空调在低碳经济下的节能推广技术

空调在低碳经济下的节能推广技术

董震张志辉

机械工业部汽车工业天津规划设计研究院天津300300

：在低碳经济下，在建筑供热空调中采用地源热泵技术，是一种可持续发展的建筑节能摘要摘要：

技术。

关键词：空调技术低碳经济节能减排

中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：

“低碳经济”一个逐渐为全球接受的概念，常见诸于报纸和电视广播。空调是一个能耗大户，如果从它下手研究解决方案，将会对全社会的节能减排做出贡献。在高效利用能源，广泛使用清洁能源，减少二氧化碳排放的社会大背景下，考虑到我国是一个能耗大国。我国的建筑不仅量大，而且能耗大，约占能源总消费的30%，暖通空调能耗占建筑能耗的30~50%。所以我感觉空调节能潜力巨大。

在建筑供热空调中采用地源热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少二氧化碳和其它燃烧产生的污染物的排放，是一种可持续发展的建筑节能技术。

一．低碳经济

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳经济实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP的问题，核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。

“低碳经济”提出的大背景，是全球气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战。随着全球人口和经济规模的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因不断地为人们所认识，不止是烟雾、光化学烟雾和酸雨等的危害，大气中二氧化碳（CO2）浓度升高带来的全球气候变化业已被确认为不争的事实。

低碳经济主要涉及两方面，一是新能源：包括风电、核电、光伏发电、生物质能、地热余热锅炉、余压利用、清洁煤发电利用等。

二．空调技术

能源与环境是当今世界发展密可分的两个主题，面临能源危机和环境污染的双重压力，高效节能、绿色环保的地源热泵技术在政府的大力支持下得到了迅猛的发展。

1.建筑能耗状况

目前我国建筑：第一个是量大，第二个是能耗大（包括采暖、空调、热水供应等方面），它占能源总消费的30%，北京地区达到了35%。但是建筑能耗中最大的就是暖通空调系统能耗，占建筑能耗的30~50%，节能潜力巨大。

2008年10月1日颁布了《民用建筑节能管理规定》，实现三步节能65%的目标，仅靠建筑围护结构节能是不够的，必须同时依靠系统的节能。

2.暖通空调能耗问题：

a.能源方案

做能源方案时需要更细致的技术经济比较与分析。

b.系统设计

能源方案确定下来，系统设计就成为了系统运行节能与否的关键因素。

c.运行管理

同一个项目，不同的人员运行，能耗会相差50%以上，暖通空调系统的设计与运行是节能的关键环节，其中设计是基础，运行管理是决定实际能耗的关键。

3.节能技术的运用

目前推广的节能技术有：地源热泵技术、地热梯级利用技术、蓄冷蓄热技术、系统自动调节与控制技术、输配系统变频技术、管网平衡技术、热冷计量技术、地板辐射采暖技术等。

4.在低碳经济下暖通空调最有效的节能措施是地源热泵技术

a.热泵的概念

热泵是通过消耗机械功从低温热源吸取热量，然后放热至高温热源的装置，是以冷凝器放出的热量来供热的制冷设备。热泵首先是用来供热的，同时也可以制冷。热泵可以制冷制热，同时可以制备生活用水。

热泵可以利用大气、土壤、地下水、地表水等自然界的低位热能，以及其它工业废热等替代商品能源，实现空调的冬季供热和夏季供冷。

b.热泵的原理

热泵循环和制冷循环从本质上是一样的。都需要压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀。冬季将空调末端接到冷凝器上，热泵就可以供热，夏季将空调末端接到蒸发器上，就可以为末端供冷。

地源热泵系统，通过输入一份的电量，吸收三份不能直接利用的低品位热能，转化成四份可以直接利用的热能。所以热泵系统的COP一般都大于4，这是常规电锅炉效率的四倍多。c.热泵系统的种类

热泵与地下水结合称为水源热泵系统；热泵与地埋管结合称为土壤源热泵系统；热泵与地表水结合称为地表水水源热泵系统。

5.地能开发与热泵技术应用

a.地能资源的概念

地能资源包括两个部分：地热能和浅层地温能。

地热是从那里来的呢？一是外热，主要是来自太阳辐射，二是来自于内热，也就是岩石中的放射性元素产生的热。

浅层地能资源：地表以下十米深度的地层温度不随着大气温度的变化而变化，常年恒温，同时有可再生、储量大等特点。三十英尺以下的地层温度几乎是不随着外界气温的变化而变化。

b.热泵技术应用

地源热泵技术是将浅层地能转化为采暖、制冷等人类可用能源的唯一手段，地源热泵有这么几个特点：高效节能，清洁环保，一机多用，技术成熟。《可再生能源法》里面规定了地热能是可再生能源。

（1）工勘先行，换热后地下水必须同层回灌。

（2）地源热泵系统的总释热量宜与其总吸热量相平衡。

在华北大部分地区冬季和夏季地埋管的冷热负荷基本平衡，大地起到冬季储冷、夏季储热的作用。

东北和华中某些地区，释热量与吸热量就不平衡，可能某些地方就会引起地热温度的持续增长，一年比一年高。设计时应考虑最大负荷。在没有地下水径流的地区，这种冬夏的不平衡会造成地温的持续变化（不可恢复）。

（3）专家建议：可采用辅助热源或冷源与地埋管换热器并用的调峰形式，这样可节约初投资，由地埋管只承担基本平衡的冷热量（少设计些埋管），而剩下的负荷由辅助冷热源承担，同时也能解决了地温不可恢复的问题。

（4）以热泵为主的复合式系统设计。热泵技术与蓄冷技术结合，既可利用水源热泵技术同时满足制冷和采暖的特性，又可采用蓄冷技术进行电网的消峰填谷。同时可采用有调峰热源的复合系统，如采用锅炉冬季调峰，夏季采用冷水机组加冷却塔调峰。热泵主机在夜间变成制冰工况，白天需要用的时候，把冰释放出来，用板式换热器供给用户。可以增大空调供回水温差，由7~12℃，提高到5~14℃。供末端的管路管径比较小，而且水泵的流量也比较小。蓄冰的主机是接到蒸发器一侧，在热泵主机制冷或制冰的时候，冷凝器可以接水源、地源或地表水等。c.地源热泵系统设计的发展历程

分类

1.社会需求初级阶段中级阶段高级阶段（2006年开始）a.需求逐渐多样化，a.热泵项目得到了炉而带来了增长。以地下水源热泵为主。比较低。热回收热泵机组、个快速发展的阶段

商。统等。商。

为主，样的小公司。

2.设计特点a.以地下水源热泵系统、a.项目实施中，a.热源选择更加因热泵系统为主，条件对项目发展的制约，式单一。设计以满足供暖、冷效果为核心。泵，地源热泵系统。地表水源热泵也节能措施少。b.复合式系统的利用：应用。

泵、冰蓄冷、组制冷、的方式组合在一起，以提高冷热源运率，降低投资。

求。

3.代表性项目辽阳2.5用友软件园项目。

泵项目，配置80奥运村再生水热热源项目。

d．典型案例

奥运村微能耗建筑中的地源热泵系统介绍:奥运村微能耗建筑示范工程是奥运村配套托幼，08奥运会期间作为运动员医疗室，奥运会后作为配套幼儿园。建筑面积三千平方米，地上部分2~3层，地下局部一层。

能源系统设计原则：项目充分利用现代科技发展的最新成果，集成各种现有建筑技术。包括：高效节能外围护结构、自然通风和自然采光，重视可再生能源的利用。通过溶液回收机组，回收排风的能量。提高整个系统的能效比。同时通过热管式的蓄冷系统，和地源热泵有机结合，在整个系统中遵循能源互补的原则。

整个能源系统主要包括几部分，一部分是太阳能和风力互补的电力供应系统、地源热泵和蓄冷的系统，空调室内系统，包括溶液式回收机组，和室内的末端。生活热水系统，照明采光系统和办公控制系统。

为了保证低能耗，采用了高效能的围护结构。设计冷负荷是44.2w/m2，平均冷负荷只有14.5w/m2，平均热负荷是8w/m2。

内容

设计冷负荷(W/m2)

平均冷负荷(W/m2)

夏季总冷负荷(kW·h/夏季)

单位面积总冷负荷(kW·h/m2夏季)

设计热负荷(W/m2)

平均热负荷(W/m2)

冬季总热负荷(kW·h/冬季)

单位面积总热负荷(kW·h/m2冬季)不含新风30.110.660，97830.53.50.42，4841.2新风14.13.922，43311.211.57.644，39722.2建筑物总体44.214.583，41041.715846，88123.4

系统的运行模式，冬季有两种，一种是热泵直接供热，一种是靠太阳能制取的高温水通过换热以后，对室内进行供暖的模式。

夏季有四种模式。一种是从蓄冰池的外区取冷模式，一种是地源热泵夜间需冷水的模式，还有夜间有部分冷负荷的时候，地源热泵蓄冷水同时满足建筑冷负荷的模式，另一种地源热泵机组在白天单纯的

生活热水由地源热泵和太阳能联合供应。

在夜间冷负荷比较低的时候，热泵机组承担部分的冷负荷，同时供冷模式。蓄冷水，白天机组承担部分负荷，通过夜间蓄得的冷水和自然蓄冰槽冷量的释放起到削峰的作用。

在这个项目中采用了温湿度独立控制的方式。制冷、供热季节系统末端采用辐射地板+溶液式全热回收新风机组。溶液式全热回收新风机组负责湿度控制。地板辐射负责室内的温度控制。

通过温湿度独立控制，同时采用地板辐射的末端系统，夏季，可以用高温冷水供冷，这样机组效率比较高，COP可以达到6.2。冬季采取低温热水供暖，机组COP可以达到5.4。

空调系统在夏季单位面积的运行能耗只有11.4kW·h/m2,冬天是10.9kW·h/m2，全年运行下来空调系统单位能耗是22.3kW·h/m2，包括其它系统能耗一共是36.2kW·h/m2。通过低能耗、高效率的设计，与常规项目相比，本项目可以实现节能83%。

三.地源热泵系统效益分析

1．节能效益分析

⑴折算一次能源，以能源利用总能效进行分析，地下水热泵系统供热总能效最高约为115%，土壤源热泵系统供热总能效约为100%，燃煤集中锅炉供热总能效约为55%左右，燃气集中锅炉房供热总能效约为65%左右，热电厂供热总能效最高约为70%。

⑵根据地域、建筑类型、地源热泵系统方式的不同，地源热泵供暖与传统燃煤锅炉供暖相比节能25~50%。地源热泵供冷与传统冷水机组供冷相比节能10%左右。

2．环境效益分析

⑴地源热泵系统没有氮氧化物、二氧化硫和烟尘的排放，真正做到无污染。

⑵如果全国每年在2000万平方米建筑中推广应用地源热泵空调系统，则可替代70万吨左右标煤，或5.2亿立方米左右天然气，消减约470吨氮氧化物和约40吨颗粒物的排放。

3．经济效益分析

⑴地源热泵系统不仅能供暖、制冷而且可以提供生活热水，具有多重功能，主机使用寿命一般在20年左右。采用地下水式地源热泵系统，冷热源部分的初投资150~300元/m2，采用土壤源地源热泵系统，冷热源部分的初投资200~400元/m2，与采用国产冷水机组加锅炉式中央空调系统的初投资大致相同或略高。采用地源热泵系统制冷时，其运行费用可比传统中央空调降低15~30%。

⑵静态投资增量回收期约4~10年。

⑶地源热泵系统的维护成本非常低，无需专人看管，节省了占地空间和人力资源。⑷运行费用低：系统正常运行冬季低于20元/m2，夏季低于15元/m2。

四．结论

地源热泵空调系统是一个非常有前途的行业，与传统中央空调系统相比，地源热泵系统的优势在于它实现了环保性与节能性的统一，在建筑供热空调中采用地源热泵技术可以有效地提高一次能源利用率，减少二氧化碳和其它燃烧产生的污染物的排放，是一种可持续发展的建筑节能技术。2005年以后，建设部和各省市政府部门都出台了相关鼓励政策，并以财政补贴的方式扶持地源热泵技术在建筑领域的应用，这在能源领域是第一次，也表明了政府对节能减排工作的决心。冷热源和建筑结合，一体化的考虑方式，可以提高冷热源运行效率，降低投资。冷热源和建筑一体化设计应该作为未来地源热泵系统设计应用的发展方向。

五．参考文献

1.地源热泵技术应用论坛。

2.《可再生能源法》。

3.《地源热泵系统工程技术规范》。

4.《中国应对气候国家方案》国家发改委等

5.《低碳世界中的中国：地位、挑战与战略》张坤民