可再生能源固有的中低品位属性是指

随着经济的迅速发展，能源和环境问题日益尖锐。在特别炎热的夏天，我们都切身地体会到了电力的紧张。可以预见，这种状况在今后还会出现，并且会日趋严重。一、暖通空调领域节能的重要性和可行性随着社会的发展，建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大，在发达国家已达到40%，据统计在湖南省也达到27.8%。在城市远高于这个比例。而在建筑能耗里，用于暖通空调的能耗又占建筑能耗的30%-50%，且在逐年上升。随着人均建筑面积的不断增大，暖通空调系统的广泛应用，用于暖通空调系统的能耗将进一步增大。这势必会使能源供求矛盾的进一步激化。另一方面，现有的暖通空调系统所使用的能源基本上是高品位的不可再生能源，其中电能占了绝对比例。对这些能源的大量使用，使得地球资源日益匮乏，同时也带来严重的环境问题，如在我国的一些地区酸雨、飘尘问题呈日益严重之势，对生态环境和可持续发展带来了很大影响。以湖南长沙地区为例，2003年夏季电力系统最大负荷大约为160万千瓦，据有关部门推算，其中空调系统的负荷就占了约60万千瓦。在最热的夏天，如果对暖通空调系统采取节能措施，不仅可以大大缓解电力紧张状况，同时对于降低不可再生能源的消耗、保护生态环境、维持可持续发展、振兴湖南经济等都有着重要的意义。根据暖通空调行业的研究成果，现有空调系统的能耗是惊人的，如果采用节能技术，现有空调系统节能20%-50%完全可能。显然，如果对长沙地区的空调系统和建筑系统采用节能措施，那么即使遇到今夏那样的炎热天气，长沙也不会超过现有电力系统峰值而停电了。

二、暖通空调领域节能的途径与方法科学技术的不断进步，使暖通空调领域新的技术不断出现，我们可以通过多种方法实现暖通空调系统的节能。1、精心设计暖通空调系统，使其在高效经济的状况下运行暖通空调系统特别是中央空调系统是一个庞大复杂的系统，系统设计的优劣直接影响到系统的使用性能。例如系统往往都是按最大负荷设计的，而实际运行基本上是在部分负荷下运行，如果系统各部分的设计不能满足部分负荷运行的要求，那系统的能耗是很大的。又如新风系统的设计，系统应该能随着室外气象参数的变化改变新风量，以最大限度地缩短主机的开启时间。可以说空调系统的设计对系统的节能起着重要的作用。2、改善建筑维护结构的保温性能，减少冷热损失我们知道对于暖通空调系统而言，通过维护结构的空调负荷占有很大比例，而维护结构的保温性能决定维护结构综合传热系数的大小，亦即决定通过维护结构的空调负荷的大小。所以在国家出台的建筑节能设计规范和标准中，首先要求的就是提高维护结构的保温隔热性能。3、提高系统控制水平，调整室内热湿环境参数，尽可能降低空调系统能耗空调系统特别是舒适性空调系统对人体的作用是通过空气温度、湿度、风速、环境平均辐射温度进行的，人体对环境的冷热感觉是这些环境因素综合作用的结果。以往的空调控制方式仅仅是测控空气的温度湿度，甚至仅空气温度。显然是不全面的，势必带来许多问题，如空调系统对人体的作用不直接、当环境变化时对环境的调控不迅速、人体感到不舒适、空调系统的这种调控方式不节能。热湿环境研究成果的应用，为我们采用新的控制方式方法提供了理论基础。如果采用舒适性评价指标即体感指标作为空调系统的调控参数，如采用PMV或SET*指标对空调系统进行调控，不仅可以解决传统控制方法存在的弊病，而且可以实现大幅度的节能，据我们的初步研究表明，采用这种控制方法可使空调系统在人体舒适的条件下节能30%左右。4、采用新型节能舒适健康的空调方式如上所述，影响人体热舒适性的环境参数众多，不同的环境参数组合可以得到相同的热舒适性效果，但不同的热湿环境参数组合空调系统的能耗是不相同 的。例如在冬季，如果我们采用传统的空调方式，把整个室内的空气加热，通过空气实现人体与环境的热湿交换，就需要较高的空气温度，此时通过维护结构的热损失和加热新风的热损失都比较大。如果我们根据热湿环境的研究成果，改变传统的空调方式，增加辐射热（如低温地板辐射采暖），此时所需要的空气温度降显著下降，一般可达到12~14度，而传统方式一般在18~20度，显然后者比前者具有显著的节能效果。在夏季也有类似的结果。5、推广应用使用可再生能源或低品位能源的空调系统随着空调系统的广泛应用，空调对不可再生能源的消耗将大幅度上升，同时对生态环境的破坏也在日趋加剧。如何利用可再生能源及低品位能源已经成了该领域重要的研究课题。地源热泵空调系统就是在这种形势下发展起来的，它利源地下恒温层土壤热显著提高空调系统的COP值，使得同等制热（或制冷）量下的系统能耗大幅度下降。另外，利用太阳能供热或制冷技术也在开发研究着。6、开展冷热回收利用的研究运用工作，实现能源的最大限度利用目前许多空调系统冷热回收利用研究也在蓬勃开展，如空调系统排风的全热回收器，夏季利用冷凝热的卫生热水供应等，都是对系统冷热的回收利用，显著提高了空调系统能源利用率。三、存在的问题与对策要实现空调系统的节能降耗，已经具备了许多成熟的条件，但同时也存在许多问题有待于解决：1、暖通空调系统的设计管理问题如前所述，空调系统的设计对空调系统的节能性有着重要的影响。然而在实际中往往得不到一些设计部门和设计人员的足够重视，使得设计建造的系统不仅初投资大，运行能耗也相当惊人，大大超过了国家标准。据实测，有的公共建筑的空调能耗占建筑总能耗的60%。为此， 我们有必要建议政府有关职能部门加强对暖通空调设计项目的管理，可以委托相关技术部门如学会等对设计图纸文件进行严格审查，对未达到国家有关节能标准的设计严禁施工建造。2、暖通空调系统的运行管理问题除设计外，我们发现运行管理也起着重要的作用。有些单位的空调系统，一年四季只有开机关机和冬夏季转换操作，显然系统达不到相应的节能效果。为此 要求运行管理人员不仅要有强烈的责任心，上岗前还必须要进行系统的培训和考核，对没有达到要求的，应重新培训，考核合格后才能上岗。在调查中我们发现，同样一套系统，管理人员不同，系统的能耗大不相同，有的甚至相差50%以上。3、新型空调方式、控制方法及新的节能技术的开发应用问题如前所述，采用新型空调方式、新的控制方法，不仅能显著提高热舒适性而且可以使系统大幅度节能。在我省对新型空调方式和控制方法的研究可以说在全国都是比较早的，并且已经取得了一些可喜的成果，只要政府部门略加扶持这些成果将很快能得到适用，并形成产业化，对这些项目的实施，将对我省的能源、环境和经济都将起到巨大的推动作用。4、公众对空调系统作用的理解观念问题对于舒适性空调系统，从本专业的角度来讲就是使人体有好的热舒适性。而在社会上我们常常发现一种这样的观念：认为空调在夏季是越冷冬季越热效果越好。这显然与舒适性空调的出发点相违背的。事实上，这样不仅大大增大了空调系统的能耗，同时由于室内外温差的增大，也使人体对不同环境的适应性下降，身体免疫力降低。这些可以通过宣传改变人们的观念。5、使用可再生能源空调系统的开发推广应用问题利用可再生能源的暖通空调系统，如地源热泵空调系统、太阳能制冷、供热系统，不仅有着显著的环境和社会效益，有的还有着显著的经济效益（如地源热泵空调系统），应大力开发推广。当然，和其他任何新技术一样，这些技术也存在着一些问题（如地源热泵系统的地源热提取问题等），也需要进一步研究完善，也需要政府部门的重视和支持。综上所述，暖通空调系统在建筑节能中占据重要的位置，起着重要的作用，节能技术的研究开发和运用是暖通空调系统、建筑系统节能的基础，政府职能部门的重视和支持，则是实现大幅度节能、产生显著的环境和社会效益、推动经济发展的保证。

提升制冷制热系统能源利用效率。把一次能源多级梯次利用，把各种能源综合、集成利用，使我国的能源利用率逐步提升。

推动能源消费革命。按照不同的温度区域，把能源在动力、热力等各种场合用到合理、合适的地方，能够满足特定的当地多种需求，适应当地特有的资源条件，构建新型的能源消费结构。

推进能源供给革命。促进用户主动的选择利用效率高的能源形式，以需求带动供给的转型，构建新型的能源供给结构。大力发展利用可再生能源，少用或不用一一次化石能，少烧或不烧可燃物质获得热量大力发掘、利用各种低品位能源，挖掘利用各种余热、废热及浅层地能等的低品位热量服务于需求侧。

区域供暖、区域供冷、区域供电以及解决区域能源需求的能源系统和它们的综合集成统称为区域能源。这种区域可以是行政划分的城市和城区也可以是一个居住社区或一个建筑群还可以是特指的开发区、园区等。总之，人类社会发展至今所有一切用于生产和生活的能源，在一个特指的区域内得到科学的、合理的、综合的、集成的应用，完成能源生产、转换、供应、输配、使用和排放全过程，称之为区域能源。

二、区域能源系统

区域能源系统是局域能源网络，通过该网络向综合建筑物提供热水、蒸汽(区域供热)、冷水(区域供冷)、用电(通常称微网)、或者是综合供应。

区域能源系统可以是锅炉房供热系统冷水机组供冷系统热电厂系统冷热电联供系统热泵供能系统太阳能供能系统风电系统等等。所用的能源还可以是：燃煤、燃油、燃气、可再生能源(太阳能热水系统，地下水源热泵系统，地表水源热泵系统，污水源热泵系统，地能热泵系统，光伏发电系统，风力发电系统)、生物质能等。这些服务的不同形式通常是平行运行，服务相同建筑物的部分或全部。应利用当地的条件和应对当地问题，专门地设计区域能源系统。

区域能源系统要适合特有的情况，能够满足特定的当地多种需求(例如准确可靠的医院需求)或者相适应当地特有的资源条件(例如燃烧当地可用的生物质)。为了提供这些能源服务，通常区域能源系统围绕作为系统心脏的中心站建设。一旦中心站运行，能量通过管线或电线易于与建筑物连接。为了提供这些能源服务，通常区域能源系统围绕作为系统心脏的中心站建设。一旦中心站运行，能量通过管线或电线易于与建筑物连接。很像人的血管系统，通常管线以闭式方式运行，从中心站输送热水到建筑物用户，然后凉水返回心脏再加热，往复循环。区域能源系统可以利用当地的可再生资源，通过高效率的中心站对综合建筑物(工业、商业、住宅)供冷与供热。

三、我国能源消耗现状

目前中国能源消耗高、环境压力大。世界能源平均利用效率为50 . 3 2 %，其中，我国为36.81%，印度为39%，美国为51%，日本为56%,丹麦为72%为应对全球气候变化我国政府承诺：到 2 0 2 0 年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40%-45%，其中节能提高能效贡献率要达到8 5%以上。2 0 0 9年国际能源署发布报告称，中国消费了32.2亿吨标准煤，而美国消费了31.1亿吨标准煤，中国成为全世界第一大能源消费国。2012年我国一次能源消费量3 6 . 2亿吨标煤，消耗全世界2 0 %的能源(消费了全世界煤炭的一半)，单位 G DP 能耗是世界平均水平的2.5倍，美国的3.3倍，日本的7倍，同时高于巴西、墨西哥等发展中国家。中国每消耗1吨标煤的能源仅创造14000元人民币的GDP，而全球平均水平是消耗1吨标煤创造25000元GDP，美国的水平是31000元GDP，日本是50000元GDP。为解决当前问题，发展区域能源已经势在必行。

四、我国发展区域能源的意义与必要性

1、区域能源能够控制能源消费增加过快，降低能耗

区域能源实现多种能源的科学、合理、综合、集成的应用，在需求侧——应用侧实现品位对应，温度对口，梯级利用，多能互补，可以使各种能源得到适得其所，发挥其特长，可降低总能耗，降低单位产品的能耗，降低单位 GDP的能耗。

2、区域能源能够提升能源利用效率

能源革命的目标就是要提高能源利用效率，区域能源科学合理用能，实现能源的对应、对口、梯级、综合利用，把一次能源多级梯次利用，把各种能源综合、集成利用，把能源“吃干、榨尽”，用最少的能源，完成更多的工作。把我国的能源利用率从 36% 逐步提升到50% → 72% → 90%。

3、区域能源能够推动能源消费革命

区域能源能够推动能源方式的改变，把能源用到合理、合适的地方。例如把供暖温度由95℃降到 75℃→ 60℃→ 50℃ 供暖不用一次燃烧能源的1000 ℃。 用吸收式热泵提升工业20 ～ 40℃余热、废热至 50 ～ 60℃，满足供热需要。

4、区域能源能够推进能源供给革命

区域能源能够督促用户选择利用效率高的能源形式。不同的产业需要不同种类的能源，例如工业冶炼、铸压必须用一次高温的能源，服务纺业的洗染可以用低品低温的余热、废热。居民供暖、地板辐射用30～40℃热水暖风机、风机盘管用50～55℃热水散热器用75～55℃热水区域能源为用户的多种选择提供了可能。

5、区域能源推进天然气的梯级综合利用，实现“三联供”

天然气是一种高效清洁的化石能源，是下一代人类社会的主打能源。但现在人们更多的是将它们一次就烧掉了，不仅能效低(仅有40%左右)，而且排放污染也高。为实现天然气的综合梯级利用，世界各国都在大力发展天然气的分布式能源。利用天然气的高品位——发电产生高品位二次能源再利用天然气发电的余热——低品位，为各种产业和建筑提供能源。实现汽、热、电“三联供”，梯级利用天然气能效可达90%以上。区域能源为天然气分布式能源提供了广阔的空间，它不仅可以自己形成独立的能源系统，同时它还可以和其他形式的能源集成为一个综合高能效的系统。

6、区域能源能够大力发展利用可再生能源

少用或不用一次化石能，少烧或不烧可燃物质获得能源，是节能减排追求的目标。可再生能源的利用提供了这种可能：太阳能可直接转化为电能或热能风能可转化为热能地热能可转化为电能或热能等等。但是可再生能源转化的能源，多是低品位、不连续、不稳定的。人类利用可再生能源时都要考虑辅助措施或辅助能源。区域能源为可再生能源在区域中的利用提供了这种可能和保证。

7、区域能源能够大力发掘、利用各种低品位能源

各种余热、废热及浅层地能等的低品位热的数量是人类社会消耗有效能源的许多倍，但是目前利用率很低，浪费很大。在区域能耗中，需要量最多、最大的还是低品位能源，特别是建筑用能。所以区域能源可以很好地应用低品位能源，把发掘出来的各种低品位热用于区域能源。

五、发展区域能源需要的条件

1、区域能源要求有现代的市场经济体制

能源是一种商品，可以在市场上自由交易，但目前在我国还不能完全做到，因为我们整个国家的市场经济体制还不够完善，还带有一些计划经济的特点。油、气、电、热还没有完全体现它们的商品属性，还不能进行市场交易，区域能源要求建立平等、合理的市场竞争体制。

2、区域能源要求实现能源管理机制的革命

区域能源可以在一个区域内实现多种能源管理体制的协调融合，形成一个有机一体的管理体制，同时也就要求在更大范围内甚至全国建立健全适合中国特色的能源管理体制和机制。

3、区域能源推进要求能源价格的革命

区域能源是多品种、多品位能源在一个区域内的应用，所以各种能源应该有一个合理的价格，应该按质论价、市场定价、随行就市。而目前我国还没有建立起这样一个能源价格的定价机制，水、煤、气、电、热如何定价?要平衡各方利益，从长计议推进能源价格的革命。

4、区域能源要求完善能源的法律法规

能源的规划建设、运营、管理和服务都应该有法律法规来指导和制约，过去我们只有行业的、条条的、地区的、块块的，供电、供热、供气的规定、规范，缺乏总体的、全面的能源法律法规，缺乏适用于区域能源的相关法律法规。只有完善了区域能源的法律法规，才能真正推进节能减排，实现高能效。

5、区域能源应当学习引进国际能源的新概念、新理念、新观念

国际上区域能源发展有一百多年的历史，有很多理念和概念值得我们学习应用。例如城市能效、区域能效、行业能效、系统能效等等再如品位对应、温度对口、梯级利用等等，加强与国际上在区域能源方面的合作就首先要学习理解先进的概念、理念、观念。

6、区域能源推进能源国际合作

区域能源与国际合作就要学习国际上先进的能源技术，能源的生产技术，转换技术，应用技术，运行管理技术，运营服务技术，若实现能源革命必须掌握先进的技术，改进我们的技术，革现有技术的命，包括软硬件。国际合作离不开人才的交流和培养，应该完善我们的能源行业人才培养体系，编写系统、统一的教材，特别是运营管理方面加强人才的培养，把人送出去参加国际上一些能源企业的运营管理。

7、区域能源呼唤有国际水平的能源装备

区域能源提高能源效率，实现能源的综合、集成利用，对各种能源都要吃干榨尽，对各种利用技术和设备都要高效率、低排放。高品位、高温的能源转换为低品位、低温的能源比较容易实现，但将大量低品位、低温的能源转换为我们需要的能源，这需要更过的新技术、新装备。所以必须有世界当今一流的能源生产、使用、转换的装备，而且是有自主知识产权的，区域能源推动能源装备生产、利用的革命。例如：在燃机、制冷机、余热回收等方面的装备，再如采集井能源采集方面的系统设备等。

六、区域能源的发展与展望

在2015年6月29日生态文明贵阳国际论坛2015年会上，联合国环境规划署发布了《城市区域能源：充分激发能源效率和新能源的潜力》报告中文版。这一报告选取包括中国鞍山内在的全球45个区域能源利用示范城市，为世界各国城市的能源利用和转型提供了参考。主题论坛中，联合国环境规划署技术、工业和经济司长丽嘉诺娜表示，目前城市能源的一半用于供暖和制冷，现代化的区域能源体系，将是降低能源需求的关键。《报告》中选取了45个做区域能源最成功的城市，已经有了区域能源利用的最佳实践。这些经验告诉我们，区域能源是一个非常好的尝试，并且可以为全世界有意试验区域能源利用的城市提供范例。

区域能源为能源与互联网相结合提供了广阔前景，区域能源为多能源同时供应给多用户的多种需求提供了可能，在一个区域实现这种功能，没有信息的支撑也是不可能的。当能源已经危及到生存和发展，能源革命的号角已响起，我们应该用互联网技术改造能源，开启能源革命。

是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，具有取之不尽，用之不竭的特点，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。可再生能源对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。相对于可能穷尽的化石能源来说，可再生能源在自然界中可以循环再生。可再生能源属于能源开发利用过程中的一次能源。可再生能源不包含化石燃料和核能。

建筑能耗占整个能耗的40%左右,是最有潜力的节能领域.毛细管网换热器结构具有换热面积大、流量分配均匀、水流阻力小、散热效果好的优点,还能够耐高温、耐高压、耐腐蚀,是一种理想的高效换热器,用途十分广泛.毛细管网换热器换热机组突出的优点是能够有效利用低品位的能源,尤其是可再生能源(如太阳能,以及土壤、地下水、空气、污水、地表水、发电厂废水等说蕴含的能量),还可以提高空调系统的能效,做到节能减排环保并提高建筑物的品质.毛细管网换热器与地源热泵或空气源热泵结合,加上合理的控制组成一个节能系统,节能可达70%如果再配套太阳能和冷热储能系统,节能可达90%左右.毛细管网换热器与"节能减排降耗、提升建筑品质"关系密切,具有巨大推广应用前景.

第一部分:温湿度独立控制空调技术简介

一、常规空调技术存在的问题

从人体的热舒适与健康出发,要求对室内温度、湿度进行全面控制.夏季人体舒适区为25℃,相对湿度60%,此时露点温度为16.6℃.空调排热排湿的任务可以看成是从25℃的环境中向外界排热,在16.6℃的露点温度的环境下向外界排湿.目前空调方式的排热排湿都是通过空气冷却器对空气进行冷却和冷凝除湿,再将冷却干燥的空气送入室内,实现排热排湿的目的.常规温湿度混合处理的空调方式存在如下问题:

1、能源浪费.使用一套系统同时制冷和除湿,为了满足用冷凝方法排除室内余湿,冷源的温度需要低于室内空气的露点温度,考虑传热温差与介质输送温差,实现16.6℃的露点温度需要约7℃的冷源温度,这是现有空调系统采用5~7℃的冷冻水、房间空调器中直接蒸发器的冷媒蒸发温度也多在5℃的原因.在空调系统中,占总负荷一半以上的显热负荷部分,本可以采用高温冷源排走的热量却与除湿一起共用5~7℃的低温冷源进行处理,造成能量利用品位上的浪费.而且,经过冷凝除湿后的空气虽然湿度(含湿量)满足要求,但温度过低,有时还需要再热,造成了能源的进一步浪费与损失.

2、难以适应热湿比的变化.通过冷凝方式对空气进行冷却和除湿,其吸收的显热与潜热比只能在一定的范围内变化,而建筑物实际需要的热湿比却在较大的范围内变化.一般是牺牲对湿度的控制,通过仅满足室内温度的要求来妥协,造成室内相对湿度过高或过低的现象.过高的结果是不舒适,进而降低室温设定值,通过降低室温来改善热舒适,造成能耗不必要的增加相对湿度过低也将导致由于与室外的焓差增加使处理室外新风的能耗增加.

3、造成室内空气品质下降.大多数空调依靠空气通过冷表面对空气进行降温除湿,这就导致冷表面成为潮湿表面甚至产生积水,空调停机后这样的潮湿表面就成为霉菌繁殖的理想场所.空调系统繁殖和传播霉菌成为空调可能引起健康问题的主要原因.另外,目前我国大多数城市的主要污染物仍是可吸入颗粒物,因此有效过滤空调系统引入的室外空气是维持室内健康环境的重要问题.然而过滤器内必然是粉尘聚集处,如果再漂溅过一些冷凝水,则也成为各种微生物繁殖的理想场所.频繁清洗过滤器既不现实,也不是根本的解决方案.

4、传统的室内末端装置有局限性.为排除足够的余热余湿同时又不使送风温度过低,就要求有较大的循环通风量.例如每平方米建筑面积如果有80 W/m2显热需要排除,房间设定温度为25℃,当送风温度为15℃时,所要求循环风量为24 m3/hr/m2,这就往往造成室内很大的空气流动,使居住者产生不适的吹风感.为减少这种吹风感,就要通过改进送风口的位置和形式来改善室内气流组织.这往往要在室内布置风道,从而降低室内净高或加大楼层间距.很大的通风量还极容易引起空气噪声,并且很难有效消除.在冬季,为了避免吹风感,即使安装了空调系统,也往往不使用热风,而是通过另一套的暖气系统(如采暖散热器)供热.这样就导致室内重复安装两套环境控制系统,分别供冬夏使用.

5、输配能耗的问题.为了完成室内环境控制的任务就需要有输配系统,带走余热、余湿、CO2、气味等.在中央空调系统中,风机、水泵消耗了40%~70%的整个空调系统的电耗.在常规中央空调系统中,多采用全空气系统的形式.所有的冷量全部用空气来传送,导致输配效率很低.相对而言,1m3水所输送的热量和3840 m3空气所输送的热量是相当的.

此外,随着能源问题的日益严重,以低品位热能作为夏季空调动力成为迫切需要.目前北方地区大量的热电联产集中供热系统在夏季由于无热负荷而无法运行,使得电力负荷出现高峰的夏季热电联产发电设施反而停机,或者按纯发电模式低效运行.如果可以利用这部分热量驱动空调,既省下空调电耗,又可使热电联产电厂正常运行,增加发电能力.这样即可减缓夏季供电压力,又提高能源利用率,是热电联产系统继续发展的关键.由于空调负荷在一天内变化显著,与热电联产电厂提供热能并不是很好匹配,如何实现有效的蓄能,以协调二者的矛盾也是热能使用当中存在的问题.

综上所述,空调的广泛需求、人居环境健康的需要和能源系统平衡的要求,对目前空调方式提出了挑战.新的空调应该具备的特点为:减少室内送风量、高效换热末端、采用低品位能源、设置冷热蓄能系统.从如上要求出发,目前普遍认为温湿度独立控制空调技术可能是一个有效的解决途径.

二、温湿度独立控制空调技术的特点

空调系统承担着排除室内余热、余湿、CO2与异味的任务.研究表明:排除室内余湿与排除CO2、异味所需要的新风量与变化趋势一致,即可以通过新风同时满足排除余湿、CO2与异味的要求,而排除室内余热的任务则通过其他的系统(独立的温度控制系统)来实现.由于无需承担除湿的任务,因而用较高温度的冷源即可实现排除余热的任务.

温湿度独立控制空调系统中,采用温度与湿度两套独立的空调控制系统,分别控制、调节室内的温度与湿度,从而避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失.由于温度、湿度采用独立的控制系统,可以满足不同区域和同一区域不同房间热湿比不断变化的要求,克服了常规空调系统中难以同时满足温、湿度参数的要求,避免了室内湿度过高(或过低)的现象.

温湿度独立控制空调系统的基本组成为:处理显热的系统与处理潜热的系统,两个系统独立调节分别控制室内的温度与湿度(见图1).处理显热的系统包括:高温冷源、余热消除末端装置,采用水作为输送媒介.由于除湿的任务由处理潜热的系统承担,因而显热系统的冷水供水温度不再是常规冷凝除湿空调系统中的7℃,而是提高到18℃左右,从而为天然冷源的使用提供了条件.即使采用机械制冷方式,制冷机的性能系数也有大幅度的提高.余热消除末端装置可以采用毛细管网换热器、辐射板、干式风机盘管等多种形式,由于供水的温度高于室内空气的露点温度,因而不存在结露的危险.处理潜热的系统,同时去除室内CO2、室内异味等,以保证室内空气质量.此系统由新风处理机组、送风末端装置组成,换热机组,采用新风作为能量输送的媒介.在处理潜热的系统中,由于不一定需要处理温度,因而湿度的处理可能有多种方法,如冷凝除湿、吸附除湿等.

图1 温湿度独立控制空调系统

在温湿度独立控制空调系统中,采用新风来承担排除室内余湿、CO2和室内异味的任务,以保证室内空气质量.一般来说,这些排湿,排有害气体的负荷仅随室内人员数量而变化,因此可采用变风量方式,根据室内空气的湿度或CO2的浓度调节风量.由于仅是为了满足新风和湿度的要求,如果人均风量40 m3/hr,每人5平方米面积,则换气次数只在2~3次/hr,远小于变风量系统的风量.这部分空气可通过置换送风的方式从下侧或地面送出,也可采用个性化送风方式直接将新风送入人体活动区.

室内的显热则通过另外的系统来排除(或补充).由于这时只需要排除显热,就可以用较高温度的冷源通过辐射、对流等多种方式实现.当室内设定温度为25℃时,采用屋顶或垂直表面辐射方式,即使平均冷水温度为20℃,每平米辐射表面仍可排除显热40 W/m2,已基本可满足多数类型建筑排除围护结构和室内设备发热量的要求.由于水温一直高于室内露点温度,因此不存在结露的危险和排凝水的要求.

温湿度独立控制空调系统实现了室内温度和湿度的分别控制.尤其实现了新风量随人员数量的同步增减,从而避免了变风量系统冬季人员增加,热负荷降低,新风量换热机组随之降低的问题与目前的风机盘管加新风方式比较,免去了凝水盘和凝水排除系统,彻底消除了实际工程中经常出现问题的这一隐患,同时由于不再存在潮湿表面,根除了滋生霉菌的温床,可有效改善室内空气品质.由于室内相对湿度可一直维持在60%以下,较高的室温(26℃)就可以达到热舒适要求.这就避免了由于相对湿度太高,只得把室温降低(甚至到20℃),以维持舒适度要求的问题.既降低了运行能耗,又减少了由于室内外温差过大造成的热冲击对健康的危害.

图2 毛细管网辐射

三、 高温冷源的制备

由于潜热由单独的新风处理系统承担,因而在温度控制(余热去除)系统中,不再采用7℃的冷水同时满足降温与除湿的要求,而是采用约18℃的冷水即可满足降温要求.此温度要求的冷水为很多天然冷源的使用提供了条件,如深井水、通过土壤源换热器获取冷水等,深井回灌与土壤源换热器的冷水出水温度与使用地的年平均温度密切相关,我国很多地区可以直接利用该方式提供18℃冷水.在某些干燥地区(如新疆等)通过直接蒸发或间接蒸发的方法获取18℃冷水.

即使采用机械制冷方式,由于要求的压缩比很小,根据制冷卡诺循环可以得到,制冷机的理想COP将有大幅度提高.如果将蒸发温度从常规冷水机组的2~3℃提高到14~16℃,当冷凝温度恒为40℃时,卡诺制冷机的COP将从7.2~7.5提高到11.0~12.0.对于现有的压缩式制冷机、吸收式制冷机,怎样改进其结构形式,使其在小压缩比时能获得较高的效率,则是对制冷机制造者提出的新课题.图3是三菱重工(MHI)微型离心式高温冷水机组的工作原理,采用"双级压缩+经济器"的制冷循环形式和传热性能优异的高效传热管,优化设计离心式压缩机叶轮和轴承,不仅突破了离心式冷水机组难以小型化的误区,而且还具有非常高的性能系数COP.图4示出了利用该微型离心式冷水机组制备高温冷水时的性能计算值.从图中可以看出:当冷冻水进、出水温度为21/18℃、冷却水进、出水温度为37/32℃时,其COP=7.1,在部分负荷条件下或冷却水温度降低时,其性能则更为优越.

图3 微型离心式高温冷水机组 图4 18C高温冷水机组的性能曲线

四、结论

与目前普遍使用的风机盘管加新风方式或全空气方式相比,温湿度独立控制系统的特点可总结如下:

适应室内热湿比的变化.温湿度独立控制系统分别控制房间的温度和湿度,能够满足建筑热湿比随时间与使用情况的变化,换热机组 板壳式换热器采用波纹板片作为传热元件,全面控制室内环境.并根据室内人员数量调节新风量,因此可获得更好的室内环境控制效果和空气质量.

末端方式不同.可采用辐射式末端或者干式风机盘管吸收或提供显热,采用置换通风等方式送出干燥的新风去除显热,冬夏共用同样的末端装置.处理显热的系统只需要18℃的冷水,这可通过多种低成本的和节能的方式提供,降低了运行能耗.

可以利用低品位能源,即使采用普通空调机组系统能效换热机组会大大提高.这个特点有利于能源的广泛选择利用,特别有利于开发利用低品位换热机组再生能源:如太阳能、地能、热电厂余热回收等,对节能减排降耗意义重大.

舒适度大大提高.没有强风感、没有噪声、不传播细菌,是一种健康绿色的空调方式.

第二部分 毛细管网换热器是温湿度独立控制空调技术的基石

一、毛细管网换热器的结构

毛细管网是一种集配式结构(见图5),具有以下特点:

1、换热均匀2、水力损失小

3、换热面积大4、换热效果好.

图5 集配式结构的毛细管网

因此,毛细管网是一种高效换热器.毛细管网是PP-R原料制造,因此又具备了耐高温、耐高压、耐腐蚀的特点,用途广泛.毛细管网与散热层和保温层的结合使用进一步提高换热效率,合称为毛细管网换热器,是理想的高效换热器(见图6).

图6 毛细管网换热器

二、毛细管网换热器的优点:

1、高效节能.毛细管网换热器能够有效利用低品位能源、能够大大提高空调系统的能效.建设部评估委员会专家认为:"毛细管网换热器与地源热泵或空气源热泵结合,加上合理的控制组成一个节能系统,节能可达70%如果再配合太阳能和冷热蓄能系统,节能可达90%左右."

2、高舒适度.毛细管网换热器没有强风感、没有吹风危险、没有噪声、不传播细菌、温差小、轻柔安静.

3、安装方便.毛细管网换热器薄(4.3mm)而柔软、荷载小(满水后不足900g/m2),便于与装饰层结合使用,可以方便地安装在地面、墙面或顶棚,对装饰影响最小.产品一般免维修、免清洗.

4、绿色环保.采用PP-R原料制造,可靠使用五十年以上,可回收利用,不会对环境造成污染.

三、正确应用毛细管网需要解决的问题

1、防止冷辐射表面凝露

这是人们在使用毛细管网制冷时首先要考虑的问题.实际上掌握了温湿度独立控制空调技术原理后就知道这个问题很容易解决了,有多种可靠的技术可以选择,关键在于以下两点.

(1)采用高温冷源.供水温度保证冷辐射表面在室温设计温度以下满足制冷要求,同时在室内露点温度以上不发生凝露.

(2)利用新风除湿.新风系统往往是高档建筑必备的,利用新风控制室内露点始终低于冷辐射表面的温度.

系统的组成与控制:高温冷源、毛细管网换热器、新风机组、除湿机组、温度-露点探测器、执行器.当有了露点信号的时候,通过提高循环介质的温度、加大新风量、降低新风温度等手段都可以避免凝露.

2、防止毛细管阻塞

(1) 建议采用独立的小型循环系统,与大系统连接时通过板式换热器隔开.

(2) 循环系统全部采用耐腐蚀的管道及阀部件,如塑料管、铜镀镍阀部件和连接件等.金属氧化物沉积会阻塞管道,游离的金属离子会对塑料管材老化产生影响.

(3)对系统的补充水进行过滤,防止大型颗粒物阻塞管道.如果系统始终在冷水状态下运行,不必考虑水质的软化问题.

(4)系统中需要加防冻液或除氧剂,换热机组 赛场中除了棋盘棋子,或采取真空脱气措施.原因是塑料管是透氧换热机组,采取以上措施可以防止管道内滋生微生物形成生物粘泥.

3、漏水修复

毛细管网是由PP-R原料制造,干管漏水可以热熔修复,毛细管漏水可断开通过热熔手段焊死.毛细管网一般安装在装饰层下面,漏水点寻找及恢复比较方便,但是还是建议加强成品保护及警告措施,尽量避免破坏.

4、与装饰面层结合

毛细管网与装饰面层结合时可以随面层形状随意安装,但是要与装饰层结合紧密避免产生空气隔层影响换热.面层抹灰时应该注意有一定的厚度及使用聚合物砂浆,防止开裂.

四、毛细管网推广应用的成熟性

1、产品制造技术十分可靠

毛细管网是由PP-R管道焊接成型的,PP-R原料及管道的理化性能已经通过国际国内权威机构证明是可靠的.目前的焊接工艺换热机组是十分可靠的,无数次换热机组压力测试证明爆破点一般发生在毛细管和主管上,毛细管与主管的焊点十分牢固.产品通过了国家化学建材检测中心的有关测试,而且经过建设部组织的各方专家评估得出权威结论:企业建立了质量保证体系,经用户使用反映良好,主要性能指标达到国际先进水平.

2、国内产品标准及应用技术规程正在完善

北京普来福环境技术有限公司在参考国外同类产品相关标准的基础上制定了《无规共聚聚丙烯(PP-R)毛细管网换热器企业标准》(Q/CYPLF001-2007),已经在北京市技术监督局备案发布,制定了产品应用技术规程,通过了国家空调与净化设备标准委员会组织专家的审定和建设部组织的科技成果评估.争取进一步完善和改进后尽快上升为行业标准和规程.

3、应用技术已经十分成熟和可靠

毛细管网在欧洲已使用二十年,有很多成功案例,使用面积已经超过一千万平方米以上,近年来的需求量也是越来越大.我国从2005年清华大学节能示范中心引进毛细管网产品和技术以后,各方面专家、学者和工程技术人员也作出了大量的研究和实践工作,积累了丰富的设计和施工经验,已经开始在很多项目上投入应用,反映效果很好.

第三部分:毛细管网让可再生能源

插上腾飞的翅膀广泛应用于高低档建筑

一、世界能源的历史与形势

自古以来,人类生存和发展的基本条件越来越清晰,即物质、能量和信息.尤其是近代的工业革命,使得人类进入了一个高速发展的时代,化石燃料被疯狂的开采,能源消耗从煤炭到石油和天然气,让我们在有生之年就有可能看到它们的枯竭.更可怕的是,我们在经历能源危机的同时,不得不接受它的"副产品":环境污染.

所幸的是有识之士已经在全球范围内行动起来.为防止地球温暖化(温室效应)对人类的危害,要求控制化石燃料燃烧排放出的CO2量,因为它对于地球温暖化的影响占1/2以上.1997年12月,联合国气候变化框架公约缔约方第三次会议在日本京都召开,部分国家签署了《京都议定书》,确定了发达国家温室气体的减排目标:在2008~2012年间,将其温室气体的排放量由1990年的排放水平平均降低5.2%.2004年6月在德国波恩召开了国际可再生能源大会,154个国家代表通过了《波恩宣言》,德国总理施罗德在会上讲话指出"能源的有效使用和可再生能源的开发是世界获得可持续能源供应的双重策略".

我国著名能源科学家吴仲华教授早在上世纪80年代初期就已提出"温度对口,梯级利用"的科学用能基本原则.在当前的一段时间内,化石能源仍是主要的一次性能源,尽量减少煤炭的使用,将天然气的比例增加,将石油的比例减少,到2030年前后,大规模使用可再生能源,到2050年前后,化石能源降低到次要地位,甚至于逐渐淡出能源结构.

二、我国的能耗状况

中国作为最大的发展中国家,正处于经济高速增长阶段,呈现出高储蓄、高投资、高耗能的特征.我国二氧化硫的排放量居世界第一,二氧化碳的排放量居世界第二,能耗量居世界第二.中国是一个十三亿人口的大国,我国的能耗量将很快居世界第一.能源对整个国家的发展将起到非常关键的作用,能源问题搞不好,有可能拖整个国家可持续发展的后腿.不远的将来,能源危机在中国可能不会再是危言耸听的事情.2004年,中国经济总量占世界经济总量的4.4%,而石油和煤炭的需求量则分别占世界的7.4%和31%.2005年,中国能源消费量为22.2亿吨标准煤,比2004年增长9.5%,中国现在已经成为仅次于美国的第二大石油消费国.据有关专家预测,到2020年,中国石油进口量将超过5亿吨,天然气进口量将超过1000亿立方米,两者的对外依存度将分别为70%和50%.另外,我们的能效也不容乐观,每一万元的产值所消耗的能源,是美国的3倍,日本的7.2倍,并远远高于巴西、印度等国家.为了解决这种状况,52位院士和百余位专家联名发出了节能和科学用能的倡议书:提高能源利用效率,减少能源消耗,保护生态环境.

三、我国的建筑能耗状况、特点和方展方向

我国的建筑能耗占社会总能耗的30%左右,既有建筑近400亿平方米,95%以上是高能耗建筑.目前我国是世界上最大的建筑工地,每年建成的房屋面积高达20亿平方米,换热机组,超过了发达国家年建成建筑面积的总和.到2000年底,能够达到建筑节能设计标准的建筑累计仅占全部城乡建筑总面积的0.5%,占城市既有供暖居住建筑面积的9%,绝大部分新建建筑仍是高能耗建筑.2004年,我国建筑运行能耗占社会总能耗的18.8%,北方采暖地区,采暖能耗占全国城镇建筑总能耗的40%.随着建设规模的不断扩大,建筑能耗占中国能源总消耗的比例也会持续增加.解决好北方的采暖能耗和南方的空调能耗,将是节能减排的关键所在.

一般建筑用能中,采暖空调占65%左右,生活热水供应占15%左右,电器照明等占14%左右,炊事占6%左右.除电器照明和炊事外,其他的建筑用能具有以下特点:1、 低品位能源:热能根据其温度的高低可分为低品位能源和高品位能源,越接近环境温度的热能品位越低,而高出环境温度幅度越高则热能品位越高.建筑采暖所需的温度通常低于100℃,空调所需的温度通常高于5℃,均为低品位能源.如果将化石燃料燃烧后产生的高品位能量用于建筑采暖、空调,是不符合"温度对口、梯级利用"的热力学基本原则,存在着严重换热机组能量浪费2、2、2狭窄的温度范围:

Qfw建筑空调冷冻水的温度一般为5~12℃(毛细管网系统所需温度为16~20℃),供热热水温度在55~60℃左右(毛细管网系统所需温度为30~35℃).由此可见建筑能源的温度范围非常狭窄3、www.topenergy.org Rq2|w%m vw建筑用能温度与可再生能源的温度接近:地球环境内的各种介质均含有低品位的热(冷)能,这些介质包括土壤、地下水、河流湖泊及海水、污水和空气.以北京为例:土壤的地下水温度全年约14℃左右污水厂冬季排出的处理后污水温度仍在16℃左右空气温度一般为-15~40℃.显然这个温度范围与空调供暖所需的温度相当接近,我们可以通过热泵将温度升高或降低到建筑用能的使用温度4、可直接使用太阳能:.....我国西北、华北的大部分地区,采暖季日平均太阳辐照量均在9,000~15,000kJ/m2之间.如果采用目前流行的真空管太阳能集热器,每日集热时间按8小时考虑,建筑面积热指标按50W/m2计算,采暖供回水温差15℃(毛细管网采暖供回水温差不超过5℃),每天供暖时间为8h,则可以推算出,每单位建筑面积所需要的集热器面积在0.21~0.33m2之间.由于农村地区的建筑形式和城市的别墅多为3层以下的建筑,所以按照这个面积比例是完全可以实现的对于多层建筑,也可以作为能源的补充而节省部分能源.

由此可见,低品位的可再生能源即可再生的自然能源应是建筑用能的最佳选择.一般来说自然能源可以包括以下六个来源:土壤、地下水、地表水(湖泊、河流等)、海水、污水及空气,它们所含有的热能来自太阳辐射和地热能,同时地球表面包括土壤和水体的储能作用换热机组在自然能源的应用中起到了至关重要的作用.由此可见,大力推进可再生能源在建筑中应用,是解决建筑用能最科学、最经济、最合理的选择.

四、高效采暖空调末端

要想减小建筑运行的能耗,除了要解决好围护结构(墙体、屋顶、门窗等)的保温问题外,还必须解决好暖通末端的低效利用问题.

古人从钻木取火以来,每一次取暖的发展,末端的温度都会有所下降,人类文明也向前迈进了一步.最初是用火堆,高温且烟熏火燎,采暖面积小后来,用火炉,同样的温度但室内没有了烟气,但采暖面积仍然有限再后来,用中高温度的火炕、火墙和壁炉,使整个房屋温暖到上世纪期四、五十年代普遍采用100℃以上的汽暖和80℃以上的水暖到上世纪七十年代,西方国家开始采用55℃~60℃水温的地板辐射采暖到了1986年,又开始采用16℃~40℃水温的毛细管网恒温恒湿新风技术来使建筑物一年四季保持温度和湿度的恒定不变.

随着末端的温度不断降低,末端的效率极大地提高,节能越来越显著,而舒适度也越来越高.

能源危机、环境污染、自然资源能否可持续利用是中国乃至全球性的问题.开发利用可再生能源是缓解能源危机、降低环境污染、促进自然资源可持续利用的重要手段.但仅仅是开源是不够的,必须与节流并举,开发从冷热源到末端的整个系统,使系统的整体效率提高,才能真正实现节能减排降耗的目标.这对于减少对传统能源的依赖程度、促进经济社会可持续发展、保障国家能源安全具有重要意义

矿产资源由于人类不断地、越来越大量地开采，储量逐渐减少，有的快要枯竭。矿产形成的速度根本无法同人类开发的速度相比，因而矿产资源被认为是不能再生的。矿产资源的储量一般按目前的技术水平和经济条件能够开发利用的量进行统计的。随着开采、冶炼和提取技术的提高，一些低品位矿产和矿石中伴生矿物也将被利用起来。

2、 材料特点：制作毛细管网的原料是PP-R、PE-RT等可热塑性塑料，可热熔成型，绿色环保，同时具有耐高温、耐高压、耐腐蚀的特点，因此有广泛的推广应用领域，是理想的高效换热器。

3、 使用特点：毛细管网薄、柔、轻，因此安装方便、覆盖层可以薄，铺装面积可以大，因此可以有效利用低品位能源，实现节能和舒适效果。