可再生能源在供熱制冷技術中的應用研究

■李國斌 ■遼寧建筑職業(yè)學院，遼寧 遼陽 111000

引言

現(xiàn)階段，我國人均能源消費水平已經(jīng)是世界平均水平的一半左右，但是總的能源消耗量已經(jīng)達到世界排行第二，是僅次于美國的能源消耗大國。隨著我國城市化進程的不斷推進，建筑行業(yè)也進入了高速發(fā)展的階段。據(jù)調查研究發(fā)現(xiàn)，建筑行業(yè)的能耗在我國社會總能耗中的比例在不斷加大，其中建筑能耗集中在暖通空調上面，約占了建筑能耗的32%，因此要想做好建筑節(jié)能，首先要從建筑的暖通空調方面入手。簡單來說，建筑中的暖通空調也就是建筑的供熱與制冷。要想節(jié)約能耗，將可再生能源利用到建筑的供熱與制冷方面無疑是一個建筑可持續(xù)發(fā)展的方向。

1 可再生能源供熱制冷系統(tǒng)

1.1 太陽能采暖系統(tǒng)

太陽能直接采暖系統(tǒng)是由太陽能集熱器，蓄熱裝置，輔助加熱水器以及末端構成。這種采暖方式相對比較簡單，也方便控制，且投資也不大，目前是一種非常經(jīng)濟合理的能源利用形式，并已經(jīng)得到了較為廣泛的應用。

由于太陽能直接供暖系統(tǒng)的供水溫度不高，所以很難滿足傳統(tǒng)的散熱器的采暖方式的要求。目前比較常用的室內(nèi)末端系統(tǒng)是風機盤管或低溫熱水地板輻射采暖方式。風機盤管可以冬夏公用一套末端設備，因此降低了系統(tǒng)初投資。而低溫熱水底板輻射采暖的突出特點是室內(nèi)熱舒適性好、節(jié)能。

低溫熱水底板輻射采暖是配合太陽能、地熱能等可再生能源進行采暖的一種較好形式。它是把金屬或化學管道埋于地下，靠整個地面和室內(nèi)的熱交換來使采暖房間達到設計溫度。地板輻射采暖以低溫熱水作為熱源，以地板為發(fā)熱體，以輻射傳熱為主，對流熱換為輔，是一種可對房間熱微氣候進行調節(jié)的節(jié)能型采暖系統(tǒng)。

1.2 太陽能制冷系統(tǒng)

利用太陽能系統(tǒng)進行建筑制冷，其優(yōu)點是具有良好的季節(jié)適應性，也就是太陽輻射越強其制冷能力越大，太陽能系統(tǒng)制冷的特性恰好滿足人們在夏季對于空調的需求。從節(jié)能與環(huán)保方面來看，用太陽能制冷系統(tǒng)來代替一部分常規(guī)的空調系統(tǒng)是現(xiàn)代可再生能源以及現(xiàn)代建筑的發(fā)展方向，已經(jīng)引起全球范圍的關注以及重視。

現(xiàn)階段，利用太陽能系統(tǒng)制冷有兩種方法:一是進行太陽能的光電轉換，這里需要利用光伏技術利用太陽能產(chǎn)生電力，再以電力來滿足常規(guī)空調系統(tǒng)的用電需求;二是進行光熱轉化，將太陽能轉化為熱能，用于能源制冷。從這兩種方法來看，前者系統(tǒng)較為簡單，但是進行光電轉換所用到的太陽能電池價格較高，在制冷功率不變的情況下，這種制冷方式的造價是常規(guī)能源發(fā)電價格的3 -4 倍，目前推廣應用具有一定的難度。而后面一種方法除了能夠制冷之外，還能夠進行供熱，通常是以第二種在建筑中應用較為廣泛。

2 太陽能供熱制冷技術在建筑中的應用實例分析

我國某太陽能研究所在2014 年的時候，建成一座以太陽能供熱制冷為主的建筑。在建成之前，對當?shù)氐奶柲苜Y源進行了詳細了解。據(jù)悉，該地年平均太陽輻照量為1713MJ/m2。在當?shù)?，夏季的最高氣溫可達33.1℃，冬季最低氣溫為-7.8℃。當?shù)貙τ谙募镜闹评湟约岸镜墓┡兄鴱娏业男枨?，因此選擇該地來進行太陽能空調系統(tǒng)試行。在對太陽能供熱制冷進行測試之后，能夠達到以下技術性能:

2.1 系統(tǒng)

太陽能制冷、供熱功率為100KW;

空調、采暖面積:1000 m2

熱水供應量，這里主要是非空調采暖季節(jié):32 m2/d

2.2 太陽能集熱器

類型:熱管式真空管集熱器

集熱面積:540 m2

平均日效率:35 -40%，空調采暖時;51%，提供熱水時

2.3 制冷機

類型:熱水型單級溴化鋰吸收式

制冷能力:100kW

熱源溫度:88℃

冷凍水溫度:8℃

性能系數(shù):0.70 左右

該太陽能供熱制冷系統(tǒng)采用的輔助熱源是燃油鍋爐，電動閥、操作工作臺、傳感器、網(wǎng)絡控制模塊等構成了太陽能的自動控制系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，根據(jù)不同的季節(jié)要求，可以提供5 種不同的運行工況，包括夏季制冷需求的有無，冬季供熱要求的有無以及過度季提供生活熱水等五種運行狀態(tài)，同時針對太陽能空調供熱系統(tǒng)的過熱以及凍結問題，進行有效的解決。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，該太陽能系統(tǒng)的具有較高的利用率以及經(jīng)濟性能，值得廣泛在建筑中進行推廣和應用。

2.4 太陽能供熱制冷系統(tǒng)最佳集熱面積的確定

以上述實例為例，對最佳集熱面積進行分析研究。從夏季以及冬季的太陽能空調系統(tǒng)的熱性能方面來考慮，以及較高的太陽能集熱器價格，因此其最佳集熱面積是在供暖、制冷情況下較小的最佳集熱面積作為太陽能系統(tǒng)的最佳集熱面積。換句話說，太陽能系統(tǒng)的最佳集熱面積就是供熱制冷情況下的最佳集熱面積。上述應用實例中，該太陽能系統(tǒng)的集熱面積為350 m2，是由2100 根熱管來構成集熱器陣列，其蓄熱水箱容積為29.75m3。因此，其冬季以及夏季的系統(tǒng)熱性能參數(shù)和輔助人員加熱量為:

冬季:太陽能保證率為76.78%，52.23%是集熱器需要達到的平均效率，而輔助熱源的加熱量為18478kWh。

夏季:太陽能保證率為75.88%，42.73%是集熱器需要達到的平均效率，而輔助熱源的加熱量為24578kWh。

從上述分析中可以看得出來，在夏季的時候，太陽能系統(tǒng)的太陽能保證率以及集熱器的平均效率要遠遠低于冬季的。這是因為在夏季的時候，冷機要求的熱源要比冬季采暖要求的熱源溫度要高，而本系統(tǒng)中水箱的最高溫度在94℃，當達到這一溫度時，太陽能集熱器不工作，因此盡管夏季太陽輻射量大，但是太陽能保證率比冬季還要低。而正是因為夏季太陽輻射量大，因此計算集熱器效率的墳墓大，所以集熱器的效率低。但是如果采取一定的措施，例如當水箱溫度超過設定的最大值時，可利用多出的熱量來加熱生活熱水，這樣能夠大大的提高設備利用率以及集熱器的效率。

3 加強可再生能源供熱制冷技術應用的措施

(1)在建筑工程中，可再生能源的開發(fā)與利用需要根據(jù)當?shù)氐淖陨韺嶋H情況來進行選擇，將可再生能源的供熱制冷技術與當?shù)氐目稍偕Y源結合起來。但是可再生能源的分布通常是較為分散的，因此在對可再生能源進行利用之前，需要對其進行詳細的調查研究分析，除了對生產(chǎn)率、儲量以及開采量進行調查之外，還做好可再生能源的開發(fā)技術以及市場分析。

(2)在建筑中，加大可再生能源綜合利用技術。通常情況下，可再生能源的能量不高，在利用的過程中，往往難以實現(xiàn)經(jīng)濟高效的目的，這也是可再生能源利用方面的一個難題。因此，如果加強兩種或者多種可再生能源的綜合利用，可能會達到更好的經(jīng)濟效果。

(3)要對建筑的冷熱負荷進行詳細的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和評估，搞清楚建筑冷熱負荷的供需關系，這有利于可再生能源供熱制冷技術的選擇，使其發(fā)揮最大的節(jié)能和環(huán)保千里。政府應該加大力度制定出恰當?shù)恼邅砉膭羁稍偕茉垂嶂评浼夹g的發(fā)展。

4 結束語

面對日趨激烈的能源緊張局面，發(fā)展可再生能源供熱制冷技術在建筑中的應用具有十分重大的現(xiàn)實意義。從上述分析中可以看出，以太陽能為主的可再生能源，可以滿足建筑的供熱制冷需求，大大緩解我國能源緊張、環(huán)境污染嚴重的局面。為了更好的將可再生能源用于建筑中，有針對性的提出了幾點措施，以促進我國建筑行業(yè)的快速、綠色、環(huán)保、健康發(fā)展。

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