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0引言   21世紀(jì)能源以及環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為了各國(guó)的頭等問(wèn)題。如何合理、安全的使用能源變成了世界性的課題。建筑是城市中的基本場(chǎng)所，也是大量消耗能源資源的重要環(huán)節(jié)。我國(guó)建筑耗能的數(shù)字非常驚人:在建造和使用過(guò)程中直接消耗的能源占全社會(huì)總能耗的20%。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，這一比例將逐步提高35%左右，建筑能耗極有可能在不遠(yuǎn)的將來(lái)成為我國(guó)第一耗能大戶。我國(guó)建筑不僅耗能高而且能源利用效率相對(duì)較低，單位建筑能耗比同等氣候條件下的發(fā)達(dá)國(guó)家高出2～3倍。因此，中國(guó)要走可持續(xù)發(fā)展道路發(fā)展節(jié)能與綠色建筑已刻不容緩。   1四種建筑能源供給系統(tǒng)介紹   1．1壓縮式制冷機(jī)組+鍋爐+電網(wǎng)系統(tǒng)［1］   壓縮式制冷機(jī)組+鍋爐系統(tǒng)+電網(wǎng)的方式是目前建筑中最常用的供能方式。夏季時(shí)，電驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)組開(kāi)啟提供冷量。冬季時(shí)，開(kāi)啟鍋爐供暖。一年四季電量全部由電網(wǎng)給出。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行都很簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是不夠節(jié)能，有時(shí)鍋爐余熱能超過(guò)200℃，沒(méi)有達(dá)到梯級(jí)利用。   1．2分布式三聯(lián)供系統(tǒng)［2］   天然氣熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)是以天然氣為一次能源，同時(shí)產(chǎn)生熱、電、冷3種二次能源的聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供系統(tǒng)。天然氣首先進(jìn)入小型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生電力，然后燃?xì)馔钙脚欧懦鰜?lái)的高溫尾氣驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)制冷或通過(guò)鍋爐供熱，滿足用戶對(duì)熱電冷的各種需求。系統(tǒng)具有效率高、可靠性強(qiáng)及污染物排放低等特性，但是系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量往往造成了供大于求，造成了熱浪費(fèi)。   1．3地域熱泵+電網(wǎng)系統(tǒng)［3－5］   地源熱泵系統(tǒng)是利用地下土壤溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性，通過(guò)深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)采用熱泵原理，通過(guò)少量的電能輸入，完成熱交換的一種技術(shù)。地球一年四季其地表5m以下的土壤溫度十分穩(wěn)定，是一種清潔的可再生能源。夏季時(shí)土壤溫度低于大氣溫度，冬季時(shí)土壤溫度高于大氣溫度。地源熱泵機(jī)組工作原理就是在夏季從土壤提取冷量，由熱泵原理通過(guò)空氣作為載熱劑降低溫度后送到建筑物中，再配以少量電能完成冷量的提供。而冬季，則從土壤中提取熱量，由熱泵原理通過(guò)空氣作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中，再配以少量電能從而實(shí)現(xiàn)提供熱量的過(guò)程。與傳統(tǒng)的供能系統(tǒng)比較，地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低，排放的污染物也很少。但是地源熱泵的可持續(xù)性一直受到懷疑。土壤溫度恢復(fù)可能跟不上使用溫度的要求。某些地區(qū)冷量需求較多，若干年后夏季土壤溫度會(huì)逐步上升而導(dǎo)致地源熱泵制冷能效下降，而在熱量需求多的地方，若干年后冬季土壤溫度會(huì)逐步下降而導(dǎo)致地源熱泵制熱能效下降。此外，巨額的初投資費(fèi)用和難度較高的設(shè)計(jì)也是重要缺點(diǎn)。一年四季電量全部由電網(wǎng)給出。   1．4太陽(yáng)能+電網(wǎng)系統(tǒng)［6］   太陽(yáng)能制熱是指通過(guò)太陽(yáng)能集熱器將自來(lái)水加熱，再把這部分熱量送到大樓內(nèi)，此技術(shù)已經(jīng)在全球大規(guī)模使用。直接利用太陽(yáng)能制冷是指主要應(yīng)用太陽(yáng)能系統(tǒng)通過(guò)太陽(yáng)能集熱器以及加上一部分輔助熱源提供的熱能將自來(lái)水加熱，利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的熱能驅(qū)動(dòng)進(jìn)行制冷，這部分熱水(大約為70℃)主要提供給吸收式制冷機(jī)來(lái)滿足負(fù)荷要求，機(jī)組的制冷系數(shù)可達(dá)0.8。這種制冷方式成本低、無(wú)噪音、無(wú)污染，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能全年高效利用。一年四季電量也全部由電網(wǎng)給出。眾所周知，太陽(yáng)能利用運(yùn)行費(fèi)用的低價(jià)位和清潔是太陽(yáng)能的主要優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，天氣因素、地理環(huán)境對(duì)太陽(yáng)能利用的影響是起決定性的。   1．5系統(tǒng)優(yōu)化［7］   無(wú)論是采用地源熱泵系統(tǒng)還是太陽(yáng)能系統(tǒng)都受到了自然條件很大的影響。現(xiàn)在也有很多研究機(jī)構(gòu)對(duì)以上兩種系統(tǒng)做了優(yōu)化，以下就是兩種最具代表性的方法。某些地區(qū)因?yàn)橄募镜卦礋岜玫睦淠鲿?huì)產(chǎn)生大量熱量，如果直接排入地下會(huì)導(dǎo)致地源溫度緩慢上升，若干年后地源熱泵的制冷能效會(huì)大幅度下降從而導(dǎo)致地源熱泵不再具有節(jié)能性。這部分熱量通過(guò)換熱器換熱成生活熱水(大約為55℃)則可以節(jié)省大筆的燃料費(fèi)用，不但可以節(jié)省至少20%的燃料費(fèi)用而且也提高了地源熱泵長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。與此相反，某些地區(qū)冬季熱量不足。可以利用夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大的特點(diǎn)，太陽(yáng)能集熱器收集的能量除了可以滿足供空調(diào)運(yùn)行，余熱可提供洗浴和生活熱水，剩余熱量通過(guò)蓄熱井儲(chǔ)存在地下，以備冬用。到了冬季，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度明顯達(dá)不到要求，此時(shí)就可以用地源熱泵系統(tǒng)作為太陽(yáng)能系統(tǒng)的輔助熱源從土壤中取出熱量。   2應(yīng)用實(shí)例   上海某大廈是一座現(xiàn)代化的涉外辦公室，大廈占地面積8600m2，總建筑面積49650m2，地下一層，地上二十七層，建筑總高度98.5m。白天需要不間斷的電能。此外在夏季和冬季分別需要冷量和熱量，夏季不提供生活熱水。圖1所示為該大廈2010年逐月冷熱電負(fù)荷圖。   2．1壓縮式制冷機(jī)組+鍋爐+電網(wǎng)系統(tǒng)   大廈現(xiàn)采用壓縮式制冷機(jī)組+鍋爐+電網(wǎng)的供能組合，其中4臺(tái)288kW螺桿式壓縮機(jī)，3臺(tái)4t/h柴油鍋爐，一年共消費(fèi)電力450kWh，柴油176t。花費(fèi)電費(fèi)約430萬(wàn)元，油費(fèi)約97萬(wàn)元。總和為527萬(wàn)元。   2．2分布式三聯(lián)供系統(tǒng)   天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)價(jià)格為2．05元/m3，天然氣熱值取35．2MJ/m3。.與傳統(tǒng)的供能方式比分布式三聯(lián)供系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用約為510萬(wàn)元，約為傳統(tǒng)供能方式運(yùn)行費(fèi)用的9%。又由于天然氣污染物較少，碳的含量也比煤少，二氧化碳減排率為11%。   2．3地源熱泵系統(tǒng)   上海地區(qū)屬于“夏熱冬冷”地區(qū)，近幾年最熱月平均氣溫已達(dá)30.2℃，最冷月平均氣溫為4.2℃。高于35℃的酷熱天氣長(zhǎng)達(dá)半個(gè)月至一個(gè)月，日平均溫度低于5℃的天數(shù)長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月以上。每年傳給土壤的冷熱量基本相同，能充分發(fā)揮土壤蓄能的作用，適合于地源熱泵系統(tǒng)。該大廈前有一片空地約1500m2，可提供該大廈地源熱泵系統(tǒng)布管的土壤面積。因此該項(xiàng)目用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是非常適合的。一般在上海鉆孔間距是4～6m，深度是60～80m，按夏季換熱量40W/m，冬季30W/m計(jì)算，夏季節(jié)約用電約16.2%，冬季節(jié)油約17.7%，節(jié)能率約17%。年運(yùn)行費(fèi)用約為490萬(wàn)元。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#   2．4太陽(yáng)能系統(tǒng)［6］   假設(shè)大廈樓頂有1000m2的空地可以用來(lái)安裝太陽(yáng)能集熱器，且有小部分余熱可用來(lái)利用。查閱資料得:可提供制冷、供暖功率200kW，集熱器平均日效率35%～40%，采用單效溴化鋰－水吸收式制冷機(jī)，熱媒水88℃，冷媒水溫度8℃，COP約0.7。節(jié)能率超過(guò)20%，二氧化碳減排率也為20%，年運(yùn)行費(fèi)用約為480萬(wàn)元。   2．5地源熱泵聯(lián)合太陽(yáng)能系統(tǒng)［8－10］   如果大廈即安裝地源熱泵系統(tǒng)又安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)(兩者串聯(lián)安裝)，則新能源利用率會(huì)進(jìn)一步提升。夏天利用地源熱泵冷凝器中產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為熱水(可達(dá)55℃)再通過(guò)太陽(yáng)能集熱器轉(zhuǎn)化為溫度更高的熱水來(lái)驅(qū)動(dòng)熱水吸收式制冷機(jī)制冷;冬天，當(dāng)太陽(yáng)能足夠時(shí)地源熱泵系統(tǒng)則可較少的與大地?fù)Q熱，太陽(yáng)能不夠時(shí)則與大地較多的換熱，更增加了地域熱泵的可持續(xù)性。(東南大學(xué)暖通實(shí)驗(yàn)室已有相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究)節(jié)能率可達(dá)37%，年運(yùn)行費(fèi)用為445萬(wàn)元。   2．6對(duì)比分析   各種供能方式與傳統(tǒng)供能方式的節(jié)能量從高到低依次為:太陽(yáng)能系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)以及分布式系統(tǒng)。太陽(yáng)能系統(tǒng)節(jié)能量很可觀，但是受到天氣場(chǎng)地等因素的影響而非常的不穩(wěn)定也很難預(yù)測(cè)而且還需要一部分的輔助熱源驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng);地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)用設(shè)計(jì)前必須了解好該地區(qū)的土地溫度變化的規(guī)律，否則熱泵系統(tǒng)不具可持續(xù)性。分布式系統(tǒng)不依賴電網(wǎng)發(fā)電，雖然節(jié)能量有限但設(shè)計(jì)成熟也是很好的清潔能源。   3結(jié)論   采用傳統(tǒng)的壓縮式制冷機(jī)組+鍋爐+電網(wǎng)的供能組合初投資費(fèi)用較低，但是運(yùn)行費(fèi)用偏高且產(chǎn)生的有害氣體也較多，不利于節(jié)能減排。同時(shí)也不助于申請(qǐng)到LEED認(rèn)證和綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。分布式三聯(lián)供系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是不被電網(wǎng)的限電措施牽制，同時(shí)產(chǎn)生的有害氣體也很有限，但是主要依靠天然氣的三聯(lián)供系統(tǒng)容易受到天然氣價(jià)格波動(dòng)的影響。無(wú)論是地源熱泵系統(tǒng)還是太陽(yáng)能系統(tǒng)都是近年來(lái)比較成熟且國(guó)內(nèi)外有很多成功案例的新能源系統(tǒng)，節(jié)能潛力巨大，且對(duì)環(huán)境污染程度微乎其微，可以幫助申請(qǐng)LEED認(rèn)證和綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但是兩者受地域氣候、安放設(shè)備場(chǎng)地等客觀因素影響過(guò)多，且初投資過(guò)大。筆者認(rèn)為如果有足夠的資金且在適合的地理環(huán)境中，地源熱泵系統(tǒng)和太陽(yáng)能系統(tǒng)應(yīng)盡量且合理設(shè)計(jì)利用這些新能源，在天然氣充足的地方分布式三聯(lián)供系統(tǒng)也是個(gè)很好的選擇。