20世紀(jì)太陽(yáng)能科技發(fā)展的回顧與展望

20世紀(jì)太陽(yáng)能科技發(fā)展的回顧與展望

摘要據(jù)記載，人類利用太陽(yáng)能已有3000多年的歷史。將太陽(yáng)能作為一種能源和動(dòng)力加以利用，只有300多年的歷史。真正將太陽(yáng)能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”，“未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近來(lái)的事。20世紀(jì)70年代以來(lái)，太陽(yáng)能科技突飛猛進(jìn)，太陽(yáng)能利用日新月異。回顧和總結(jié)本世紀(jì)太陽(yáng)能科技發(fā)展的歷程，對(duì)21世紀(jì)太陽(yáng)能事業(yè)的發(fā)展十分有意義，本文對(duì)此作了嘗試。

關(guān)鍵詞太陽(yáng)能回顧發(fā)展歷程

1引言

近年來(lái)，辦公寫字樓的市場(chǎng)急劇增長(zhǎng)，眾多公司、企業(yè)紛紛搬進(jìn)了辦公寫字樓辦公，使辦公寫字樓的物業(yè)管理業(yè)變得十分興旺，各運(yùn)行單位更加注意成本的分?jǐn)偤怂?，不得不考慮整個(gè)建筑的運(yùn)行綜合成本問(wèn)題。

由于高檔辦公寫字樓內(nèi)部一般按開敞式大空間設(shè)計(jì)，通常多采用大型中央空調(diào)系統(tǒng)，但寫字樓在出租時(shí)，面積需要按照用戶的使用要求重新進(jìn)行分割。由于各使用單位所占用的面積不同，且相對(duì)獨(dú)立，很難保證用戶都能在一個(gè)單獨(dú)控制的空調(diào)單元內(nèi)，再加上各單位的進(jìn)住時(shí)間、日常辦公模式、辦工時(shí)間、環(huán)境溫度要求等均有所不同，集中空調(diào)系統(tǒng)管理控制起來(lái)十分困難。因此，必須更新傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，打破高檔辦公建筑一定使用大型中央空調(diào)的觀念，緊緊圍繞高檔辦公樓的使用功能及特點(diǎn)，量體裁衣，定制出適合高檔辦公寫字建筑的空調(diào)系統(tǒng)形式。

本文以座落在某開發(fā)園區(qū)的辦公建筑群體設(shè)計(jì)為例，對(duì)使用戶式集中空調(diào)系統(tǒng)的辦公建筑進(jìn)行解析，闡述戶式空調(diào)系統(tǒng)用在辦公寫字建筑中的優(yōu)勢(shì)和在設(shè)計(jì)、施工中應(yīng)注意的問(wèn)題，供在今后設(shè)計(jì)戶式集中空調(diào)時(shí)參考。

2工程概況和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定

本建筑群體座落在北京某開發(fā)園區(qū)，一、二期工程建筑面積共45萬(wàn)平方米，全部建筑為獨(dú)棟式辦公樓建筑，環(huán)境好，品位高，各建筑之間獨(dú)立性好，面積劃分靈活，適用性強(qiáng)，是非常理想的辦公場(chǎng)所，開發(fā)商將其定位在各大公司在中國(guó)的總部基地。其中一期工程總建筑面積為20萬(wàn)平方米，由83棟十層建筑組成。我們?cè)凇痢链髲B進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)研過(guò)程時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常發(fā)生一個(gè)客戶加班需要空調(diào)，整座大廈的空調(diào)水系統(tǒng)、空調(diào)冷熱源系統(tǒng)全部投入運(yùn)行的情況，盡管有工作人員值班，但僅水泵電耗就可想而知。而且，經(jīng)常發(fā)生用戶與物業(yè)因?yàn)榭照{(diào)問(wèn)題發(fā)生的糾紛，有時(shí)還會(huì)造成物業(yè)管理收費(fèi)困難。為此，開發(fā)商想尋求一種適合獨(dú)棟式辦公樓建筑、可靈活地進(jìn)行空調(diào)面積劃分、可分區(qū)域單獨(dú)控制溫度和計(jì)量收費(fèi)的中央空調(diào)模式。經(jīng)數(shù)輪多方調(diào)研、論證、比較，最終將數(shù)碼戶式集中空調(diào)系統(tǒng)作為該項(xiàng)目的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案之一。

戶式空調(diào)，又稱戶式中央空調(diào)，科學(xué)的名稱叫“家用型集中空調(diào)”，源于美國(guó)，適合于當(dāng)?shù)厝龑右韵碌莫?dú)立式別墅建筑使用，近年來(lái)被引入我國(guó)。戶式空調(diào)分許多類型，最常用的是空氣源熱泵系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單、控制靈活方便、計(jì)量和收費(fèi)容易、檔次較高等眾多優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)的發(fā)展速度很快，不但被用于高級(jí)住宅和別墅建筑，還有相當(dāng)一部分被用于商業(yè)和辦公建筑，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了該空調(diào)系統(tǒng)的“家用”范疇，成為名副其實(shí)的“中小型集中空調(diào)”，為此，我們?cè)诒疚闹袝悍Q它為“戶式集中空調(diào)”。

用戶選擇的數(shù)碼戶式多聯(lián)變冷媒流量的集中空調(diào)系統(tǒng)，是由采用了數(shù)碼寬度脈沖調(diào)節(jié)控制技術(shù)的變?nèi)萘繙u旋壓縮機(jī)的室外機(jī)與多臺(tái)可單獨(dú)控制的室內(nèi)機(jī)組成,室內(nèi)機(jī)還可以按50％～110％的室外機(jī)容量進(jìn)行靈活配備，是新一代模塊化、集約化的多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。該空調(diào)的最大冷媒配管長(zhǎng)度可達(dá)150米，室外機(jī)與室內(nèi)機(jī)高低差可達(dá)50米，完全可以解決室外機(jī)的放置問(wèn)題。室內(nèi)機(jī)之間高差可以達(dá)到15米，完全可以滿足較大范圍內(nèi)分散空間的空氣調(diào)節(jié)。該空調(diào)系統(tǒng)既可制冷又可制熱，安裝維護(hù)簡(jiǎn)便、靈活性強(qiáng)，無(wú)任何電磁干擾，適用于多種場(chǎng)所特別是數(shù)碼渦旋技術(shù)能讓壓縮機(jī)在10％至100％的容量范圍下實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)運(yùn)行，能耗低于一般壓縮機(jī)綜合能源損耗40％以上，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)運(yùn)行，具有優(yōu)秀的季節(jié)能耗比，特別適合負(fù)荷變化較大的建筑，完全符合節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)設(shè)備的要求。

在當(dāng)時(shí)，如此大面積單獨(dú)使用戶式中央空調(diào)系統(tǒng)的辦公建筑群在北方地區(qū)還不多見，由于北方地區(qū)有冬季采暖及部分建筑設(shè)備保溫防凍的問(wèn)題，單一使用戶式中央空調(diào)進(jìn)行冬季采暖的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)較大，作為設(shè)計(jì)者，在設(shè)計(jì)之初對(duì)該方案是否可以在冬季正常供暖和設(shè)備、管道是否會(huì)凍壞的問(wèn)題上也無(wú)太大把握。為保險(xiǎn)起見，除提議建筑上加強(qiáng)了維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能外，還特別對(duì)衛(wèi)生間內(nèi)和管道井中的管道采取了保溫防凍措施，避免冬季發(fā)生不測(cè)。

3空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

⑴室外空調(diào)通風(fēng)計(jì)算參數(shù)見表1室外空調(diào)通風(fēng)計(jì)算參數(shù)表1項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)夏季空調(diào)計(jì)算干球溫度℃通風(fēng)計(jì)算干球溫度℃空調(diào)計(jì)算濕球溫度℃平均風(fēng)速/s空調(diào)計(jì)算日均溫度℃風(fēng)向N大氣壓力冬季空調(diào)計(jì)算干球溫度-℃采暖計(jì)算干球溫度-℃空調(diào)計(jì)算相對(duì)濕度45％通風(fēng)計(jì)算干球溫度-℃大氣壓力平均風(fēng)速/s風(fēng)向NNW

⑵室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)表表2房間名稱室內(nèi)溫度℃相對(duì)濕度％新風(fēng)量m3/h·人排風(fēng)量次/h室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)NR夏季冬季夏季冬季辦公室24～2620～2230/30～40個(gè)人辦公室24～2620～2240會(huì)議室25～2718～2040/30～40衛(wèi)生間/16～18//6/

⑶空調(diào)設(shè)備的選型

本建筑群一期工程共有建筑83棟，四種樓型，10余種戶型，由于樓層、朝向有所不同，各房間冷熱負(fù)荷也不相同。考慮到房間供熱、制冷效果和溫度升降速度，這里以設(shè)備選型匹配的負(fù)荷值進(jìn)行選型說(shuō)明機(jī)組的配型。某棟建筑的機(jī)組配型表表3樓層房間名稱房間面積機(jī)種臺(tái)數(shù)機(jī)器容量系統(tǒng)配置m2W/m2W一層產(chǎn)業(yè)用房,00022HP(1-1)1-1-11-1-21-1-3AVMLH1052產(chǎn)業(yè)用房,0002-1-12-1-22-1-3AVMLH1052產(chǎn)業(yè)用房,00014HP(1-2)1-2-11-2-21-2-3AVMLH1052小計(jì)918870,000二層產(chǎn)業(yè)用房,50022HP(2-1)1-1-41-1-51-1-6產(chǎn)業(yè)用房,5002-1-42-1-52-1-6產(chǎn)業(yè)用房,50010HP(2-2)2-2-12-2-22-2-3小計(jì)917163,000三層產(chǎn)業(yè)用房,50026HP3-1-13-1-23-1-3AVMLH1051產(chǎn)業(yè)用房,5004-1-14-1-24-1-3AVMLH1051產(chǎn)業(yè)用房,50014HP(3-2)3-2-13-2-23-2-3AVMLH1051小計(jì)917977,000四層產(chǎn)業(yè)用房,50026HP3-1-43-1-53-1-6AVMLH1051產(chǎn)業(yè)用房,5004-1-44-1-54-1-6AVMLH1051產(chǎn)業(yè)用房,50014HP(4-2)4-2-14-2-24-2-3AVMLH1051小計(jì)917977,000五層產(chǎn)業(yè)用房,50026HP5-1-15-1-25-1-3AVMLH1051產(chǎn)業(yè)用房,5006-1-16-1-26-1-3AVMLH1051產(chǎn)業(yè)用房,50014HP5-2-15-2-25-2-3AVMLH1051小計(jì)917977,000六層產(chǎn)業(yè)用房,50026HP5-1-45-1-55-1-6AVMLH1051產(chǎn)業(yè)用房,5006-1-46-1-56-1-6AVMLH1051產(chǎn)業(yè)用房,50014HP6-2-16-2-26-2-3AVMLH1051小計(jì)917977,000七層產(chǎn)業(yè)用房,50010HP7-1-17-1-2AVMLH10516HP7-2-1產(chǎn)業(yè)用房,50010HP7-3-17-3-2AVMLH10516HP7-4-1產(chǎn)業(yè)用房,50014HP7-5-17-5-27-5-3AVMLH1051小計(jì)917977,000合計(jì)2,89163179518,000

需要說(shuō)明的是，在配置室內(nèi)機(jī)組時(shí)，應(yīng)按照室內(nèi)機(jī)組的冷、熱最大出力與建筑物的冷、熱負(fù)荷值進(jìn)行比較，取最大值做為選配機(jī)組的依據(jù)，特別還應(yīng)注意到戶式中央空調(diào)冬季制熱工況除霜逆運(yùn)行時(shí)，反吹造成的室溫下降對(duì)制熱效果的影響。室內(nèi)機(jī)組可根據(jù)建筑的性質(zhì)和使用情況按照50～110％的主機(jī)容量配置室內(nèi)機(jī)數(shù)量。該工程共設(shè)置不同型號(hào)的室外機(jī)509臺(tái)，不同型號(hào)的室內(nèi)機(jī)1929臺(tái)，同時(shí)還使用用于新風(fēng)置換的全熱空氣交換器1200余臺(tái)。一期工程已于2003年年底至2004年4月陸續(xù)竣工，目前已有眾多用戶在本基地落戶，從空調(diào)系統(tǒng)的使用效果看，既解決了收費(fèi)問(wèn)題，也解決了用戶對(duì)市內(nèi)參數(shù)的不同需要問(wèn)題，取得非常好的效果，各方均比較滿意。建設(shè)方?jīng)Q定二期25萬(wàn)平方米建筑，繼續(xù)采用這種空調(diào)方式。

4．?dāng)?shù)碼戶式空調(diào)在設(shè)計(jì)、施工時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：

戶式集中空調(diào)在北方地區(qū)應(yīng)用時(shí)，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)還應(yīng)注意如下問(wèn)題

⑴設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮建筑節(jié)能問(wèn)題。選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖY(jié)構(gòu)保溫形式和恰當(dāng)?shù)拇皦Ρ?，使建筑的冷、熱?fù)荷減少，從而減少空調(diào)裝機(jī)容量，使空調(diào)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用大幅度下降。

⑵北方地區(qū)單獨(dú)使用戶式空調(diào)時(shí)，應(yīng)特別注意衛(wèi)生設(shè)備和管道的保溫防凍問(wèn)題。這也是設(shè)計(jì)者最擔(dān)心的問(wèn)題之一。解決室內(nèi)設(shè)備、管道的防凍問(wèn)題解決的途徑有兩個(gè)：第一，與建筑專業(yè)配合，盡量將廚房、衛(wèi)生間等房間設(shè)計(jì)在合理位置，并盡量設(shè)置管道豎井及廚衛(wèi)排風(fēng)管道，通過(guò)人工控制排風(fēng)引起的負(fù)荷。其次，根據(jù)不同性質(zhì)建筑，對(duì)明裝管道和管井中的管道進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，必要時(shí)可采用電伴熱防凍措施。

⑶設(shè)計(jì)室內(nèi)機(jī)組時(shí)，應(yīng)充分考慮室內(nèi)氣流組織問(wèn)題。根據(jù)所選機(jī)型和出風(fēng)口形式，保證室內(nèi)氣流組織合理，避免出現(xiàn)死角。

⑷設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)該注意較大建筑的內(nèi)外區(qū)劃分問(wèn)題，盡量使內(nèi)外區(qū)的空調(diào)機(jī)組分開設(shè)置，以保證不同的需要。

⑸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮新風(fēng)問(wèn)題?！胺堑洹绷餍羞^(guò)后，人們對(duì)空氣的品質(zhì)要求提高，許多戶式空調(diào)用戶希望能夠提供足夠的新風(fēng)，但從建筑節(jié)能的角度，新風(fēng)量又不宜過(guò)大。通常提供新風(fēng)有三種方法：第一種方法也是最簡(jiǎn)單的方法，就是定時(shí)開窗通風(fēng)換氣；第二種方法是將新風(fēng)用管道直接引到機(jī)組的新風(fēng)接口，但提供的新風(fēng)量有限；第三種方法就是采用恒溫?fù)Q氣機(jī)進(jìn)行通風(fēng)置換，由于換氣機(jī)同時(shí)進(jìn)行送排風(fēng)，使房間壓力基本保持平衡，并能提供足夠的新風(fēng)，同時(shí)還可以回收部分冷熱量，節(jié)約了能源，但會(huì)增加初投資。在條件允許的情況下，應(yīng)盡量采用該種方式。

⑹施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

①注意凝結(jié)水的排放問(wèn)題。由于空間高度的限制，凝結(jié)水管的坡度有時(shí)難以保證，國(guó)外多采用在設(shè)備上增加排水泵進(jìn)行強(qiáng)排的方法，凝結(jié)水排放沒(méi)有任何問(wèn)題，而國(guó)產(chǎn)末端設(shè)備大多數(shù)沒(méi)有凝水排水泵，有些產(chǎn)品將排水泵作為選配件，多被用戶訂貨時(shí)取消，而采用自然排水，這就需要根據(jù)實(shí)際情況采取必要的技術(shù)措施，確保凝水的排放。筆者在工程中曾嘗試過(guò)如下的作法：在吊頂內(nèi)采用d40的U-PVC管，基本無(wú)坡環(huán)形敷設(shè)，室內(nèi)機(jī)的凝結(jié)水全部排放到管道中，在環(huán)形管的幾個(gè)地方分別引出排水管至排水點(diǎn)，解決了凝水排放問(wèn)題?，F(xiàn)在的許多末端產(chǎn)品都可以配備排水泵，建議有條件的用戶采用這種排水方式為宜。

②北方地區(qū)的管道保溫及輔助供熱問(wèn)題。由于種種原因，有時(shí)設(shè)計(jì)會(huì)忽視這部分設(shè)計(jì)內(nèi)容，施工時(shí)應(yīng)作提醒。特別是對(duì)于民用建筑，由于人們習(xí)慣人走關(guān)空調(diào)，在沒(méi)有其他輔助采暖措施時(shí)，亦發(fā)生管道凍壞現(xiàn)象，因此管道保溫十分重要。在冬季取暖時(shí)，其室外溫度越低，建筑所需的熱負(fù)荷就越大，但這時(shí)空調(diào)機(jī)組的供熱出力是最低的，因此，應(yīng)在做好經(jīng)濟(jì)比較的前提下，決定是否采用其他輔助采暖方式。

③室外機(jī)的放置問(wèn)題。室外機(jī)的安裝，既要不影響建筑物的美觀，還要注意集中安置室外機(jī)對(duì)周圍氣流產(chǎn)生的影響，盡量避免因室外熱氣流引起的溫度隨樓層升高而形成的溫度場(chǎng)對(duì)空調(diào)效率的影響。以本設(shè)計(jì)為例，建筑專業(yè)較好的解決了室外機(jī)的安裝位置，但我們發(fā)現(xiàn)，在夏季某無(wú)風(fēng)天測(cè)量室外機(jī)安裝位置附近的溫度時(shí)，其上部溫度比首層溫度高出2℃左右，這將會(huì)影響上部空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率。曾有研究表明：室外溫度升高1℃，其空調(diào)的效率下降～1％左右。因此，盡量避免室外機(jī)外設(shè)置不必要的遮擋，在凹陷式露臺(tái)設(shè)置室外機(jī)組時(shí)，還應(yīng)當(dāng)設(shè)置必要的導(dǎo)流措施。

5．戶式空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行問(wèn)題

戶式空調(diào)的最佳運(yùn)行方式是連續(xù)不間斷運(yùn)行，公共建筑、辦公建筑能夠做到，對(duì)于民用建筑，往往習(xí)慣人走關(guān)閉空調(diào)的“行為節(jié)電”運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式在夏天尚可行，但在北方地區(qū)冬天如此運(yùn)行卻是非常危險(xiǎn)的。從蓄熱和供熱安全的角度看，建議采用連續(xù)運(yùn)行方式，可以利用機(jī)組的運(yùn)行自控功能?？蓪C(jī)組設(shè)置成兩種運(yùn)行模式，即“正常工況”和“值班工況”，兩者按設(shè)定時(shí)間和設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行切換運(yùn)行，這對(duì)于數(shù)碼戶式空調(diào)系統(tǒng)是很容易做到的，當(dāng)然也可以進(jìn)行人工控制，這樣就滿足不同用戶、不同時(shí)間段的運(yùn)行要求。

6．結(jié)論

不管今后戶式空調(diào)形式被定義為“家用集中空調(diào)”或是其他什么名稱，但完全可以適應(yīng)辦公寫字樓建筑使用，甚至還是一種不錯(cuò)的空調(diào)方案選擇，這一點(diǎn)是勿需質(zhì)疑的。從已建成的使用戶式集中空調(diào)系統(tǒng)的建筑和運(yùn)行效果來(lái)看，也證明了這一點(diǎn)。再?gòu)倪\(yùn)行管理角度看，由于戶式集中空調(diào)系統(tǒng)可進(jìn)行小范圍的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，并由用戶自行進(jìn)行設(shè)置溫度并控制運(yùn)行，減少了物業(yè)方對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的管理工作量，還能很好地解決了因房間溫度不均引起的投訴問(wèn)題。由于戶式空調(diào)單純使用電力，計(jì)量和收費(fèi)關(guān)系簡(jiǎn)單明了，收費(fèi)管理非常容易。對(duì)于采用空氣源熱泵的戶式空調(diào)用戶，在北方地區(qū)單獨(dú)使用這一系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)注意與建筑專業(yè)的配合，保證室內(nèi)機(jī)的安裝空間和室外機(jī)的安裝位置，保證各種設(shè)備、管道防凍措施的實(shí)施。另外，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)建筑構(gòu)造的實(shí)際情況和節(jié)能運(yùn)行的要求，適當(dāng)考慮值班供熱方式和