關(guān)鍵詞：酚醛泡沫風(fēng)管，鍍鋅鐵皮風(fēng)管，全壽命分析，節(jié)能

0　引言

    隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的矛盾日益擴(kuò)大，“煤荒”、“電荒”、“油荒”等接踵而至。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：按照目前的能源使用情況，我國(guó)石油的開(kāi)采僅僅只能夠維持20年；我國(guó)煤炭的儲(chǔ)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(guò)程會(huì)對(duì)地球環(huán)境造成極大的破壞。因此，在新能源短期內(nèi)還無(wú)法起到替代作用的今天，節(jié)能已成為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵主題！

    1　國(guó)內(nèi)節(jié)能政策導(dǎo)向及市場(chǎng)要求

    1.1　我國(guó)的節(jié)能政策

    現(xiàn)階段，我國(guó)能源進(jìn)口已占到了我國(guó)總耗能的40％，但是，我國(guó)的能源平均利用率卻非常低，只有30％左右，而發(fā)達(dá)國(guó)家的能源平均利用率均在40％以上，這說(shuō)明我國(guó)具有很大的節(jié)能潛力。因此，我國(guó)政府和各行業(yè)管理部門(mén)在過(guò)去的十年中制定了大量的節(jié)能政策，以指導(dǎo)我國(guó)節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。

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

    2003年，國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于開(kāi)展資源節(jié)約活動(dòng)的通知》30號(hào)文件決定：在2004年至2006年用三年時(shí)間在全國(guó)范圍內(nèi)組織開(kāi)展資源節(jié)約活動(dòng)，全面推進(jìn)能源、原材料等資源節(jié)約和綜合利用工作，政策鼓勵(lì)生產(chǎn)、銷(xiāo)售和使用節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保產(chǎn)品的生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)。

    2004年11月，國(guó)家發(fā)改委制定的《節(jié)能中長(zhǎng)期專(zhuān)項(xiàng)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(yán)格執(zhí)行節(jié)能50％的標(biāo)準(zhǔn)，加快供熱體制改革，加大建筑節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品的推廣力度等，可分別節(jié)能5000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤”這一具體的節(jié)能目標(biāo)。

    2005年6月下旬開(kāi)始，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人在不同的會(huì)議上多次重復(fù)強(qiáng)調(diào)要節(jié)約能源，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。中央政府采取包括啟動(dòng)七項(xiàng)重點(diǎn)節(jié)能工程、政府機(jī)構(gòu)帶頭加強(qiáng)資源節(jié)約等在內(nèi)的四大措施全面推進(jìn)能源節(jié)約。

    建設(shè)部和國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》于2005年7月1日起正式實(shí)施，更是首次明確了公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的綜合性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，適用于新建、擴(kuò)建和改建的公共建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)。

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

    以上政策和法規(guī)表明，實(shí)行節(jié)能是一項(xiàng)利國(guó)利民的措施，是我國(guó)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(kāi)發(fā)和采用節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品。

    1.2 中央空調(diào)風(fēng)管市場(chǎng)要求

    隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高，中央空調(diào)在建筑中的使用也越來(lái)越普遍。據(jù)中國(guó)建筑學(xué)會(huì)暖通空調(diào)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)統(tǒng)計(jì)：2005年我國(guó)中央空調(diào)風(fēng)管的年需求量在1億㎡以上，預(yù)計(jì)到2010年全國(guó)需求量將達(dá)到2億㎡。因此，在中央空調(diào)風(fēng)管市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和推廣節(jié)能產(chǎn)品大有可為。

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

    與其它復(fù)合風(fēng)管相比，酚醛泡沫風(fēng)管還具有防火性能好的特點(diǎn)?，F(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)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(fēng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的管道等，應(yīng)采用不燃材料制作”。由于酚醛泡沫材料是有機(jī)保溫材料中唯一可以達(dá)到不燃A級(jí)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(fù)合風(fēng)管所具有的優(yōu)點(diǎn)，因此它必將成為中央空調(diào)風(fēng)管市場(chǎng)的主導(dǎo)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(guò)程中的能耗，而且還要考慮這種產(chǎn)品在使用過(guò)程中的能耗，即采用全壽命周期分析（LifeCycleAnalyse，簡(jiǎn)稱(chēng)LCA）的方法對(duì)研究對(duì)象的整個(gè)生命周期（從產(chǎn)品誕生到報(bào)廢的整個(gè)生命周期）進(jìn)行分析[3]。LCA是一種國(guó)際流行的研究方法，它已成功地應(yīng)用于多項(xiàng)研究[4~5]，因此，本文采用LCA方法對(duì)酚醛泡沫復(fù)合風(fēng)管和鍍鋅鐵皮風(fēng)管的節(jié)能特性進(jìn)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(guò)程所消耗的能量，一般稱(chēng)為含能，Embodiedenergy）、安裝能耗、使用能耗和拆除能耗。相對(duì)于其他兩部分能耗，風(fēng)管的安裝能耗和拆除能耗在風(fēng)管的全壽命周期中所占的比例較小，不可預(yù)見(jiàn)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(méi)有考慮風(fēng)管的安裝能耗和拆除能耗，而是簡(jiǎn)單地認(rèn)為風(fēng)管的全壽命周期能耗由風(fēng)管的含能和風(fēng)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(fù)合風(fēng)管和鍍鋅鐵皮風(fēng)管節(jié)能特性比較時(shí)必須對(duì)這兩種風(fēng)管所耗用的材料進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，然后才能準(zhǔn)確計(jì)算出這兩種不同風(fēng)管的含能。

    表1 幾種常用材料的含能（MJ/kg）

    中央空調(diào)風(fēng)管的作用是將冷風(fēng)或熱風(fēng)從空調(diào)機(jī)組輸送到用戶(hù)需要的位置，由于風(fēng)管輸送的冷風(fēng)或熱風(fēng)與環(huán)境存在著一定的溫差，因此在輸送過(guò)程中必然會(huì)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(fēng)或熱風(fēng)與環(huán)境之間熱量的傳遞不僅與風(fēng)管的導(dǎo)熱系數(shù)相關(guān)，而且還與送風(fēng)與環(huán)境的溫差、空調(diào)的使用時(shí)間等具體情況相關(guān)，因此在計(jì)算風(fēng)管使用過(guò)程的能耗中必須根據(jù)風(fēng)管使用的具體情況進(jìn)行分析。

    3　風(fēng)管全壽命能耗比較

    3.1　含能比較

    鍍鋅鐵皮風(fēng)管采用鍍鋅鋼板加保溫層的方式構(gòu)成。風(fēng)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(jì)算出：1㎡鍍鋅鐵皮風(fēng)管需要鋼材8.58kg，橡塑泡沫保溫材料2.145kg（計(jì)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(fēng)管采用在酚醛泡沫材料表面覆蓋鋁箔的方式構(gòu)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(jì)算出：1㎡酚醛泡沫風(fēng)管需要鋁材0.297kg，酚醛泡沫保溫材料1.375kg（計(jì)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(jì)算出：鍍鋅鐵皮風(fēng)管的含能為454.74MJ/㎡，酚醛泡沫風(fēng)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(jì)算）。即酚醛泡沫風(fēng)管的含能只有鍍鋅鐵皮風(fēng)管的29.9％。

    現(xiàn)階段，我國(guó)每年大約需要增加中央空調(diào)風(fēng)管面積1億㎡，如果全國(guó)每年新增的1億㎡風(fēng)管全部采用采用酚醛泡沫風(fēng)管，則每年大約可以減少3.1878*1010MJ的能源消耗，這約合120萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。如果按60噸一個(gè)火車(chē)車(chē)皮的裝載量進(jìn)行計(jì)算，則這些節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)煤可裝滿(mǎn)2萬(wàn)個(gè)左右的火車(chē)車(chē)皮。

    3.2　使用過(guò)程能耗比較

    與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)空調(diào)系統(tǒng)的能耗過(guò)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(guò)程中的能耗，因此，采用保溫材料對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)管進(jìn)行保溫是一種常用的節(jié)能方法。

    通常風(fēng)管系統(tǒng)造成能量損失主要有以下兩種：通過(guò)管壁溫差造成的能量損失；風(fēng)管漏風(fēng)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(dá)到了幾十萬(wàn)元[6]。由于目前漏風(fēng)所造成的損失尚無(wú)統(tǒng)一的測(cè)定方法，因此本文只對(duì)第一種情況造成的能量損失進(jìn)行重點(diǎn)分析。具體計(jì)算公式如下：

      ——（1）

    式中：——能量損失量，kW/㎡；

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

    D——風(fēng)管表面換熱系數(shù)，取8.14W/(m·℃)；

    ——風(fēng)管管壁的厚度，m；

    ——風(fēng)管的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)。

    為了詳細(xì)分析各種常用風(fēng)管（鋼板風(fēng)管、玻璃鋼風(fēng)管、玻纖風(fēng)管、酚醛泡沫復(fù)合風(fēng)管）在使用過(guò)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(shí)例進(jìn)行計(jì)算，該中央空調(diào)系統(tǒng)采用新風(fēng)+風(fēng)機(jī)盤(pán)管形式，風(fēng)管的總使用面積為10,000㎡，每天平均使用16小時(shí)，全年共運(yùn)行6個(gè)月時(shí)間。具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

    表2　各風(fēng)管系統(tǒng)的能耗損失比較

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

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