谈暖通空调对天然能源的利用

【摘 要】目前多把燃料通过燃烧产生的热能直接用于空调或把燃料转化为其他形式的能（如电能、机械能）加以利用。这一燃烧过程不仅烧掉了许多贵重原料,也对大气造成了污染，所以国外纷纷成立所谓清洁能研究机构，把重点放在不会造成大气污染的天然能源的利用上，例如太阳能、地热、风能、潮汐能及沼气等。这里我们只重点介绍可以直接用于空调的太阳能，地热能和地下含水层蓄能。

【关键词】暖通空调；天然；能源；利用

1．太阳能供暖与制冷

太阳能是一种清洁能源，是太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3、8 X 1023 KW，其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，由于地面太阳能很分散，辐射强度较低，加上日变化大，到达量受地区大气条件影响而不稳定等，使太阳能的利用受到限制。

目前比较简单的太阳能供暖通风方式是采用所谓被动式太阳房。这种方式的特点是直接利用太阳照射到建筑物内部或间接地被某围护结构表面所吸收，然后加热室内空气。太阳射线通过一玻璃表面透射到重质墙体涂黑的吸热表面上，使墙表面温度升高，同时墙体蓄热。在冬季室内需要供热时，玻璃与墙体之间的热空气利用自然对流送入房间。室内冷空气经墙下通风口进入空气层又被加热形成自然循环。在太阳停止照射后，则利用重质墙体所贮存的热，继续加热房间。

被动式太阳房的缺点是其供暖和通风效果完全取决于太阳照射的状况而无法将室内温度保持在一个比较稳定的范围内。尽管重质墙体有一定的蓄热能力，仍不免在连续阴天或昼夜室外温度变化较大时，室内温度过低或波动过大。

为克服被动式太阳房的缺点，又发展了所谓主动式的带有辅助热源和蓄热器的系统，称主动式太阳能供暖系统。它用以加热空气供暖。在有日照时，系统可有两种运行工况:一为供暖房间不需加热，用太阳能集热器收集的热量加热蓄热器，以备使用；一为供暖房间需要加热，而蓄热器尚未蓄存足够的热量，因此需要开动辅助热源供热。在无日射时，也可有两种运行工况：一即由蓄热器向房间供热;一即当蓄热器的热量不足时由辅助热源供热。

利用太阳能在夏季对房间进行空调，一般采用吸收式和吸附式制冷技术，吸收式制冷技术是利用吸收剂的吸收和蒸发特性进行制冷的技术，可分为氨一水吸收式制冷和溴化锂一水吸收式制冷。吸附式制冷技术是利用固体吸附剂对制冷剂的吸附作用来制冷，常用的有分子筛一水吸附式制冷和活性炭一甲醇吸附式制冷。这两种制冷技术均不采用对臭氧层有破坏作用的氟里昂，并且二者都采用较低等级的能源，在节能与环保方面有着光明的前景。

利用太阳能作为能源的空调系统在太阳辐射越强烈、室外空气温度越高时，制冷空调能力越强。太阳能空调系统"减轻城市热岛效应、节约能源、保护环境具有明显的作用。

2．地热能的利用

地热能是贮存于地球内部的一种巨大的很有前景的能源。据统计，地球地面以下五公里内，15℃以上岩石和地下水总含热量达1.05 X 1025J，相当于950万亿t标准煤。按世界年耗100亿t标准煤计算，可满足人类9.5万年能源之需要。地热井可提供热水、汽水混合物、干饱和蒸汽或过热蒸汽等载热体，经过一定的预处理（过滤杂质，除去不凝气体等）即可直接利用。

利用地热水采暖或做空调系统的热源，有多种可行方案，下面介绍几种基本方案。

2.1 地热水直接供暖或做空调热源

这种方案是将地热水直接供入建筑物采暖和空调系统，其系统形式与一般热水采暖和空调供热系统没有区别，只是代替锅炉房或热电站的地热井。

①若地热水的温度偏低，将使室内暖气片或空气加热器面积过大，系统的运行费用和金属耗量将要增加。选择方案时应做技术经济比较。

②多数地热水中含有腐蚀性气体及某些有害离子,对供热管道和设备有一定腐蚀性。选用管材时应予考虑。

③根据美国的研究资料表明，对于不同形式的地热水直接供热装置，为了散热面积不至增加太多，其水温有个低限值。

2.2 地热水间接供热

为避免地热水对供热系统与设备的腐蚀，利用热交换器，用地热水来加热供热系统的热水。这样尽管供热水温略有降低，但延长了管道和设备的使用寿命，经济上仍然是有利的。

2.3 地热供暖加调峰锅炉

建筑物的供暧设计负荷是由室外设计温度来决定的。供暖期实际室外温度多数时间高于设计温度值，即实际供暖负荷多数时间低于设计负荷。而地热井的水温和流量都不便调节，若按采暖设计温度下的负荷作为地热采暖负荷，就降低了地热利用率。

为了提高地热利用率，扩大地热采暖的建筑面积，可以把采暖负荷分成两部分。高峰负荷由另设的锅炉房供应，地热只负担稳定采暖负荷，为了合理地划分两种负荷，应按锅炉房投资和地热利用效率进行技术经济比较。我国目前的做法是以采暖负荷的1/3作为调峰锅炉负荷进行设计，此时锅炉的供热量约占全年采暖热量的1/10。

2.4 地热加热泵供热

若地热水温度较低，直接利用其供热必然造成散热器或加热器面积过大，金属消耗量增加。若将地热水作为热泵的热源，通过蒸发器降温后排掉,而从冷凝器出来的较高温度的二次热水供采暖和空调用，采暖和空调利用地热能不但可以节约常规燃料、避免环境污染、减少煤场占地面积和垃圾量，而且还可以适当延长供暖期。

3．地下含水层蓄能

所谓地下含水层蓄能，就是通过井孔，将低于含水层原有水温的冷水，或高于含水层原有水温的热水灌人地下含水层。利用含水层作为蓄热介质蓄存冷、热量，待需要用水时，用泵吸取使用。这项技术由于充分利用了自然界取之不尽的能量以及地层的良好保温性能，所以它是很好的季节性蓄能措施之一。由于空调系统耗能有季节性，所以地下含水层蓄能对空调节能有很大经济意义。因此，它和其他新能源的开发和利用一样，也受到了重视和发展。

地下含水层蓄能又叫深井回灌。由于地下水流动速度很慢，灌入含水层中的水流失也很缓慢，地下土层的传热系数较小，以致把低温水灌入含水层贮存几个月后，再抽上来使用，水温变化很小。目前，在我国采用深井回灌方式的水源热泵系统在北方地区得到了较大发展。该系统工作原理同地热源热泵系统，但由于换热效率高，所以节能性更好，初投资与运行费用较少。

结语

当代暖通空调技术一直以来以促进人类居住的舒适性、健康性,保护地球环境，对能源有效利用等基于可持续发展的原则而取得进展的。而且将继续为人类创造舒适的室内环境,保护大气环境，节约能源而努力。

参考文献

[1] 贺平,孙刚. 供热工程[M] . 中国建筑工业出版社，1993.

[2] 狄育慧. 暖通节能的探讨. 北京节能，2000.