淺析幾種常用可再生能源在建筑設計中的采用

【摘 要】結(jié)合建筑設計項目中的空調(diào)、熱水等能耗的需求，本文就幾種常用可再生能源形式進行分析，作為指導建筑空調(diào)、熱水能耗設計工作的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】可再生能源；土壤源熱泵；水源熱泵；太陽能熱水系統(tǒng)；空氣源熱泵

前言

可再生能源是一種清潔且可持續(xù)利用的能源，大力發(fā)展可再生能源，是改善我國能源結(jié)構(gòu)，增加能源供應，保障能源安全，保護環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。可再生能源主要包括地熱能 、水能、太陽能、風能、生物能等。

1土壤源熱泵

土壤源熱泵是利用地下常溫土壤溫度相對穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)與建筑物內(nèi)部完成熱交換的裝置。冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖；夏季向土壤排熱，為建筑物制冷。它以土壤作為熱源、冷源，通過高效熱泵機組向建筑物供熱或供冷。

制冷時，土壤源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)中的末端設備將建筑物內(nèi)的熱量通過熱泵機組轉(zhuǎn)移到地下巖土中，實現(xiàn)了制冷的目的，同時省去了非熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻塔設備；制熱時，流體從地下收集熱量，地源熱泵機組中的制冷劑將在流體中吸收熱能，利用少量的電能將制冷劑壓縮到高溫高壓狀態(tài)，將吸收的全部熱量（電能 吸收熱能） 一起釋放到采暖系統(tǒng)中，從而達到了吸收可再生低溫熱源的熱能并輸送到高溫熱源的目的，實現(xiàn)了可再生地能對傳統(tǒng)鍋爐的取代。

土壤源熱泵適用條件：1）土壤源熱泵系統(tǒng)適用使用在年冷熱負荷較為接近的地帶，該系統(tǒng)才能實現(xiàn)土壤吸熱與放熱的平衡，從而避免熱島效應。2）需要足夠的地面面積打井換熱，而垂直打井方式的地質(zhì)條件需具備地下打井要求。3）項目的用能及地埋管應比較集中，不宜鋪設過長的管路系統(tǒng)，否則會因管路系統(tǒng)鋪設過長而造成系統(tǒng)的能耗損失，降低系統(tǒng)能量使用的效率。

土壤源熱泵優(yōu)點包括1）機組性能系數(shù)高， 節(jié)能效果好，環(huán)保、無污染。2）系統(tǒng)可靠性強， 使用壽命長。

土壤源熱泵缺點包括1）地下?lián)Q熱器的傳熱性能受土壤性質(zhì)影響較大。2）由于土壤熱導率較低，地下?lián)Q熱器與周圍土壤的傳熱量較少，因此與空氣源熱泵相比，土壤源熱泵地下?lián)Q熱器的預設換熱面積較大。

2水源熱泵

水源熱泵是利用地球水所儲藏的能源作為冷、熱源，進行轉(zhuǎn)換的技術(shù)。水源熱泵工作原理：通過輸入少量高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。水體分別作為冬季熱泵供暖、熱水的熱源和夏季空調(diào)的冷源，即在夏季將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，以達到夏季給建筑物室內(nèi)制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖或熱水。

水源熱泵系統(tǒng)的分類：分為地下水水源熱泵、地表水水源熱泵、污水水源熱泵等。

（一）地下水水源熱泵應用安裝條件：1）需要有足夠的地面面積供地下水水源熱泵打井進行熱交換。2）取水換熱后地下水應回灌到取水層相同的承壓水層。

地下水水源熱泵的優(yōu)點包括1）初期投資費用較高，維護費用高，運行費用低。2） 高效節(jié)能、靈活應用、運行安全可靠。3） 相對普通空調(diào)節(jié)約成本、利于環(huán)保。

地下水水源熱泵的缺點包括1） 對地質(zhì)條件要求高，打井成本高。2） 投資成本，由于打井的成本并不與取水量的大小成正比，因此較大系統(tǒng)的投資效益比較高。

（二）地表水水源熱泵應用安裝條件：1）水源應保持澄清、水質(zhì)穩(wěn)定、不腐蝕、不滋生微生物或生物、不宜結(jié)垢。2）地表水水源熱泵適合安裝在距離江、河、湖、泊以及水庫較近的位置，較適合500米以內(nèi)的距離。如距離太遠，增加了管網(wǎng)輸送的水頭損失和降低系統(tǒng)的熱效率。

地表水水源熱泵的優(yōu)點包括1）和空氣相比，熱源熱匯的溫度較為可靠，能效比較高，其運行效率要比空氣源高出20～60%，運行費用僅為普通中央空調(diào)的40～60%。 2）環(huán)保效益顯著，運行穩(wěn)定可靠，維護方便，使用壽命長。

地表水水源熱泵的缺點包括1） 受可利用的水層的地理結(jié)構(gòu)及水源條件限制。 2）系統(tǒng)容易腐蝕、結(jié)垢或堵塞，盤管易受損壞且初投資比較高

（三）污水源熱泵應用安裝條件：1）采用污水源熱泵的首要條件是附近有污水取水源，并且能取用的污水水源達要達到一定的水量。 2）污水源熱泵其安裝應在距離污水源500m左右的位置，否則管路太長，熱損耗大，而達不到制熱的要求。

污水源熱泵的優(yōu)點包括1）高效節(jié)能，環(huán)保效益顯著。 2）投資運行費用低，系統(tǒng)原理簡單，設備的可靠性強，維護量小，平時無設備的維護問題。

污水源熱泵的缺點包括1）污水源熱泵只能利用周邊污水資源，可利用的水源條件受限制。

3太陽能熱水系統(tǒng)

在太陽能的熱利用中，關(guān)鍵是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。由于太陽能比較分散，必須設法把它集中起來，所以，集熱器是各種利用太陽能裝置的關(guān)鍵部分。集熱器是吸收太陽輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱介質(zhì)的裝置。

其運行原理是：在太陽光照條件下，在太陽能集熱器的出水末端增加一個溫度探頭（水箱內(nèi)的水位可以采用機械浮球控制，也可以采用控制器控制水位探頭）。當集熱器內(nèi)的水溫達到設定值時，控制器發(fā)出信號，控制打開電磁閥，冷水把已經(jīng)達到設定溫度的熱水頂入儲熱水箱并儲存起來；當集熱器內(nèi)水溫低于設定值時，控制器開始動作使電磁閥自動關(guān)閉。如此不斷循環(huán)使儲熱水箱內(nèi)的高溫水不斷增多，當儲熱水箱內(nèi)的水位達到最高水位時，系統(tǒng)關(guān)閉，不再進水。

太陽能熱水系統(tǒng)的優(yōu)點：

1）較少投入，贏得高回報

太陽能中央熱水系統(tǒng)一次投資，長期受益，3—5年內(nèi)即可收回投資，免費使用10多年；房地產(chǎn)樓盤，平均每平方米投入20—50元，就能增加樓盤的新賣點和附加值，提升樓盤檔次，促進銷售。

2）安全可靠

太陽能熱水系統(tǒng)是高效地吸收太陽輻射能將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿难b置，完全避免了常規(guī)能源熱水器可能發(fā)生的漏電、漏氣、漏油等的不足和不安全因素。同時它又克服了燃氣、燃油、傳統(tǒng)電熱水器不安全、不衛(wèi)生、不節(jié)能的缺點和隱患。

3）美化建筑，提升樓盤品位

可結(jié)合建筑的特點量身定制，使太陽能熱水系統(tǒng)與建筑完美結(jié)合，相映生輝，美化城市景觀，提升樓盤品位。

4空氣源熱泵分析

空氣源熱泵工作原理是（通過冷媒/制冷劑）將空氣中的熱量吸收，釋放到水中，循環(huán)將水加熱，同時把失去大量能量的低溫空氣釋放到需要制冷的地方，用于制冷需要。空氣在失去能量降低溫度的同時，大量的水蒸氣被冷凝，因而釋放的冷氣濕度大大降低，相當于具有除濕效果。因此可以集中央熱水、制冷、供暖功能于一體，大大提高性價比。空氣源熱泵的工作溫度是零下10至40攝氏度。使用這一技術(shù)，能有效節(jié)約能源，其運行成本只有電熱水器的1/4，如按照現(xiàn)有的電價和油價，燒熱同樣多的熱水，它的運行成本只有燃油鍋爐的1/2。

空氣源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點：

1）安全：利用吸收空氣中的熱量來加熱水溫，水電徹底分離，并設多重保護，不存在任何安全隱患。

2）節(jié)能：用少量的電能將空氣中的熱能搬運到水中給水加熱，消耗能源是電熱水器的1/5；煤氣熱水器的1/6；燃油熱水器的1/4；普通太陽能的2/3；并且可以利 用低谷電達到更節(jié)能的效果。

3）不受環(huán)境影響：是一種全天候的熱水供應系統(tǒng)，不論陰天、雨天、春夏秋冬、白天黑夜，只要有空氣就有熱水，就能將-10℃～30℃的低溫熱能通過熱泵機組的作用，提供溫度達到60℃左右的熱水。

4）智能化：可自動運行，無需值守，自帶溫控裝置和保溫層，可自動補水、加熱、斷電，可24小時提供熱水，兼具熱水、空調(diào)、暖氣的多重功能。

5）安裝方便：空氣能熱水器占地空間很小，外形與空調(diào)室外機相似，可直接接保溫