建筑节能论文

杨爽

南京工业大学 建筑环境与设备工程 1104班 23号

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摘 要：水源热泵是一种高效节能、经济环保、安全稳定、冷暖两用、运行灵活的新型中央

空调系统。它利用地表水（江、河、湖水）、地下水、工业废水及生活废水，又可用取之不尽的海水等，借助热泵系统，既能制冷、又能制热，是一种高效建筑节能技术。随着经济的飞速发展,基础能源日趋紧张,建筑节能已经成为我国节能的重点。大力开发利用太阳能,减少商品能源的日常消耗,满足建筑用能,将是建筑节能的重要途径。

关键词：太阳能技术 地源热泵（水源热泵) 建筑节能

Abstract: The water source heat pump is an energy efficient, economic and

environmentally friendly, safe and stable, and well-being of dual-use, flexible new central air conditioning system. It uses surface water (rivers, lakes),

groundwater, industrial wastewater and domestic wastewater, and an inexhaustible supply of water and other available means of a heat pump system, both cooling and heating can, is a highly efficient energy-saving building technologies . With the rapid economic development, basic energy has become tighter, building energy efficiency has become the focus of our energy. Vigorously develop the use of solar energy, reduce the daily consumption of commercial energy, to meet building energy use, will be an important way of building energy efficiency.

Keywords: Solar technology Ground 、source heat pump（Water source heat pump）

Building Energy

1. 背景介绍

热泵（制冷机）是通过作功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。建筑的空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求。传统的空调系统通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）。建筑空调系统由于必须有冷源（制冷机），如果让它在冬季以热泵的模式运行，则可以省去锅炉和锅炉房，不但节省了初投资，而且全年仅采用电力这种清洁能源，大大减轻了供暖造成的大气污染问题。本文通过分析太阳能，水源热泵，地源热泵的技术特点及在建筑节能工程中的重要地位,希望通过本文的阐述把其作为新能源,为实现节约型社会,走可持续发展道路提供理论参考。

2. 系统介绍

2.1 水源热泵

水源热泵是一种高效节能、经济环保、安全稳定、冷暖两用、运行灵活的新型中央空调系统。它利用地表水（江、河、湖水）、地下水、工业废水及生活废水，又可用取之不尽的海水等，借助热泵系统，既能制冷、又能制热，是一种高效建筑节能技术。 关键字：水源热泵 空调系统 节能 可再生能源 2.1.1 发展近况

我国的水源热泵刚刚起步，发展前景看好。目前已经有数个示范工程。在华东地区，越来越多的中国用户开始熟悉水源热泵，并深感兴趣。主要是因为常规能源的节约和可再生能源的充分利用；另一方面是因为有较好的热泵科研与应用基础。 2.1.2 系统组成及工作原理

水源中央空调系统是由末端（室内空气处理末端等）系统，水源中央空调主机（又称为水源热泵）系统和水源水系统三部分组成。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机（热泵）\"泵\"送到高温热源，以满足用户供热需求。 为用户供冷时，水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）转移到水源中，以满足用户制冷需求。制热工况的原理与制冷工况类似，只不过是热泵机组的循环方向相反、相应换热器的功能互换。 水源热泵根据对水源的利用方式的不同，可以分为闭式系统和开式系统两种：闭式系统需要构造地下埋管换热器或者地表水埋管换热器，形成封闭的地源水循环系统，向地下土壤或者地表水散热或者取热。开式系统的特点是抽取地下水或者地表水，在板式换热器中与机组的循环工质进行热交换，实现散热或者取热后，再回灌到地下或者河流。本文所讨论中心议题是开式系统。

虽然在长江三角洲地区直接抽取地下水的方式受到严格限制，但是在一些地区仍然是一种可行的节能技术，并且地表水类型的水源热泵不受限制。

2.1.3 水源热泵中央空调与其它常用中央空调冷热源的技术特点对比 水源热泵在夏季制冷时可使机组的冷凝温度降低、在冬季可使机组的蒸发温度提高，都能提高产能效率；此外，它们所利用的低温热源通常可以来自环境（大气、地表水和大地）或各种废热。热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。 空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求，传统的空调系统通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）。如果让传统的空调系统在冬季以热泵的模式运行，则可以省去锅炉和锅炉房，不但节省了初投资，而且全年仅采用电力这种清洁能源，还能大大减轻供暖造成的大气污染问题。

水源热泵机组系统运行稳定，能效比可达5~6，远大于其它同类型机组。系统运行过程中，无燃烧，无任何固态、液态或气态污染物排放，是\"绿色\"供暖（冷）的环境系统工程。水源热泵的污染物排放与电供暖相比，相当于减少70%以上。

水源热泵 机房占地面积小，可设在地下室 20年 只利用地下水源的热量采用回灌技术，不消耗水资源 电能利用系数为3.8~6.0 无燃烧污染水资源与制冷剂不接触，无水源污染，噪音低 需要一定量的水资源，维护简单

溴化锂吸收式直燃机 机房占地面积大，冷却塔要占用屋顶面积，储油设备需要占地，要求有一定的安全间距 10年 冷却水循环量的2%冬季供热的排污补水 燃油或燃气能源利用系数为80% 有燃烧污染有一定的噪音和水霉菌污染 机房需要设置安全报警装置

水冷机+电锅炉 需设冷冻站和锅炉房，冷却塔要占用屋顶面积，电负荷较大 冷水机组20年电锅炉15年 冷却水循环量的2%冬季锅炉的排污补水 电能夏季：能源利用系数为3.5~3.8冬季：90% 无燃烧污染夏季有一定的噪音和水霉菌污染 需要设置两套机组和人员，运行维护复杂

2.1.4 中国水源热泵市场分析

中国早在50年代，就曾在上海、天津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了中国热泵的研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。其中清华大学在多工况水源热泵经过多年的研究已形成产业化的成果，已建成数个示范工程。

在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。一方面，中国的经济要保持较高速度的增长，另一方面，又必须考虑环保和可持续发展问题。所以要求提高能源利用效率，要求能源结构调整。能源利用效率提高，会鼓励各种节能设备和技术的推广，能源结构调整的方向

就是从以煤为主转为以燃气，直至以电为主。在中国的能源消耗中，建筑耗能的比例相当高。为了适应市场要求和参加国际竞争，必须加快中国品牌的水源热泵的产业化研究开发。 2.1.5 结论

水源热泵空调节能技术是节约能源、改善生活、减轻环境污染、促进经济可持续发展的有效措施。水源热泵技术充分利用有利的自然资源，挖掘节能潜力，减少能源消耗，降低运行维护成本。相信在不久的将来，水源热泵空调节能技术必将获得更加稳定和快速的发展。

2.2 太阳能空调

随着经济发展， 采暖、空调和生活用热的需求越来越大，能耗也随之增大。利用太阳能供电、供热、供冷、照明， 建成太阳能综合利用建筑物， 是国际太阳能学术界的热门研究课题。美国、德国、日本、意大利等国家都已建成这种全部依靠太阳能的示范建筑物。我国的太阳能利用大多停留在完全通过建筑物结构、朝向、布置以及相关材料的应用进行集取、储存和分配太阳能，这是一种被动式的使用太阳能。比这一阶段前进一步的是以太阳能集热器与风机、泵、散热器等组成的太阳能采暖系统或者与吸收式制冷机组成的太阳能空调及供热系统， 这种主动式的使用可以提高太阳能的使用效率，更好地节约宝贵的能源。 2.2.1 发展近况

日前，在天津华苑软件园安装的太阳能空调，就是利用了６５００ m2 的屋顶来收集太阳能，为大楼内１２万 m2的房间服务。它可以追随太阳运动调整角度吸收太阳能制冷、制热，这不仅是国内第一台，也是全球范围内制冷量、使用面积都屈指可数的太阳能空调。 2.2.2 工作原理

该太阳能空调利用聚焦集热技术实现太阳能的光热转化，转化的热能提供给溴化锂吸收式空调机组制冷或采暖。具体形式为： 反射镜将阳光反射并聚焦到真空管上， 真空管吸收反射的阳光加热管内循环水， 被加热的循环水以汽液状态进入汽包；汽包是汽液分离的场所， 分离的蒸汽进入溴化锂吸收式空调机组， 为机组提供制冷或制热的能源。制冷过程为： 阳光照射在反射板并聚焦到真空管上时， 管内的循环水被加热， １８０ ℃的高温热源水进入主机高发，主机以热水机的循环进行制冷运行。热源水在高发内换热后，由集热泵再送入集热管路循环加热。太阳能制冷过程中， 如果光强减弱使集热器不能获取足够热量时， 通过改变热源泵运行频率改变热源水流量，使热源水温度保持在 １８０ ℃，同时，启动燃烧机，由太阳能和补燃共同完成制冷运行。 制热过程为： 阳光照射在反射板并聚焦到真空管上时， 管内的循环水被加热至 １３０ ℃进入主机高发， 加热采暖热水器进行制热运行。太阳能制热过程中，如果光强减弱使集热器不能获取足够热量时， 通过改变热源泵运行频率改变热源水流量， 使热源水温度保持 １３０ ℃， 同时，启动燃烧机， 由太阳能和补燃共同完成制热运行。 2.2.3 节能效果

太阳 对 地 球的 年 辐 射总量 为 １．８×１０１８ ｋＷ·ｈ。 如 果０．０１％ 能够被利用，折合到每人为： １．８×１０１８×０．０１％÷（ ６０×１０８） ＝３０ ０００ ｋＷ·ｈ ／ａ。

夏季，天气越热，空调的负荷越大， 需要的制冷量就越大，而此时太阳幅射最强， 提供的热能最多， 太阳能空调提供的冷量也就最高。

冬季，太阳能辐射减弱， 但所需的制热循环水温度不高（ ６５ ℃即可），在满足制冷工况的集热面积下， 同样能满足制热负荷要求。

太阳能空调可提供制冷、制热和卫生用热水，基本可以满足一般建筑需求。

天津地区属太阳辐射二类地区， 太阳能资源充裕，很适宜发展太阳能空调。天津 ２００５ 年缺电 １００万 ｋＷ， 如果使用太阳能空调，可以弥补供电缺口，分泄供电“洪峰”压力。中国太阳能资源十分丰富且分布广泛，有 ２／３ 的地区年日照时数达 ２ ０００

ｈ。但应用非常有限， 在空调领域的商业应用微乎其微； 太阳能空调利用免费的阳光， 因此运行成本极低， 在较短的时间内即可收回设备投资。用户可近乎奢侈地享受空调。太阳能空调运行无污染；太阳能空调的应用将缓解电力电网的建设、营运压力， 减少社会污染整体排放， 保护人类生存的地球环境。 2.2.4 结论

太阳能是最丰富的能源， 太阳能空调是最有效、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。为实现节约型社会,走可持续发展道路提供理论参考。

2.3 地热能供暖及热泵和海水源热泵的应用

在能源情势如此严峻的情况下，新能源以其天然的可再生性与环保性日趋受到人类的关注与重视，开发利用新能源成为各国能源战略规划中一致的选择。新能源受宠原因在于其具有传统能源无法比拟的优点：具有丰富的来源，几乎是取之不尽，用之不竭；对环境的污染很小，是能够与生态环境相协调的清洁能源。 2.3.1 地热供暖在全球及中国的发展情况

世界各国对地热采暖非常重视。日本、冰岛、法国、美国、新西兰等都大量利用地热采暖。冰岛地处北极圈边缘，气候寒冷，一年中有300—340天需要取暖。但该国缺煤少油，常规能源极其贫乏，他们依靠得天独厚的地下热水，全国有85%的房屋用地热供暖。地热采暖是发达国家最大的地热直接利用项目，占地热资源总利用量的33%。 在中国，地热资源是比较丰富的，地热资源潜力占全球的7.9%，总能量为11×106EJ/a，以中低温为主，几乎遍布各省市自治区。根据地热勘查国家标准GBll615—89规定，中国的地热资源按温度分为高温、中温、低温三级，其分布区域和用途如表1。其中中低温地热资源由于温度较低，适合于直接综合性利用。

表1 中国地热资源的分级、分布和用途

温度分级 高温 中温 热 水 低 温热水 温度（t）界限(℃) t≥150 90≤t＜150 沿海一带如广东、福建、 60≤t＜90 40≤t＜60 25≤t＜40 海南等省区（中低温对流型）；华北、松辽、四川、鄂尔多斯 (中低温传导型) 主要分布区域 西藏、腾冲现代火山区及台湾 主要用途 发电、烘干 工业利用、烘干、发电、制冷 采暖、工艺流程 医疗、洗浴、温室 农业灌溉、养殖、土壤加工 温 温 水 2.3.2 土壤源热泵在国外及中国的发展情况

在北美，土壤源热泵技术已经完全商业化，出现了多家生产地源热泵及供热制冷系统的著名企业，如：Waterfumace、Geothermal DX、ydron等。分布在北美各地的设备供应商、工程商可为不同要求的用户提供完善周到的服务。现在，美国土壤源热泵的销售量每年大约以15%速度增长，远远高于其他空调的增长率。经过近20年的发展，此项技术已在北美各类建筑工程上得到了广泛的应用。在中、北欧国家，地源热泵则主要用于室内地板辐射供暖和提供生活热水，尤其是瑞士，在家用供热装置中，地源热泵所占的比例很大。

中国科技部和美国能源部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。2000年6月19至23日在北京由国家科学技术部高新技术开发与产业化司召开了中美地热泵技术交流会，会议的主题就是“提供

运用地热泵技术为住宅小区或公用楼宇采暖制冷，大幅降低运行费用的节能解决方案”的主题。

2.3.3 海水源热泵

海水源热泵技术是水源热泵技术的一种，即利用少量电能，从海水中提取热量和冷量，达到制热和制冷的目的。海水源热泵技术广阔的市场前景业内人士所看好。就运行成本而言，使用海水源取暖和制冷不需要煤炭、油料，这将大大降低成本。与其他供暖方式，如锅炉供热系统相比，海水源热泵技术也具有明显的竞争力。锅炉供热只能将90～98％的电能或70～90％的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此海水源热泵要比电锅炉加热节省2／3以上的电能，比燃料锅炉节省1／3以上的能量；由于海水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，其运行费用为普通中央空调的50～60％。 2.3.4 海水源热泵案例——青岛海水源热泵项目

青岛海水源热泵项目。2005年11月底，经过为期两个月的施工，总面积达1871平方米的青岛发电厂职工食堂率先采用海水源热泵项目并投入试运行。

该工程位于青岛发电厂内，建筑共2层，一层为职工食堂，二层为工会办公室，层高均为4.5m，建筑面积2400m2，空调总面积为1871.5 m2(不计算浴室面积)。此热泵空调系统同时供应洗澡热水，按100m2/d计。一层为职工食堂，分就餐区和厨房灶间两部分，24h正常营业。厨房灶间由于有蒸汽锅等散热量较大的设施、设备，冬季白天温度大约在26℃—28℃，需要制冷运行；晚上需要制热运行。二层为工会办公室、歌舞厅、健身活动室以及会议室，各自冷热温度需求不同，使用时间分散且不固定。

整个海水源热泵技术包括取水设备、板式换热器、热泵机组（压缩机）和输风管4个部分。其工作原理为：将海水抽出后，在其通过板式换热器后，将海水中的热量置换到系统水中，温度稍高的系统水再经过空气压缩机的物理做功后，其温度最高能提高到70～80℃，热水又把空气加热，最后空气经过风管进入房间，达到中央空调制式的制热效果。 该海水源热泵应用示范工程的建立，为开发利用海洋新能源提供了理论和实践样板；积累了海水源热泵运行数据与经验，为大型海水源热泵区域供热供冷提供了科学依据，同时也为上海、重庆等沿江城市的大规模沿江建筑群的空调系统选用，提供了有效借鉴。

3. 结语

新能源的推广和应用，对于能源结构的调整和多元化发展意义重大，是节约利用有限化石能源的有效途径。2006年1月1日，《中华人民共和国可再生能源法》颁布实施，这部被媒体誉为“催生出来的法律”给新能源的开发利用带来福音，会从法律的高度提供支持、保护和规范。新能源在暖通制冷领域的应用也会随之受益和发展。

创造适宜人们生活和工作的室内环境，同时又要将对室外环境的影响减小到最小，进而形成良性循环，这是暖通空调技术人员的职责；因此地热、太阳能等可再生能源的应用以及水源热泵的发展是人们日益关注的领域。希望通过本文的阐述把其作为新能源,为实现节约型社会,走可持续发展道路提供理论参考。

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