可再生資源利用技術(shù)在建筑給水排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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摘要：結(jié)合住宅建筑太陽能熱水系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，住宅與其他使用生活熱水的建筑中太陽能熱水供水系統(tǒng)、熱泵熱水供水系統(tǒng)與幾種方式聯(lián)合供應(yīng)生活熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用，對(duì)各種利用可再生資源的節(jié)能措施選擇、優(yōu)缺點(diǎn)、適用條件、參數(shù)的確定及設(shè)計(jì)施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)等方面進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：太陽能熱水供應(yīng)   空氣源熱泵  水源熱泵  太陽能一熱泵中央熱水系統(tǒng) 1太陽能熱水供應(yīng)節(jié)能技術(shù) 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的衛(wèi)生熱水、空調(diào)已成為普遍需求。在發(fā)達(dá)國家，衛(wèi)生熱水、供熱和空調(diào)的能耗可占到社會(huì)總能耗的25%一30%，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，我國也已達(dá)到這個(gè)比例。而我國的能源結(jié)構(gòu)主要依靠礦物燃料，特別是煤炭。礦物燃燒產(chǎn)生的大量污染物，如溫室效應(yīng)氣體的排放已日益成為各國政府和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。太陽能、低溫自然能源的利用是節(jié)能和減少CO:排放的關(guān)鍵技術(shù)之一。21世紀(jì)是能源的世紀(jì)，這些可再生新能源的開發(fā)已經(jīng)成為不可阻擋的趨勢(shì)。 我國根據(jù)近幾年來在太陽能、低溫自然能源的利用，制定了有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB50364一2005)、《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范))(GB50336一2005)。許多地方政府還針對(duì)當(dāng)?shù)氐那闆r，出臺(tái)了許多有關(guān)節(jié)能的地方法規(guī)從政策上加以引導(dǎo)和鼓勵(lì)。 1.1采用太陽能再生能源的優(yōu)點(diǎn) 豐富的太陽輻射能是重要的能源，是取之不盡、用之不竭、無污染、廉價(jià)、人類能夠自由利用的能源。利用太陽能熱水器提供熱水有許多優(yōu)點(diǎn)。 1.1.1節(jié)能、經(jīng)濟(jì) 太陽光是不要錢的，住宅用戶投資幾千元的太陽能熱水器，可用上15一20年，省掉許多煤氣或油等不可再生能源。 1.1.2節(jié)材 太陽能集熱器可就近設(shè)置，縮短了管道的長度，減小循環(huán)設(shè)備等的尺寸，減少設(shè)備的能耗。 1.1.3環(huán)保 沒有任何廢氣排放，不污染環(huán)境，是一種綠色環(huán)保產(chǎn)品?，F(xiàn)代太陽能熱水器在夏天可把水加熱至70℃以上，春秋天使用也基本無問題，在冬天同樣可以使用。冬天只要是晴朗的日子或是忽陰忽陽的雨天有2一3h的光照，水就熱了，可直接使用;在冬季陰雨連綿的日子，水溫也可提升20一30℃，這時(shí)只要輔助電加熱裝置將水加熱升溫，水就可以用于洗浴、盟洗了，比起從市政生活供水直接升溫至需要的溫度，省掉了大部分能源。和電熱水器相比，用太陽能供應(yīng)熱水，全年一般可節(jié)省80%一90%的電。 1.2太陽能再生能源的適用條件 太陽能、水源、空氣源屬低溫?zé)嵩?，故在水的加熱和?chǔ)存及相應(yīng)儲(chǔ)熱設(shè)備、水加熱器等的設(shè)計(jì)計(jì)算均不能采用常規(guī)熱源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)?！睹裼媒ㄖ柲軣崴到y(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，日照時(shí)數(shù)大于1400h/a年太陽輻射量大于4200MJ/耐及年極端最低氣溫不低于一45℃的地區(qū)，宜優(yōu)先采用太陽能作為熱水供應(yīng)熱源。 1.3太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用 為使民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)安全可靠、性能穩(wěn)定、與建筑和周圍環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工，應(yīng)與建筑、施工設(shè)計(jì)一體化。“量身定做”是太陽能熱水系統(tǒng)的發(fā)展方向，應(yīng)根據(jù)建筑風(fēng)格的不同，針對(duì)不同建筑設(shè)計(jì)出最適合的太陽能熱水供水系統(tǒng)，最終獲得滿意的效果。 1.3.1非集中式太陽能熱水系統(tǒng)常用方式及特點(diǎn) 1.3.1.1整體式非承壓自然循環(huán)式太陽能 (l)方案特點(diǎn):①滿足個(gè)性化需求，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)、用戶要求，量身定做太陽能熱水器，安裝與建筑一體化結(jié)合，視覺效果整齊淡觀，與建筑相得益彰;②集熱系統(tǒng)采用水位和定溫相結(jié)合的循環(huán)方式，有效地利用了太陽能;③設(shè)有自動(dòng)回水功能，保證用熱水時(shí)溫度，減少了冷水的流失;④可和任何常規(guī)能源相結(jié)合，確保陰雨天的使用。 (2)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn):①系統(tǒng)初投資低，運(yùn)行較穩(wěn)定，運(yùn)行成本低;②系統(tǒng)施工周期短;③技術(shù)成熟，便于組織安裝及售后服務(wù)，配品、配件較為普及，便于維護(hù);④系統(tǒng)控制模式多樣，滿足不同消費(fèi)者生活習(xí)慣。 1.3.1.2承壓型分戶集熱一分戶水箱的方式 (1)方案特點(diǎn):①集熱系統(tǒng)為閉式，間接換熱，分戶水箱;②集熱器采用陽臺(tái)式或壁掛式安裝，和建筑有效結(jié)合，增加建筑的美觀;③水箱根據(jù)需要放置在用戶要求的地方，如陽臺(tái)上、衛(wèi)生間內(nèi)、廚房內(nèi)等;④循環(huán)管路預(yù)埋在墻、室內(nèi)墊層內(nèi)，避免影響室內(nèi)的美觀;⑤解決了屋面集熱器安裝面積不足造成的難題—高層建筑不能使用太陽能;⑥減少了系統(tǒng)的循環(huán)管路，從而提高了集熱效率，降低了使用費(fèi)用;⑦每戶一套系統(tǒng)，用水和用電分戶計(jì)量，住戶可隨住隨用，無計(jì)費(fèi)糾紛，便于物業(yè)管理。 (2)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn):①系統(tǒng)承壓運(yùn)行，性能穩(wěn)定，使用起來安全可靠;②系統(tǒng)采用間接加熱，有效保證熱水的衛(wèi)生和潔凈;③水箱承壓運(yùn)行，有效保證冷熱水的水壓一致，混水均勻，提高了熱水使用的舒適度;④至衛(wèi)生間、廚房等相對(duì)較遠(yuǎn)位置的集熱循環(huán)管路采用TPZ銅管，其使用壽命與建筑基本相等，真正實(shí)現(xiàn)了建筑的部品化;⑤控制系統(tǒng)人性化設(shè)計(jì)，自動(dòng)化控制，使用安全可靠。 1.3.2集中式太陽能熱水系統(tǒng)適用范圍及優(yōu)點(diǎn)集中式太陽能熱水系統(tǒng)除具有太陽能熱水系統(tǒng)的共同優(yōu)點(diǎn)外，相對(duì)非集中式太陽能熱水系統(tǒng)，還具有太陽能資源利用率高、管理相對(duì)集中方便的特點(diǎn)，適合在供水保障性要求不高的場(chǎng)所單獨(dú)使用，或在供水保障性要求較高的情況下與其他輔助熱源聯(lián)合使用。廣泛應(yīng)用于集體宿舍、小型賓館酒店、學(xué)校公共浴室、醫(yī)院、桑拿等的集中生活熱水供應(yīng)。 集中式太陽能熱水系統(tǒng)的輔助加熱裝置一般選用熱泵、電能、燃油(氣)鍋爐等。換言之，是通過相應(yīng)的閥門控制，把太陽能集熱器作為電能、燃油(氣)鍋爐、熱泵等加熱設(shè)備的預(yù)熱設(shè)備，做到節(jié)能減排。夏季熱水供應(yīng)主要依靠太陽能集熱器，其他三季可由太陽能將水預(yù)熱，熱量不足部分由熱泵、電能、燃油(氣)鍋爐等補(bǔ)充。當(dāng)太陽能系統(tǒng)檢修時(shí)，可由其他加熱設(shè)備供給全部熱量。系統(tǒng)的運(yùn)行、轉(zhuǎn)換、定時(shí)等通過相應(yīng)的溫度、光照控制儀和閥門控制。 2水源、空氣源低溫再生能源熱水供應(yīng)節(jié)能技術(shù) 2.1采用水源、空氣源低溫再生能源的優(yōu)點(diǎn) 熱泵的作用通常是提取環(huán)境(大氣、地表水和大地)中的熱量或廢熱的溫度并利用這些熱量。熱泵熱水器是利用熱泵原理，從周圍環(huán)境介質(zhì)中吸收熱量來制取生活熱水的熱泵裝置。常規(guī)熱泵熱水器，包括地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵等幾種機(jī)械壓縮式熱泵形式。由熱泵得到的這部分熱水(熱泵提升能量一驅(qū)動(dòng)能)屬于可再生能源。 2.1.1環(huán)境效益顯著 開發(fā)推廣熱泵熱水器熱水供應(yīng)技術(shù)可徹底革除中小型燃?xì)鉄崴饕约靶⌒腿济哄仩t，該裝置的運(yùn)行沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，減輕了城鎮(zhèn)的大氣污染。同時(shí)避免了電熱水器所造成的能源浪費(fèi)嚴(yán)重。更為主要的是將為溫室氣體C姚的減排做出重大貢獻(xiàn)，具有極大的環(huán)境效益。 2.1.2節(jié)能、運(yùn)行費(fèi)用低 熱泵制熱系數(shù)(能效比)恒大于1，全年平均的能效比可達(dá)3~4，制熱效率高。熱泵熱水器比傳統(tǒng)熱水供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行效率還要高25%一30%。在華東、華南小型賓館傳統(tǒng)熱水供應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行耗電量約為2.33kw•h/人，而熱泵熱水器熱水供應(yīng)系統(tǒng)約為0.74kw•h/人。保守估計(jì)每個(gè)客房節(jié)約電能約為500kw•h/a。每1kw•h按0.6元計(jì)，每間客房節(jié)省300元/a。因此由于熱泵熱水器系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用低，所增加的初投資可在5一7a內(nèi)收回。 2.1.3超大水量、適用范圍廣、安裝方便 熱泵熱水器水箱容量根據(jù)具體要求量身訂做，水量充足，可滿足不同客戶不同時(shí)段需求。而且不受氣候影響，在環(huán)境溫度為一10一43℃下均能正常工作，可廣泛應(yīng)用于家庭、賓館、酒店、學(xué)校、醫(yī)院、集體宿舍、住宅小區(qū)、桑拿等集中供熱。熱泵熱水器可以安裝在任何地方，安裝在室內(nèi)不占用空間，也可以安裝在室外，如屋頂、地面等露天放置，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，占地面積小、安裝簡單，無需另設(shè)機(jī)房。 2.1.4利用可再生能源，可持續(xù)發(fā)展 熱泵熱水器是利用了空氣內(nèi)熱能或地?zé)豳Y源作為冷熱源，進(jìn)行能量交換的熱水供應(yīng)系統(tǒng)?？諝夂偷乇頊\層地?zé)豳Y源量大面廣，無處不在，是一種清潔的可再生能源。 2.2水源、空氣源低溫再生能源的適用條件 (1)空氣源熱泵的一個(gè)主要缺點(diǎn)是供熱能力和供熱性能系數(shù)隨著室外氣溫的降低而降低，所以它的使用受到環(huán)境溫度的限制，一般適用于最低溫度一10℃以上的地區(qū)。 (2)在地下水源充沛、水文地質(zhì)條件適宜，能保證回灌的地區(qū)，可采用地下水源熱泵熱水供應(yīng)系統(tǒng)。 (3)在沿江、沿海、沿湖、地表水源充足，水文地質(zhì)條件適宜，及有條件利用城市污水、再生水的地區(qū)，宜采用地表水源熱泵熱水供應(yīng)系統(tǒng)。 2.3熱泵熱水系統(tǒng)常用方式及優(yōu)缺點(diǎn) 2.3.1空氣源熱泵熱水系統(tǒng)以室外空氣為熱源的空氣源熱泵，結(jié)構(gòu)簡單，不需要專用機(jī)房，安裝使用方便，在衛(wèi)生熱水供應(yīng)方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)?？諝庠礋岜脽崴鞑捎枚嗯_(tái)機(jī)組并聯(lián)的安裝模式，當(dāng)用戶用水量增大時(shí)，可隨時(shí)增添設(shè)備。除了比較大型的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)外，現(xiàn)在已有多個(gè)品牌的小型家用空氣源熱泵熱水器也已投放市場(chǎng)。同太陽能熱水器相比，熱泵熱水器對(duì)外界的天氣條件依賴性小，對(duì)安裝條件要求低。與即熱式電熱水器相比，熱泵熱水器出水溫度穩(wěn)定。而與燃?xì)鉄崴飨啾?，熱泵熱水器使用成本也有一定幅度的降低。熱泵熱水器能源源不斷地吸收空氣中的熱能，隨時(shí)提供生活熱水。 2.3.2水源熱泵熱水系統(tǒng)熱回收型的水源熱泵熱水機(jī)組，可以汲取巧一60℃的低品位水(海水、污水、建筑中水、空調(diào)冷水、冷卻水、工業(yè)廢水等)的熱量，來制取60一90℃的高品位熱水，作為采暖熱水、生活熱水或工業(yè)用熱水。在生活熱水系統(tǒng)中，現(xiàn)在已經(jīng)得到推廣應(yīng)用的水源熱泵主要為空調(diào)和生活熱水同時(shí)產(chǎn)生的“兩用機(jī)組”，或者稱之為“熱回收機(jī)組”。這種機(jī)組在夏季利用空調(diào)用的冷水機(jī)組的冷凝熱回收，可以很方便地得到生活熱水;冬季則采用燃?xì)?、燃油、電鍋爐太陽能集熱系統(tǒng)等輔助熱源制備生活熱水。 2.3.3太陽能一熱泵集中熱水系統(tǒng) 太陽能一熱泵集中熱水系統(tǒng)的主要組成為太能集熱器和太陽能輔助加熱空氣源熱泵機(jī)組，其輔助設(shè)備與常規(guī)的中央熱水系統(tǒng)相同，包括太陽循環(huán)泵、熱水加熱環(huán)泵、換熱器、熱水箱及控制器太陽能與太陽能輔助加熱空氣源熱泵結(jié)合作集中熱水系統(tǒng)的熱源，其目的在于取長補(bǔ)短，使二互為補(bǔ)充，互為備用，在日照充足時(shí)優(yōu)先使用太陽加熱熱水，利用太陽能集熱器產(chǎn)生的低溫?zé)崴鳛殛柲茌o助加熱空氣源熱泵的輔助熱源，從而改善熱的運(yùn)行工況，提高其制熱性能。這種組合形式，使者均在相對(duì)比較穩(wěn)定高效的條件下工作，保證系統(tǒng)年全天候的衛(wèi)生熱水供應(yīng)。 空氣源熱泵制熱過程質(zhì)上是對(duì)空氣中蘊(yùn)藏的太陽熱能的提升利用，根據(jù)泵的工作特性，在整個(gè)熱水系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，熱機(jī)組作為輔助熱源運(yùn)行所供應(yīng)的熱量中，只有一小分來自電能，所以太陽能一熱泵集中熱水系統(tǒng)大大高了太陽能利用率，減少了對(duì)一次能源的消耗。太陽能一熱泵集中熱水系統(tǒng)中，太陽能直接熱可滿足熱水系統(tǒng)全年60%一80%的熱量需求，余20%一40%熱量由太陽能輔助加熱空氣源熱機(jī)組供應(yīng)，熱泵平均COP可達(dá)3，即其所供應(yīng)熱有65%以上來自集熱器不能直接利用的太陽能空氣熱能。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中，集熱器吸收的太能的利用率接近100%，輔助加熱的電力消耗只系統(tǒng)總能耗的7%一14%，較常規(guī)能源的熱水系可至少節(jié)能85%以上。