引言隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，空調(diào)和采暖能耗在我國(guó)建筑能耗中的比重大幅度地提高，逐步發(fā)展成為建筑能耗中的一個(gè)主要部分，給能源和環(huán)境帶來(lái)更大的壓力。而太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的潔凈能源，用太陽(yáng)能補(bǔ)充常規(guī)能源驅(qū)動(dòng)空調(diào)和采暖系統(tǒng)對(duì)于節(jié)能和環(huán)保都具有十分重要的意義。

本文對(duì)太陽(yáng)能空調(diào)／熱泵系統(tǒng)作詳細(xì)描述，并分析系統(tǒng)在運(yùn)行中的部分?jǐn)?shù)據(jù)，以便總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為推廣應(yīng)用打下基礎(chǔ)。1太陽(yáng)能空調(diào)／熱泵系統(tǒng)詳述1．1系統(tǒng)工作原理新能源示范大樓總建筑面積8000m2。該樓主體建筑于2002年8月基本建成，2003年底通過(guò)驗(yàn)收，現(xiàn)已完成并投入運(yùn)行。本系統(tǒng)的目標(biāo)是為滿足天普新能源示范大樓夏季空調(diào)、冬季供暖的需求，系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱器陣列、溴化鋰制冷機(jī)、熱泵機(jī)組、蓄能水池和自動(dòng)控制系統(tǒng)等幾大部分組成。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。建筑采暖、空調(diào)期間，均優(yōu)先利用太陽(yáng)能為儲(chǔ)能水池蓄能。冬季通過(guò)板式換熱器將集熱系統(tǒng)收集的熱量交換給蓄能水池，達(dá)到蓄熱的目的；夏季吸收式制冷機(jī)以太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)收集的熱水為熱源，制造冷凍水，作為儲(chǔ)能水池的冷源。熱泵作為太陽(yáng)能空調(diào)的輔助系統(tǒng)。冬季，當(dāng)水池溫度低于33°C或者處于用電低谷期（每晚22：00時(shí)－次日7：00時(shí)），熱泵啟動(dòng)，向蓄能水池供熱；夏季，當(dāng)太陽(yáng)能制冷無(wú)法維持水池溫度18°C時(shí)，熱泵則向蓄能水池供冷，保持水池的溫度。過(guò)渡季節(jié)系統(tǒng)僅啟動(dòng)太陽(yáng)能部分制冷、制熱，并在不同的過(guò)渡季節(jié)選用不同的工作模式。春季，系統(tǒng)在蓄冷模式下工作，吸收式制冷機(jī)向蓄能水池提供冷凍水，降低蓄能水池的溫度為夏季供冷做準(zhǔn)備；秋季，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成蓄熱模式，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)向蓄能水池供熱，提高水池的溫度為冬季供暖做準(zhǔn)備。不論冬季還是夏季，空調(diào)水系統(tǒng)的熱水和冷凍水均由蓄能水池供給。冬季，室內(nèi)溫度低于18°C時(shí)大樓供能泵開(kāi)啟，水池向大樓供暖，當(dāng)室內(nèi)溫度高于20°C，供能泵關(guān)閉；夏季，室內(nèi)溫度高于27°C時(shí)大樓供能泵開(kāi)啟，水池向大樓供冷，當(dāng)室內(nèi)溫度低于23°C，供能泵關(guān)閉。建筑全年采用自然通風(fēng)。1．2系統(tǒng)詳述集熱系統(tǒng)總采光面積812m2，集熱器由熱管式真空管和Ｕ型管式真空管組成?？紤]到與建筑一體化問(wèn)題，集熱器在安裝前被預(yù)制成不同的模塊，Ｕ型管集熱器和熱管集熱器由φ58×1800的真空管分別預(yù)制成4000×1200mm2和2000×2400mm2的安裝模塊。經(jīng)過(guò)建筑部門和設(shè)計(jì)人員的精心設(shè)計(jì)，熱管式集熱器布置在新能源示范大樓東樓的南向坡屋頂，型管集熱器安裝在新能源示范大樓西樓的南向坡屋頂Ｕ及機(jī)房的南坡屋頂（如圖2所示），各排集熱器并聯(lián)連接，安裝傾角同北京的緯度相近，38度左右。這樣布置集熱器不僅可以滿足集熱器的安裝要求，又能夠保證建筑物造型美觀，充分體現(xiàn)出太陽(yáng)能與建筑一體化的特色。在夏季，與建筑結(jié)合為一體的集熱器還有隔熱效果，同時(shí)達(dá)到節(jié)能目的。由于太陽(yáng)能本身能量密度低，受時(shí)間、天氣等條件限制，要使空調(diào)系統(tǒng)能夠全天候的工作，輔助系統(tǒng)是必不可少的。本系統(tǒng)采用了一臺(tái)地源熱泵機(jī)組作為輔助系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)摒棄了常規(guī)使用的冷卻塔，利用距離機(jī)房不遠(yuǎn)處一水景水池作為冷卻水的來(lái)源，冷卻水在水池和機(jī)組之間循環(huán)。這樣不僅節(jié)省了冷卻塔的費(fèi)用，而且與建筑和環(huán)境協(xié)調(diào)。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由傳感器，可編程控制器（PLC）及工業(yè)控制微機(jī)3部分組成，分為自動(dòng)和手動(dòng)兩個(gè)控制模式。為了符合各個(gè)季節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)，自動(dòng)控制模式又分為供冷、蓄冷、供熱、蓄熱、空擋五個(gè)運(yùn)行工況。并且控制系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從異地監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行和改變操作指令，將網(wǎng)絡(luò)等高科技引入了控制系統(tǒng)之中。為了最大限度地利用太陽(yáng)能，同時(shí)根據(jù)建筑空調(diào)的特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)置了儲(chǔ)能水池。本系統(tǒng)配置的儲(chǔ)能水池比通常太陽(yáng)能系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱容積要大得多，有1200m3，這是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)。蓄能水池的大容積，保證水池所蓄能量可完全滿足建筑的需要；同時(shí)在建筑不需要空調(diào)的過(guò)渡季節(jié)，水池可提前蓄冷、蓄熱為空調(diào)季節(jié)做準(zhǔn)備。由于蓄能水池對(duì)太陽(yáng)能的儲(chǔ)蓄中轉(zhuǎn)，集熱器全年工作，利用率大大提高。蓄能水池設(shè)置在地下，傳熱溫差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于與環(huán)境的溫差，有利于減少儲(chǔ)能的損失。2太陽(yáng)能生活熱水系統(tǒng)大樓生活熱水系統(tǒng)采用獨(dú)立的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，這樣可以避免生活熱水系統(tǒng)與空調(diào)水系統(tǒng)之間的切換，降低系統(tǒng)復(fù)雜程度。太陽(yáng)能生活熱水系統(tǒng)的儲(chǔ)熱式全玻璃真空管集熱模塊安裝在建筑物南立面，模塊在安裝過(guò)程中取消常規(guī)的框架，水箱，與建筑融為一體，同時(shí)起到建筑物南立面隔熱保溫效果。建筑南立面共安裝48個(gè)集熱模塊，總采光面積206m2。3冬季供暖系統(tǒng)分析3．1冬季供暖測(cè)試數(shù)據(jù)及分析采集了2004.1.1～2004.3.15的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以下列舉部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。2004.1.1～2004.3.15太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)工作443.5小時(shí)，向地下蓄能水池儲(chǔ)蓄能量32761.9kWh，熱泵工作675h，蓄熱299025kWh。根據(jù)熱泵的工作原理，可以計(jì)算得到，熱泵從廢熱（車間冷卻水）中提取能量227475kWh，則系統(tǒng)利用太陽(yáng)能和廢熱共蓄熱260237.9，新能源在供暖中的比例為0.784。通過(guò)表1計(jì)算得到，2004.1.1～2004.3.15系統(tǒng)共蓄熱331787.9kWh，消耗電能93644.5kWh，熱泵的輸出對(duì)象是地下蓄能水池，所以熱泵不用考慮變工況，熱泵幾乎都是在滿負(fù)荷的條件下運(yùn)行，發(fā)揮了熱泵的最大效能，這和當(dāng)今大多數(shù)空調(diào)機(jī)組以較低的負(fù)荷率運(yùn)轉(zhuǎn)相比，本身就是一種節(jié)能。雖然進(jìn)入熱泵冷凝器的水溫有所變化，但是這對(duì)熱泵的能效比并沒(méi)有太大的影響，熱泵的ＥＥＲ都可以保持在一個(gè)較高的水平。圖3顯示了2004.1.1～2004.3.15連續(xù)最冷7天的室內(nèi)外溫度對(duì)比，從圖中我們可以看到，當(dāng)環(huán)境溫度低且有波動(dòng)時(shí)，室內(nèi)溫度在20°C～22°C之間變化，室內(nèi)溫度和溫度變化幅度符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，表明本系統(tǒng)完全可以滿足建筑采暖的溫度和舒適度要求。