首次將能耗指標與GDP并提，表明了節(jié)能已成為了到我國的一項國策。

    以上政策和法規(guī)表明，實行節(jié)能是一項利國利民的措施，是我國可持續(xù)發(fā)展的根本要求，因此，一定要在各行各業(yè)中大力開發(fā)和采用節(jié)能技術和產(chǎn)品。

    1.2 中央空調(diào)風管市場要求

    隨著人們生活水平的提高，人們對居住環(huán)境的要求也越來越高，中央空調(diào)在建筑中的使用也越來越普遍。據(jù)中國建筑學會暖通空調(diào)專業(yè)委員會統(tǒng)計：2005年我國中央空調(diào)風管的年需求量在1億㎡以上，預計到2010年全國需求量將達到2億㎡。因此，在中央空調(diào)風管市場開發(fā)和推廣節(jié)能產(chǎn)品大有可為。

    中央空調(diào)風管可以分為兩大類，一類是傳統(tǒng)風管，如鍍鋅鐵皮風管，它采用鍍鋅鐵皮加保溫層的結構，另一類是復合風管，如酚醛泡沫風管，這種風管本身就具有很好的保溫效果，因此它們不需要在風管的外部再增加一層保溫層?，F(xiàn)階段，雖然鍍鋅鐵皮風管在我國的中央空調(diào)風管市場依然占據(jù)著絕對的地位，但以酚醛泡沫風管為代表的復合風管具有絕熱性能好、安裝維修方便、使用壽命長、外觀美觀等優(yōu)勢，已成為了中央空調(diào)風管的升級換代產(chǎn)品，被廣泛應用于各類工業(yè)和民用建筑中。

    與其它復合風管相比，酚醛泡沫風管還具有防火性能好的特點?，F(xiàn)行的《建筑設計防火規(guī)范》[1]第9.3.12條和《高層民用建筑防火規(guī)范》[2]第8.5.6條規(guī)定：“通風、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的管道等，應采用不燃材料制作”。由于酚醛泡沫材料是有機保溫材料中唯一可以達到不燃A級的產(chǎn)品，再加上其質(zhì)量輕、保溫性能好、易于安裝和外觀精美等其他復合風管所具有的優(yōu)點，因此它必將成為中央空調(diào)風管市場的主導產(chǎn)品。

    2 全壽命周期能耗分析方法

    衡量一種產(chǎn)品是否節(jié)能，不能只僅僅考慮該產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的能耗，而且還要考慮這種產(chǎn)品在使用過程中的能耗，即采用全壽命周期分析（LifeCycleAnalyse，簡稱LCA）的方法對研究對象的整個生命周期（從產(chǎn)品誕生到報廢的整個生命周期）進行分析[3]。LCA是一種國際流行的研究方法，它已成功地應用于多項研究[4~5]，因此，本文采用LCA方法對酚醛泡沫復合風管和鍍鋅鐵皮風管的節(jié)能特性進行分析和比較。

    根據(jù)產(chǎn)生順序的不同，任何產(chǎn)品的全壽命周期能耗可以分為四部分：生產(chǎn)能耗（產(chǎn)品生產(chǎn)過程所消耗的能量，一般稱為含能，Embodiedenergy）、安裝能耗、使用能耗和拆除能耗。相對于其他兩部分能耗，風管的安裝能耗和拆除能耗在風管的全壽命周期中所占的比例較小，不可預見性較大，且現(xiàn)階段的研究資料也比較少，因此，在本文的研究中沒有考慮風管的安裝能耗和拆除能耗，而是簡單地認為風管的全壽命周期能耗由風管的含能和風管的使用能耗兩部分組成。

    表1是幾種常用材料的含能表[5]。從表中可以看出，不同材料的含能不同，有的差別還很大，因此在酚醛泡沫復合風管和鍍鋅鐵皮風管節(jié)能特性比較時必須對這兩種風管所耗用的材料進行詳細計算，然后才能準確計算出這兩種不同風管的含能。

    表1 幾種常用材料的含能（MJ/kg）

    中央空調(diào)風管的作用是將冷風或熱風從空調(diào)機組輸送到用戶需要的位置，由于風管輸送的冷風或熱風與環(huán)境存在著一定的溫差，因此在輸送過程中必然會產(chǎn)生熱量的傳遞，使得輸送的冷量或熱量減少，從而造成了能量的損耗。冷風或熱風與環(huán)境之間熱量的傳遞不僅與風管的導熱系數(shù)相關，而且還與送風與環(huán)境的溫差、空調(diào)的使用時間等具體情況相關，因此在計算風管使用過程的能耗中必須根據(jù)風管使用的具體情況進行分析。

    3　風管全壽命能耗比較

    3.1　含能比較

    鍍鋅鐵皮風管采用鍍鋅鋼板加保溫層的方式構成。風管尺寸不一樣，鍍鋅鋼板的厚度也不一樣，一般為0.5mm至1.5mm，而保溫層厚度一般為20mm至50mm。由此可以計算出：1㎡鍍鋅鐵皮風管需要鋼材8.58kg，橡塑泡沫保溫材料2.145kg（計算中鍍鋅鐵皮厚度取1mm；保溫層采用橡塑泡沫材料，密度為65kg/m3，厚度取30mm；材料損耗系數(shù)取1.1）。

    酚醛泡沫風管采用在酚醛泡沫材料表面覆蓋鋁箔的方式構成。一般地，酚醛泡沫材料的厚度為20mm至30mm，密度為50kg/m3；鋁箔采用雙面覆蓋的方式，鋁箔厚度一般為40μm~60μm。由此可以計算出：1㎡酚醛泡沫風管需要鋁材0.297kg，酚醛泡沫保溫材料1.375kg（計算中鋁箔厚度取50μm；酚醛泡沫材料厚度取25mm；材料損耗系數(shù)取1.1）。

    根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，可以計算出：鍍鋅鐵皮風管的含能為454.74MJ/㎡，酚醛泡沫風管的含能為135.96MJ/㎡（橡塑泡沫材料和酚醛泡沫材料的含能均按一般塑料的含能計算）。即酚醛泡沫風管的含能只有鍍鋅鐵皮風管的29.9％。

    現(xiàn)階段，我國每年大約需要增加中央空調(diào)風管面積1億㎡，如果全國每年新增的1億㎡風管全部采用采用酚醛泡沫風管，則每年大約可以減少3.1878*1010MJ的能源消耗，這約合120萬噸標準煤。如果按60噸一個火車車皮的裝載量進行計算，則這些節(jié)約的標準煤可裝滿2萬個左右的火車車皮。

    3.2　使用過程能耗比較

    與發(fā)達國家相比，我國空調(diào)系統(tǒng)的能耗過高。降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的有效辦法是減少建筑與外界的能量交換以及降低空調(diào)系統(tǒng)輸送過程中的能耗，因此，采用保溫材料對空調(diào)系統(tǒng)的風管進行保溫是一種常用的節(jié)能方法。

    通常風管系統(tǒng)造成能量損失主要有以下兩種：通過管壁溫差造成的能量損失；風管漏風所造成的能量損失。前者所造成的損失往往很大，甚至每年達到了幾十萬元[6]。由于目前漏風所造成的損失尚無統(tǒng)一的測定方法，因此本文只對第一種情況造成的能量損失進行重點分析。具體計算公式如下：

      ——（1）

    式中：——能量損失量，kW/㎡；

    ——環(huán)境溫度與風管內(nèi)熱風或冷風溫度的溫差，℃；

    D——風管表面換熱系數(shù)，取8.14W/(m·℃)；

    ——風管管壁的厚度，m；

    ——風管的導熱系數(shù)，W/(m·℃)。

    為了詳細分析各種常用風管（鋼板風管、玻璃鋼風管、玻纖風管、酚醛泡沫復合風管）在使用過程中的能耗，本文以廣州市某大酒店中央空調(diào)系統(tǒng)為實例進行計算，該中央空調(diào)系統(tǒng)采用新風+風機盤管形式，風管的總使用面積為10,000㎡，每天平均使用16小時，全年共運行6個月時間。具體計算結果見表2。

    表2　各風管系統(tǒng)的能耗損失比較

    注：各風管的壁厚（含保溫層）取25mm；取16℃；主機的平均COP值取3。

    從表2中可以看出：各種風管的能量損失相差非常大，在相同的運行條件下，鍍鋅鐵皮風管的能耗最大，1㎡鍍鋅鐵皮風管1年消耗電量24.96kWh（約合89.86MJ），而酚醛泡沫風管的能耗最小，1㎡酚醛泡沫風管1年只消耗電量13.44kWh（約合48.38MJ），比鍍鋅鐵皮風管減少了11.52kWh（約合41.47MJ），節(jié)能率高達46.2％。