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【干货】济南市救灾指挥中心太阳能空调案例分析
近年来，随着工业化的不断发展，环境污染问题日益严重，能源危机已成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，也已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生。太阳能空调作为一种新型的新能源利用形式，以能够实现建筑的供暖、制冷、热水多项需求功能，逐步得到示范和推广。
济南地区属太阳辐射二类地区，太阳能资源充裕，很适宜使用太阳能空调。
济南市救灾指挥中心是山东省首批超低能耗示范建筑，综合运用了太阳能空调等新能源形式。项目位于济南市泉城公园西南角。该工程改扩建总建筑面积2030.9m2，共3 层。其中地下一层层高为3.9m，二层层高为3.6m，局部三层层高3.3m，建筑高度14.7m，房间主要功能为办公。建筑负荷：总冷负荷60kW，其中太阳能空调承担30kW，其他冷负荷由单独的地道风系统承担。总热负荷为40kW。
3.1《采暖通风与空气调节制图标准》（GB50019-2003）
3.2《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）
3.3《通风与空调工程施工及验收规范》（GB50243—2002）
3.4《给排水管道施工及验收规范》（GB50286-97）
3.5《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
3.6《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）
3.7《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）
3.8《太阳能供热采暖工程技术规范》（GB50495-2009）
3.9《太阳能集热系统设计与安装》（06K503）
太阳能空调系统兼顾供热和制冷两个方面的应用，综合办公搂、招待所、学校、医院、游泳池、水产养殖、家庭等，冬季乃至全年均需要供热，如生活热水、采暖、游泳池水补热调温等，而夏季又需要制冷，太阳能空调是理想的应用对象。当前，世界各国都在加紧进行太阳能空调技术的研究。据调查，已经或正在建立太阳能空调系统的国家和地区有意大利、西班牙、德国、美国、日本、韩国、新加坡、香港等。这是由于发达国家的空调能耗在全年民用能耗中占有相当大的比重，利用太阳能驱动空调系统对节约常规能源、保护自然环境都具有十分重要的意义。
太阳能制冷是利用太阳集热器为吸收式制冷机提供其发生器所需要的热媒水。热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数（亦称COP）越高，这样空调系统的制冷效率也越高。热媒水温度达到68℃左右，制冷机开始启动工作。
如图1所示，该系统使用热管集热器实现太阳能的光热转化。阳光照射并聚焦到真空管上，真空管吸收反射的阳光加热管内热管，热管内的介质加热后将热能传导到水箱，热水进入溴化锂吸收式空调机组，为机组提供制冷或制热的能源。制冷过程为：水箱里的高温热源水进入吸收式机组，主机以热水机的循环进行制冷运行。输出的冷水通过蓄冷罐传输到末端。制热过程为：阳光照射在反射板并聚焦到真空管上时，管内的循环水被加热至储水箱，通过储水箱送至末端进行采暖。
图1太阳能空调运行原理
6.1系统冷源：选用制冷量为35.2kW 的溴化锂吸收式制冷机组（WFC）一台，为系统提供冷量，吸收式制冷机组安装在地下一层的空调机房内。
6.2系统热源：溴化锂吸收式制冷机组所需热量及系统冬季采暖热量由太阳能系统提供，集热器安装于救灾中心二层屋面，集热循环泵安装在地下一层空调机房内，整个系统采用温差循环，当储热水箱底部温度与集热器出口温差达到8℃以上时，对应的集热循环泵启动；当储热水箱底部温度与集热器出口温度温差达到3℃以下时，对应的集热循环泵停止。屋面集热系统管路坡度为0.005，坡向供回水立管。
6.3空调水系统：采用二次泵定流量双管制系统，共分两个回路，分别为新风机组回路和末端回路。制冷机组制备的冷水由WFC循环泵输送至空调机房的分水器内，再由末端循环泵送入末端。
6.4辅助能源系统：当太阳能不足以满足供冷需求时，由空气源热泵机组提供冷量或热量，空气源热泵机组安装在救灾中心二层屋面。
6.5补水定压系统：采用隔膜式气压罐定压且容纳膨胀水量的补水定压系统。
6.6管道防冻：系统采用排空方式防冻。
6.7防过热系统：当集热系统过热时，采用空气冷却器散热，空气冷却器安装在二层屋面集热系统回水干管。
太阳能空调系统优势之一在于季节适应性好，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致。
太阳能空调系统优势之二在于环保。传统的压缩式制冷机以氟里昂为介质，它对大气层有极大的破坏作用，而制冷机以水或溴化锂为介质，它对保护环境十分有利。
太阳能空调系统优势之三在于系统利用率和节能效益高。它可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来，显著地提高了太阳能系统的利用率和经济性，耗能仅为常规能源的1/15~1/20。
该系统另外一个突出的优势在于启动温度较低。在水温达到68℃时即可启动工作，从而突破了传统太阳能空调只能通过中高温热水驱动的运行模式，拓宽了太阳能空调的应用领域。经测算，该系统全年共可节约标准煤75 吨。项目每年可减排二氧化碳200 吨，粉尘0.758 吨，二氧化硫1.5 吨，氮氧化合物109kg。按照静态投资回收期法计算，该项目投资回收期为6.6 年，经济效益和生态效益显著。
中国太阳能资源十分丰富且分布广泛，有2/3的地区年日照时数达2000h。但应用非常有限，在空调领域的商业应用微乎其微；太阳能空调利用免费的阳光，因此运行成本极低，在较短的时间内即可收回设备投资。太阳能空调运行无污染，投资回收期短，其应用将缓解电力电网的建设、营运压力，减少社会污染整体排放，保护人类生存的地球环境。由此，我们可以得出结论，太阳能空调是最有效、最经济、最节能、最环保的空调。太阳能的利用前景广阔，具有巨大的发展空间，在建筑节能领域太阳能将会扮演更加重要的角色。
来源：《中国太阳能工程》杂志 作者：山东桑乐太阳能有限公司/马兵、于洪文
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