摘要:據(jù)統(tǒng)計,目前我國建筑能耗約占國民經(jīng)濟(jì)總能耗的25%左右,且呈上升趨勢。另一方面,隨著建筑能耗的增加和大量空調(diào)設(shè)備的安裝,“城市熱島效應(yīng)”日益嚴(yán)重,使環(huán)境日益惡化。我國建筑節(jié)能的重點(diǎn)應(yīng)為:建筑本體的節(jié)能、采暖系統(tǒng)節(jié)能、提高照明和其他電器的效率、大型公共建筑節(jié)能。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異,能源短缺已不容忽視,節(jié)約能源已受到世界性的普遍關(guān)注,在我國亦不例外。目前,全世界有近30%的能源消耗在建筑物上,長此以往,將嚴(yán)重影響世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此,能源問題將成為本世紀(jì)的熱門話題。本文著重講的是現(xiàn)有建筑節(jié)能存在的問題、解決方法與未來的發(fā)展方向。
In recent years, with the "people-oriented" design concept of the proposed residential comfort people have become increasingly demanding, building energy consumption also will increase. According to statistics, China's national economy, building energy consumption accounts for about 25% of the total energy consumption, and on the rise .On the other hand, with the increase in building energy consumption and large air-conditioning installation, "urban heat island effect" is worsening, deteriorating the environment. China's building energy efficiency should focus on are: ontology building energy-saving, energy-saving heating system, improve the efficiency of lighting and other electrical appliances, large public building energy efficiency. With the ever-changing science and technology, energy shortage has not be ignored, a worldwide energy conservation has been widespread concern in China is no exception. At present, nearly 30% of the world's energy consumption in buildings, the long run, it will seriously affect the world economy and sustainable development. Therefore, the energy issue will become a hot topic in this century. This article focuses on talking about the existing building energy problems, solutions and future direction of development.
建筑節(jié)能是一項綜合的大型的系統(tǒng)工程,涉及國家的能源政策,也涉及到建筑、結(jié)構(gòu)、建筑熱工、建筑設(shè)備、建筑電氣、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、計算機(jī)軟件等專業(yè)的技術(shù)、資料、經(jīng)驗。但是就目前已建成的節(jié)能建筑物來看,窗戶過于小,又不能開啟,恐怕還不符合一般人的生活習(xí)慣,而且在建筑本身的節(jié)能上考慮較多,而其中的空調(diào)系統(tǒng),采用高效節(jié)能的主機(jī)和合理的系統(tǒng)設(shè)計,建筑內(nèi)部的熱回收的考慮,尚嫌不足。下面僅就空調(diào)、采暖、熱水供應(yīng)兩個節(jié)能的重大課題,作一介紹。
熱泵技術(shù)是一種熱能回收技術(shù)。使用熱泵技術(shù),利用空氣、水或土壤中所蘊(yùn)藏的趨于無限的能量,一年四季都可以取出其中的熱量來制造熱水;或者將熱量排放到空氣、水、土壤中。利用熱泵原理制造的空調(diào)冷熱水機(jī)組或者熱泵熱水機(jī)組都是一種制冷供熱效率都大于1的設(shè)備。無論是水源熱泵或者空氣源熱泵,都是可以吸取低溫水源或空氣源的熱量,再將這一些熱量連同本身所消耗的一部分電能所轉(zhuǎn)化的熱量,轉(zhuǎn)送到常溫環(huán)境條件下去應(yīng)用。利用熱泵技術(shù),可以充分利用空調(diào)的余熱,制造出空調(diào)和生活熱水同時產(chǎn)生的“兩用機(jī)組”,或者稱之為“熱回收機(jī)組”—在夏季利用空調(diào)用的冷水機(jī)組的冷凝熱回收,可以很方便地得到生活熱水;而在冬季,對于仍需要部分空調(diào)降溫的場合,也比較容易利用空調(diào)余熱來制取生活熱水。例如,南方某酒店的大型中央空調(diào)系統(tǒng),利用部分空調(diào)冷回水為熱源,加裝一臺水源熱泵熱水機(jī)組,達(dá)到了為酒店全年供應(yīng)生活熱水的目的。冬季水源熱泵的蒸發(fā)側(cè)產(chǎn)生的冷水(7℃),仍可以供應(yīng)部分需要空調(diào)降溫的房間(例如,KTV包間、餐廳、歌舞迪斯科舞廳等等),而大型空調(diào)冷水機(jī)組可以關(guān)閉不用利用空調(diào)冷回水為熱源的水源熱泵空調(diào)供熱水兩用系統(tǒng)的簡單流程可見圖1。
目前,許多住宅或商業(yè)建筑中,要求一方面解決冬季采暖和夏季空調(diào)降溫的問題,另一方面又要求全年有生活熱水供應(yīng)。前者,一般用一套家用或商用中央空調(diào)系統(tǒng);后者,單獨(dú)用一套生活熱水供應(yīng)系統(tǒng),也就是說用了兩套獨(dú)立的系統(tǒng)。目前家用/商用中央空調(diào)都是利用空氣源熱泵為主機(jī)的,可以達(dá)到夏季供冷、冬季供暖的作用。當(dāng)氣溫極低時,還必須用輔助加熱的辦法來增加主機(jī)的制熱功率,保證冬季的供暖效果。但目前三種形式的家用/商用中央空調(diào)系統(tǒng),均沒有同時解決全年的生活熱水供應(yīng)問題。
能否做到一套家用/商用的熱泵空調(diào)、采暖、全年生活熱水供應(yīng)的三用機(jī)組,而且不用礦物燃料來補(bǔ)充加熱呢?下面就真正意義上的夏季空調(diào)、冬季采暖、全年生活熱水供應(yīng)一體化的“三用機(jī)組”的研發(fā)作一些介紹和探討。
下面列舉有關(guān)三用機(jī)組的幾種做法。
1雙級壓縮和變頻壓縮,增大單機(jī)低溫工況下的制熱功率
為了提高低氣溫下機(jī)組的制熱功率,采用“一次節(jié)流中間補(bǔ)氣不完全冷卻的雙級壓縮”的機(jī)組,同時對低壓級壓縮機(jī)進(jìn)行變頻控制,其機(jī)組內(nèi)部流程圖可見圖2。
圖2 一次節(jié)流中間補(bǔ)氣不完全冷卻雙級壓縮低壓變頻三用機(jī)組
該機(jī)組在夏季制冷時,僅利用低壓壓縮,四通閥斷電,處于制冷位置(圖上的虛線箭頭表示氟利昂的流向);一般低氣溫下制熱時,也僅開啟單級低壓壓縮,四通閥通電,處于制熱位置;當(dāng)出現(xiàn)低溫制熱工況時,打開節(jié)流裝置B,關(guān)閉電磁閥C,實施對高壓級補(bǔ)氣冷卻的雙級壓縮工作。雙級壓縮時,可以調(diào)節(jié)低壓級壓縮機(jī)的供電頻率,改變低壓級的壓氣量,使得系統(tǒng)的中間壓力處于最佳壓力狀態(tài),保證高效率和一定的制熱量。機(jī)組利用雙級壓縮和增加低壓級壓縮機(jī)頻率的方法來提高制熱量和制熱性能系數(shù),以及降低壓縮機(jī)排氣溫度,來解決空氣源熱泵冬季制熱量不足,制熱性能系數(shù)低下,以及壓縮機(jī)排氣溫度過高無法正常運(yùn)行的問題。。
2利用工質(zhì)(氟利昂)的冷凝熱,以及液氟過冷熱的空調(diào)、采暖、生活熱水三用機(jī)組
利用氣相工質(zhì)的冷凝熱,以及液相工質(zhì)的過冷卻熱的制取空調(diào)冷熱水、全年生活熱水供應(yīng)的三用機(jī)組的原理圖可見圖3。
圖3 利用冷凝熱及過冷卻熱的變頻壓縮制冷、采暖、熱水三用機(jī)組
其特點(diǎn)是:
為利用液氟過冷熱,在冷凝終了的液氟管路上串接一個生活熱水的預(yù)熱器(對于液氟來說是過冷器)8,然后再將過冷的液氟通入貯液器9。這不僅利用了過冷卻熱預(yù)熱了熱水,而且提高了工質(zhì)循環(huán)的性能(增加了工質(zhì)單位重量的制冷量)。為利用高溫高壓氣相氟利昂的冷凝熱,在壓縮機(jī)排氣口1與熱泵四通閥5之間設(shè)置再熱器(熱水器)3,用來全年制取生活熱水。四通閥2及單向閥4、21是為了切斷或打開通向再熱器3的氣相氟利昂管路之用,當(dāng)不需要生活熱水或熱水溫度過高時,改變四通閥2的流向,使得高溫制冷工質(zhì)直接流入熱泵四通閥5中,或被風(fēng)冷凝(制冷時),或加熱空調(diào)用的熱水(制熱時)。
3利用水路切換的水源(地源)熱泵冷熱暖三聯(lián)供系統(tǒng)
目前已有公司推出利用地下水為熱源的部分熱回收的制冷、供暖、熱水供應(yīng)的三聯(lián)供系統(tǒng),水源熱泵機(jī)組內(nèi)的氟利昂介質(zhì)在循環(huán)過程中的流向不改變(無論冬夏,不用四通閥切換,也沒有除霜措施),僅用機(jī)外空調(diào)冷熱水管路上的閥門切換,來達(dá)到夏季供冷、冬季暖熱,其生活熱水僅用過熱氟利昂氣體加熱。
4利用太陽能蒸發(fā)面板為輔助熱源的空氣源三用機(jī)組
綜觀上述幾種三用機(jī)的做法,僅僅是部分利用了工質(zhì)的冷凝熱(或者僅僅是工質(zhì)的過熱焓),其次,這些系統(tǒng)利用雙級壓縮、變頻技術(shù)和復(fù)雜的控制手段,或利用地下水源技術(shù)過于復(fù)雜,會大大增加機(jī)組的一次投資和操作的復(fù)雜性。在空氣為熱源的熱泵中, 可開發(fā)利用非礦物燃料為輔助熱源的家用/商用制冷-采暖-熱水供應(yīng)“三用”機(jī)組。利用一般太陽能真空玻璃管集熱器作為輔助熱源是一個途徑,但是,太陽能真空玻璃管集熱板的集熱效率受天氣、日照、晝夜的影響,而且,1平方米的真空玻璃管太陽能集熱器,每日平均僅能產(chǎn)生65-70升的熱水,而且到了冬季產(chǎn)熱水量會更小。另一種可用引進(jìn)的的技術(shù)-中間安裝有制冷劑蒸發(fā)管的太陽能蒸發(fā)面板。這種面板不同于一般真空玻璃管集熱器,不只依賴太陽光的照射來吸收熱量,而且可以吸取空氣或自然環(huán)境中的各種熱量,不受晴天、下雨的影響,也不受晝夜的影響,只要外界氣溫不低于-20℃,即可蒸發(fā)吸熱(在有太陽輻射時,每平方米面板日產(chǎn)熱水量425升,沒有太陽輻射時,約300升,顯然比一般太陽能集熱板的的效率高)。該集熱面板可以與建筑配合,放置于屋頂、墻面、陽臺、甚至地下車庫里。
住宅或商業(yè)服務(wù)建筑中,能用上一套三用中央空調(diào)系統(tǒng)-充分利用空調(diào)余熱和大自然中熱量-太陽能、空氣,簡化流程、降低造價、達(dá)到供冷、采暖和全年熱水供應(yīng)的效果,可以提高生活質(zhì)量,大大減少建筑耗能。
5.結(jié)束語
由于我國是一個地大人多,而資源并不豐富的發(fā)展中國家,人民物質(zhì)生活不斷提高的要求,受到能源、資源缺乏的制約。如果不及時開展節(jié)能,環(huán)保和能源綜合利用,要在2020年實現(xiàn)和諧的、進(jìn)一步小康的社會,一個實施循環(huán)經(jīng)濟(jì),達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的社會,是不可能的?照{(diào)、采暖和熱水供應(yīng)事業(yè)的節(jié)能,必須和建筑節(jié)能互相配合,同步進(jìn)行。文章介紹了建筑節(jié)能的途徑,以節(jié)能為前提的供熱體制改革,以及應(yīng)用熱泵技術(shù)進(jìn)行空調(diào)余熱回收和冷熱量綜合利用的各種做法,僅僅是建筑節(jié)能和空調(diào)、采暖節(jié)能中的一小部分。合理利用空調(diào)余熱,大力發(fā)展熱泵三用機(jī)組,為社會造福,為人民造福。
參考文獻(xiàn)
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