淺析幾種常用可再生能源在建筑設(shè)計(jì)中的采用

【摘 要】結(jié)合建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的空調(diào)、熱水等能耗的需求，本文就幾種常用可再生能源形式進(jìn)行分析，作為指導(dǎo)建筑空調(diào)、熱水能耗設(shè)計(jì)工作的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】可再生能源；土壤源熱泵；水源熱泵；太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)；空氣源熱泵

前言

可再生能源是一種清潔且可持續(xù)利用的能源，大力發(fā)展可再生能源，是改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，增加能源供應(yīng)，保障能源安全，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一?？稍偕茉粗饕ǖ?zé)崮?、水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物能等。

1土壤源熱泵

土壤源熱泵是利用地下常溫土壤溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過(guò)深埋于建筑物周?chē)墓苈废到y(tǒng)與建筑物內(nèi)部完成熱交換的裝置。冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖；夏季向土壤排熱，為建筑物制冷。它以土壤作為熱源、冷源，通過(guò)高效熱泵機(jī)組向建筑物供熱或供冷。

制冷時(shí)，土壤源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)中的末端設(shè)備將建筑物內(nèi)的熱量通過(guò)熱泵機(jī)組轉(zhuǎn)移到地下巖土中，實(shí)現(xiàn)了制冷的目的，同時(shí)省去了非熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻塔設(shè)備；制熱時(shí)，流體從地下收集熱量，地源熱泵機(jī)組中的制冷劑將在流體中吸收熱能，利用少量的電能將制冷劑壓縮到高溫高壓狀態(tài)，將吸收的全部熱量（電能 吸收熱能） 一起釋放到采暖系統(tǒng)中，從而達(dá)到了吸收可再生低溫?zé)嵩吹臒崮懿⑤斔偷礁邷責(zé)嵩吹哪康?，?shí)現(xiàn)了可再生地能對(duì)傳統(tǒng)鍋爐的取代。

土壤源熱泵適用條件：1）土壤源熱泵系統(tǒng)適用使用在年冷熱負(fù)荷較為接近的地帶，該系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)土壤吸熱與放熱的平衡，從而避免熱島效應(yīng)。2）需要足夠的地面面積打井換熱，而垂直打井方式的地質(zhì)條件需具備地下打井要求。3）項(xiàng)目的用能及地埋管應(yīng)比較集中，不宜鋪設(shè)過(guò)長(zhǎng)的管路系統(tǒng)，否則會(huì)因管路系統(tǒng)鋪設(shè)過(guò)長(zhǎng)而造成系統(tǒng)的能耗損失，降低系統(tǒng)能量使用的效率。

土壤源熱泵優(yōu)點(diǎn)包括1）機(jī)組性能系數(shù)高， 節(jié)能效果好，環(huán)保、無(wú)污染。2）系統(tǒng)可靠性強(qiáng)， 使用壽命長(zhǎng)。

土壤源熱泵缺點(diǎn)包括1）地下?lián)Q熱器的傳熱性能受土壤性質(zhì)影響較大。2）由于土壤熱導(dǎo)率較低，地下?lián)Q熱器與周?chē)寥赖膫鳠崃枯^少，因此與空氣源熱泵相比，土壤源熱泵地下?lián)Q熱器的預(yù)設(shè)換熱面積較大。

2水源熱泵

水源熱泵是利用地球水所儲(chǔ)藏的能源作為冷、熱源，進(jìn)行轉(zhuǎn)換的技術(shù)。水源熱泵工作原理：通過(guò)輸入少量高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。水體分別作為冬季熱泵供暖、熱水的熱源和夏季空調(diào)的冷源，即在夏季將建筑物中的熱量“取”出來(lái)，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，以達(dá)到夏季給建筑物室內(nèi)制冷的目的；而冬季，則是通過(guò)水源熱泵機(jī)組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖或熱水。

水源熱泵系統(tǒng)的分類：分為地下水水源熱泵、地表水水源熱泵、污水水源熱泵等。

（一）地下水水源熱泵應(yīng)用安裝條件：1）需要有足夠的地面面積供地下水水源熱泵打井進(jìn)行熱交換。2）取水換熱后地下水應(yīng)回灌到取水層相同的承壓水層。

地下水水源熱泵的優(yōu)點(diǎn)包括1）初期投資費(fèi)用較高，維護(hù)費(fèi)用高，運(yùn)行費(fèi)用低。2） 高效節(jié)能、靈活應(yīng)用、運(yùn)行安全可靠。3） 相對(duì)普通空調(diào)節(jié)約成本、利于環(huán)保。

地下水水源熱泵的缺點(diǎn)包括1） 對(duì)地質(zhì)條件要求高，打井成本高。2） 投資成本，由于打井的成本并不與取水量的大小成正比，因此較大系統(tǒng)的投資效益比較高。

（二）地表水水源熱泵應(yīng)用安裝條件：1）水源應(yīng)保持澄清、水質(zhì)穩(wěn)定、不腐蝕、不滋生微生物或生物、不宜結(jié)垢。2）地表水水源熱泵適合安裝在距離江、河、湖、泊以及水庫(kù)較近的位置，較適合500米以內(nèi)的距離。如距離太遠(yuǎn)，增加了管網(wǎng)輸送的水頭損失和降低系統(tǒng)的熱效率。

地表水水源熱泵的優(yōu)點(diǎn)包括1）和空氣相比，熱源熱匯的溫度較為可靠，能效比較高，其運(yùn)行效率要比空氣源高出20～60%，運(yùn)行費(fèi)用僅為普通中央空調(diào)的40～60%。 2）環(huán)保效益顯著，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)。

地表水水源熱泵的缺點(diǎn)包括1） 受可利用的水層的地理結(jié)構(gòu)及水源條件限制。 2）系統(tǒng)容易腐蝕、結(jié)垢或堵塞，盤(pán)管易受損壞且初投資比較高

（三）污水源熱泵應(yīng)用安裝條件：1）采用污水源熱泵的首要條件是附近有污水取水源，并且能取用的污水水源達(dá)要達(dá)到一定的水量。 2）污水源熱泵其安裝應(yīng)在距離污水源500m左右的位置，否則管路太長(zhǎng)，熱損耗大，而達(dá)不到制熱的要求。

污水源熱泵的優(yōu)點(diǎn)包括1）高效節(jié)能，環(huán)保效益顯著。 2）投資運(yùn)行費(fèi)用低，系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，設(shè)備的可靠性強(qiáng)，維護(hù)量小，平時(shí)無(wú)設(shè)備的維護(hù)問(wèn)題。

污水源熱泵的缺點(diǎn)包括1）污水源熱泵只能利用周邊污水資源，可利用的水源條件受限制。

3太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

在太陽(yáng)能的熱利用中，關(guān)鍵是將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。由于太陽(yáng)能比較分散，必須設(shè)法把它集中起來(lái)，所以，集熱器是各種利用太陽(yáng)能裝置的關(guān)鍵部分。集熱器是吸收太陽(yáng)輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱介質(zhì)的裝置。

其運(yùn)行原理是：在太陽(yáng)光照條件下，在太陽(yáng)能集熱器的出水末端增加一個(gè)溫度探頭（水箱內(nèi)的水位可以采用機(jī)械浮球控制，也可以采用控制器控制水位探頭）。當(dāng)集熱器內(nèi)的水溫達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制器發(fā)出信號(hào)，控制打開(kāi)電磁閥，冷水把已經(jīng)達(dá)到設(shè)定溫度的熱水頂入儲(chǔ)熱水箱并儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)集熱器內(nèi)水溫低于設(shè)定值時(shí)，控制器開(kāi)始動(dòng)作使電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。如此不斷循環(huán)使儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的高溫水不斷增多，當(dāng)儲(chǔ)熱水箱內(nèi)的水位達(dá)到最高水位時(shí)，系統(tǒng)關(guān)閉，不再進(jìn)水。

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

1）較少投入，贏得高回報(bào)

太陽(yáng)能中央熱水系統(tǒng)一次投資，長(zhǎng)期受益，3—5年內(nèi)即可收回投資，免費(fèi)使用10多年；房地產(chǎn)樓盤(pán)，平均每平方米投入20—50元，就能增加樓盤(pán)的新賣(mài)點(diǎn)和附加值，提升樓盤(pán)檔次，促進(jìn)銷售。

2）安全可靠

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是高效地吸收太陽(yáng)輻射能將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿难b置，完全避免了常規(guī)能源熱水器可能發(fā)生的漏電、漏氣、漏油等的不足和不安全因素。同時(shí)它又克服了燃?xì)?、燃油、傳統(tǒng)電熱水器不安全、不衛(wèi)生、不節(jié)能的缺點(diǎn)和隱患。

3）美化建筑，提升樓盤(pán)品位

可結(jié)合建筑的特點(diǎn)量身定制，使太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑完美結(jié)合，相映生輝，美化城市景觀，提升樓盤(pán)品位。

4空氣源熱泵分析

空氣源熱泵工作原理是（通過(guò)冷媒/制冷劑）將空氣中的熱量吸收，釋放到水中，循環(huán)將水加熱，同時(shí)把失去大量能量的低溫空氣釋放到需要制冷的地方，用于制冷需要?？諝庠谑ツ芰拷档蜏囟鹊耐瑫r(shí)，大量的水蒸氣被冷凝，因而釋放的冷氣濕度大大降低，相當(dāng)于具有除濕效果。因此可以集中央熱水、制冷、供暖功能于一體，大大提高性價(jià)比?？諝庠礋岜玫墓ぷ鳒囟仁橇阆?0至40攝氏度。使用這一技術(shù)，能有效節(jié)約能源，其運(yùn)行成本只有電熱水器的1/4，如按照現(xiàn)有的電價(jià)和油價(jià)，燒熱同樣多的熱水，它的運(yùn)行成本只有燃油鍋爐的1/2。

空氣源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

1）安全：利用吸收空氣中的熱量來(lái)加熱水溫，水電徹底分離，并設(shè)多重保護(hù)，不存在任何安全隱患。

2）節(jié)能：用少量的電能將空氣中的熱能搬運(yùn)到水中給水加熱，消耗能源是電熱水器的1/5；煤氣熱水器的1/6；燃油熱水器的1/4；普通太陽(yáng)能的2/3；并且可以利 用低谷電達(dá)到更節(jié)能的效果。

3）不受環(huán)境影響：是一種全天候的熱水供應(yīng)系統(tǒng)，不論陰天、雨天、春夏秋冬、白天黑夜，只要有空氣就有熱水，就能將-10℃～30℃的低溫?zé)崮芡ㄟ^(guò)熱泵機(jī)組的作用，提供溫度達(dá)到60℃左右的熱水。

4）智能化：可自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需值守，自帶溫控裝置和保溫層，可自動(dòng)補(bǔ)水、加熱、斷電，可24小時(shí)提供熱水，兼具熱水、空調(diào)、暖氣的多重功能。

5）安裝方便：空氣能熱水器占地空間很小，外形與空調(diào)室外機(jī)相似，可直接接保溫