生态建筑太阳能空调及地板采暖复合能量系统的设计.doc

生态建筑太阳能空调及地板采暖复合能量系统的设计 晨怡热管 2007-11-30 0:55:21 摘 要： 生态建筑作为建筑节能的一个全新设计理念，已逐渐为世界各国重视，并已成为业内一项重要的研究课题。最大限度地利用风能、太阳能等自然能源，削减不可再生能源的耗费是生态建筑能源技术的最终归宿。针对上海市建筑科学研究院环境实验楼，本文介绍了一种基于太阳能热利用的生态建筑空调与地板采暖复合能量系统，详细阐述了系统的设计方案、运行方式以及控制策略。夏季，利用太阳能热水驱动两台吸附式制冷机组，担负生态技术展示厅的显热冷负荷。冬季，太阳能热水作为低温地板辐射采暖系统的热源。 关键词： 生态建筑；太阳能；吸附式制冷；地板采暖; 系统设计 0 引言 生态建筑观是人类对自然界生态平衡的重视在建筑领域的延伸，它反映了人与自然环境之间水乳交融的相互依赖关系。所谓生态建筑，是用生态学原理和方法，以人、建筑、自然和社会协调发展为目标，有节制地利用和改造自然，寻求最适合人类生存和发展的生态建筑环境，将建筑环境作为一个有机的、具有结构和功能的整体系统来看待。因此，人、建筑、自然环境和社会环境所组成的人工生态系统成为生态建筑的研究对象[1]。生态建筑是一种比喻，它是指具备了“生态”性质，即适应自然生态良性循环基本规律的一类建筑。生态建筑的内涵可归结为：以人为本、节省资源、节约能源、保护环境。它以整体有序性、循环再生性、反馈平衡性、层次阶跃性和绿色技术等特征保证了人类生存环境的可持续发展，从而达到了人与自然的真和谐[2]。随着经济和住宅建设的发展、人们生活水平的提高，建筑物的能耗在我国总能耗中所占的比重越来越大，目前，我国建筑物的单位能耗甚高，必须重视建筑节能，倡导生态建筑理念，最大限度地利用风能、太阳能等自然能源，实现建筑、能源与环境的可持续发展。 生态建筑在能源消耗上，尽可能地利用可再生的自然能源，如太阳能、风能、地热能等，而少消耗煤、石油等矿物燃料。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的洁净能源，用太阳能替代常规能源对于建筑节能和环保都具有十分重要的意义。未来的发展趋势是实现太阳能与建筑一体化，其基本思路是利用太阳能这种最丰富、最便捷、无污染的能源来进行采暖制冷以及供应热水，以满足人们生活的需要，同时达到减少和不用矿物燃料的目的。近年来，太阳能热水器的应用发展很快，这种以获取生活热水为主要目的应用方式其实与大自然的规律并不完全一致，冬季通过适当扩大太阳能集热器的面积，便可形成太阳能热水与采暖复合能量系统，而对于太阳辐射强、气温高的夏季，人们更需要的是空调降温而不是热水，这种情况在我国南方地区尤为突出。随着经济的发展和人民生活水平的提高，空调的使用越来越普及，由此给能源、电力和环境带来很大的压力。因此，利用太阳能空调是一个理想的方案，它不仅可使太阳能得到更充分、更合理的利用，可以把低品位的能源（太阳能）转变为高品位的舒适性空调制冷，而且对节省常规能源、减少环境污染、提高人们生活水平具有重要意义，符合可持续发展战略的要求。 实现太阳能空调有两条途径：1）太阳能光电转换，利用电力制冷；2）太阳能光热转换，以热能制冷。前一种方法成本高，以目前太阳电池的价格来算，在相同制冷功率情况下，造价约为后者的4～5 倍。国际上太阳能空调的应用主要是后一种方法[3]。利用光热转换技术的太阳能空调一般通过太阳能集热器与除湿装置、热泵、吸收式或吸附式制冷机组相结合来实现。在太阳能空调系统中，太阳能集热器用于向再生器、蒸发器、发生器或吸附床提供所需要的热源，因而，为了使制冷机达到较大的性能系数（COP）,应当有较高的集热器运行温度，这对太阳能集热器的要求比较高，通常选用在较高运行温度下仍具有较高热效率的真空管集热器。针对上海市建筑科学研究院环境实验楼，本文介绍了一种基于太阳能热利用的生态建筑空调与地板采暖复合能量系统，详细阐述了系统的设计方案、运行方式以及控制策略。 ? 1 系统概述 上海市建筑科学研究院环境实验楼位于上海市建筑科学研究院莘庄基地内，总建筑面积为1984m2，建筑占地面积904 m2，建筑层数：地上3 层。作为一个生态建筑示范工程，该建筑包容了多种绿色能源技术，包括太阳能采暖、空调、光伏发电、自然通风、自然采光等。上海交通大学承担了太阳能空调以及地板采暖系统的研究设计，具体内容包括：（1）夏季利用太阳能吸附式空调与建科院设计的溶液除湿空调耦合，分别负担一层生态建筑展示厅的显热冷负荷以及潜热冷负荷；（2）冬季利用太阳能地板采暖系统负担一层生态建筑展示厅以及二层大空间办公室的热负荷。（3）在过渡季节，利用太阳能热水强化自然通风。 鉴于该环境实验楼以办公为主，热水需求量较少，因此，在系统设计中，以满足采暖、空调工况为主。太阳能空调及地板采暖复合能量系统包括真空管太阳能集热