可再生能源与采暖空调技术

[摘要]文章介绍可再生能源的定义和优点，简速可再生能源在采暖空调系统中的应用方式。

[关键词]采暖空调；可再生能源；太阳能；地热能；熟泵

[作者简介]单宇钧，柳州市建筑设计科学研究院信息中心，广西柳州，545001

[中图分类号]TU832

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2009)06-0063-0002

一、引言

可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。可再生能源和化石能源相比具有清洁、环保、资源丰富和可再生的优点。环境污染和能源紧张是我国目前面临的两大难题，大力开发和利用可再生能源对我国经济保持高速发展具有重要意义。

我国的建筑总能耗(包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等)约占全社会总能耗的32％，其中采暖空调的能耗占社会总能耗的比例大于20％。在采暖空调中利用可再生能源可以提高能源利用率，降低化石能源的消耗。

可再生能源在采暖空调中的应用形式有很多种，例如：太阳能的应用、风能的应用、海洋能的应用、地热能的应用等。

二、太阳能在空调系统中的应用

太阳能是无穷无尽无公害的洁净能源，每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿顿标准煤，开发利用太阳能不会污染环境，可以说太阳能是21世纪人类最有希望的能源。我国是太阳能资源相当丰富的国家，年日照时间大于2000小时的地区约占全国国土面积的2／3，绝大多数地区年平均日辐射量在4kWh／m2以上，处于利用太阳能较有利的区域内。

太阳能空调是直接利用太阳能作为主要能源的空调技术，所以它是最有效、最经济、最节能、最环保的空调。太阳能的利用前景广阔，具有巨大的发展空间，在建筑节能领域太阳能将会扮演更加重要的角色。

太阳能在空调系统中的应用主要有以下几种形式：

(一)太阳能热泵系统

太阳能热泵系统是以太阳能集热器作为热泵系统的低温热源。通过电能驱动压缩机使制冷剂在系统中往复循环运动，制冷剂和太阳能集热器进行热交换，汽化吸热，在冷凝器中液化放热，从而达到供暖的目的。太阳能热泵的不足在于。它无法同时实现有效制冷循环而成为实际上的单用系统。此外，如果太阳能热泵同时提供生活用热水的话，需要考虑两个系统的分配与转换问题。

太阳能热泵在实际应用中通常和其他的制冷系统联合应用，从而满足建筑供热、制冷的要求。

(二)光电式太阳能制冷系统

1，太阳能半导体制冷系统

太阳能半导体制冷技术是利用太阳能电池产生的电能来驱动半导体制冷装置。其工作原理是：广伏效应产生电能，再利用帕尔贴效应达到制冷效果。这种空调技术具有使用维护简单、无污染、储能方便、可分散供电的特点。同时，由于是利用帕尔贴效应的制冷技术，其不需要制冷剂、泵和压缩机等机械，无复杂的管路系统，只要简单地切换电流方向就可以使系统由制冷状态转为制热状态。在阴雨天、夜间可利用存储在蓄电池中的电能工作，解决了太阳能供应的间歇性和不可靠性的问题。

太阳能半导体制冷系统的缺点是制冷效率较低(cOP一般约0.2—0.3)、成本高，但是由于其突出的优点，使太阳能半导体制冷技术仍具有广阔的发展前景。

2，光-电-压缩机式制冷系统

这种系统实质上仍是压缩式制冷，其通过光伏转换装置将太阳能转化成电能，经过逆变(高频或者工频)后驱动一般的压缩式制冷机。该系统的缺点是：成本高、总效率低。但是，光伏转换装置产生的电能不仅可以用于压缩机，还可以用于其他电器或并入电网。

(三)太阳能吸收式制冷

吸收式制冷是利用某些具有特殊性质的工质对，通过一种物质对另一种物质的吸收和释放，使溶液浓度发生变化，从而伴随吸热和放热过程。

吸收式制冷过程和压缩式制冷过程相类似，只是用发生器和吸收器取代压缩机。它的制冷过程是利用太阳能聚热器加热发生器中高浓度的溶液，并便溶液中的大部分低沸点制冷剂蒸发，而发生器中产生的低浓度溶液经减压阀进入吸收器。制冷剂蒸气进入冷凝器中释放热量，冷凝成制冷剂液体，再经节流阀降压到蒸发压力进入蒸发器中，蒸发吸收热量而转化为制冷剂蒸气。制冷剂蒸气进入吸收器被低浓度溶液吸收形成高浓度溶液。通过泵将吸收器中高浓度溶液输送至发生器中完成一个制冷循环。

太阳能吸收式制冷技术相对成熟，由于系统成本比压缩式制冷系统高，系统主要用于大型空调。

(四)辐射制冷技术

辐射制冷是一种被动式降温的新方法。辐射制冷原理是将热能传到辐射体上，以特定的波长向天空辐射出去，辐射体由于释放了能量而得到降温。但并不是所有辐射都能自由地穿过大气层，进入外太空这一天然冷库，只有某些波长段的辐射穿透大气层的能力比较强，气象学上称为“大气窗口”。因此，辐射制冷要求辐射体要有严格的光谱选择特性，在对应“大气窗口”的波长段上有很强的辐射率，同时在这以外有极高的反射率。

三、地热能在空调系统中的应用

地热源分为高温地热源和低温地热源。高温地热源的利用主要表现形式为：地热供暖；低温地热源的利用主要表现形式为：地源热泵系统。我国的高温地热源不多，在空调系统中多利用低温地热源。

地源热泵系统，是一种以地表水、地下水、岩土体为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的空调系统。地源热泵系统具有高效节能、无污染、低运行成本，既可采暖又可制冷，并可提供卫生热水的优点，是可再生能源的主要应用方向之一。

地源热泵系统根据地热能交换系统形式的不同分为三类：地表水地源热泵系统、地下水地源热泵系统、土壤地源热泵系统(地埋管地源热泵系统)。

(一)地表水地源热泵系统

地表水地源热泵系统是指以地表水(河水、湖水、水库水、海水和城市污水等)作为系统的冷热源的热泵系统。系统利用水或防冻溶液在由多重并联的塑料管组成热交换器中循环，而热交换器放入地表水中，从而完成热交换。

地表水系统的优势是没有钻井或挖掘费用，与其他类型相比投资较低。缺点是水体温度随空气温度变化较大，从而影响热泵的性能效率。

(二)地下水地源热泵系统

地下水地源热泵系统就是指以地下水作为系统冷热源的热泵系统。通过建造抽水井和回灌井，将地下水从抽水井中抽出，经过二次换热或直接进入热泵机组中，提取热量或释放热量后由回灌井回灌地下。

由于地层具有良好的隔热作用，深井水的水温基本常年不变，对热泵系统的运行十分有利。

(三)土壤地源热泵系统

土壤地源热泵系统也称地下耦合热泵系统或地埋管地源热泵系统，它的冷热源是浅层土壤。利用传热介质(通常是水或加入防冻液的水)在土壤耦合热交换器的闭环回路中流动，从而达到与土壤进行热交换的目的。土壤源地源热泵系统一般按其室外埋管形式分为：水平埋管地源热泵系统和垂直埋管地源热泵系统。

水平埋管前期投资少，但占地面积大；竖直埋管占地面积小，换热性能好于水平埋管，但前期投资大。竖直埋管的埋管深度由岩土的传热性能和可用埋管面积确定。埋管深度超过60m时。钻井成本大幅提高，埋管间距过小则影响换热效果。

四、其他的应用形式

(一)风能(潮汐能)-电-压缩机式制冷方式

风能(潮汐能)通过发电机转化为电能，再由电能驱动压缩式制冷系统。这种方式实质上是风能(潮汐能)发电的一种应用方法。

(二)地道(地下)冷源制冷

将新鲜空气或室内空气送入地道(地下埋管)，放热冷却后送回室内。这种降温技术系统简单、造价低廉，只需消耗少量电力驱动风机，不需耗能制冷。

(三)空气源热泵系统

空气源热泵系统是以空气能作为冷热源的热泵系统。具有体积小、结构简单、使用方便的优点，使之得到了广泛的应用。但是它的缺点同样非常突出，在冬季寒冷天气和夏季高温天气时其效率大大降低，甚至停止工作。

(四)生物质能

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能就是以生物质为载体的能量，包括林业和农业的副产品及加工残余物、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等。

目前生物质能在采暖空调中的应用，主要是沼气采暖和生产热水。

五、结语

我国人口众多，随着经济的高速发展，能源需求的压力日愈加大。多渠道地开发、利用可再生能源。是建设资源节约型社会的要求。在采暖空调中充分利用可再生能源，可以减少初级能源的消耗和室温气体的排放。

可再生能源的多样性，决定其应用于空调系统中的多样化。每种技术都有其优缺点，在实际应用中应因地制宜，根据当地所处的地域和环境选择最佳的应用方案，如：太阳能充足的地区可选择太阳能空调系统，江、河、湖、海边可选地表水地源热泵系统等。