《第三部分可再生能源建筑应用技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三部分可再生能源建筑应用技术（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三部分 可再生能源建筑应用技术摘要：分别针对空调采暖系统（包括太阳能空调采暖技术、空气源热泵空调采暖技术、地源热泵空调采暖技术）、生活热水系统（包括太阳能热水系统、空气源热泵热水系统、地源热泵热水系统）、建筑供电系统等可再生能源应用技术，介绍其基本原理、系统形式与组成、优缺点与适用性，当前的市场发展概况等。3.1 可再生能源定义与分类可再生能源是指从自然界直接获取的、可连续再生、永续利用的一次能源，包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。这些能源基本上直接或间接来自太阳能，具有清洁、高效、环保、节能的特点。有效开发利用可再生能源，促进可再生能源建筑应用发展，对增加能源供
2、给，优化能源结构，促进能源互补，提高能源利用效率，保障能源安全，保护和改善生态环境具有重要作用，也是建设资源节约型、环境友好型社会和实现社会的可持续发展的迫切需要。本文重点研究与建筑紧密结合的可再生能源建筑应用技术，包括空调采暖系统可再生能源技术、生活热水系统可再生能源技术、建筑供电系统可再生能源技术进行分类讨论。3.2 空调采暖系统可再生能源应用技术3.2.1 太阳能空调采暖技术3.2.1.1 太阳能空调技术1、太阳能空调技术的原理、组成及发展概况太阳能空调系统是一种利用太阳能实现空气调节和制冷采暖的系统。而太阳能作为一种辐射能，不带任何化学物质，是最洁净、最可靠的能源。这不仅减轻了环境污染
3、和用电负荷大等问题，而且实现了能源的高品质利用。利用太阳能作为能源的空调，其优势在于太阳能辐射越是强烈，环境温度越高，太阳能空调越能满足空调环境的制冷要求。同时，除循环用电能外没有其他电能输入，城市大气温度的“热岛效应”远小于普遍使用的电能驱动空调系统。太阳能光热技术范围包括低、中、高温三个层级。低温利用( 100，包括有太阳能热水器、太阳能温室等；中温利用(100 500 )，包括太阳能空调等；高温利用( 500 ) 主要用于太阳能热发电。中国的太阳能光热产业很大程度上依然停留在低温的热水阶段，而在太阳能中、高温利用比如太阳能空调、热发电等领域仍然存在着巨大的发展潜力。但面临的现状同样也是各
4、个行业面临的共同难题核心技术的缺乏。从理论上讲，太阳能空调的实现有两种方式，一是先实现光-电转换，再用电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷；二是利用太阳的热能驱动进行制冷。对于前者，由于大功率太阳能发电技术的昂贵价格，目前实用性较差。因此，太阳能空调技术一般指热能驱动的空调技术。当然，广义上的太阳能空调技术也包括地热驱动和地下冷源空调技术。目前太阳能制冷的方法有多种，如压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸收式制冷等。由于技术、成本等原因，太阳能空调一般采用吸收式和吸附式制冷技术。中国目前公开报道太阳能空调应用示范项目越2030个，吸收式太阳能空调应用始于1987年，吸附式始于2004年。吸收式制冷技术是
5、利用吸收剂的吸收和蒸发特性进行制冷的技术，根据吸收剂的不同，分为氨-水吸收式制冷和溴化锂-水吸收式制冷两种。吸附式制冷技术是利用固体吸附剂对制冷剂的吸附作用来制冷，常用的有分子筛-水、活性炭-甲醇吸附式制冷。两种制冷技术均不采用氟利昂，可以避免对臭氧层的破坏作用，具有特别的意义；并且二者采用较低等级的能源，在节能和环保方面有着光明的前景。另外，吸附式制冷系统运行费用低（或无运行费用），无运动部件，寿命长，无噪声，尤其在航空、航天等特殊领域广泛应用。实践证明，采用热管式真空管集热器与溴化锂吸收式制冷机相结合的太阳能空调技术方案是成功的，它为太阳能热利用技术开辟了一个新的应用领域。 图3-1为太阳
6、能空调-热水一体化系统原理图。该系统可以实现夏季制冷、冬季采暖、全年提供生活热水等多项功能。主要由热管式真空管集热器、溴化锂吸收式制冷机、储热水箱、储冷水箱、生活用热水箱、循环水泵、冷却塔、风机盘管、辅助热源等组成。工作原理为：在夏季，水由自来水管经过滤器进入储水箱，水位达到上限时，自动控制器关闭电磁阀门，水泵驱动水循环流动，将集热管的热量传递到水箱中。当热水温度达到一定值（正常情况下能达到90左右）时，从储水箱进吸收式制冷机提供热媒水；从吸收式制冷机流出并已降温的热水流回储水箱，再由太阳能集热器加热成高温热水；从吸收式制冷机产生的冷媒水流到空调箱（或风机盘管），以达到制冷空调的目的。当太阳能
7、不足以提供高温的热媒水时，可以另外启动辅助加热装置（电加热或微型燃油、燃气锅炉加热）。在冬季，太阳能集热器加热的热水进入储水箱，当热水温度达到一定值时，从储水箱直接向空调箱（或风机盘管）提供热水，以达到供热采暖的目的。当太阳能不能满足要求时，也可由辅助系统补充热量。在非空调采暖季节，只要将太阳能集热器加热的热水直接通向生活热水储水箱中的换热器，通过换热器就可将储水箱中的冷水逐渐加热以供使用。图3-1 太阳能空调-热水一体化系统原理图2、太阳能空调系统的优点（1）太阳能空调的季节适应性好，也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求；（2）传统的压缩式制冷
8、机以氟里昂为介质，它对大气层有极大的破坏作用，而制冷机以无毒、无害的纯天然制冷工质水或溴化锂为介质，它对保护环境十分有利； （3）太阳能空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来，显著地提高了太阳能系统的利用率和经济性；（4）采用太阳能空调供热综合系统，每年可节省大量常规能源耗费，有显著的经济、社会和环境效益。3、推广运用中需解决的问题（1）太阳能空调开始进入实用化阶段，希望使用太阳能空调的用户不断增加，但是目前已经实现商品化的产品大都是大型的溴化锂制冷机，只适用于单位的中央空调。对此，空调制冷界正在积极研究开发各种小型的溴化锂或氨水吸收式制冷机，以便与太阳集热器配套逐步进入家
9、庭； （2）太阳能空调可以无偿利用太阳能资源，但是由于自然条件下的太阳辐照度不高，使集热器采光面积与空调建筑面积的配比受到限制，目前只适用于层数不多的建筑。对此，需要加紧研制可产生水蒸气的真空管集热器，以便与蒸气型吸收式制冷机结合，进一步提高集热器与空调建筑面积的配比； （3）太阳能空调可以大大减少常规能源的消耗，大幅度降低运行费用，但是目前系统的初投资仍然偏高，只适用于有限的富裕用户。为此，需要坚持不懈地降低现有真空管集热器的成本，使越来越多的单位和家庭具有使用太阳能空调的经济承受能力。（4）太阳能系统在弱阳光或者无阳光场合不能高效连续制冷，系统实际运行工况不稳定，各参数及变负荷运作较难把握
10、，而且管路设计较复杂，改造方案较难实施，另外考虑好吸收式制冷机的防腐和管道的保温处理。3.2.1.2 太阳能采暖技术1、太阳能采暖技术的原理、分类及发展概况太阳能采暖系统是指以太阳能作为采暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能转换成热能，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。系统主要由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其他能源辅助加热换热设备集合构成太阳能采暖一般分为主动式和被动式两种方式。被动式太阳能采暖通过建筑的朝向和周围环境的合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使建筑物在冬季能充分收集、存储和分配太阳辐射热。主动式太阳能采暖
11、系统主要由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其他能源辅助加热、换热设备集合构成，相比于被动式太阳能采暖，其供热工况更加稳定，但同时，投资费用也增大，系统更加复杂。随着经济和社会的发展，主动式太阳能采暖开始大规模应用。太阳能供热采暖系统也可以从不同的角度进行分类，包括：按太阳能集热器类型、太阳能集热系统运行方式、蓄热系统蓄热能力、末端供热采暖系统类型等进行分类。（1）按太阳能集热器类型，可分为液体集热器太阳能供热采暖系统和空气集热器太阳能供热采暖系统。前者太阳能集热器回路中循环的传热介质为液体；后者太阳能集热器回路中循环的传热介质为空气。（2）按太阳能集热系统运行方式，可
12、分为直接式太阳能供热采暖系统和间接式太阳能供热采暖系统。前者是指由太阳能集热器加热的热水或空气真接用于采暖的系统；后者是指由太阳能集热器加热的传热介质，通过换热器对水进行加热，然后再将热水用于采暖。（3）按蓄热系统蓄热能力，可分为短期蓄热太阳能供热采暖系统和季节蓄热太阳能供热采暖系统。前者蓄热时间为一天或数天，其目的是为了调整一天内或阴雨天的热量供给与热负荷之间的不平衡；后者蓄热时间为数月，其目的是为了调整跨季度的热量供给与热负荷之间的不平衡。（4）按末端供热采暖系统类型，可分为低温热水地面辐射板采暖系统、水-空气处理设备采暖系统、散热器采暖系统和热风采暖系统等。上述分类如图3-2所示。图3-
13、2 太阳能供热采暖系统分类虽然我国太阳能热水器应用已经相当广泛，但太阳能采暖工程应用却处于起步阶段，目前已建成若干单体建筑太阳能供热采暖试点工程：如北京清华阳光能源开发有限公司和北京桑普公司的办公楼，北京平谷新农村建设项目的将军关、玻璃台村农民住宅，拉萨火车站等。太阳能区域供热采暖工程（小区热力站）则还没有应用实践。近年的太阳能采暖建设项目中，比较集中和有代表性的是北京周边郊区县新民居的太阳能采暖工程。由于农村住宅相对分散，密度低，不宜采用投资大、维护水平高的集中供暖模式，而传统的燃煤取暖方式又存在效率低、污染环境、费用较高等问题，在农村推广安全环保、运行费用低的太阳能采暖系统符合新农村建设的
14、客观要求。太阳能采暖所需的集热面积远大于太阳能热水系统，安装位置要求较大，对于高层建筑或居住密度较大的城区存在安装建设条件不足的问题，限制了应用，而农村住宅一般建筑容积率较低，没有明显遮挡，具备建设太阳能采暖项目的良好条件。2、太阳能采暖技术的特点太阳能采暖系统与常规能源采暖系统的主要区别在于，它是以太阳能集热器作为热源，替代或部分替代煤、石油、天然气、电力等作为能源的锅炉。太阳能集热器获取太阳能辐射能而转换的热量，通过末端供热系统送至室内进行采暖，过剩的热量贮存在储热水箱内。当太阳能集热器收集的热量小于采暖负荷时，由贮存的热量来补充；若贮存的热量不足时，则由备用的辅助热源提供。太阳能采暖系统
15、与常规能源采暖系统相比，有以下几个特点。(1)系统运行温度低由于太阳能集热器的效率随运行温度升高而降低，因而应尽可能降低太阳能集热器的运行温度，即尽可能降低太阳能采暖系统的供热水温度。如果采用地板辐射采暖系统或顶棚辐射板采暖系统，则集热器的运行温度在3038之间即可，可使用平板型集热器；而如果采用普通散热器采暖系统，则集热器的运行温度必须达到6070以上，应使用真空管集热器。(2)有贮存热量的设备由于照射到地面的太阳辐射能受气候和时间支配，不仅有季节之差，一天之内的太阳辐照度也是不同的，因而太阳能不能成为连续，稳定的能源。因此，如果建筑物要满足连续采暖的需求，系统中就必须有贮存热量的设备。对于
16、液体集热器太阳能采暖系统，贮存热量的设备可采用储热水箱；对于空气集热器太阳能采暖系统，贮存热量的设备可采用岩石堆积床。(3)与辅助热源配套使用由于太阳能经常不能满足采暖所需要的全部热量，或在气候变化大而贮存热量又很有限时，特别是在阴雨雪天和夜间几乎没有或根本没有日照的情况下，太阳能都不能成为独立的能源。因此，要满足各种气候条件下的采暖需求，辅助热源是不可缺少的。太阳能采暖系统的辅助热源可采用电力、燃气、燃油和生物质能等。(4)适合在节能建筑中应用由于地面上单位面积能够接收到的太阳辐射能是有限的，若要满足建筑物的采暖需求且达到一定的太阳能保证率，就必须安装足够多的太阳能集热器。如果建筑围护结构的保温水平太低，门窗的气密性又太差，那么在有限的建筑围护结构面积上(包括屋面、墙面和阳台)将不足以安装所需的太阳能集热器面积，因此太阳能采暖只适合在节能建筑中应用。3、太阳能采暖技
