可再生能源在供熱制冷技術中的應用研究

■李國斌 ■遼寧建筑職業學院，遼寧 遼陽 111000

引言

現階段，我國人均能源消費水平已經是世界平均水平的一半左右，但是總的能源消耗量已經達到世界排行第二，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，建筑行業也進入了高速發展的階段。據調查研究發現，建筑行業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發展的方向。

1 可再生能源供熱制冷系統

1.1 太陽能采暖系統

太陽能直接采暖系統是由太陽能集熱器，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，目前是一種非常經濟合理的能源利用形式，并已經得到了較為廣泛的應用。

由于太陽能直接供暖系統的供水溫度不高，所以很難滿足傳統的散熱器的采暖方式的要求。目前比較常用的室內末端系統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，因此降低了系統初投資。而低溫熱水底板輻射采暖的突出特點是室內熱舒適性好、節能。

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的節能型采暖系統。

1.2 太陽能制冷系統

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

現階段，利用太陽能系統制冷有兩種方法: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生電力，再以電力來滿足常規空調系統的用電需求;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能源發電價格的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，對當地的太陽能資源進行了詳細了解。據悉，該地年平均太陽輻照量為1713MJ/m2。在當地，夏季的最高氣溫可達33.1℃，冬季最低氣溫為-7.8℃。當地對于夏季的制冷以及冬季的供暖有著強烈的需求，因此選擇該地來進行太陽能空調系統試行。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

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: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:0.70 左右

該太陽能供熱制冷系統采用的輔助熱源是燃油鍋爐，電動閥、操作工作臺、傳感器、網絡控制模塊等構成了太陽能的自動控制系統。在這個系統中，根據不同的季節要求，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，同時針對太陽能空調供熱系統的過熱以及凍結問題，進行有效的解決。經過試驗發現，該太陽能系統的具有較高的利用率以及經濟性能，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的最佳集熱面積。換句話說，太陽能系統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熱性能參數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，可再生能源的開發與利用需要根據當地的自身實際情況來進行選擇，將可再生能源的供熱制冷技術與當地的可再生資源結合起來。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，往往難以實現經濟高效的目的，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濟效果。

(3)要對建筑的冷熱負荷進行詳細的數據統計和評估，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，使其發揮最大的節能和環保千里。政府應該加大力度制定出恰當的政策來鼓勵可再生能源供熱制冷技術的發展。

4 結束語

面對日趨激烈的能源緊張局面，發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的快速、綠色、環保、健康發展。

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