淺析幾種常用可再生能源在建筑設計中的采用

【摘 要】結合建筑設計項目中的空調、熱水等能耗的需求，本文就幾種常用可再生能源形式進行分析，作為指導建筑空調、熱水能耗設計工作的依據。

【關鍵詞】可再生能源；土壤源熱泵；水源熱泵；太陽能熱水系統；空氣源熱泵

【Abstract】Combine the energy consumption requirement of air-conditioning and hot water in architectural design，this paper analyzes several renewable energy，may be as a guide in the air-conditioning and hot water design of architectural.

【Key words】Renewable energy Ground-coupled heat pump Water source heat pump Solar hot water systems Air-source heat pump

前言：可再生能源是一種清潔且可持續利用的能源，大力發展可再生能源，是改善我國能源結構，增加能源供應，保障能源安全，保護環境，實現經濟社會可持續發展的重要措施之一。可再生能源主要包括地熱能 、水能、太陽能、風能、生物能等。

一、土壤源熱泵

土壤源熱泵是利用地下常溫土壤溫度相對穩定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統與建筑物內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，通過高效熱泵機組向建筑物供熱或供冷。

制冷時，土壤源熱泵中央空調系統中的末端設備將建筑物內的熱量通過熱泵機組轉移到地下巖土中，實現了制冷的目的，同時省去了非熱泵空調系統中的冷卻塔設備；制熱時，流體從地下收集熱量，地源熱泵機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，將吸收的全部熱量（電能 吸收熱能） 一起釋放到采暖系統中，從而達到了吸收可再生低溫熱源的熱能并輸送到高溫熱源的目的，實現了可再生地能對傳統鍋爐的取代。

土壤源熱泵適用條件：1）土壤源熱泵系統適用使用在年冷熱負荷較為接近的地帶，該系統才能實現土壤吸熱與放熱的平衡，從而避免熱島效應。2）需要足夠的地面面積打井換熱，而垂直打井方式的地質條件需具備地下打井要求。3）項目的用能及地埋管應比較集中，不宜鋪設過長的管路系統，否則會因管路系統鋪設過長而造成系統的能耗損失，降低系統能量使用的效率。

土壤源熱泵優點包括1）機組性能系數高， 節能效果好，環保、無污染。2）系統可靠性強， 使用壽命長。

土壤源熱泵缺點包括1）地下換熱器的傳熱性能受土壤性質影響較大。2）由于土壤熱導率較低，地下換熱器與周圍土壤的傳熱量較少，因此與空氣源熱泵相比，土壤源熱泵地下換熱器的預設換熱面積較大。

二、水源熱泵

水源熱泵是利用地球水所儲藏的能源作為冷、熱源，進行轉換的技術。水源熱泵工作原理：通過輸入少量高品位能源（如電能），實現低溫位熱能向高溫位轉移。水體分別作為冬季熱泵供暖、熱水的熱源和夏季空調的冷源，即在夏季將建筑物中的熱量“取”出來，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，以達到夏季給建筑物室內制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機組，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行熱交換。2）取水換熱后地下水應回灌到取水層相同的承壓水層。

地下水水源熱泵的優點包括1）初期投資費用較高，維護費用高，運行費用低。2） 高效節能、靈活應用、運行安全可靠。3）相對普通空調節約成本、利于環保。

地下水水源熱泵的缺點包括1） 對地質條件要求高，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，因此較大系統的投資效益比較高。

（二）地表水水源熱泵應用安裝條件：1）水源應保持澄清、水質穩定、不腐蝕、不滋生微生物或生物、不宜結垢。2）地表水水源熱泵適合安裝在距離江、河、湖、泊以及水庫較近的位置，較適合500米以內的距離。如距離太遠，增加了管網輸送的水頭損失和降低系統的熱效率。

地表水水源熱泵的優點包括1）和空氣相比，熱源熱匯的溫度較為可靠，能效比較高，其運行效率要比空氣源高出20～60%，運行費用僅為普通中央空調的40～60%。 2）環保效益顯著，運行穩定可靠，維護方便，使用壽命長。

地表水水源熱泵的缺點包括1） 受可利用的水層的地理結構及水源條件限制。 2）系統容易腐蝕、結垢或堵塞，盤管易受損壞且初投資比較高

（三）污水源熱泵應用安裝條件：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要達到一定的水量。 2）污水源熱泵其安裝應在距離污水源500m左右的位置，否則管路太長，熱損耗大，而達不到制熱的要求。

污水源熱泵的優點包括1）高效節能，環保效益顯著。 2）投資運行費用低，系統原理簡單，設備的可靠性強，維護量小，平時無設備的維護問題。

污水源熱泵的缺點包括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。

三、太陽能熱水系統

在太陽能的熱利用中，關鍵是將太陽的輻射能轉換為熱能。由于太陽能比較分散，必須設法把它集中起來，所以，集熱器是各種利用太陽能裝置的關鍵部分。集熱器是吸收太陽輻射并將產生的熱能傳遞到傳熱介質的裝置。

其運行原理是：在太陽光照條件下，在太陽能集熱器的出水末端增加一個溫度探頭（水箱內的水位可以采用機械浮球控制，也可以采用控制器控制水位探頭）。當集熱器內的水溫達到設定值時，控制器發出信號，控制打開電磁閥，冷水把已經達到設定溫度的熱水頂入儲熱水箱并儲存起來；當集熱器內水溫低于設定值時，控制器開始動作使電磁閥自動關閉。如此不斷循環使儲熱水箱內的高溫水不斷增多，當儲熱水箱內的水位達到最高水位時，系統關閉，不再進水。

太陽能熱水系統的優點：

1）較少投入，贏得高回報

太陽能中央熱水系統一次投資，長期受益，3—5年內即可收回投資，免費使用10多年；房地產樓盤，平均每平方米投入20—50元，就能增加樓盤的新賣點和附加值，提升樓盤檔次，促進銷售。

2）安全可靠

太陽能熱水系統是高效地吸收太陽輻射能將其轉變為熱能的裝置，完全避免了常規能源熱水器可能發生的漏電、漏氣、漏油等的不足和不安全因素。同時它又克服了燃氣、燃油、傳統電熱水器不安全、不衛生、不節能的缺點和隱患。

3）美化建筑，提升樓盤品位

可結合建筑的特點量身定制，使太陽能熱水系統與建筑完美結合，相映生輝，美化城市景觀，提升樓盤品位。

四、空氣源熱泵分析

空氣源熱泵工作原理是（通過冷媒/制冷劑）將空氣中的熱量吸收，釋放到水中，循環將水加熱，同時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。空氣在失去能量降低溫度的同時，大量的水蒸氣被冷凝，因而釋放的冷氣濕度大大降低，相當于具有除濕效果。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，能有效節約能源，其運行成本只有電熱水器的1/4，如按照現有的電價和油價，燒熱同樣多的熱水，它的運行成本只有燃油鍋爐的1/2。

空氣源熱泵系統的優點：

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

2）節能：用少量的電能將空氣中的熱能搬運到水中給水加熱，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；普通太陽能的2/3；并且可以利 用低谷電達到更節能的效果。

3）不受環境影響：是一種全天候的熱水供應系統，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℃的低溫熱能，通過熱泵機組的作