可再生能源在供热制冷技术中的应用研究

■李国斌 ■辽宁建筑职业学院，辽宁 辽阳 111000

引言

现阶段，我国人均能源消费水平已经是世界平均水平的一半左右，但是总的能源消耗量已经达到世界排行第二，是仅次于美国的能源消耗大国。随着我国城市化进程的不断推进，建筑行业也进入了高速发展的阶段。据调查研究发现，建筑行业的能耗在我国社会总能耗中的比例在不断加大，其中建筑能耗集中在暖通空调上面，约占了建筑能耗的32%，因此要想做好建筑节能，首先要从建筑的暖通空调方面入手。简单来说，建筑中的暖通空调也就是建筑的供热与制冷。要想节约能耗，将可再生能源利用到建筑的供热与制冷方面无疑是一个建筑可持续发展的方向。

1 可再生能源供热制冷系统

1.1 太阳能采暖系统

太阳能直接采暖系统是由太阳能集热器，蓄热装置，辅助加热水器以及末端构成。这种采暖方式相对比较简单，也方便控制，且投资也不大，目前是一种非常经济合理的能源利用形式，并已经得到了较为广泛的应用。

由于太阳能直接供暖系统的供水温度不高，所以很难满足传统的散热器的采暖方式的要求。目前比较常用的室内末端系统是风机盘管或低温热水地板辐射采暖方式。风机盘管可以冬夏公用一套末端设备，因此降低了系统初投资。而低温热水底板辐射采暖的突出特点是室内热舒适性好、节能。

低温热水底板辐射采暖是配合太阳能、地热能等可再生能源进行采暖的一种较好形式。它是把金属或化学管道埋于地下，靠整个地面和室内的热交换来使采暖房间达到设计温度。地板辐射采暖以低温热水作为热源，以地板为发热体，以辐射传热为主，对流热换为辅，是一种可对房间热微气候进行调节的节能型采暖系统。

1.2 太阳能制冷系统

利用太阳能系统进行建筑制冷，其优点是具有良好的季节适应性，也就是太阳辐射越强其制冷能力越大，太阳能系统制冷的特性恰好满足人们在夏季对于空调的需求。从节能与环保方面来看，用太阳能制冷系统来代替一部分常规的空调系统是现代可再生能源以及现代建筑的发展方向，已经引起全球范围的关注以及重视。

现阶段，利用太阳能系统制冷有两种方法:一是进行太阳能的光电转换，这里需要利用光伏技术利用太阳能产生电力，再以电力来满足常规空调系统的用电需求;二是进行光热转化，将太阳能转化为热能，用于能源制冷。从这两种方法来看，前者系统较为简单，但是进行光电转换所用到的太阳能电池价格较高，在制冷功率不变的情况下，这种制冷方式的造价是常规能源发电价格的3 -4 倍，目前推广应用具有一定的难度。而后面一种方法除了能够制冷之外，还能够进行供热，通常是以第二种在建筑中应用较为广泛。

2 太阳能供热制冷技术在建筑中的应用实例分析

我国某太阳能研究所在2014 年的时候，建成一座以太阳能供热制冷为主的建筑。在建成之前，对当地的太阳能资源进行了详细了解。据悉，该地年平均太阳辐照量为1713MJ/m2。在当地，夏季的最高气温可达33.1℃，冬季最低气温为-7.8℃。当地对于夏季的制冷以及冬季的供暖有着强烈的需求，因此选择该地来进行太阳能空调系统试行。在对太阳能供热制冷进行测试之后，能够达到以下技术性能:

2.1 系统

太阳能制冷、供热功率为100KW;

空调、采暖面积:1000 m2

热水供应量，这里主要是非空调采暖季节:32 m2/d

2.2 太阳能集热器

类型:热管式真空管集热器

集热面积:540 m2

平均日效率:35 -40%，空调采暖时;51%，提供热水时

2.3 制冷机

类型:热水型单级溴化锂吸收式

制冷能力:100kW

热源温度:88℃

冷冻水温度:8℃

性能系数:0.70 左右

该太阳能供热制冷系统采用的辅助热源是燃油锅炉，电动阀、操作工作台、传感器、网络控制模块等构成了太阳能的自动控制系统。在这个系统中，根据不同的季节要求，可以提供5 种不同的运行工况，包括夏季制冷需求的有无，冬季供热要求的有无以及过度季提供生活热水等五种运行状态，同时针对太阳能空调供热系统的过热以及冻结问题，进行有效的解决。经过试验发现，该太阳能系统的具有较高的利用率以及经济性能，值得广泛在建筑中进行推广和应用。

2.4 太阳能供热制冷系统最佳集热面积的确定

以上述实例为例，对最佳集热面积进行分析研究。从夏季以及冬季的太阳能空调系统的热性能方面来考虑，以及较高的太阳能集热器价格，因此其最佳集热面积是在供暖、制冷情况下较小的最佳集热面积作为太阳能系统的最佳集热面积。换句话说，太阳能系统的最佳集热面积就是供热制冷情况下的最佳集热面积。上述应用实例中，该太阳能系统的集热面积为350 m2，是由2100 根热管来构成集热器阵列，其蓄热水箱容积为29.75m3。因此，其冬季以及夏季的系统热性能参数和辅助人员加热量为:

冬季:太阳能保证率为76.78%，52.23%是集热器需要达到的平均效率，而辅助热源的加热量为18478kWh。

夏季:太阳能保证率为75.88%，42.73%是集热器需要达到的平均效率，而辅助热源的加热量为24578kWh。

从上述分析中可以看得出来，在夏季的时候，太阳能系统的太阳能保证率以及集热器的平均效率要远远低于冬季的。这是因为在夏季的时候，冷机要求的热源要比冬季采暖要求的热源温度要高，而本系统中水箱的最高温度在94℃，当达到这一温度时，太阳能集热器不工作，因此尽管夏季太阳辐射量大，但是太阳能保证率比冬季还要低。而正是因为夏季太阳辐射量大，因此计算集热器效率的坟墓大，所以集热器的效率低。但是如果采取一定的措施，例如当水箱温度超过设定的最大值时，可利用多出的热量来加热生活热水，这样能够大大的提高设备利用率以及集热器的效率。

3 加强可再生能源供热制冷技术应用的措施

(1)在建筑工程中，可再生能源的开发与利用需要根据当地的自身实际情况来进行选择，将可再生能源的供热制冷技术与当地的可再生资源结合起来。但是可再生能源的分布通常是较为分散的，因此在对可再生能源进行利用之前，需要对其进行详细的调查研究分析，除了对生产率、储量以及开采量进行调查之外，还做好可再生能源的开发技术以及市场分析。

(2)在建筑中，加大可再生能源综合利用技术。通常情况下，可再生能源的能量不高，在利用的过程中，往往难以实现经济高效的目的，这也是可再生能源利用方面的一个难题。因此，如果加强两种或者多种可再生能源的综合利用，可能会达到更好的经济效果。

(3)要对建筑的冷热负荷进行详细的数据统计和评估，搞清楚建筑冷热负荷的供需关系，这有利于可再生能源供热制冷技术的选择，使其发挥最大的节能和环保千里。政府应该加大力度制定出恰当的政策来鼓励可再生能源供热制冷技术的发展。

4 结束语

面对日趋激烈的能源紧张局面，发展可再生能源供热制冷技术在建筑中的应用具有十分重大的现实意义。从上述分析中可以看出，以太阳能为主的可再生能源，可以满足建筑的供热制冷需求，大大缓解我国能源紧张、环境污染严重的局面。为了更好的将可再生能源用于建筑中，有针对性的提出了几点措施，以促进我国建筑行业的快速、绿色、环保、健康发展。

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