新能源與可再生能源在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的實(shí)踐探究

路學(xué)明

(中石化綠源地?zé)崮?山東)開發(fā)有限公司，山東 德州 253600)

引言

在人們生活水平不斷提高的背景下，暖通空調(diào)在各類建筑中逐步成為不可或缺的設(shè)備系統(tǒng)。通過暖通空調(diào)系統(tǒng)，人們可以在各個(gè)季節(jié)享受到更為舒適的環(huán)境。但是，受到傳統(tǒng)技術(shù)理念及技術(shù)水平的限制，暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗問題一直都比較突出。在我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新階段，有必要基于生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的理念，對暖通空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級。在這個(gè)過程中，關(guān)于新能源、可再生能源技術(shù)的研究是十分重要的研究方向。

1 暖通空調(diào)技術(shù)中新能源及可再生能源概述

所謂新能源，即區(qū)別于傳統(tǒng)石油、煤炭、天然氣等礦物能源的能源。新能源和傳統(tǒng)能源的區(qū)別在于，在能源開采、使用期間，不會或較少對生態(tài)環(huán)境造成不良影響，是一種有極強(qiáng)社會可持續(xù)發(fā)展價(jià)值的能源。目前相關(guān)領(lǐng)域比較常見的新能源包括太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮?，也包括通過現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)出來的一些能源，如核能、生物質(zhì)能?？稍偕茉词窃谛履茉椿A(chǔ)上被單獨(dú)定義的一類能源，典型特點(diǎn)是在自然條件下可以再生的，與之相對應(yīng)的是傳統(tǒng)礦物能源的不可再生特性。總結(jié)來看，新能源和可再生能源都具有無污染、可持續(xù)使用的特點(diǎn)，這與人與自然和諧共存、社會可持續(xù)發(fā)展的理念是高度契合的。

暖通空調(diào)是人們?yōu)榱颂岣呱钯|(zhì)量而發(fā)明出來的一種環(huán)境溫度調(diào)控系統(tǒng)，傳統(tǒng)技術(shù)模式下，暖通空調(diào)采用的主要能源為電能。在目前我國的能源結(jié)構(gòu)中，以傳統(tǒng)能源為核心的火電廠依然是主要的電能生產(chǎn)渠道，因此電能的高消耗意味著傳統(tǒng)能源的高消耗。所以針對暖通空調(diào)的能源技術(shù)優(yōu)化，是勢在必行的。

2 新能源及可再生能源在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用背景及意義

2.1 背景

新能源及可再生能源主要是指有別于常規(guī)能源的能源類型，這類能源的典型特征在于，無論是能源獲取，還是投入到實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)中，對生態(tài)環(huán)境的影響都非常小。同時(shí)，這類能源在目前的應(yīng)用環(huán)境下，是可以再生的，可以支持人類社會的可持續(xù)發(fā)展。目前，經(jīng)過大量研究，并且成功投入到實(shí)踐應(yīng)用中的新能源、可再生能源包括太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、潮汐能。而目前技術(shù)條件下，暖通空調(diào)系統(tǒng)主要是以電能驅(qū)動(dòng)，再結(jié)合水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)換氣、冷熱調(diào)節(jié)等功能，給人們創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境[1]。目前技術(shù)條件下，為了滿足人們的舒適室內(nèi)環(huán)境需求，大多數(shù)的暖通空調(diào)系統(tǒng)需要長期保持高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，其產(chǎn)生的能耗是相當(dāng)大的。由于目前社會電能有很大一部分都是通過消耗常規(guī)能源生成的，所以過高消耗電能，意味著對自然資源的消耗量十分巨大，自然不利于生態(tài)健康和可持續(xù)發(fā)展。

事實(shí)上，暖通空調(diào)并不僅是指空調(diào)設(shè)備，而是指安裝于建筑物中，通過一系列技術(shù)，滿足室內(nèi)空氣凈化、通風(fēng)、保暖、制冷等需求的系統(tǒng)。在綠色建筑概念背景下，暖通空調(diào)系統(tǒng)被認(rèn)為是導(dǎo)致建筑能耗升高的關(guān)鍵，因此需要通過改良暖通空調(diào)系統(tǒng)，達(dá)到在滿足人們生活舒適健康需求的基礎(chǔ)上，降低建筑能耗的目的。也就是說，正是綠色建筑理念對暖通空調(diào)技術(shù)提出的節(jié)能要求，才促使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研究越來越熱門[2]。目前，為了降低暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗，主要有兩個(gè)大方向。其一是通過改良系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用變頻技術(shù)等方法，從系統(tǒng)設(shè)備本身的角度降低能耗；其二是通過改良傳統(tǒng)能源依賴，通過應(yīng)用新能源、可再生能源的方式，來達(dá)到降低常規(guī)能耗、減少環(huán)境污染的目的。

2.2 意義

在如今社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、社會發(fā)展理念越來越科學(xué)的背景下，人們逐漸意識到環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重要性。但是，受到傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展模式以及現(xiàn)代城市化進(jìn)程加快的影響，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)能源的大量應(yīng)用給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響；另一方面暖通空調(diào)系統(tǒng)的大量應(yīng)用造成了持續(xù)性的高能耗現(xiàn)狀。在該背景下，社會各界關(guān)于新能源、可再生資源的研究和應(yīng)用，而針對暖通空調(diào)的能源體系改良是大勢所趨。很顯然，新能源及可再生能源在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以很大程度上減少對傳統(tǒng)能源的消耗，進(jìn)而規(guī)避傳統(tǒng)能源生產(chǎn)模式下對生態(tài)環(huán)境造成的不良影響。同時(shí)，在技術(shù)持續(xù)優(yōu)化的情況下，以變頻技術(shù)為代表的環(huán)保技術(shù)大量應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)中，這與生態(tài)環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的社會發(fā)展要求高度契合。從另一個(gè)角度來講，在新能源、可再生能源技術(shù)日趨成熟的情況下，其相應(yīng)的成本也在逐步降低，因此這類技術(shù)的應(yīng)用也具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3 新能源及可再生能源在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的實(shí)踐應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 太陽能的應(yīng)用

太陽能是現(xiàn)代人類社會關(guān)于新能源及可再生能源的主要研究對象，因?yàn)榫湍壳暗娜祟悮v史發(fā)展進(jìn)程來看，太陽能是取之不盡用之不竭的，同時(shí)這種能源是足夠清潔無害的。因此，關(guān)于暖通空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)改良，對太陽能的利用尤為重要[3]。

3.1.1 太陽能制冷

制冷是現(xiàn)代人對暖通空調(diào)系統(tǒng)十分重要的功能需求，壓縮制冷設(shè)備是暖通空調(diào)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)制冷的主體，主要是通過電能驅(qū)動(dòng)。因此，將太陽能應(yīng)用于暖通空調(diào)制冷，主要是通過太陽能轉(zhuǎn)化板，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再驅(qū)動(dòng)壓縮制冷設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。需要注意的是，在傳統(tǒng)壓縮制冷式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上使用太陽能，對太陽能轉(zhuǎn)換板材料要求較高，并且涉及到的成本較高，需要從太陽能轉(zhuǎn)化和空調(diào)機(jī)本身角度進(jìn)行技術(shù)改良[4]。另外，行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了一種新型的太陽能空調(diào)制冷技術(shù)理念，即太陽能吸收式制冷。該技術(shù)主要是直接利用太陽能產(chǎn)生的熱量，作用于相關(guān)物質(zhì)，使之形態(tài)發(fā)生改變，在物理變化過程中大量吸熱，達(dá)到制冷的效果。其中，溴化鋰-水溶液系統(tǒng)的應(yīng)用，被證明這一技術(shù)研究擁有較好的前景。近年來，太陽能吸附式制冷也是暖通空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)研究的主要方向之一，這也是通過利用太陽能改變某種物質(zhì)形態(tài)，達(dá)到制冷目的的一種技術(shù)。用到的吸附制冷系統(tǒng)有活性炭-甲醇以及沸石-水溶液等，無論是制冷原理還是過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，都不會產(chǎn)生污染。

3.1.2 太陽能采暖

太陽能采暖技術(shù)的原理比較好理解，即通過利用太陽能產(chǎn)生的熱量，加熱水循環(huán)系統(tǒng)中的水，再將熱量輸送到建筑內(nèi)部各個(gè)部位，實(shí)現(xiàn)供暖功能[5]。近年來，業(yè)界關(guān)于太陽能集熱器的技術(shù)研究越來越先進(jìn)，相關(guān)設(shè)備不僅可以承受各種冷沖擊、熱沖擊，還能適應(yīng)不同的天氣環(huán)境，進(jìn)而在一些太陽能相對比較匱乏的地區(qū)也有不錯(cuò)的應(yīng)用效果。為了進(jìn)一步滿足人們不同季節(jié)、時(shí)間的采暖需求，暖通空調(diào)系統(tǒng)中配置的蓄熱設(shè)備，可以將采集到的熱能儲存下來，或是通過電能轉(zhuǎn)化的方式進(jìn)行儲存，然后在夜間、陰雨天氣為人們供暖。

3.2 地?zé)崮艿膽?yīng)用

我國地緣廣闊，很多地區(qū)都有豐富的地?zé)崮?，這種可再生能源的應(yīng)用，也是目前暖通空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)主要改良研究方向之一。比如，在20m～150m的恒溫層，大地溫度保持相對恒定，則將耦合式地?zé)峤粨Q器安裝于恒溫層內(nèi)部，然后通過U型管形成熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，再通過安裝于建筑結(jié)構(gòu)中的水循環(huán)系統(tǒng)，將熱量輸送到各個(gè)位置[6]，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)供暖制冷功能。另外，地下水地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用，也是一種應(yīng)用地?zé)崮艿募夹g(shù)。該技術(shù)主要是在地?zé)崮芗暗叵滤S富的地區(qū)，建立水循環(huán)系統(tǒng)，直接將高溫地下水抽取進(jìn)入水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。一方面，熱水直接給建筑內(nèi)部供熱，另一方面，多余的熱能或通過耐熱材料儲存，或轉(zhuǎn)化為電能。目前，在部分地區(qū)的綠色建筑中，地表水水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用也尤為重要。該類系統(tǒng)主要是在水面下安裝采用多重并聯(lián)形式的塑料管道，再通過水熱交換器，將地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為暖通空調(diào)系統(tǒng)供暖的熱量，或是轉(zhuǎn)化為制冷、通風(fēng)的電能。

3.3 海洋能及風(fēng)能的應(yīng)用

海洋能主要是海洋活動(dòng)中產(chǎn)生的動(dòng)能，包括洋流能、潮汐能、溫差能。由于海洋在地球氣候系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)以及水循環(huán)系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色，同時(shí)其本身較高的比熱容特性，意味著針對海洋能的應(yīng)用也是目前暖通空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化的重要考慮內(nèi)容。風(fēng)能是指自然風(fēng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能，而暖通空調(diào)系統(tǒng)中，通風(fēng)換氣、空氣凈化是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此對風(fēng)能的使用同樣重要。關(guān)于風(fēng)能的使用，比如，在一些大型工業(yè)園區(qū)，可以通過風(fēng)力發(fā)電的方式，為園區(qū)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)提供必要的電力支持?；蚴歉牧寂照{(diào)中風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，利用風(fēng)能帶動(dòng)主要葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，在不用大量開啟窗戶的情況下，結(jié)合內(nèi)部空氣凈化裝置，同步實(shí)現(xiàn)室內(nèi)通風(fēng)和空氣凈化的功能。

3.4 生物質(zhì)能的應(yīng)用

生物質(zhì)能主要是指通過對腐敗植物、人畜糞便等物質(zhì)的處理，生成生物燃料，再應(yīng)用于取暖、發(fā)電等方面而產(chǎn)生的能量。經(jīng)過現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，對部分廢棄物及腐殖質(zhì)的處理，可以轉(zhuǎn)化為乙醇、沼氣等清潔能源，在部分寒冷地區(qū)或是冬季的時(shí)候，可以直接作為暖通空調(diào)系統(tǒng)供暖的主要燃料。多余的燃料還可以通過專業(yè)的發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步支持暖通空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 新能源及可再生能源在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用要求

4.1 要充分結(jié)合當(dāng)?shù)匦履茉撮_發(fā)情況

我國不同地區(qū)所擁有的新能源及可再生能源儲備是不同的，相應(yīng)的開發(fā)應(yīng)用技術(shù)也存在一定的差異。因此針對暖通空調(diào)的新能源及可再生能源應(yīng)用，需要充分尊重當(dāng)?shù)氐哪茉磧淝闆r和技術(shù)發(fā)展情況，要避免盲目求新而忽略了技術(shù)應(yīng)用難度及經(jīng)濟(jì)方面的問題。比如，在我國云貴高原地區(qū)，擁有豐富的太陽能資源，因此在暖通空調(diào)系統(tǒng)的研發(fā)中，可以著重針對太陽能進(jìn)行技術(shù)開發(fā)；在我國沿海地區(qū)，擁有大量的潮汐能資源，所以可以從發(fā)電技術(shù)及暖通空調(diào)技術(shù)的角度，加大潮汐能的使用。另外，在規(guī)模較大的城市中，可以針對城市垃圾建設(shè)垃圾發(fā)電站，將不同類型的垃圾中潛藏的能源利用起來。再比如，在一些鄉(xiāng)村地區(qū)，可以在其發(fā)達(dá)的種植業(yè)、畜牧業(yè)基礎(chǔ)上，廣泛建立沼氣發(fā)電系統(tǒng)，通過對生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化使用，滿足當(dāng)?shù)鼐用衽照{(diào)系統(tǒng)的電能需求。也就是說，不同地區(qū)的暖通空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)研究人員，需要對當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀及能源儲備特點(diǎn)進(jìn)行深入分析，尋求更為合適的新能源及可再生能源技術(shù)研發(fā)方向，這也是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展理念的重要體現(xiàn)。

4.2 要重視能耗控制，構(gòu)建能源回收機(jī)制

針對暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，不僅要關(guān)注對能源類型本身的改良，還要對能源應(yīng)用過程進(jìn)行技術(shù)改造。首先，要加強(qiáng)對暖通空調(diào)系統(tǒng)變頻技術(shù)的應(yīng)用，讓暖通空調(diào)在滿足人們環(huán)境調(diào)節(jié)需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)能耗的動(dòng)態(tài)化平衡，達(dá)到節(jié)能減排的目的；其次，要在暖通空調(diào)系統(tǒng)中加強(qiáng)對能耗的回收再利用，結(jié)合人們使用暖通空調(diào)的習(xí)慣以及系統(tǒng)本身運(yùn)行的特點(diǎn)，對一些能源進(jìn)行回收、轉(zhuǎn)化及再利用。比如，傳統(tǒng)太陽能暖通空調(diào)系統(tǒng)是通過太陽能接收板來加熱管道中的水，用比熱容較大的水來儲備熱能，滿足暖通空調(diào)的功能需求。但是，人們使用習(xí)慣的不同，會導(dǎo)致系統(tǒng)或多或少出現(xiàn)熱能損失的情況。而通過現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用，可以將太陽能產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行儲備，在極低損耗的情況下，滿足人們對暖通空調(diào)乃至其他家居設(shè)備的使用需求。顯然，這種能源轉(zhuǎn)化及回收機(jī)制，可以很大程度上進(jìn)一步發(fā)揮新能源及可再生能源的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié) 語

綜上所述，在社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，人們的生活品質(zhì)要求越來越高，而暖通空調(diào)作為能夠給人們帶來舒適健康環(huán)境的設(shè)備，在各類建筑中的應(yīng)用率越來越高。為了在不影響暖通空調(diào)核心功能的基礎(chǔ)上，減少能源消耗和環(huán)境污染，關(guān)于新能源及可再生能源的技術(shù)研究尤為重要。因此，有必要從太陽能、地?zé)崮?、海洋能、生物質(zhì)能等新能源的研究入手，結(jié)合暖通空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)改良，逐步減少暖通空調(diào)對傳統(tǒng)能源的依賴，為生態(tài)環(huán)保及社會可持續(xù)健康發(fā)展做出關(guān)鍵的貢獻(xiàn)。