暖通空調領域太陽能應用及發展態勢研究

王彥敏 牛埃軍

廊坊軒轅建筑設計有限公司 北京東方國興建筑設計院有限公司

暖通空調領域太陽能應用及發展態勢研究

王彥敏 牛埃軍

廊坊軒轅建筑設計有限公司 北京東方國興建筑設計院有限公司

在建筑工程項目中，暖通空調是必不可少的重要組成部分，其與居住環境的舒適程度密切關聯。相關資料顯示，暖通空調在建筑中的能耗較大，這也是導致建筑能耗居高不下的主要原因之一。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔型能源，業內專家學者加大了對太陽能應用的研究力度，現如今太陽能已經在很多領域中獲得應用，并取得顯著成果。為有效解決建筑工程中暖通空調的能耗問題，可將太陽能技術應用到暖通空調當中。借此，本文就暖通空調領域太陽能應用及發展態勢展開研究。

暖通空調；太陽能應用；發展態勢

隨著一些國家相繼出現能源危機，開發新能源越來越受到世界各國的重視。而太陽能作為一種新型的節能環保型能源，更是深受青睞。許多國家在太陽能的開發利用方面投入了巨大的人力和物力，并取得了一些杰出的成果。倘若我們能夠充分地利用這部分能量，這無疑將成為對當今節能界的一大貢獻。現代建筑中暖通空調系統的能耗量占整個建筑能耗的 60%左右，如果能將太陽能有效地利用到暖通空調領域，則建筑能耗將會有明顯降低，有利于建筑節能。目前，太陽能在暖通空調中的應用主要有采暖、通風、空調制冷等。

1 太陽能資源及其利用價值

太陽能是一種由太陽內部連續核聚變而產生的能量，在地球軌道上平均太陽輻射強度約為1.369W/m2，根據赤道周長可計算出地球獲得的太陽能為173000TW，地球表面上某一個點24h的年平均太陽輻射強度約為0.20kW/m2，相當于有102000TW的能量。在地球上，有很多能源都來源于太陽，如風能、水能、生物質能、波浪能等。從本質上講，太陽能是非常特殊的能源，這種特殊性主要體現在它既是一次能源，又是可再生能源，其資源總量極為豐富，相關研究結果表明，在地球生命周期內，太陽能是不可能枯竭的，也就是說太陽能可供地球長期使用。太陽能除了資源豐富之外，還具有很多優點，如安全、清潔、環保、不需要開采等，但也存在一定的不足之處，即過于分散且不穩定。所以想要對太陽能進行充分、有效的利用，就必須解決其分散和不穩定的問題，這一直以來都是太陽能應用技術研究的重點。

2 應用發展

2.1 太陽能熱水系統與建筑相結合的技術

目前我國的太陽能熱水器行業已經日趨成熟，但是太陽能熱水器如何與建筑的使用功能及建筑美觀相結合，仍是目前我們要研究的重點。具體應注意以下幾點：首先建筑的使用功能應與太陽能熱水器的利用有機的結合在一起，形成多功能的建筑構件，巧妙高效的利用空間，使建筑可利用太陽能的部分—向陽面或屋頂得以充分利用；其次要同步規劃設計，同步施工安裝，節省太陽熱水系統的安裝成本和建筑成本，一次安裝到位，避免后期施工對用戶生活造成的不便以及對建筑以有結構的損害；三是綜合考慮建筑結構和太陽能設備協調和諧，構造合理，使太陽熱水系統和建筑融合為一體，不影響建筑的外觀；最后應優先采用集中式系統，有利于平衡負荷和提高設備的利用效率。

2.2 太陽能吸收式制冷

吸收式制冷最有代表性的就是溴化鋰吸收式制冷，它利用沸點較低的水作為制冷劑，沸點較高的溴化鋰作為吸收劑，太陽能作為吸收式制冷中加熱溶液產生高壓蒸汽的熱源。在溴化鋰吸收式制冷循環中，從太陽能集熱器出來的熱水，在發生器中加熱溴化鋰溶液；溶液被加熱后，沸點較低的水被蒸發，蒸發后的水蒸氣進入冷凝器冷凝成水，冷凝水經膨脹閥降壓后進入蒸發器，在蒸發器中低溫低壓的水吸收冷水的熱量蒸發，從而達到降低冷水溫度的目的。此時，由于發生器中溴化鋰溶液中的水分不斷析出而使溶液濃度升高，后經調節閥降壓后流入吸收器，吸收來自蒸發器中的水蒸氣，使溶液濃度降低，并再次送入發生器循環使用。

2.3 太陽能空氣供暖系統

太陽能空氣供暖系統根據導熱介質的不同，可細分為熱水集熱、熱風采暖方式。其中前者主要是采用熱水集熱器進行集熱后，用熱水對空氣進行加熱，為室內供暖；后者則是直接用空氣集熱器對空氣進行加熱為室內供暖，這種方式的應用相對較多，其工作原理如下：由系統中的風機驅動空氣，使空氣在集熱器與儲熱器間不斷循環，然后將集熱器吸收到的太陽能熱量經由空氣傳給儲熱器存儲下來，或直接供給室內取暖。在這一過程中，風機主要起驅動空氣的作用，建筑內的冷空氣通過風機輸送給儲熱器與其中的儲熱介質進行熱交換，空氣被加熱之后，送給室內供暖。在該系統中，集熱器是重要組成部分之一，當采用空氣作為集熱介質時，要求集熱器的體積和傳熱面積要足夠大，這樣才能提供足夠的熱量；儲熱器一般都是采用礫石固定床作為儲熱材料。

2.4 太陽能熱水供暖系統

a) 常規供暖系統。即在普通太陽能熱水器系統上增設一個容量足夠大的儲熱水箱，將系統終端改為低溫輻射地板采暖盤管或頂棚毛細管輻射散熱系統，同時還需加裝水泵等附件，使整個系統中的水流形成環路，還要配備一套大功率輔助加熱系統。該系統的構成相對比較簡單，使用方便。常規系統供熱效率較低，對于供熱要求較高的寒冷地區不太適用；b) 熱泵供暖系統。該系統主要是將太陽能及熱設備與熱泵系統進行有機結合，通過二者結合之后，有效克服了常規供暖系統的不足，并使全天候供熱問題得到了解決。熱泵技術屬于典型的節能型供熱技術，它將高品位的電能作為驅動能源，并從低溫熱源當中吸取低品位的熱能，然后再將這些熱能傳輸給高溫熱源，進而達到泵熱的目的。按照熱源類型的不同，可將熱泵分為水源熱泵、氣源熱泵及地源熱泵等形式，按照工作原理又可分為吸收吸附式熱泵、蒸汽噴射式熱泵等。太陽能熱泵采暖系統最為顯著的特點是耗費極少量的電能便可獲得幾倍于電能的熱量，而且還能有效利用低溫熱源，有利于減少集熱面積。

太陽能作為一種健康、環保、可再生能源在空調業有著廣闊的應用空間，因此我們應該大力發展太陽能技術，使它更好地利用于我們生產和生活的各個方面。

[1] 王侃宏，畢文峰. 太陽能輔助加熱土壤源熱泵系統理論分析[J]. 河北建筑科技學院學報，2012(5)：110-114.

[2] 周水洪. 太陽能在制冷空調中的應用及關鍵技術[J]. 能源研究與利用，2014(5)：88-90.