新能源與可再生能源在暖通空調系統中的實踐探究

路學明

(中石化綠源地熱能(山東)開發有限公司，山東 德州 253600)

引言

在人們生活水平不斷提高的背景下，暖通空調在各類建筑中逐步成為不可或缺的設備系統。通過暖通空調系統，人們可以在各個季節享受到更為舒適的環境。但是，受到傳統技術理念及技術水平的限制，暖通空調系統能耗問題一直都比較突出。在我國社會經濟發展的新階段，有必要基于生態可持續發展的理念，對暖通空調系統技術進行優化升級。在這個過程中，關于新能源、可再生能源技術的研究是十分重要的研究方向。

1 暖通空調技術中新能源及可再生能源概述

所謂新能源，即區別于傳統石油、煤炭、天然氣等礦物能源的能源。新能源和傳統能源的區別在于，在能源開采、使用期間，不會或較少對生態環境造成不良影響，是一種有極強社會可持續發展價值的能源。目前相關領域比較常見的新能源包括太陽能、風能和地熱能，也包括通過現代技術開發出來的一些能源，如核能、生物質能。可再生能源是在新能源基礎上被單獨定義的一類能源，典型特點是在自然條件下可以再生的，與之相對應的是傳統礦物能源的不可再生特性。總結來看，新能源和可再生能源都具有無污染、可持續使用的特點，這與人與自然和諧共存、社會可持續發展的理念是高度契合的。

暖通空調是人們為了提高生活質量而發明出來的一種環境溫度調控系統，傳統技術模式下，暖通空調采用的主要能源為電能。在目前我國的能源結構中，以傳統能源為核心的火電廠依然是主要的電能生產渠道，因此電能的高消耗意味著傳統能源的高消耗。所以針對暖通空調的能源技術優化，是勢在必行的。

2 新能源及可再生能源在暖通空調系統中的應用背景及意義

2.1 背景

新能源及可再生能源主要是指有別于常規能源的能源類型，這類能源的典型特征在于，無論是能源獲取，還是投入到實際應用環節中，對生態環境的影響都非常小。同時，這類能源在目前的應用環境下，是可以再生的，可以支持人類社會的可持續發展。目前，經過大量研究，并且成功投入到實踐應用中的新能源、可再生能源包括太陽能、地熱能、風能、潮汐能。而目前技術條件下，暖通空調系統主要是以電能驅動，再結合水系統、風系統，實現通風換氣、冷熱調節等功能，給人們創造舒適的室內環境[1]。目前技術條件下，為了滿足人們的舒適室內環境需求，大多數的暖通空調系統需要長期保持高負荷運轉狀態，其產生的能耗是相當大的。由于目前社會電能有很大一部分都是通過消耗常規能源生成的，所以過高消耗電能，意味著對自然資源的消耗量十分巨大，自然不利于生態健康和可持續發展。

事實上，暖通空調并不僅是指空調設備，而是指安裝于建筑物中，通過一系列技術，滿足室內空氣凈化、通風、保暖、制冷等需求的系統。在綠色建筑概念背景下，暖通空調系統被認為是導致建筑能耗升高的關鍵，因此需要通過改良暖通空調系統，達到在滿足人們生活舒適健康需求的基礎上，降低建筑能耗的目的。也就是說，正是綠色建筑理念對暖通空調技術提出的節能要求，才促使相關領域的技術研究越來越熱門[2]。目前，為了降低暖通空調系統能耗，主要有兩個大方向。其一是通過改良系統結構、應用變頻技術等方法，從系統設備本身的角度降低能耗；其二是通過改良傳統能源依賴，通過應用新能源、可再生能源的方式，來達到降低常規能耗、減少環境污染的目的。

2.2 意義

在如今社會經濟快速發展、社會發展理念越來越科學的背景下，人們逐漸意識到環境保護和可持續發展的重要性。但是，受到傳統工業發展模式以及現代城市化進程加快的影響，一方面傳統能源的大量應用給生態環境造成了嚴重的負面影響；另一方面暖通空調系統的大量應用造成了持續性的高能耗現狀。在該背景下，社會各界關于新能源、可再生資源的研究和應用，而針對暖通空調的能源體系改良是大勢所趨。很顯然，新能源及可再生能源在暖通空調系統中的應用，可以很大程度上減少對傳統能源的消耗，進而規避傳統能源生產模式下對生態環境造成的不良影響。同時，在技術持續優化的情況下，以變頻技術為代表的環保技術大量應用于暖通空調系統中，這與生態環?？沙掷m發展的社會發展要求高度契合。從另一個角度來講，在新能源、可再生能源技術日趨成熟的情況下，其相應的成本也在逐步降低，因此這類技術的應用也具有很好的經濟價值。

3 新能源及可再生能源在暖通空調系統中的實踐應用要點

3.1 太陽能的應用

太陽能是現代人類社會關于新能源及可再生能源的主要研究對象，因為就目前的人類歷史發展進程來看，太陽能是取之不盡用之不竭的，同時這種能源是足夠清潔無害的。因此，關于暖通空調系統的技術改良，對太陽能的利用尤為重要[3]。

3.1.1 太陽能制冷

制冷是現代人對暖通空調系統十分重要的功能需求，壓縮制冷設備是暖通空調系統中負責制冷的主體，主要是通過電能驅動。因此，將太陽能應用于暖通空調制冷，主要是通過太陽能轉化板，將太陽能轉化為電能，再驅動壓縮制冷設備運轉。需要注意的是，在傳統壓縮制冷式系統的基礎上使用太陽能，對太陽能轉換板材料要求較高，并且涉及到的成本較高，需要從太陽能轉化和空調機本身角度進行技術改良[4]。另外，行業內出現了一種新型的太陽能空調制冷技術理念，即太陽能吸收式制冷。該技術主要是直接利用太陽能產生的熱量，作用于相關物質，使之形態發生改變，在物理變化過程中大量吸熱，達到制冷的效果。其中，溴化鋰-水溶液系統的應用，被證明這一技術研究擁有較好的前景。近年來，太陽能吸附式制冷也是暖通空調系統技術研究的主要方向之一，這也是通過利用太陽能改變某種物質形態，達到制冷目的的一種技術。用到的吸附制冷系統有活性炭-甲醇以及沸石-水溶液等，無論是制冷原理還是過程中的物質轉化，都不會產生污染。

3.1.2 太陽能采暖

太陽能采暖技術的原理比較好理解，即通過利用太陽能產生的熱量，加熱水循環系統中的水，再將熱量輸送到建筑內部各個部位，實現供暖功能[5]。近年來，業界關于太陽能集熱器的技術研究越來越先進，相關設備不僅可以承受各種冷沖擊、熱沖擊，還能適應不同的天氣環境，進而在一些太陽能相對比較匱乏的地區也有不錯的應用效果。為了進一步滿足人們不同季節、時間的采暖需求，暖通空調系統中配置的蓄熱設備，可以將采集到的熱能儲存下來，或是通過電能轉化的方式進行儲存，然后在夜間、陰雨天氣為人們供暖。

3.2 地熱能的應用

我國地緣廣闊，很多地區都有豐富的地熱能，這種可再生能源的應用，也是目前暖通空調系統技術主要改良研究方向之一。比如，在20m～150m的恒溫層，大地溫度保持相對恒定，則將耦合式地熱交換器安裝于恒溫層內部，然后通過U型管形成熱轉換系統，再通過安裝于建筑結構中的水循環系統，將熱量輸送到各個位置[6]，進而實現供暖制冷功能。另外，地下水地源熱泵系統的應用，也是一種應用地熱能的技術。該技術主要是在地熱能及地下水豐富的地區，建立水循環系統，直接將高溫地下水抽取進入水循環系統運轉。一方面，熱水直接給建筑內部供熱，另一方面，多余的熱能或通過耐熱材料儲存，或轉化為電能。目前，在部分地區的綠色建筑中，地表水水源熱泵系統的應用也尤為重要。該類系統主要是在水面下安裝采用多重并聯形式的塑料管道，再通過水熱交換器，將地熱能轉化為暖通空調系統供暖的熱量，或是轉化為制冷、通風的電能。

3.3 海洋能及風能的應用

海洋能主要是海洋活動中產生的動能，包括洋流能、潮汐能、溫差能。由于海洋在地球氣候系統、生態系統以及水循環系統中扮演著關鍵角色，同時其本身較高的比熱容特性，意味著針對海洋能的應用也是目前暖通空調系統技術優化的重要考慮內容。風能是指自然風運動產生的動能，而暖通空調系統中，通風換氣、空氣凈化是十分關鍵的環節，因此對風能的使用同樣重要。關于風能的使用，比如，在一些大型工業園區，可以通過風力發電的方式，為園區建筑暖通空調系統提供必要的電力支持。或是改良暖通空調中風系統的結構，利用風能帶動主要葉片轉動，在不用大量開啟窗戶的情況下，結合內部空氣凈化裝置，同步實現室內通風和空氣凈化的功能。

3.4 生物質能的應用

生物質能主要是指通過對腐敗植物、人畜糞便等物質的處理，生成生物燃料，再應用于取暖、發電等方面而產生的能量。經過現代技術的發展，對部分廢棄物及腐殖質的處理，可以轉化為乙醇、沼氣等清潔能源，在部分寒冷地區或是冬季的時候，可以直接作為暖通空調系統供暖的主要燃料。多余的燃料還可以通過專業的發電系統進行電能轉化，進一步支持暖通空調的運轉。

4 新能源及可再生能源在暖通空調系統中的應用要求

4.1 要充分結合當地新能源開發情況

我國不同地區所擁有的新能源及可再生能源儲備是不同的，相應的開發應用技術也存在一定的差異。因此針對暖通空調的新能源及可再生能源應用，需要充分尊重當地的能源儲備情況和技術發展情況，要避免盲目求新而忽略了技術應用難度及經濟方面的問題。比如，在我國云貴高原地區，擁有豐富的太陽能資源，因此在暖通空調系統的研發中，可以著重針對太陽能進行技術開發；在我國沿海地區，擁有大量的潮汐能資源，所以可以從發電技術及暖通空調技術的角度，加大潮汐能的使用。另外，在規模較大的城市中，可以針對城市垃圾建設垃圾發電站，將不同類型的垃圾中潛藏的能源利用起來。再比如，在一些鄉村地區，可以在其發達的種植業、畜牧業基礎上，廣泛建立沼氣發電系統，通過對生物質能的轉化使用，滿足當地居民暖通空調系統的電能需求。也就是說，不同地區的暖通空調系統技術研究人員，需要對當地社會經濟發展現狀及能源儲備特點進行深入分析，尋求更為合適的新能源及可再生能源技術研發方向，這也是當代科學發展和可持續發展理念的重要體現。

4.2 要重視能耗控制，構建能源回收機制

針對暖通空調系統的能源結構優化，不僅要關注對能源類型本身的改良，還要對能源應用過程進行技術改造。首先，要加強對暖通空調系統變頻技術的應用，讓暖通空調在滿足人們環境調節需求的基礎上，實現能耗的動態化平衡，達到節能減排的目的；其次，要在暖通空調系統中加強對能耗的回收再利用，結合人們使用暖通空調的習慣以及系統本身運行的特點，對一些能源進行回收、轉化及再利用。比如，傳統太陽能暖通空調系統是通過太陽能接收板來加熱管道中的水，用比熱容較大的水來儲備熱能，滿足暖通空調的功能需求。但是，人們使用習慣的不同，會導致系統或多或少出現熱能損失的情況。而通過現代技術的應用，可以將太陽能產生的熱能轉化為電能進行儲備，在極低損耗的情況下，滿足人們對暖通空調乃至其他家居設備的使用需求。顯然，這種能源轉化及回收機制，可以很大程度上進一步發揮新能源及可再生能源的應用價值。

5 結 語

綜上所述，在社會經濟飛速發展的背景下，人們的生活品質要求越來越高，而暖通空調作為能夠給人們帶來舒適健康環境的設備，在各類建筑中的應用率越來越高。為了在不影響暖通空調核心功能的基礎上，減少能源消耗和環境污染，關于新能源及可再生能源的技術研究尤為重要。因此，有必要從太陽能、地熱能、海洋能、生物質能等新能源的研究入手，結合暖通空調系統的技術改良，逐步減少暖通空調對傳統能源的依賴，為生態環保及社會可持續健康發展做出關鍵的貢獻。