建筑節(jié)能與環(huán)保-第六章-可再生能源利用技術(shù)

第六章可再生能源利用技術(shù)——主講：鄭那么炯

主要內(nèi)容6.1太陽(yáng)能利用技術(shù)6.2地?zé)崮芾眉夹g(shù)

6.3可再生能源綜合利用技術(shù)6.1太陽(yáng)能利用技術(shù)6.1.1太陽(yáng)能資源及其開(kāi)發(fā)利用6.1.2太陽(yáng)能光電利用技術(shù)6.1.3太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)圖6-1太陽(yáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖6.1.1太陽(yáng)能資源及其開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)分為內(nèi)部和大氣兩大局部，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，內(nèi)部從中心向外分為核反響區(qū)、輻射區(qū)和對(duì)流區(qū)。太陽(yáng)能資源除了直接投射到地球外表上的太陽(yáng)輻射能之外，還包括像水能、風(fēng)能和海洋能等間接的太陽(yáng)能資源，以及通過(guò)綠色植物的光合作用所固定下來(lái)的能量〔生物質(zhì)能〕，如石油、天然氣和煤炭等礦物燃料，人類所需能量的絕大局部都直接或間接地來(lái)自太陽(yáng)，因而廣義的太陽(yáng)能所包括的范圍非常大，狹義的太陽(yáng)能那么限于直接投射到地球外表上的太陽(yáng)輻射能。1.太陽(yáng)能及其輻射太陽(yáng)是太陽(yáng)系中唯一的恒星和會(huì)發(fā)光的天體，是太陽(yáng)系的中心天體，太陽(yáng)系質(zhì)量的99.86%都集中在太陽(yáng)。從化學(xué)組成來(lái)看，現(xiàn)在太陽(yáng)質(zhì)量的大約四分之三是氫，剩下的幾乎都是氦，包括氧、碳、氖、鐵和其他的重元素質(zhì)量少于2%。

根據(jù)太陽(yáng)活動(dòng)的相對(duì)強(qiáng)弱，太陽(yáng)可分為寧?kù)o太陽(yáng)和活動(dòng)太陽(yáng)兩大類。寧?kù)o太陽(yáng)是一個(gè)理論上假定寧?kù)o的球?qū)ΨQ熱氣體球，其性質(zhì)只隨半徑而變，而且在任一球?qū)又卸际蔷鶆虻模淠康脑谟谘芯刻?yáng)的總體結(jié)構(gòu)和一般性質(zhì)。在這種假定下，按照由里往外的順序，太陽(yáng)是由核心、輻射區(qū)、對(duì)流層、光球?qū)?、色球?qū)?、日冕層?gòu)成。光球?qū)又路Q為太陽(yáng)內(nèi)部；光球?qū)又戏Q為太陽(yáng)大氣。

1.太陽(yáng)能及其輻射1.太陽(yáng)能及其輻射太陽(yáng)輻射是地球表層能量的主要來(lái)源。到達(dá)地球大氣上界的太陽(yáng)輻射能量稱為天文太陽(yáng)輻射量。除太陽(yáng)本身的變化外，天文輻射能量主要決定于日地距離、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)。在地球位于日地平均距離處時(shí)，地球大氣上界垂直于太陽(yáng)光線的單位面積在單位時(shí)間內(nèi)所受到的太陽(yáng)輻射的全譜總能量，稱為太陽(yáng)常數(shù)。太陽(yáng)常數(shù)的常用單位為瓦/米2。因觀測(cè)方法和技術(shù)不同，得到的太陽(yáng)常數(shù)值不同。太陽(yáng)常數(shù)值是1368瓦/米2

。1.太陽(yáng)能及其輻射太陽(yáng)輻射為我們的生產(chǎn)和生活提供能量。人們對(duì)太陽(yáng)輻射作用最直接的感受來(lái)自于它是人們生產(chǎn)和生活的主要能源。如植物的生長(zhǎng)需要光和熱，晾曬衣服需要陽(yáng)光，工業(yè)上大量使用的煤、石油等化石燃料是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化來(lái)的，被稱為“儲(chǔ)存起來(lái)的太陽(yáng)能”。還有太陽(yáng)灶、太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能枯燥器、太陽(yáng)房、太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能電池等。除直接使用的太陽(yáng)能外，地球上的水能、風(fēng)能也來(lái)源于太陽(yáng)。2.太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用人類利用太陽(yáng)能已有幾千年的歷史，但開(kāi)展一直很緩慢，現(xiàn)代意義上的開(kāi)發(fā)利用只是近半個(gè)世紀(jì)的事情。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一塊太陽(yáng)電池，從此揭開(kāi)了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的新篇章。之后，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)開(kāi)展很快，特別是70年代爆發(fā)的世界性的石油危機(jī)有力地促進(jìn)了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的努力，太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)異軍突起，成為能源工業(yè)的一支生力軍。迄今為止，太陽(yáng)能的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，但最終可歸結(jié)為太陽(yáng)能熱利用和光利用兩個(gè)方面。

3.中國(guó)的太陽(yáng)能資源

我國(guó)幅員遼闊，有著十分豐富的太陽(yáng)能資源。全國(guó)各地太陽(yáng)輻射總量為3340～8400MJ/cm2，中值為5852MJ/cm2。按照各地接受太陽(yáng)總輻射量的多少，全國(guó)太陽(yáng)能分布大致可劃分為五類地區(qū)，見(jiàn)表6-1。年日照時(shí)數(shù)/h年輻射總量MJ/cm2主要地區(qū)一類地區(qū)（豐富區(qū)）3200~33006690~8360青藏高原、甘肅北部、寧夏北部和新疆南部二類地區(qū)（較豐富區(qū)）3000~32005852~6690河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部三類地區(qū)（中等區(qū)）2200~30005016~5852山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅南部、廣東南部、福建南部、江蘇北部、安徽北部、天津、北京和臺(tái)灣西南部四類地區(qū)（較差區(qū)）1400~22004190~5016長(zhǎng)江中下游、福建、浙江和廣東的一部分地區(qū)五類地區(qū)（最差區(qū)）1000~14003344~4190四川、貴州、重慶等地表6-1我國(guó)太陽(yáng)能分布狀況目前，太陽(yáng)能在建筑中的應(yīng)用主要有光電利用和光熱利用兩種形式。太陽(yáng)能光電利用是指通過(guò)光電器件直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，即太陽(yáng)能光伏發(fā)電。太陽(yáng)能光熱利用的根本原理是將太陽(yáng)輻射能收集起來(lái)，通過(guò)物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。

太陽(yáng)能光電利用技術(shù)是指通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽(yáng)能光伏發(fā)電。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)(photovoltaicpowersystem)是利用半導(dǎo)體器件的光生伏打效應(yīng)原理直接將太陽(yáng)光輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)，由太陽(yáng)能電池方陣、蓄電池組、充放電控制器、逆變器等設(shè)備組成，有獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種運(yùn)行方式。

6.1.2太陽(yáng)能光電利用技術(shù)圖6-2太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成1.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽(yáng)能電池利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換為電能，是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的最根本元件。物質(zhì)吸收光能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象,稱為光生伏打效應(yīng)，這種現(xiàn)象在液體和固體中都會(huì)發(fā)生，但是只有在固體中，特別是在半導(dǎo)體中，才有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。圖6-3太陽(yáng)能電池發(fā)電原理圖太陽(yáng)能電池在光伏發(fā)電過(guò)程中，光伏電池本身不發(fā)生任何化學(xué)變化，也沒(méi)有機(jī)械磨損，因而在使用中無(wú)噪聲、無(wú)氣味，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，適用于建筑中使用。

太陽(yáng)能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，一般不能單獨(dú)作為電源使用，需要將太陽(yáng)能電池單體進(jìn)行串、并聯(lián)并封裝組成光伏電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦、幾百瓦，即成為可單獨(dú)作為電源使用的最小單元。將假設(shè)干個(gè)光伏電池組件根據(jù)負(fù)載需求，再次串、并聯(lián)組成較大功率的實(shí)際供電裝置，稱之為光伏陣列。

圖6-4太陽(yáng)能電池的單體、組件和陣列蓄電池組的作用是儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池陣列受光照時(shí)所發(fā)的電能，并可隨時(shí)向負(fù)載供電，滿足用電負(fù)載的需求。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，即將蓄電池和充電裝置并聯(lián)，負(fù)荷由充電裝置供給，同時(shí)以較小的電流向蓄電池充電，使蓄電池經(jīng)常處于滿充電狀態(tài)。白天太陽(yáng)能電池方陣給負(fù)載供電的同時(shí)給蓄電池充電，晚上負(fù)載用電由蓄電池供給。蓄電池組逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽(yáng)能電池和蓄電池是直流電源，如果負(fù)載是交流負(fù)載，那么需要用逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。按運(yùn)行方式不同，光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器分為獨(dú)立光伏系統(tǒng)逆變器和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)逆變器。獨(dú)立光伏系統(tǒng)的逆變器不依賴公共電力網(wǎng)絡(luò)，利用內(nèi)部的頻率發(fā)生器輸出同步的50/60Hz的交流電，供系統(tǒng)中的交流用電設(shè)備使用；并網(wǎng)光伏系統(tǒng)逆變器不僅將太陽(yáng)能電池陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并且還對(duì)轉(zhuǎn)換的交流電的頻率、電壓、電流、相位、有功與無(wú)功等進(jìn)行控制，產(chǎn)生并向電網(wǎng)輸送與公共電網(wǎng)上輸配的電壓與頻率特性相一致的交流電。逆變器

光伏發(fā)電系統(tǒng)中的充放電控制器是對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制與管理的設(shè)備，由于控制器可以采用多種技術(shù)方式實(shí)行控制，同時(shí)實(shí)際應(yīng)用對(duì)控制器的要求也不盡相同，因而控制器所完成的功能也不完全相同。其實(shí)現(xiàn)的主要功能一是將所發(fā)的電能送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，將多余的能量送往蓄電池儲(chǔ)存；二是當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)的電能不能滿足負(fù)載需要時(shí)，將蓄電池的電能送往負(fù)載；三是保護(hù)蓄電池，當(dāng)蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過(guò)充，當(dāng)蓄電池所儲(chǔ)存的電能放完時(shí)，太陽(yáng)能控制器要控制蓄電池不被過(guò)放電。充放電控制器獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)將光伏電池板產(chǎn)生的電能通過(guò)控制器直接給負(fù)載供電，在滿足負(fù)載需求的情況下將多余的電力給蓄電池充電；當(dāng)日照缺乏或者在夜間時(shí)，那么由蓄電池直接給直流負(fù)載供電或者通過(guò)逆變器給交流負(fù)載供電。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、蓄電池、負(fù)載、控制器和逆變器組成。2.光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類及其工作原理

光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)是否接入公共電網(wǎng)分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和混合供電系統(tǒng)。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池方陣、控制器、并網(wǎng)逆變器組成，不經(jīng)過(guò)蓄電池儲(chǔ)能，通過(guò)并網(wǎng)逆變器直接將電能輸入公共電網(wǎng)。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)不同的構(gòu)成和使用目的分為有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、無(wú)逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和有儲(chǔ)能裝置的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。圖6-5并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)混合供電系統(tǒng)可以是光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或者生物質(zhì)能系統(tǒng)等相互組合，或者共同組合而成，以下圖是一個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組合而成的混合供電系統(tǒng),由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負(fù)載等局部組成。圖6-6混合供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖混合供電系統(tǒng)建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用建筑物的光照面積實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)裝設(shè)在建筑物上，接近電力負(fù)荷，無(wú)需額外的輸電投資，也減少了輸電過(guò)程的電能損失。另外，安裝了太陽(yáng)能電池板的屋頂和外墻，直接降低了建筑物外圍結(jié)構(gòu)的溫升，減少了室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷，而且光照強(qiáng)度與負(fù)荷強(qiáng)度吻合，有調(diào)峰的成效，因而很有開(kāi)展前景。

建筑一體化光伏系統(tǒng)可以分為建筑附加光伏系統(tǒng)〔BAPV〕和建筑集成光伏系統(tǒng)〔BIPV〕兩種。

建筑附加光伏系統(tǒng)〔BAPV〕把光伏系統(tǒng)安裝在建筑的屋頂或外墻上，建筑物作為光伏組件的載體，起到支撐作用。

建筑集成光伏系統(tǒng)〔BIPV〕是指將光伏系統(tǒng)與建筑物集成在一起，光伏組件成為建筑結(jié)構(gòu)不可分割的一局部，如光伏組件與屋面一體化、光伏組件與幕墻一體化、光伏瓦、光伏與遮陽(yáng)裝置一體化等.建筑一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)圖6-7建筑附加光伏的應(yīng)用

圖6-11光伏幕墻的應(yīng)用圖6-10光伏系統(tǒng)與建筑墻體一體化的應(yīng)用圖6-12光伏組件與遮陽(yáng)裝置一體化的應(yīng)用圖6-8光伏系統(tǒng)與建筑屋面一體化應(yīng)用圖6-9太陽(yáng)能瓦的應(yīng)用6.1.2太陽(yáng)能光電利用技術(shù)

太陽(yáng)能集熱器是吸收太陽(yáng)輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱工質(zhì)的裝置，是組成各種太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，目前使用最多的太陽(yáng)能收集裝置主要有平板型集熱器、真空管集熱器。6.1.3太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)a)平板型集熱器b)真空管集熱器圖6-13太陽(yáng)能集熱器圖例太陽(yáng)能光熱利用的根本原理是通過(guò)太陽(yáng)能集熱器將太陽(yáng)輻射能收集起來(lái)，通過(guò)與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。1.太陽(yáng)能集熱器a)平板型集熱器b)全玻璃真空管集熱器圖6-14太陽(yáng)能集熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖6.1.3太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能集熱器收集太陽(yáng)輻射能把水加熱的一種裝置，是目前太陽(yáng)熱能應(yīng)用開(kāi)展中最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值、技術(shù)最成熟且已商業(yè)化的一項(xiàng)應(yīng)用產(chǎn)品。圖6-15太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)示意圖2.太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)根據(jù)加熱循環(huán)方式的不同可分為自然循環(huán)系統(tǒng)、強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)和直流式循環(huán)系統(tǒng)三類。

自然循環(huán)系統(tǒng)蓄水箱必須置于集熱器上方，如圖6-15所示。根據(jù)循環(huán)管道內(nèi)循環(huán)介質(zhì)不同，強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)可分為直接強(qiáng)迫循環(huán)系統(tǒng)和間接強(qiáng)迫循環(huán)系統(tǒng).圖6-16直接強(qiáng)迫循環(huán)系統(tǒng)圖6-17間接強(qiáng)迫內(nèi)置輔助加熱熱水系統(tǒng)在我國(guó)，家用太陽(yáng)能熱水器和小型太陽(yáng)能熱水器多采用自然循環(huán)式，而大中型太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)多采用強(qiáng)制循環(huán)式。圖6-18直流式熱水系統(tǒng)示意圖太陽(yáng)能采暖分為被動(dòng)式太陽(yáng)能采暖和主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖。本節(jié)主要介紹主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)。

主動(dòng)式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、貯熱器、輔助熱源以及管道、閥門(mén)、風(fēng)機(jī)、水泵、控制系統(tǒng)等組成。

太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)按其集熱工質(zhì)〔或介質(zhì)〕分為空氣加熱采暖系統(tǒng)和水加熱采暖系統(tǒng)，另外還有利用太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合運(yùn)行作為供暖熱源的太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)。3.太陽(yáng)能采暖空氣加熱采暖系統(tǒng)圖6-19太陽(yáng)能空氣加熱系統(tǒng)圖6.1.3太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)太陽(yáng)能水加熱采暖是指通過(guò)集熱器先太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱水，再將熱水輸送到發(fā)熱末端〔如：地板采暖系統(tǒng)、散熱器系統(tǒng)等〕提供房間采暖的系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱太陽(yáng)能采暖。圖6-20太陽(yáng)能水加熱采暖系統(tǒng)圖水加熱采暖系統(tǒng)

太陽(yáng)能熱泵(SolarAssistedHeatPump，SAHP)一般是指利用太陽(yáng)能作為蒸發(fā)器熱源的熱泵系統(tǒng)，區(qū)別于以太陽(yáng)能光電或熱能發(fā)電驅(qū)動(dòng)的熱泵機(jī)組。

根據(jù)太陽(yáng)能集熱器與熱泵蒸發(fā)器的組合型式，太陽(yáng)能熱泵可分為直膨式和非直膨式。太陽(yáng)能熱泵圖6-21直膨式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)6.1.3太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)

根據(jù)太陽(yáng)能集熱環(huán)路與熱泵循環(huán)的連接形式，非直膨式系統(tǒng)又可進(jìn)一步分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和雙熱源式三種形式。圖6-22非直膨串聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)圖6-23非直膨并聯(lián)式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)6.1.3太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)圖6-24非直膨雙熱源式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)6.1.3太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)

太陽(yáng)能熱泵同其它類型的熱泵一樣也具有“一機(jī)多用”的優(yōu)點(diǎn)，即冬季可供暖，夏季可制冷，全年可提供生活熱水。由于太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)中設(shè)有蓄熱裝置，因此夏季可利用夜間谷時(shí)電力進(jìn)行蓄冷運(yùn)行，以供白天供冷之用，不僅運(yùn)行費(fèi)用低，而且有助于電力錯(cuò)峰。

直膨式太陽(yáng)能熱泵一般適用于小型供熱系統(tǒng)，如戶用熱水器和供熱空調(diào)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是集熱面積小、系統(tǒng)緊湊、集熱效率和熱泵性能高、適應(yīng)性好、自動(dòng)控制程度高等，在應(yīng)用于生產(chǎn)熱水方面具有高效節(jié)能、安裝方便、全天候等優(yōu)點(diǎn)，其造價(jià)與空氣源熱泵熱水器相當(dāng)，性能更優(yōu)越；非直膨式系統(tǒng)具有形式多樣、布置靈活、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適合于集中供熱、空調(diào)和供熱水系統(tǒng)。易于與建筑一體化。

太陽(yáng)能制冷主要通過(guò)光-熱和光-電轉(zhuǎn)換兩種途徑實(shí)現(xiàn)。

光-熱轉(zhuǎn)換制冷首先是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能(或機(jī)械能)，再利用熱能(或機(jī)械能)作為外界的補(bǔ)償，使系統(tǒng)到達(dá)并維持所需的低溫。

太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換制冷，首先是通過(guò)太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，再用電能驅(qū)動(dòng)常規(guī)的壓縮式制冷機(jī)。

按照消耗熱能或消耗機(jī)械能這兩類補(bǔ)償過(guò)程對(duì)太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換制冷進(jìn)行分類，消耗熱能的太陽(yáng)能制冷方式有吸收式制冷、吸附式制冷、除濕式制冷、蒸汽噴射式制冷；消耗機(jī)械能的太陽(yáng)能制冷方式有蒸汽壓縮式制冷。4.太陽(yáng)能制冷(不講)

吸收式制冷是利用兩種物質(zhì)所組成的二元溶液作為工質(zhì)來(lái)進(jìn)行的。

吸收式制冷機(jī)主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器組成。圖6-25太陽(yáng)能吸收制冷原理圖太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)

太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能吸附集熱器、冷凝器、儲(chǔ)液器、蒸發(fā)器和閥門(mén)等組成。圖6-26太陽(yáng)能吸附式制冷循環(huán)示意圖太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)太陽(yáng)能蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)主要由太陽(yáng)集熱器和蒸汽噴射式制冷機(jī)兩大局部組成。圖6-27太陽(yáng)能蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)示意圖太陽(yáng)能蒸汽噴射式制冷太陽(yáng)能蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)主要由太陽(yáng)集熱器、蒸汽輪機(jī)和蒸汽壓縮式制冷機(jī)三大局部組成。圖6-28太陽(yáng)能熱機(jī)驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)示意圖太陽(yáng)能蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)6.2地?zé)崮芾眉夹g(shù)6.2.1地?zé)豳Y源及其開(kāi)發(fā)利用6.2.2高品位地?zé)崮茉诮ㄖ械闹苯永?.2.3低品位地?zé)崮茉诮ㄖ械膽?yīng)用6.2.1地?zé)豳Y源及其開(kāi)發(fā)利用根據(jù)地下儲(chǔ)能存在形式的不同，地質(zhì)學(xué)上常把地?zé)豳Y源分為水熱型、地壓型、干熱巖型和巖漿型四大類。水熱型又分為蒸汽型和熱水型兩種，其中蒸汽型又分為干蒸汽〔以蒸汽為主的〕和濕蒸汽兩類。1.地?zé)崮苜Y源分類根據(jù)我國(guó)所處的大地構(gòu)造位置及地?zé)岜尘埃袊?guó)地?zé)豳Y源分為高溫對(duì)流型地?zé)豳Y源、中低溫對(duì)流型地?zé)豳Y源和中低溫傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源。

高溫對(duì)流型地?zé)豳Y源主要分布在滇藏及臺(tái)灣地區(qū)。

中低溫對(duì)流型地?zé)豳Y源主要分布在我國(guó)東南沿海地區(qū)，包括廣東、海南、廣西以及江南、湖南和浙江。

中低溫傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源是一類能源潛力巨大的地?zé)豳Y源，主要埋藏在大中型沉積盆地之中〔如華山、松遼、蘇北、四川、鄂爾多斯等〕。2.中國(guó)地?zé)豳Y源分布3.世界地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

序號(hào)國(guó)名年產(chǎn)能（GWh/年）裝機(jī)容量（MW）序號(hào)國(guó)名年產(chǎn)能（GWh/年）裝機(jī)容量（MW）1中國(guó)12604.63687.06日本2861.6822.42瑞典10000.83840.07匈牙利2205.7694.23美國(guó)8678.27817.48意大利2098.5606.64土耳其6900.51495.09新西蘭1968.5308.15冰島6806.11844.010巴西1839.7360.1地?zé)崂每傃b機(jī)容量（MW）年產(chǎn)能值（GW·h/a）利用系數(shù)發(fā)電8000500000.71直接利40表6-3地?zé)嶂苯永们?0名國(guó)家表6-4全球2002年地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用情況地?zé)峄毓嗑褪前训責(zé)釓U水、常溫地下水、地表水等灌入地下儲(chǔ)熱層中，目的是處理利用后廢棄的低溫水，防止地?zé)釓U水直接排放對(duì)環(huán)境造成熱污染和化學(xué)污染；改善或恢復(fù)地下儲(chǔ)熱層的產(chǎn)熱能力，提高地?zé)豳Y源的再利用效率；保持地下儲(chǔ)熱層的流體壓力，維持地?zé)豳Y源的開(kāi)采條件，保證正常的地下水位，實(shí)現(xiàn)可循環(huán)利用。4.地?zé)峄毓?.2.2高品位地?zé)崮茉诮ㄖ械闹苯永酶咂肺坏責(zé)崮芎偷推肺坏責(zé)崮苁且粋€(gè)相對(duì)的概念，一般來(lái)說(shuō)，如果地?zé)豳Y源的溫度較高，可以直接利用，那么稱之為高品位地?zé)崮?。而那些溫度相?duì)較低，與環(huán)境溫度相近的地?zé)崮芊Q之為低品位地?zé)崮?。將高品位地?zé)崮苤苯佑糜诓膳⒅评?、供熱和供熱水是僅次于地?zé)岚l(fā)電的地?zé)崂梅绞?，這種方式簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好，而且節(jié)能、無(wú)污染，主要利用形式是采用地下水為建筑供暖、制冷和提供建筑內(nèi)的生活熱水。地?zé)峁┡泻芏嗟膬?yōu)點(diǎn)，首先，它充分合理利用資源，用低于90℃的低溫?zé)崴婢哂懈咂肺荒艿幕瘜W(xué)燃料供熱，可大大減少常規(guī)化石能源的消耗，而且可改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量，提高人民的生活水平；其次，地?zé)峁┡_(kāi)發(fā)周期短，見(jiàn)效快，供暖的時(shí)間可以延長(zhǎng)，同時(shí)可全年提供生活熱水。1.地?zé)峁┡責(zé)峁┡慕M成

地?zé)峁┡到y(tǒng)是以一個(gè)或多個(gè)地?zé)峋臒崴疄闊嵩聪蚪ㄖ┡?，同時(shí)滿足生活熱水以及工業(yè)生產(chǎn)用熱的要求。

地?zé)峁┡到y(tǒng)主要由開(kāi)采系統(tǒng)、輸送分配系統(tǒng)和中心泵站加壓及末端室內(nèi)設(shè)備三個(gè)局部組成。圖6-29地?zé)峁┡到y(tǒng)6.2.2高品位地?zé)崮茉诮ㄖ械闹苯永玫責(zé)峁┡到y(tǒng)的類型

根據(jù)熱水管路的不同，地?zé)峁┡到y(tǒng)有單管系統(tǒng)、雙管系統(tǒng)和混合系統(tǒng)三種方式。〔a〕單管系統(tǒng)〔b〕雙管系統(tǒng)〔c〕混合系統(tǒng)圖6-30常見(jiàn)的地?zé)峁┡到y(tǒng)地?zé)嶂评涫且宰銐蚋邷囟取惨话阋蟮責(zé)崴疁囟仍?5℃以上〕的地?zé)崴?qū)動(dòng)吸收式制冷系統(tǒng)，制取溫度高于7℃的冷凍水，用于空調(diào)或生產(chǎn)。

2.地?zé)嶂评洹膊恢v〕地?zé)嶂评湎到y(tǒng)組成

地?zé)嶂评湎到y(tǒng)由地?zé)峋?、地?zé)嵘罹?、換熱器、熱水循環(huán)泵、溴化鋰吸收式制冷機(jī)、冷卻水循環(huán)泵、冷卻塔、冷凍水循環(huán)泵、空調(diào)末端設(shè)備和控制器等組成。圖6-32地?zé)嶂评湎到y(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)6.2.2高品位地?zé)崮茉诮ㄖ械闹苯永娩寤囄帐街评錂C(jī)具有無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)爆炸危險(xiǎn)、對(duì)大氣無(wú)破壞作用等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為無(wú)公害的制冷設(shè)備。它分為一級(jí)〔單級(jí)〕溴化鋰吸收式制冷機(jī)和兩級(jí)溴化鋰吸收式制冷機(jī)兩種機(jī)型。

溴化鋰吸收式制冷機(jī)的根本原理圖6-34單級(jí)溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)原理①單級(jí)溴化鋰吸收式制冷機(jī)根本原理溴化鋰吸收式制冷機(jī)工作原理:溴化鋰吸收式制冷機(jī)是以溴化鋰溶液為吸收劑，以水為制冷劑，利用水在高真空下蒸發(fā)吸熱到達(dá)制冷的目的。為使制冷過(guò)程能連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，蒸發(fā)后的冷劑水蒸氣被溴化鋰溶液所吸收，溶液變稀，這一過(guò)程是在吸收器中發(fā)生的，然后以熱能為動(dòng)力，將溶液加熱使其水份別離出來(lái)，而溶液變濃，這一過(guò)程是在發(fā)生器中進(jìn)行的。發(fā)生器中得到的蒸汽在冷凝器中凝結(jié)成水，經(jīng)節(jié)流后再送至蒸發(fā)器中蒸發(fā)。如此循環(huán)到達(dá)連續(xù)制冷的目的。②兩級(jí)溴化鋰吸收式制冷機(jī)根本原理圖6-35兩級(jí)溴化鋰吸收式制冷原理

在土壤、地下水和地表水中蘊(yùn)藏著無(wú)窮無(wú)盡的低品位熱能，由于這些熱能的溫度與環(huán)境溫度相近，因此無(wú)法直接利用。地源熱泵利用地下土壤、地下水或地表水相對(duì)穩(wěn)定的特性，利用埋于建筑物周?chē)墓苈废到y(tǒng)，通過(guò)輸入少量的高位電能，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移與建筑物完成熱交換。地源熱泵也稱為地?zé)釤岜?，它可以用于建筑的采暖和制冷，并且根?jù)需要可以為建筑提供生活熱水。6.2.3低品位地?zé)崮茉诮ㄖ械膽?yīng)用1.低品位地?zé)崮芘c地源熱泵6.3可再生能源綜合利用技術(shù)6.3.1其他可再生能源利用6.3.2可再生能源綜合利用6.3.1其他可再生能源利用風(fēng)能是由于太陽(yáng)輻射造成地球各局部受熱不均勻，引起各地溫差和氣壓不同，導(dǎo)致空氣運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的能量。建筑環(huán)境中的風(fēng)能利用形式可分為被動(dòng)式和主動(dòng)式，被動(dòng)式利用是以適應(yīng)地域風(fēng)環(huán)境為主的自然通風(fēng)和排風(fēng)，主動(dòng)式利用是以轉(zhuǎn)換地域風(fēng)能為其他能源形式的風(fēng)力發(fā)電。1.風(fēng)能建筑環(huán)境中風(fēng)力發(fā)電有獨(dú)立運(yùn)行模式、與其它發(fā)電方式互補(bǔ)運(yùn)行模式和與電網(wǎng)聯(lián)合供電模式三種。

獨(dú)立運(yùn)行模式是風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)蓄電池儲(chǔ)能再供用戶使用；

與其它發(fā)電方式互補(bǔ)運(yùn)行模式主要有風(fēng)力-柴油機(jī)組互補(bǔ)發(fā)電方式、風(fēng)力-太陽(yáng)能光伏發(fā)電方式、風(fēng)力-燃料電池發(fā)電方式等；

與電網(wǎng)聯(lián)合供電模式是采用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)供電，以滿足建筑的用電需求，電網(wǎng)作為備用電源供電，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在發(fā)電頂峰時(shí)，產(chǎn)生的多余電量送到電網(wǎng)出售，使得用戶有一定的收益，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電量缺乏時(shí)，可從電網(wǎng)取電。這種模式免去了蓄電池等設(shè)備，后期的維修費(fèi)用也相比照較少，使得系統(tǒng)本錢(qián)降低，經(jīng)濟(jì)性大于其它兩種模式。

圖6-43巴林世界貿(mào)易中心6.3.1其他可再生能源利用水的流動(dòng)可以產(chǎn)生能量，水能可以用于水力發(fā)電。

水體的劃分形式有多種，根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可將水體分為3類：滯止的水體，如湖泊、水庫(kù)、水塘；有主流方向的流動(dòng)水體，如江河水、雨水、廢水；持續(xù)漲落的水體，如海水。

2.水能湖泊、水庫(kù)、池塘水

水庫(kù)、水塘水體的量有限，冬季受氣溫、天空輻射影響，表層散熱嚴(yán)重，水體上冷下熱，溫度不穩(wěn)定，冷熱混滲強(qiáng)烈，上下溫差小，到冬季末整個(gè)水體溫度均勻，接近冬末氣溫。

夏季受氣溫和太陽(yáng)輻射影響，表層吸熱升溫，水體上熱下冷，溫度穩(wěn)定，冷熱混滲困難，靠導(dǎo)熱向下傳熱，上下溫差大，下層水溫一直保持冬末時(shí)的溫度。

江河水

江河水上游降雨時(shí)的地表溫度和降雨溫度、融雪水所占比例都會(huì)影響江河水的溫度，從上游到下游，水溫一般會(huì)升高。由于湍流作用，主流斷面上溫度分布均勻，上、下層水溫差小。江河水作為流動(dòng)水體，釋放到水體的冷熱量會(huì)及時(shí)被水流帶走，不會(huì)在當(dāng)?shù)氐乃w中聚集，溫度的月平均變化相對(duì)平緩，水體的冷熱源能力主要受外界氣候的影響，需掌握水溫自然分布狀況的資料。海水

海水是清潔能源，利用海水作為冷熱源可以大大減少不可再生能源的使用量。根據(jù)垂直深度上的溫度差異，海水可以分為表層、次表層和深水層三層。目前經(jīng)常直接將次表層海水作為冷熱源。

城市排水

城市排水主要包括工業(yè)廢水、工業(yè)冷卻水及生活污水等。城市排水作為冷熱源的容量和品位較高，具備良好的環(huán)境友好性和社會(huì)允許性，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。生物質(zhì)及生物質(zhì)能

生物質(zhì)是指通過(guò)光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動(dòng)植物和微生物。生物質(zhì)能〔biomassenergy〕是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，它直接或間接地來(lái)源于綠色植物的光合作用，蘊(yùn)藏在植物、動(dòng)物和微生物等可以生長(zhǎng)的有機(jī)物中。3.生物質(zhì)能

生物質(zhì)能包括自然界可用作能源的各種植物、人畜排泄物以及城鄉(xiāng)有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化成的能源，包括木材、森林廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物、動(dòng)物糞便等。生物質(zhì)能具有可儲(chǔ)存、可運(yùn)輸、資源分布廣、對(duì)環(huán)境影響小等特點(diǎn)。

依據(jù)來(lái)源的不同，可以將適合于能源利用的生物質(zhì)分為林業(yè)生物質(zhì)資源、農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等五大類。

生物質(zhì)能的利用

生物質(zhì)能發(fā)電就是利用生物質(zhì)本身的能量，將其轉(zhuǎn)化成諸如燃油、燃?xì)狻⒁掖嫉瓤捎糜隍?qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的能量形式，通過(guò)發(fā)電機(jī)發(fā)電并入電網(wǎng)或直接給用戶提供電能。

生物質(zhì)能的利用形式有以下幾種形式：生物質(zhì)發(fā)電、生物液體燃料、沼氣、生物質(zhì)固體成型燃料、燃池供暖等。海洋能

海洋能是潮汐能、波浪能、溫差能、鹽差能和海流能的統(tǒng)稱。

海洋通過(guò)各種物理過(guò)程接收、儲(chǔ)存和散發(fā)能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、海流等形式存在于海洋之中。潮汐的形成源于太陽(yáng)和月亮對(duì)地球的吸引力，潮漲和潮落之間所負(fù)載的能量稱之為潮汐能；潮汐和風(fēng)又形成了海洋波浪，從而產(chǎn)生波浪能；太陽(yáng)照射在海洋的外表，使海洋的上部和底部形成溫差，從而形成溫差能。夜間天空作為冷熱源

夜空冷源品位的穩(wěn)定性取決于太陽(yáng)輻射，在天氣穩(wěn)定的情況下，品位不會(huì)因提取冷量而下降，相反隨著水蒸氣的凝結(jié)，品位會(huì)越來(lái)越高。夜空作為冷源持續(xù)性好，在獲得冷源的難易程度上，低層建筑難于高層建筑。單項(xiàng)工程的環(huán)境友好性和社會(huì)允許性好，但在城市大規(guī)模使用時(shí)，其環(huán)境友好性和社會(huì)允許性還有待研究。

空氣作為熱源可靠性好，在通風(fēng)良好的情況下，容量不會(huì)因熱量的提取而下降，但必須依靠空氣源熱泵提升品位才能利用，且品位會(huì)隨冬季的持續(xù)和寒潮的來(lái)去而變化。

從空氣中獲取冷熱量的技術(shù)難度較低。但利用空氣作為冷熱源，需要解決好以下問(wèn)題:

一是品位低；

二是空氣源