1、绿色可再生能源在建筑领域中的应用摘要 随着我国经济快速发展，能源消耗量迅猛增加，但一直以来没有引起人们的重视。直到近几年，能源的短缺极具加重，大量的煤炭消耗引起地球环境危机，人们才更注重对新能源、新技术的开发利用。本文着重介绍地源热泵空调系统和太阳能光伏系统，并对其在建筑领域中的适用性进行了详细的分析。 关键词：建筑 可再生能源 地源热泵空调系统 太阳能光伏系统 中图分类号：TU7 文献标识码： A 1 引言 当代，地球上可以利用的资源日渐减少，环保节能逐渐成为现代生活、生产设计的主题。地热以及太阳就是具有很大研究与应用价值的可再生能源，其具有清洁无污染可用不衰竭的特点，若能充分应用和推广，就
2、能够很好的应对能源危机，促进社会科技的进一步发展。以下本文就以地源热泵以及太阳能能源利用技术进行探讨，做好未来能源利用技术的结构重组。 2 地源热泵系统的运行原理 2.1 地源热泵技术 地源热泵是通过埋地热交换器从土壤吸热或向土壤放热。夏季空调时，室内的余热经过热泵转移，并通过地埋换热器释放到土壤中，同时为冬季蓄存热量；冬季供暖时，通过地埋换热器从土壤中取热，经过热泵将热量供给用户，同时，在土壤中蓄存冷量，以备夏季空调用。地源热泵空调系统，一般的地源热泵空调系统都是由地埋管换热器、地源热泵机组和室内空调末端系统三部分组成。 地源热泵系统位于地下，封闭管道里面注满了水，就是利用这些水与土壤进行换
3、热，土壤在冬季的时候可以作为热泵来给供暖提供热源，夏季的时候可以给空调制冷提供冷源，尤其是在夏季的时候，系统可以把室内存在热量全部投放到土壤里面；步入冬季的时候，还可以将先前存进土壤中的热量再取出来，以供采暖使用这些能量始终在冬季和夏季之间不停地进行转移。 2.2 地源热泵技术应用中存在的问题及成因 地源热泵技术是一种利用低能耗换来高能量的节能型技术，是一种新型节能、清洁环保的能源技术，但就目前的能源利用情况来看，地源热泵技术显然并没有得到很大的推广与应用。那么既然地源热泵技术是一种节能新技术，为什么却没有得到广泛的应用与推广呢？笔者带着这一问题，对地源热泵技术的应用进行了研究分析，总结出制约
4、地源热泵技术推广与发展的原因主要可以分为技术性因素与非技术性因素两方面：1、技术性因素 （1）不同冷、热负荷下，地下换热器与热泵系统最佳匹配技术的研究不够。当前地热空调技术的研究热点依然集中在地热能换热器的换热机理、强化换热及热泵系统与地热能换热器匹配等方面。与前一阶段单纯采用“线源”传热模型不同，最新的研究更多地开始关注相互耦合的传热、传质模型以更好地模拟地热能换热器的真实换热情况。 （2）土壤特性问题。地源热泵系统的性能好坏与当地土壤热特性密切相关，地热源的最佳间隔和深度取决于当地土壤的热物性和气候条件。而当前的地源热泵技术对于土壤的要求还相对较高，在很多地区，都由于土壤特性不能达到地源热
5、泵技术应用的要求而不能实施该技术。 （3）地源热泵技术与其它技术的配合不协调。地源热泵技术是暖通空调技术与钻井技术相结合的综合技术，两者缺一不可，这要求工程组织者和工程技术人员能够合理协调、做好充分的技术经济分析。而目前的技术水平还不能很好的满足这一要求。 2、非技术性因素 所谓非技术因素就是指制约地源热泵技术发展的相关社会因素，主要可以从国家宏观管理，专业技术人才的匮乏和质量评定体系的建立几方面来分析。 （1）目前我国虽然在大力支持地源热泵技术的推广与应用，但相关部门却没有出台完善的地源热泵技术产品制造的规范标准和相关法律法规，对于目前使用地源热泵技术的工程只注重其设备机组的节能而没有真正实
6、现系统节能的现状没有加以引导，没有设立专门的管理部门对地源热泵技术的应用进行科学管理。 （2）由于地源热泵技术是一门新兴的能源技术，针对这一技术进行深入研究的专业人员较少，也就是有关地源热泵技术的专业人才严重匮乏，没有形成一定的专业培养体系。没有专业的人员指导施工，也是制约该技术推广的主要原因。 （3）当前安装一套地源热泵技术所需费用较高，且没有权威的质量评定部门来确定该技术的节能效果，这就使得很多人不敢轻易尝试这种新技术，对于地源热泵技术的应用市场也缺乏一定的准入制度。 3 太阳能光伏发电的原理及特性 3.1 太阳能光伏发电的原理 太阳能光伏发电利用了太阳能电池的光生伏打效应，是一种直接将太
7、阳辐射(直接辐射、散射辐射、反射辐射等)能转化成为电能的发电形式。所谓光生伏打效应就是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的 PN 节时，就会在 PN 节的两边出现电压，叫做光生电压，这种现象就是著名的光生伏打效应。 太阳能光伏系统由太阳能电池组件、充放电控制器、逆变器、监测仪表、蓄电池或其他蓄能和辅助发电设备组成闭。根据其应用场合的不同，太阳能光伏发电系统可以分为离网光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合系统 3 类。离网光伏发电系统广泛建立于距离电网较远的偏远山区、无电区、海岛、荒漠地带等，向独立的区域用户供电。并网光伏发电系统
8、是将用户光伏系统和电网相连的光伏发电系统，这种方式具有对电网调峰、减少建设投人、灵活性强等优点，逐渐成为太阳能光伏发电技术发展的主流趋势，但是存在“孤岛效应” ，并网系统的逆变器必须对电网进行监控，一旦发生停电，能迅速停止向电网供电。混合系统具有很强的适应性，可以综合利用各种发电方式的优点，避免各自的缺点，达到对太阳能的充分利用，有较高的系统实用性，但也有其自身的缺点，如控制比较复杂、比独立系统需要更多的维护等。 3.2 太阳能光伏发电的特性 太阳能光伏发电具有许多独有的优点:1）太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源，而且太阳能光伏发电是安全可靠的，不会受到能源危机和燃料市场不稳定因素的影响；
9、2）太阳光普照大地，太阳能是随处可得的，太阳能光伏发电对于偏远无电地区尤其适用，而且会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失；3）太阳能的产生不需要燃料，使得运行成本大大降低；4）除了跟踪式外，太阳能光伏发电没有运动部件，因此不易损毁，安装相对容易，维护简单；5）太阳能光伏发电不会产生任何废弃物，并且不会产生噪音、温室及有毒气体，是理想的洁净能源。安装 1kW 光伏发电系统，每年可少排放二氧化碳（CO2）6002300kg，氮化物（NOx）16kg，硫化物（Sox）9kg 及其他微粒 0.6kg；6）可以有效利用建筑物的屋顶和墙壁，不需要占用大量土地，而且太阳能发电板可以直接吸收太阳能，进
10、而降低墙壁和屋顶的温度，减少室内空调的负荷；7）太阳能光伏发电系统的建设周期短，而且发电组件的使用寿命长、发电方式比较灵活，发电系统的能量回收周期短。 4 加强能源技术推广的举措 从实用性和有效保护地下热资源出发，地源热泵技术的推广对地下热平衡的问题必须要兼顾。要保证在方案上，整个区域的热平衡，使系统使用长期可靠地运行。在系统上，提倡辅助冷热源加地源热泵系统的设计方式。中国具有应用地源热泵技术的条件与广阔市场，加之具有环保、节能的优势的地源热泵技术本身，应用地源热泵技术的前景十分广阔。我们对当前国家能源政策要充分利用，对社会效益、经济效益和环境效益真正的实现有效结合。 5 工程应用实例 温州市
11、鹿城区科技创新大厦选址于温州鹿城轻工特色园区纵五路与渔藤公路交叉口东北角（轻工园区 A-43 地块） ，该地块范围东至纵四路，南面紧邻园区管理委员会办公大楼，西临纵五路，北至横七路。总用地面积 11975.2 平方米（合约 17.96 亩） ，计入容积率地上建筑面积35925m2，其中一期建筑面积 19311.9m2，二期建筑面积 16613.1m2。另地下室面积 4080m2。本工程在基地东西两边布置了两幢高 16 层的塔楼，各塔楼屋面面积大约为 1012m2，两幢塔楼中间设置了 3 层的裙房，裙房屋面面积大约为 994m2。该项目依托屋顶可利用区域进行光伏发电系统的安装，项目共使用多晶硅
12、170Wp 光伏组件 144 块，平面集中布置，分为12 个光伏组件串，接入 4 个 10KW 的并网逆变器，安装容量170Wp*144*0.9=22kW。可实现年均发电 3.96 万度，项目最少使用期限 20年内可发电 79 万度。而根据地质勘探报告，该项目 30 米以下土层为含砾粉质黏土、强风化凝灰岩、中风化凝灰岩，用于地源热泵打孔有效深度将小于 30m，远小于分析报告中设计有效深度 70m，满足不了该项目冷热负荷，本项目不宜设置地源热泵系统。 6 结束语 综述，建筑节能现在已经成为我们国家能源安全战略，成为我们可持续发展战略中的重要一环。通过对能源技术的不断研究与发展，我国的建筑事业将会更大的满足消费者的需求，实现其经济效益最大化。 参考文献 1 胡滨.暖通空调设计中地源热泵的应用J.城市建设理论研究，2011(19) 2 沈辉,舒碧芬,闻立时.我国太阳能光伏建筑的发展机遇与战略分析J.电池，2005(12)
