0引言

21世紀(jì)能源以及環(huán)境問題已經(jīng)成為了各國的頭等問題。如何合理、安全的使用能源變成了世界性的課題。建筑是城市中的基本場所，也是大量消耗能源資源的重要環(huán)節(jié)。我國建筑耗能的數(shù)字非常驚人:在建造和使用過程中直接消耗的能源占全社會(huì)總能耗的20%。根據(jù)發(fā)達(dá)國家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，這一比例將逐步提高35%左右，建筑能耗極有可能在不遠(yuǎn)的將來成為我國第一耗能大戶。我國建筑不僅耗能高而且能源利用效率相對較低，單位建筑能耗比同等氣候條件下的發(fā)達(dá)國家高出2～3倍。因此，中國要走可持續(xù)發(fā)展道路發(fā)展節(jié)能與綠色建筑已刻不容緩。

1四種建筑能源供給系統(tǒng)介紹

1．1壓縮式制冷機(jī)組+鍋爐+電網(wǎng)系統(tǒng)［1］

壓縮式制冷機(jī)組+鍋爐系統(tǒng)+電網(wǎng)的方式是目前建筑中最常用的供能方式。夏季時(shí)，電驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)組開啟提供冷量。冬季時(shí)，開啟鍋爐供暖。一年四季電量全部由電網(wǎng)給出。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行都很簡單，缺點(diǎn)是不夠節(jié)能，有時(shí)鍋爐余熱能超過200℃，沒有達(dá)到梯級利用。

1．2分布式三聯(lián)供系統(tǒng)［2］

天然氣熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)是以天然氣為一次能源，同時(shí)產(chǎn)生熱、電、冷3種二次能源的聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供系統(tǒng)。天然氣首先進(jìn)入小型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生電力，然后燃?xì)馔钙脚欧懦鰜淼母邷匚矚怛?qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)制冷或通過鍋爐供熱，滿足用戶對熱電冷的各種需求。系統(tǒng)具有效率高、可靠性強(qiáng)及污染物排放低等特性，但是系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量往往造成了供大于求，造成了熱浪費(fèi)。

1．3地域熱泵+電網(wǎng)系統(tǒng)［3－5］

地源熱泵系統(tǒng)是利用地下土壤溫度相對穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)采用熱泵原理，通過少量的電能輸入，完成熱交換的一種技術(shù)。地球一年四季其地表5m以下的土壤溫度十分穩(wěn)定，是一種清潔的可再生能源。夏季時(shí)土壤溫度低于大氣溫度，冬季時(shí)土壤溫度高于大氣溫度。地源熱泵機(jī)組工作原理就是在夏季從土壤提取冷量，由熱泵原理通過空氣作為載熱劑降低溫度后送到建筑物中，再配以少量電能完成冷量的提供。而冬季，則從土壤中提取熱量，由熱泵原理通過空氣作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中，再配以少量電能從而實(shí)現(xiàn)提供熱量的過程。與傳統(tǒng)的供能系統(tǒng)比較，地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用相對較低，排放的污染物也很少。但是地源熱泵的可持續(xù)性一直受到懷疑。土壤溫度恢復(fù)可能跟不上使用溫度的要求。某些地區(qū)冷量需求較多，若干年后夏季土壤溫度會(huì)逐步上升而導(dǎo)致地源熱泵制冷能效下降，而在熱量需求多的地方，若干年后冬季土壤溫度會(huì)逐步下降而導(dǎo)致地源熱泵制熱能效下降。此外，巨額的初投資費(fèi)用和難度較高的設(shè)計(jì)也是重要缺點(diǎn)。一年四季電量全部由電網(wǎng)給出。

1．4太陽能+電網(wǎng)系統(tǒng)［6］

太陽能制熱是指通過太陽能集熱器將自來水加熱，再把這部分熱量送到大樓內(nèi)，此技術(shù)已經(jīng)在全球大規(guī)模使用。直接利用太陽能制冷是指主要應(yīng)用太陽能系統(tǒng)通過太陽能集熱器以及加上一部分輔助熱源提供的熱能將自來水加熱，利用太陽能轉(zhuǎn)換的熱能驅(qū)動(dòng)進(jìn)行制冷，這部分熱水(大約為70℃)主要提供給吸收式制冷機(jī)來滿足負(fù)荷要求，機(jī)組的制冷系數(shù)可達(dá)0.8。這種制冷方式成本低、無噪音、無污染，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能全年高效利用。一年四季電量也全部由電網(wǎng)給出。眾所周知，太陽能利用運(yùn)行費(fèi)用的低價(jià)位和清潔是太陽能的主要優(yōu)勢。同時(shí)，天氣因素、地理環(huán)境對太陽能利用的影響是起決定性的。

1．5系統(tǒng)優(yōu)化［7］

無論是采用地源熱泵系統(tǒng)還是太陽能系統(tǒng)都受到了自然條件很大的影響。現(xiàn)在也有很多研究機(jī)構(gòu)對以上兩種系統(tǒng)做了優(yōu)化，以下就是兩種最具代表性的方法。某些地區(qū)因?yàn)橄募镜卦礋岜玫睦淠鲿?huì)產(chǎn)生大量熱量，如果直接排入地下會(huì)導(dǎo)致地源溫度緩慢上升，若干年后地源熱泵的制冷能效會(huì)大幅度下降從而導(dǎo)致地源熱泵不再具有節(jié)能性。這部分熱量通過換熱器換熱成生活熱水(大約為55℃)則可以節(jié)省大筆的燃料費(fèi)用，不但可以節(jié)省至少20%的燃料費(fèi)用而且也提高了地源熱泵長期運(yùn)行的可靠性。與此相反，某些地區(qū)冬季熱量不足。可以利用夏季太陽輻射強(qiáng)度大的特點(diǎn)，太陽能集熱器收集的能量除了可以滿足供空調(diào)運(yùn)行，余熱可提供洗浴和生活熱水，剩余熱量通過蓄熱井儲(chǔ)存在地下，以備冬用。到了冬季，太陽輻射強(qiáng)度明顯達(dá)不到要求，此時(shí)就可以用地源熱泵系統(tǒng)作為太陽能系統(tǒng)的輔助熱源從土壤中取出熱量。

2應(yīng)用實(shí)例

上海某大廈是一座現(xiàn)代化的涉外辦公室，大廈占地面積8600m2，總建筑面積49650m2，地下一層，地上二十七層，建筑總高度98.5m。白天需要不間斷的電能。此外在夏季和冬季分別需要冷量和熱量，夏季不提供生活熱水。圖1所示為該大廈2010年逐月冷熱電負(fù)荷圖。

2．1壓縮式制冷機(jī)組+鍋爐+電網(wǎng)系統(tǒng)

大廈現(xiàn)采用壓縮式制冷機(jī)組+鍋爐+電網(wǎng)的供能組合，其中4臺288kW螺桿式壓縮機(jī)，3臺4t/h柴油鍋爐，一年共消費(fèi)電力450kWh，柴油176t。花費(fèi)電費(fèi)約430萬元，油費(fèi)約97萬元。總和為527萬元。

2．2分布式三聯(lián)供系統(tǒng)

天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)價(jià)格為2．05元/m3，天然氣熱值取35．2MJ/m3。.與傳統(tǒng)的供能方式比分布式三聯(lián)供系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用約為510萬元，約為傳統(tǒng)供能方式運(yùn)行費(fèi)用的9%。又由于天然氣污染物較少，碳的含量也比煤少，二氧化碳減排率為11%。

2．3地源熱泵系統(tǒng)

上海地區(qū)屬于“夏熱冬冷”地區(qū)，近幾年最熱月平均氣溫已達(dá)30.2℃，最冷月平均氣溫為4.2℃。高于35℃的酷熱天氣長達(dá)半個(gè)月至一個(gè)月，日平均溫度低于5℃的天數(shù)長達(dá)兩個(gè)月以上。每年傳給土壤的冷熱量基本相同，能充分發(fā)揮土壤蓄能的作用，適合于地源熱泵系統(tǒng)。該大廈前有一片空地約1500m2，可提供該大廈地源熱泵系統(tǒng)布管的土壤面積。因此該項(xiàng)目用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是非常適合的。一般在上海鉆孔間距是4～6m，深度是60～80m，按夏季換熱量40W/m，冬季30W/m計(jì)算，夏季節(jié)約用電約16.2%，冬季節(jié)油約17.7%，節(jié)能率約17%。年運(yùn)行費(fèi)用約為490萬元。