張朦靜，賈玲玉，韓好許

（黃河交通學(xué)院，河南 武陟 454950）

在建筑工程領(lǐng)域，暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗一直在建筑能耗中占據(jù)較大比例。而且隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市建設(shè)也日趨成熟。由于人們對(duì)美好生活的需求，暖通空調(diào)走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，走進(jìn)各種辦公樓，綜合建筑。給人們帶來(lái)了舒適的環(huán)境，同時(shí)帶來(lái)的還有巨大的能源消耗。這使得暖通空調(diào)能耗問(wèn)題日益突出。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，也為了緩解日益增長(zhǎng)的能源需求和能源緊張之間的矛盾，降低暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗的問(wèn)題亟待解決。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能具有重大意義，也是繼續(xù)實(shí)現(xiàn)綠色建筑，以及未來(lái)綠色城市的重要舉措。而實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能和措施多種多樣，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者分析了各種各樣的關(guān)于暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施和技術(shù)[1-4]。其中可再生能源在暖通空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用就是一個(gè)重要的技術(shù)措施。因?yàn)楫?dāng)前使用的能源基本上是不可再生能源，如，天然氣、石油等。因此，可再生能源的應(yīng)用就顯得十分重要。

1 可再生能源

可再生能源主要是指風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能（井水河水、湖水、海水）、潮汐能、地?zé)崮埽ㄖ饕竿寥滥埽┖蜕镔|(zhì)能等?？稍偕茉吹拇罅Πl(fā)展緩解了我國(guó)能源緊張的現(xiàn)狀，且可再生能源可循環(huán)使用，應(yīng)用范圍較廣，能源清潔，不污染環(huán)境，可促使我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[5]。

2 可再生能源在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用形式

暖通空調(diào)系統(tǒng)更具體地細(xì)分為供熱系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)，以及空調(diào)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中都可以用可再生能源代替原來(lái)的不可再生能源，但是由于系統(tǒng)形式不一樣，可再生能源的應(yīng)用部位和形式也不一樣，本文將從可再生能源的種類(lèi)來(lái)研究每種可再生能源在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用方式。

2.1 風(fēng)能具體應(yīng)用形式

風(fēng)能在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用可以分為兩部分，一部分是通風(fēng)系統(tǒng)，一部分是空調(diào)系統(tǒng)。在通風(fēng)系統(tǒng)中，利用熱壓和風(fēng)壓的原理，可用自然風(fēng)解決通風(fēng)問(wèn)題。通風(fēng)換氣系統(tǒng)可以稀釋環(huán)境空氣有害物質(zhì)濃度，保障空氣質(zhì)量干凈衛(wèi)生。若不利用潔凈的自然風(fēng)，還需要采用機(jī)械送風(fēng)的方式去輸送干凈衛(wèi)生的空氣供通風(fēng)系統(tǒng)使用。在空調(diào)系統(tǒng)中，自然風(fēng)在過(guò)渡季節(jié)具有天然冷量，根據(jù)地域不同，有些地方的過(guò)渡季節(jié)自然風(fēng)冷量可直接滿(mǎn)足室內(nèi)設(shè)計(jì)溫濕度要求，就可以完全節(jié)省這部分空調(diào)消耗能源。有些地方過(guò)渡季節(jié)自然風(fēng)冷量無(wú)法直接滿(mǎn)足室內(nèi)要求，需要額外補(bǔ)充冷量來(lái)滿(mǎn)足，即使這樣，也節(jié)約了很大一部分能耗。

2.2 太陽(yáng)能具體應(yīng)用形式

太陽(yáng)能在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式[5-8]。被動(dòng)式的應(yīng)用無(wú)具體的設(shè)備利用形式，主要依靠建筑材料的選擇和內(nèi)部空間布局的控制，在冬季充分利用太陽(yáng)能輻射供暖，減少熱量損失，降低供暖能耗；在夏季減少太陽(yáng)輻射和室內(nèi)冷卻設(shè)備，降低供冷能耗。還可以有效地收集、儲(chǔ)存和分配太陽(yáng)能，使室內(nèi)環(huán)境舒適[6]。

主動(dòng)式的應(yīng)用是指利用太陽(yáng)能集熱器、風(fēng)機(jī)、蓄熱裝置、輔助熱源、管道及末端裝置等物理元件組成一種供熱系。應(yīng)用在暖通空調(diào)系統(tǒng)中主要是采暖系統(tǒng)，比如利用收集的太陽(yáng)能供熱的地板輻射系統(tǒng)和熱水供應(yīng)系統(tǒng)，就可以大大降低采暖需要的能耗。

除了上述兩種方式太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能可直接應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)外，還可以間接利用太陽(yáng)能的能量應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)，也有兩種方式。一種是利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)工作產(chǎn)生冷量供應(yīng)給建筑使用，比如利用熱能驅(qū)動(dòng)的溴化鋰吸收式制冷機(jī)，它就是利用熱能驅(qū)動(dòng)工作的，相當(dāng)于太陽(yáng)能間接地驅(qū)動(dòng)了制冷機(jī)工作。另外一種是利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，用于某些需要高品位電能驅(qū)動(dòng)空調(diào)采暖制冷設(shè)備工作的地方。比如熱泵系統(tǒng)，熱泵系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用的非常成熟有效，是利用高位能（一般為電能）使熱量從低位熱源空氣流向高位熱源的節(jié)能技術(shù)。還有常見(jiàn)的中央空調(diào)系統(tǒng)、半集中式空調(diào)系統(tǒng)、多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、家用分體空調(diào)系統(tǒng)等，都需要電能的輔助才得以運(yùn)行。用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，就相當(dāng)于太陽(yáng)能間接地使用于暖通空調(diào)系統(tǒng)。

2.3 水能具體應(yīng)用形式

水能在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用最廣。水受氣溫的影響很少，水溫相對(duì)穩(wěn)定，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是作為冷熱源的提供者。比如現(xiàn)在應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛的各種各樣的水源熱泵系統(tǒng)，如圖1所示，已經(jīng)為眾多建筑物提供熱量和冷量，節(jié)約了大量能耗。需要注意的是，水作為冷源對(duì)水資源的利用僅限于熱量轉(zhuǎn)換。這里的水指的是江、河、湖泊、地下水以及城市污水等各種水資源。在使用過(guò)程中嚴(yán)格限制對(duì)水資源進(jìn)行處理，保證水資源干凈衛(wèi)生，才是可再生能源。

圖1 水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用演示圖

2.4 潮汐能具體應(yīng)用形式

潮汐能在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用屬于間接應(yīng)用，無(wú)直接的具體利用形式。目前我國(guó)對(duì)于潮汐能的利用主要運(yùn)用于潮汐發(fā)電這一方面，在沿海國(guó)家利用潮汐能發(fā)電供給暖通空調(diào)系統(tǒng)作為高品位能源使用，比如利用少量電能驅(qū)動(dòng)的熱泵技術(shù)，為建筑物提供冷量和熱量，相當(dāng)于潮汐能間接地應(yīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)，也節(jié)約了能耗。

2.5 地?zé)崮芫唧w應(yīng)用形式

地?zé)崮茉谂照{(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用具體形式有兩種。一種是地源熱泵系統(tǒng)[3，5-6]。暖通空調(diào)中的地源熱泵系統(tǒng)，是指利用地下土壤資源的蓄熱能力，將暖通空調(diào)系統(tǒng)吸收的室內(nèi)熱量通過(guò)地源熱泵傳輸?shù)降叵?。熱量交換的介質(zhì)是土壤和水。在冬季，把土壤的熱量轉(zhuǎn)到地上室內(nèi)建筑物內(nèi)；在夏季，將地下土壤的制冷量轉(zhuǎn)移到地上室內(nèi)建筑物內(nèi)，形成冷卻和加熱循環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)約能耗的目的。

一種是地道風(fēng)系統(tǒng)[9]。應(yīng)用原理演示如圖2所示。暖通空調(diào)中的地道風(fēng)系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)的利用形式是一樣的，都是利用土壤源熱能。利用土壤的蓄存能量，為建筑物提供維持室內(nèi)熱濕環(huán)境所需的冷熱量[10]。例如，夏季室外高溫空氣流經(jīng)地道，空氣被冷卻，由送風(fēng)系送入室內(nèi)，為室內(nèi)提供涼爽的空氣。冬季室外低溫空氣流經(jīng)地道，空氣被加熱，由送風(fēng)系統(tǒng)送入室內(nèi)，保證室內(nèi)溫暖的環(huán)境。無(wú)論是地源熱泵系統(tǒng)還是地道風(fēng)系統(tǒng)，由于利用了土壤的能量，就降低了暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

圖2 地道風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用演示圖

2.6 生物質(zhì)能具體應(yīng)用形式

生物質(zhì)能是世界第四大能源，也是清潔能源。生物質(zhì)能主要是由自然界中有生命的植物將前期儲(chǔ)存的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為能夠被人類(lèi)所使用的能量[11]，屬再生能源。自然環(huán)境中分布有大量的生物質(zhì)，種類(lèi)十分豐富。根據(jù)其來(lái)源不同，可將生物質(zhì)能分為林業(yè)資源、農(nóng)業(yè)資源、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物以及畜禽糞便五類(lèi)[12]。其特點(diǎn)是，儲(chǔ)存量豐富，產(chǎn)量大，清潔低污染，可再生。持續(xù)研究生物質(zhì)能的應(yīng)用，發(fā)掘其潛在的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)我國(guó)低碳和可持續(xù)發(fā)展的要求。

雖然生物質(zhì)能儲(chǔ)量豐富，來(lái)源廣泛，但在目前暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用比較少。主觀原因是對(duì)生物質(zhì)能的認(rèn)識(shí)不足，長(zhǎng)期未重視，甚至還限制其發(fā)展。除此以外，生物質(zhì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系尚待完善；監(jiān)管難度大，部分地方存在畏難情緒，部門(mén)協(xié)調(diào)仍需加強(qiáng)；發(fā)展責(zé)任主體需進(jìn)一步明確，支持政策有待創(chuàng)新?？陀^原因包括：生物質(zhì)供暖價(jià)格偏高，生物質(zhì)清潔供熱在我國(guó)還沒(méi)有形成規(guī)?；瘧?yīng)用。因?yàn)樯镔|(zhì)能分布較分散，收集和轉(zhuǎn)化利用存在不同程度的困難。

在現(xiàn)階段我國(guó)生物質(zhì)能發(fā)展的現(xiàn)狀下，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用包括采暖供熱系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)。在采暖供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱來(lái)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能的清潔供熱這是當(dāng)前生物質(zhì)供熱的主要方式，主要用于城鎮(zhèn)的清潔供暖。還可以通過(guò)生物質(zhì)鍋爐供熱、生物質(zhì)爐具供熱這兩種供熱方式，主要用于小規(guī)模住宅建設(shè)和環(huán)境空曠，以及供熱管網(wǎng)基礎(chǔ)修建十分薄弱的北方農(nóng)村地區(qū)。除了在建筑中供熱，還可以應(yīng)用于大棚中[13]。相關(guān)研究提出一種可以用生物質(zhì)能為大棚供熱的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要原理是用生物質(zhì)鍋爐將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為熱能以維持大棚內(nèi)的適宜溫度。該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚溫度的調(diào)控，還節(jié)約了能源，為以后生物質(zhì)能在溫室大棚中的應(yīng)用提供了很好的借鑒意義。在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用與太陽(yáng)能的應(yīng)用比較類(lèi)似。直接應(yīng)用的方式為：通過(guò)生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為熱能驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式空調(diào)系統(tǒng)來(lái)維持室內(nèi)的溫濕度環(huán)境。間接應(yīng)用方式為：利用生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)，再利用電能驅(qū)動(dòng)電制冷壓縮機(jī)進(jìn)行制冷，可廣泛用于住宅、辦公、綜合建筑中。

生物質(zhì)能發(fā)展前景十分廣闊，因其種類(lèi)繁多，特點(diǎn)各異，可多元化發(fā)展。目前發(fā)展方向有電、熱、炭、氣、油等。生物質(zhì)能用于各行各業(yè)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。在暖通空調(diào)領(lǐng)域我們也應(yīng)該緊跟時(shí)代步伐，充分利用生物質(zhì)能作為可再生能源的優(yōu)點(diǎn)。未來(lái)我們的研究方向就是如何非單一地應(yīng)用生物質(zhì)能，而是資源整合利用。將生物質(zhì)能與其他可再生能源聯(lián)合運(yùn)用，可以在綜合能源系統(tǒng)中發(fā)揮削峰填谷的作用，可以最大限度最高效地應(yīng)用清潔能源，生物質(zhì)能作為儲(chǔ)存量巨大、還未被充分發(fā)掘的資源，是最有強(qiáng)有力的能源支撐。還可促進(jìn)其他可再生能源的發(fā)展。比如：太陽(yáng)能和生物質(zhì)能聯(lián)合互補(bǔ)應(yīng)用[14-15]。

雖然生物質(zhì)能的發(fā)展依然存在一些問(wèn)題，但生物質(zhì)能的能源戰(zhàn)略地位依舊非常重要，我們也一直在克服技術(shù)難題，大力去發(fā)展生物質(zhì)能。生物質(zhì)能在暖通空調(diào)中的應(yīng)用目前有三種應(yīng)用路線。第一種是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為清潔熱能直接供給暖通空調(diào)系統(tǒng)使用。第二種是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能間接驅(qū)動(dòng)暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行。第三種是生物質(zhì)能和其他能源綜合利用實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，可同時(shí)轉(zhuǎn)化為熱能與電能。預(yù)計(jì)“十四五”期間，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)將穩(wěn)步增長(zhǎng)，生物質(zhì)清潔供熱快速發(fā)展，有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分別介紹了不同種類(lèi)可再生能源在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用形式。能源的應(yīng)用主要分兩種情況：一種是直接轉(zhuǎn)化應(yīng)用，一種是間接轉(zhuǎn)化應(yīng)用。甚至個(gè)別可再生能源之間可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合轉(zhuǎn)化使用，有很多種組合和形式。能源日益緊張與需求日益增長(zhǎng)，暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能還擔(dān)負(fù)著整個(gè)建筑節(jié)能的重要責(zé)任，可再生能源的應(yīng)用對(duì)于解決上述矛盾就十分重要?？稍偕茉吹膽?yīng)用亦符合我國(guó)低碳城市的發(fā)展需求，具有重要戰(zhàn)略意義，也值得我們?cè)诮窈筇剿髂茉崔D(zhuǎn)型路上持續(xù)關(guān)注和研究。

我們應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)可再生能源在暖通空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用形式的研究，結(jié)合我國(guó)地域遼闊的現(xiàn)狀，充分發(fā)揮當(dāng)?shù)啬茉吹奶攸c(diǎn)，因地制宜，合理利用。使得可再生能源如：風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、潮汐能、地?zé)崮芗吧镔|(zhì)能充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)的節(jié)能減排貢獻(xiàn)力量，實(shí)現(xiàn)祖國(guó)可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。