暖通空调领域太阳能应用及发展态势研究

王彦敏 牛埃军

廊坊轩辕建筑设计有限公司 北京东方国兴建筑设计院有限公司

暖通空调领域太阳能应用及发展态势研究

王彦敏 牛埃军

廊坊轩辕建筑设计有限公司 北京东方国兴建筑设计院有限公司

在建筑工程项目中，暖通空调是必不可少的重要组成部分，其与居住环境的舒适程度密切关联。相关资料显示，暖通空调在建筑中的能耗较大，这也是导致建筑能耗居高不下的主要原因之一。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁型能源，业内专家学者加大了对太阳能应用的研究力度，现如今太阳能已经在很多领域中获得应用，并取得显著成果。为有效解决建筑工程中暖通空调的能耗问题，可将太阳能技术应用到暖通空调当中。借此，本文就暖通空调领域太阳能应用及发展态势展开研究。

暖通空调；太阳能应用；发展态势

随着一些国家相继出现能源危机，开发新能源越来越受到世界各国的重视。而太阳能作为一种新型的节能环保型能源，更是深受青睐。许多国家在太阳能的开发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。倘若我们能够充分地利用这部分能量，这无疑将成为对当今节能界的一大贡献。现代建筑中暖通空调系统的能耗量占整个建筑能耗的 60%左右，如果能将太阳能有效地利用到暖通空调领域，则建筑能耗将会有明显降低，有利于建筑节能。目前，太阳能在暖通空调中的应用主要有采暖、通风、空调制冷等。

1 太阳能资源及其利用价值

太阳能是一种由太阳内部连续核聚变而产生的能量，在地球轨道上平均太阳辐射强度约为1.369W/m2，根据赤道周长可计算出地球获得的太阳能为173000TW，地球表面上某一个点24h的年平均太阳辐射强度约为0.20kW/m2，相当于有102000TW的能量。在地球上，有很多能源都来源于太阳，如风能、水能、生物质能、波浪能等。从本质上讲，太阳能是非常特殊的能源，这种特殊性主要体现在它既是一次能源，又是可再生能源，其资源总量极为丰富，相关研究结果表明，在地球生命周期内，太阳能是不可能枯竭的，也就是说太阳能可供地球长期使用。太阳能除了资源丰富之外，还具有很多优点，如安全、清洁、环保、不需要开采等，但也存在一定的不足之处，即过于分散且不稳定。所以想要对太阳能进行充分、有效的利用，就必须解决其分散和不稳定的问题，这一直以来都是太阳能应用技术研究的重点。

2 应用发展

2.1 太阳能热水系统与建筑相结合的技术

目前我国的太阳能热水器行业已经日趋成熟，但是太阳能热水器如何与建筑的使用功能及建筑美观相结合，仍是目前我们要研究的重点。具体应注意以下几点：首先建筑的使用功能应与太阳能热水器的利用有机的结合在一起，形成多功能的建筑构件，巧妙高效的利用空间，使建筑可利用太阳能的部分—向阳面或屋顶得以充分利用；其次要同步规划设计，同步施工安装，节省太阳热水系统的安装成本和建筑成本，一次安装到位，避免后期施工对用户生活造成的不便以及对建筑以有结构的损害；三是综合考虑建筑结构和太阳能设备协调和谐，构造合理，使太阳热水系统和建筑融合为一体，不影响建筑的外观；最后应优先采用集中式系统，有利于平衡负荷和提高设备的利用效率。

2.2 太阳能吸收式制冷

吸收式制冷最有代表性的就是溴化锂吸收式制冷，它利用沸点较低的水作为制冷剂，沸点较高的溴化锂作为吸收剂，太阳能作为吸收式制冷中加热溶液产生高压蒸汽的热源。在溴化锂吸收式制冷循环中，从太阳能集热器出来的热水，在发生器中加热溴化锂溶液；溶液被加热后，沸点较低的水被蒸发，蒸发后的水蒸气进入冷凝器冷凝成水，冷凝水经膨胀阀降压后进入蒸发器，在蒸发器中低温低压的水吸收冷水的热量蒸发，从而达到降低冷水温度的目的。此时，由于发生器中溴化锂溶液中的水分不断析出而使溶液浓度升高，后经调节阀降压后流入吸收器，吸收来自蒸发器中的水蒸气，使溶液浓度降低，并再次送入发生器循环使用。

2.3 太阳能空气供暖系统

太阳能空气供暖系统根据导热介质的不同，可细分为热水集热、热风采暖方式。其中前者主要是采用热水集热器进行集热后，用热水对空气进行加热，为室内供暖；后者则是直接用空气集热器对空气进行加热为室内供暖，这种方式的应用相对较多，其工作原理如下：由系统中的风机驱动空气，使空气在集热器与储热器间不断循环，然后将集热器吸收到的太阳能热量经由空气传给储热器存储下来，或直接供给室内取暖。在这一过程中，风机主要起驱动空气的作用，建筑内的冷空气通过风机输送给储热器与其中的储热介质进行热交换，空气被加热之后，送给室内供暖。在该系统中，集热器是重要组成部分之一，当采用空气作为集热介质时，要求集热器的体积和传热面积要足够大，这样才能提供足够的热量；储热器一般都是采用砾石固定床作为储热材料。

2.4 太阳能热水供暖系统

a) 常规供暖系统。即在普通太阳能热水器系统上增设一个容量足够大的储热水箱，将系统终端改为低温辐射地板采暖盘管或顶棚毛细管辐射散热系统，同时还需加装水泵等附件，使整个系统中的水流形成环路，还要配备一套大功率辅助加热系统。该系统的构成相对比较简单，使用方便。常规系统供热效率较低，对于供热要求较高的寒冷地区不太适用；b) 热泵供暖系统。该系统主要是将太阳能及热设备与热泵系统进行有机结合，通过二者结合之后，有效克服了常规供暖系统的不足，并使全天候供热问题得到了解决。热泵技术属于典型的节能型供热技术，它将高品位的电能作为驱动能源，并从低温热源当中吸取低品位的热能，然后再将这些热能传输给高温热源，进而达到泵热的目的。按照热源类型的不同，可将热泵分为水源热泵、气源热泵及地源热泵等形式，按照工作原理又可分为吸收吸附式热泵、蒸汽喷射式热泵等。太阳能热泵采暖系统最为显著的特点是耗费极少量的电能便可获得几倍于电能的热量，而且还能有效利用低温热源，有利于减少集热面积。

太阳能作为一种健康、环保、可再生能源在空调业有着广阔的应用空间，因此我们应该大力发展太阳能技术，使它更好地利用于我们生产和生活的各个方面。

[1] 王侃宏，毕文峰. 太阳能辅助加热土壤源热泵系统理论分析[J]. 河北建筑科技学院学报，2012(5)：110-114.

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