绿色技术和人文内涵：现代建筑中的空调冷热源技术和地源热泵

绿色建筑力求在全生命周期内最大限度地节约资源和保护环境，同时为人们提供健康、舒适和高效的使用空间，是与自然和谐共生的建筑形式。其中，能源系统的形式决定了建筑在运行期间的能源消耗和环境影响。

（一）空调冷热源技术

夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能量已是一般民用建筑物能源消费的主要部分。空调系统的冷源包括天然冷源和人工冷源。天然冷源包括地下水（深井水）、地道风、山涧水等自然存在的温度低于环境温度的冷源；人工冷源是指利用制冷设备和制冷剂制取冷量，可满足所需要的任何空气环境，但需要专门设备，运行费用较高。空调系统的热源有集中供热、自备燃油（煤、气）锅炉、直燃式溴化锂吸收式冷热水机组、各种热泵机组和其他可直接利用余热（工厂余热、垃圾焚烧热能或空气、水、太阳能、地热）等。

1.常用冷热源方式的选择

常用的冷热源方式主要有电动式制冷机组加锅炉、溴化锂吸收式制冷机加锅炉、水源热泵式机组、直燃式溴化锂吸收式制冷机组、电动式制冷机组加锅炉加冰蓄冷系统。在不同环境条件下如何合理选择空调冷热源，可以分别从系统性能、能耗、初投资和运行费用、技术先进程度、环境友好性、适用条件等方面进行分析比较，达到经济合理、技术先进、减少能耗的目的。

2.绿色建筑能源系统

绿色建筑能源系统设计应在能满足建筑功能需求的前提下，充分考虑围护结构以及外界气候条件等因素，充分利用自然能源和低品位能源以满足建筑内部对于节能和舒适方面的需求。

除了优化围护结构体系等节能措施外，绿色建筑设计很重要的一个环节便是主动式设计，主要围绕暖通空调、照明和自动控制等建筑能源系统开展工作。在暖通空调技术方面，实际工程中广泛应用的常规技术普遍存在一些不足，如：高品位能源消耗比例较高、低品位能源利用不足、环境友好性较差的工质使用等。这就促使绿色建筑能源系统设计向更加节能和环保的方向发展，具体有以下特点：

（1）尽可能地利用可再生能源、废热能等低品位能源，减少消耗煤、石油、天然气等不可再生资源。

（2）尽可能提高系统效率，实现能量的高效利用，同时满足较高的室内舒适度。

（3）较大程度上实现能源自供给和能量的梯级利用。

绿色建筑的能源系统设计是一项复杂的系统工程，需要建筑设计师和设备工程师通力合作，才能创造出各种类型的各具特色的绿色建筑。

4.空调冷热源新技术

目前，空调冷热源技术解决的核心已经集中在新能源的开发和利用、冷热电联产、热泵技术和蓄冷技术这四个方面。

（1）新能源的开发和利用。

随着社会经济发展水平的提高，空调的能耗需求越来越大，新能源在空调冷热源中的应用是冷热源研究的一个重要方面。目前，新能源应用研究主要集中在太阳能、地热能、天然气、燃料电池、核能和水电等方面。相对于煤炭和石油等化石能源来说，天然气还处于刚刚被开发利用的阶段，今后有很好的发展前景，天然气的燃烧效率比煤炭和石油都高，热值大，其CO2和NO3（氮氧化物）等污染物排放标准比煤炭和石油要低得多，是一种相对很清洁的能源。目前以天然气为燃料的锅炉和制冷机组早已投入使用并产生了良好的经济效益。核能也是一种清洁高效的能源，能量密度很高，目前主要用于发电和区域供热。天然气和核能都是不可再生能源，其储藏量有限；太阳能和地热能是真正清洁的可再生能源，蕴藏量无限，卫生环保，有很大的开发利用价值。

① 太阳能。作为一种清洁无污染、取之不尽用之不竭的可再生能源，太阳能在建筑能源系统中有广泛的应用并且历史悠久。除了太阳能热水技术以外，太阳能利用在建筑能源系统中主要有太阳能采暖和太阳能制冷。此外，近年来利用太阳能的热驱动强化过渡季节室内通风的降温形式也引起人们的关注。

太阳能供暖和制冷在节约能源和保护环境方面有广阔的市场前景和发展潜力。从20世纪40年代开始，太阳能供热技术便开始出现在一些示范建筑中。随着各种太阳能集热器新产品的问世，更高温度的太阳能热水制取成为现实，太阳能驱动的制冷系统也开始出现。

20世纪70年代以来，能源危机和环境恶化在客观上加速了太阳能技术的进步。时至今日，研究者已在这一领域进行了大量工作，提出多种技术，如：太阳能直接供热系统、太阳能辅助供热技术等，而实现太阳能制冷有以下两条途径：一是太阳能光电转换，以电制冷，如光电制冷、热电制冷；二是光热转换，以热制冷，如吸收式制冷、喷射式制冷、吸附式制冷；光电转换的制冷方法由于成本较高，所以研究较多，实际推广应用较少，而以热制冷由于备受青睐，详见方式有：太阳能吸收式制冷、太阳能喷射式制冷和太阳能吸附式制冷。

a.太阳能直接供热系统利用集热器蓄积的热量满足建筑热负荷，系统主要包括集热器、蓄热水箱、循环水泵末端设备等部件，如图2-16所示。蓄热水箱可以储存太阳能，同时将室内采暖系统的进水温度稳定在一个较小的波动范围内。

图2-16　太阳能采暖系统示意图

由于太阳能能流密度较低，并且太阳能不确定性较大，太阳能直接供热系统很难保证供热的连续性。所以，结合了热泵等技术的太阳能辅助供热系统应运而生。太阳能辅助热泵供热系统可以为建筑提供热水和采暖用热，对集热器出水温度要求较低，同时具有灵活多样的系统实现方式，应用前景更加广阔。

b.太阳能吸收式制冷。吸收式制冷是利用溶液浓度的变化来获取冷量的装置，即制冷剂在一定压力下蒸发吸热，再利用吸收剂吸收制冷剂蒸汽。自蒸发器出来的低压蒸汽进入吸收器并被吸收剂强烈吸收，吸收过程中放出的热量被冷却水带走，形成的浓溶液由泵送入发生器中被热源加热后蒸发产生高压蒸汽进入冷凝器冷却，而稀溶液减压回流到吸收器完成一个循环，如图2-17所示。它相当于用吸收器和发生器代替压缩机，消耗的是热能。热源可以利用太阳能、低压蒸汽、热水、燃气等多种形式。

图2-17　太阳能吸收式制冷原理

吸收式制冷系统的特点与所使用的制冷剂有关，常用于吸收式制冷机中的制冷剂大致可分为水系、氨系、乙醇系和氟利昂系四个大类。水系工质现今大量生产的商用LiBr吸收式制冷机依然存在易结晶、腐蚀性强及蒸发温度只能在零度以上等缺陷。氨系工质对中包括了氨水工质对和甲氨为制冷剂的工质对，由于氨水工质对具有互溶极强、液氨蒸发潜热大等优点，它至今仍被广泛用于各类吸收式制冷机。

人们对氨水工质对的研究主要是针对它的一些致命的缺陷，如：COP较溴化锂小、工作压力高、具有一定的危险性、有毒、氨和水之间沸点相差不够大、需要精馏等。吸收式空调采用溴化锂或氨水制冷机方案，虽然技术相对成熟，但系统成本比压缩式高，主要用于大型空调，如中央空调等。

c.太阳能吸附式制冷。吸附式制冷系统由吸附床、冷凝器、蒸发器和节流阀等构成，工作过程由热解吸和冷却吸附组成，基本循环过程是利用太阳能或者其他热源，使吸附剂和吸附质形成的混合物（或络合物）在吸附床中发生解吸，放出高温高压的制冷剂气体进入冷凝器，冷凝出来的制冷剂液体由节流阀进入蒸发器。制冷剂蒸发时吸收热量，产生制冷效果，蒸发出来的制冷剂气体进入吸附发生器，被吸附后形成新的混合物（或络合物），从而完成一次吸附制冷循环过程。基本循环是一个间歇式的过程，循环周期长，COP值低，一般可以用两个吸附床实现交替连续制冷，通过切换集热器的工作状态及相应的外部加热冷却状态来实现循环连续工作。

d.太阳能喷射式制冷。喷射式制冷系统制冷剂在换热器中吸热后汽化、增压，产生饱和蒸汽，蒸汽进入喷射器，经过喷嘴高速喷出膨胀，在喷嘴附近产生真空，将蒸发器中的低压蒸汽吸入喷射器，经过喷射器出来的混合气体进入冷凝器放热、凝结，然后冷凝液的一部分通过节流阀进入蒸发器吸收热量后汽化，这部分工质完成的循环是制冷循环。另一部分通过循环泵升压后进入换热器，重新吸热汽化，所完成的循环称为喷射式制冷循环，系统中循环泵是运动部件，系统设置比吸收式制冷系统简单，运行稳定，可靠性较高。缺点是性能系数较低。

另外把吸附与喷射相结合，又可得到太阳能吸附—喷射联合制冷系统。它利用了吸附制冷和喷射制冷对太阳能需求的时间差而实现系统的连续制冷，并且对吸附热的有效回收和制冷系数的提高有一定作用。

②地热是来自地球深处的可再生热能。通过地下水循环和岩浆侵入，把热量带至近表层。地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用部分。

当前，地热空调技术的研究和应用已经取得了一定的进展，大多数是利用地球表面浅层包括地下水、土壤和地表水等地热资源，驱动可采暖又可供冷的高效节能环保空调系统：

a.通过打井找到正在上喷的天然高温热水流，利用蒸汽动力发电。这样把热能转化为电能，用二次能源来驱动空调制冷设备。

b.地热的直接应用，热水流直接供给，用于采暖、空调、生活热水等综合利用。

地热空调系统，根据利用地热温度不同，分为：利用低温段地热，采用电能驱动的地热热泵空调系统；利用中高温段地热，采用热能驱动的吸收式制冷。由于现阶段地热主要以地下水为载体，因此地热空调的缺点是主要受地区地下水资源的限制。

典型的地热热泵空调系统由压缩机、地热热交换器（制冷剂—水热交换器）、水泵、室内热交换器（制冷剂—水或制冷剂—空气热交换器）、节流装置和电气控制设备等部件组成。虽然其结构类型多样，但基本部件是这三大部分：室外地热能换热器系统、水源热泵机组和室内空调末端系统。其中水源热泵是利用水作为冷热源的热泵，而地热空调系统则是通过水这一介质与地热资源进行冷热交换后作为水源热泵的冷热源，其中与建筑物空调末端系统的换热介质是水或者空气。

（2）冷热电联产（CCHP）。

冷热电联产（Combined Cooling Heating and Power，CCHP）是一种建立在能量梯级利用概念基础上，把制冷、供热（采暖和卫生热水）和发电等设备构成一体化的联产能源转换系统，其目的是为了提高能源利用率，减少需求侧能耗，减少碳、氮和硫氧化合物等有害气体的排放，它是在分布式发电技术和热能动力工程技术发展的基础上产生的，具有能源利用率高和对环境影响小的特点。典型CCHP系统一般包括动力系统和发电机（供电），余热回收装置（供热），制冷系统（供冷）等。针对不同的用户需求，系统方案的可选择范围很大，与之有关的动力设备包括微型燃气轮机、内燃机、小型燃气轮机、燃料电池。CCHP机组形式灵活，适应范围广，使用时可灵活调配，优化建筑的能源利用率与利用方式。

（3）楼宇冷热电联产（BCHP）。

楼宇冷热电联产（Building Cooling Heating Power，BCHP），是由一套系统解决建筑物电、冷、热等全部需要的建筑能源系统。BCHP可以是为单个建筑提供能源的较小型系统，也可以是为区域内多个建筑提供能源的分布式能源系统。

楼宇热电冷联产系统中余热型吸收式冷温水机组使得冷热电联产系统大大简化，与燃气发电机组进行“无接缝”组合，大幅度提高了能源利用率。被认为是未来能源应用的方向，其显著特点如下：

①BCHP是发电机与吸收式冷温水机组的技术整合，吸收式冷温水机组直接回收发电机烟气和缸套冷却水热量，不经过中间二次换热，系统能源效率比传统热电联供提高20%以上。过去人们研究节能的努力都主要着眼于设备本身，而BCHP则将发电和空调系统作为一个整体来考虑，在供热和制冷时充分利用了发电设备排放的低品位热量，实现终端能源的梯级利用和高效转换，以避免远距离输电和分配损失，使得能源利用总效率由发电30%～35%，提高到70%～90%，大幅度降低了建筑能耗，提高了供能系统的经济性。

②BCHP机组可多种能源并用，控制上采用“余热利用优先”的原则，余热不足或发电机不运行时，采用燃烧机补燃方法，为用户提供了多样化的能源选择，确保了系统运行的经济性和可靠性。

③BCHP系统可利用楼宇闲置的备用发电机组安装在用户附近，它不仅提供了低成本的电力，克服了集中式供电输送距离远、能源形式单一、大量热能无法利用、能源浪费严重的弊端，同时满足了冷、热负荷的需求，极大地缓解集中电网建设的投资压力。

④BCHP使能源得到高效利用，大幅度降低了温室气体及污染物的排放，使治理污染投资降低，具有极高的环境效益。

⑤BCHP解决了空调与电网争电的问题，有效改善了电网负荷的不均衡性，提高了发电厂设备的负荷率；BCHP利用燃气或发电余热制冷和制热，填补了夏季燃气用量的严重不足，改善了电力和燃气不合理的能源结构状况。

⑥BCHP的大型化和集中化管理，促进了区域空调的迅速发展，可大幅度降低机组装机总容量，减少设备总投资，提高制冷制热设备系统效率，同时确保了对燃料的集中管理，获得廉价的燃料、最少的人员配置等，可以有效地降低系统运营成本。

以天然气为能源的冷热电联供系统，为发达地区的城市中心区域、商业区和居民区提供多种形式的能量，不仅可以有效消耗天然气，还减轻了环保压力，从客观上起到了稳定电价、提高电网安全的作用，因此，燃气热气机的能源岛系统运用是现有条件下天然气高效利用的最佳技术路线之一。

（3）热泵技术。

热泵就是靠高位能驱动，使热能从低温热源流向高温热源，将不能直接利用的低品位热能转换为可利用的高品位热能，是直接燃烧一次能源而获取热量的主要替代方式。热泵分为空气源热泵和地源热泵。

① 空气源热泵利用空气作为冷热源，直接从室外空气中提取热量为建筑供热，应是住宅和其他小规模民用建筑供热的最佳方式，但它运行条件受气候影响很大，目前空气源热泵仍存在两大技术难点：一是当室外温度在0℃左右时，蒸发器的结霜问题；二是为适应外温在-10℃～5℃范围内的变化，需要压缩机在很大压缩比的范围内都具有良好的性能。

国内外大量的研究攻关都集中在这两个难点上，前者通过优化的化霜循环、智能化霜控制、智能化探测结霜厚度传感器，特殊的空气换热器形式设计以及不结霜表面材料的研制等，正在陆续得到开发。后者通过热泵循环方式，如中间补气、压缩机串联和并联转换等来尝试解决。有文献报道一种大型离心式压缩机配盐水冷却塔的热泵方式，通过同时调整压缩机转速和压缩机入口导向叶片，可以使压缩机在较大的压缩范围内都具有较高的效率，而采用盐水冷却塔则避免了蒸发器结霜，其样机的全冬季平均电热转换率已接近4，这将成为大型建筑和区域供热供冷的最佳冷热源方案。

利用低位再生热能的热泵技术在暖通空调领域的应用具有以下特点：

a.热泵空调系统用能遵循了能量循环利用原则，与常规空调的单向性用能不同。所谓单向性用能是指“消耗高位能（电能、化学能等）—向建筑物提供低位热能—向环境排放废物（废水、废气、废渣、废热等）”的单向用能模式。热泵空调系统的用能模式是仿效自然生态过程物质循环模式的部分热量循环使用的用能模式，实现热能的级别提升。

b.热泵空调系统是合理利用高位能的模范。热泵空调系统利用高位能作为驱动能源，推动工作机（制冷机、喷射器等）运行。工作机在循环过程中充当“泵”的角色，将低位热能提升至高位热能向用户供热，实现了能源品质的科学配置。通过热泵技术可以将贮存于地下水、地表水、土壤和空气中的自然低品位能源以及生产生活中人为排放的废热，用于建筑物的采暖和热水供应。

c.暖通空调系统用热一般都是低温热源。如风机盘管只需要50℃～60℃热水，地板辐射采暖水温一般要求提供的热水温度低于50℃。这为暖通空调热泵使用提高性能系数创造了条件。因此，暖通空调系统是热泵技术的理想用户之一。

对建筑物的热泵系统来说，理想的热源/热汇应具有以下特点：在供热季有较高且稳定的温度，可大量获得，不具有腐蚀性或污染性，有理想的热力学特性，投资和运行费用较低。在大多数情况下，热源/热汇的性质是决定其使用的关键。(www.xing528.com)

② 地源热泵，是一种利用地下浅层地热资源的既可以供热又可以制冷的高效节能环保型空调系统。按天然资源形式主要可以分为地下水热泵、地表水热泵和土壤源热泵。

a.地下水热泵分为开式、闭式两种。开式是将地下水直接供到热泵机组，再将井水回灌到地下；闭式是将地下水输送到板式换热器，需要二次换热。

b.地表水热泵与土壤源热泵相似，用潜在水下并联的塑料管组成的地下水换热器替代土壤换热器。虽然采用地下水、地表水的热泵的换热性能好，能耗低，性能系数高于土壤源热泵，但由于地下水、地表水并非到处可得，且水质也不一定能满足要求，所以其使用范围受到一定限制。国内外对地热源热泵的理论和试验研究均集中在土壤源热泵上。

c.土壤源热泵，是一种利用可再生能源、经济有效的节能技术，它通过换热介质和大地地表浅层（通常深度小于400m）换热。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能，相当于人类每年利用能量的500多倍，且不受地域、资源等限制，是清洁的可再生能源。另外，土壤温度较恒定的特性，使热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

土壤源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，减少40%以上，与电供暖相比，减少70%以上。制冷剂充灌量比常规空调装置减少25%，而且制冷剂泄漏概率大大减少。土壤源热泵的核心是土壤耦合地热换热器。目前，地下埋管式土壤源热泵已成为低密度建筑供暖空调冷热源的主要方式。

d.海水源热泵空调系统，是一种新兴的集供暖、制冷于一体的空调系统。由于海水温度一般都十分稳定，以海水作为提取和储存能量的基本“源体”，借助热泵循环系统，以消耗少量电能为代价，把海水中的低品位冷量（夏季）/热量（冬季）“提取”出来，对建筑物进行制冷或供暖，达到调节室内温度的目的。若在系统中耦合热回收技术，则可以同时“免费”为用户加热部分生活热水。

e.污水源热泵，采用污水作为水源热泵的热源/热汇，根据污水夏季温度低于室外温度，冬季高于室外温度的特点，用热泵利用污水冷热能。与空气源热泵和以地下水为热源/热汇的水源热泵相比，污水源热泵在技术和经济性上更具优势。废水和污水全年保持相对较高且恒定的温度。在这个范畴中，可能的热源/热汇包括各类污水（处理过的和未处理过的）、工业废水、工业和电力生产过程的冷却水、制冷厂的冷却水等。

（4）蓄冷空调技术。

蓄冷空调就是利用夜间电网低谷时的电力来制冷，并以冰/冷水的形式把冷量储存起来，在白天用电高峰时释放冷量提供给空调负荷。蓄冷空调技术是转移高峰电力，开发低谷用电，优化资源配置，保护生态环境的一项重要技术措施。

蓄冷空调系统的技术路线有两条：全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷。全负荷蓄冷是将用电高峰期的冷负荷全部转移至电力低谷期，全天冷负荷均由蓄冷冷量供给，用电高峰期不开制冷机。全负荷蓄冷系统所需的蓄冷介质的体积很大，设备投资高昂且占地面积大，一般用在体育场、剧场等需要在瞬间放出大量冷量和供冷负荷变化相当大的地方。部分负荷蓄冷是只蓄存全天所需冷量的一部分，用电高峰期间由制冷机组和蓄冷装置联合供冷，这种方法所需的制冷机组和蓄冷装置的容量小，设备投资少。

① 水蓄冷是利用冷水储存在储槽内的显热进行蓄冷，即夜间制出4℃～7℃的低温水供白天空调用，温度适合于大多数常规冷水机组直接制取冷水。水蓄冷的容量和效率取决于储槽的供回水温差，以及供回水温度有效的分层间隔。在实际应用中，供回水温差为8℃左右。为防止储槽内冷水与温水相混合，引起冷量损失，可在储槽内采取分层化、迷宫曲板和复合储槽等措施。因水的比热容远小于冰的溶解热，故水蓄冷的蓄冷密度低，需要体积较大的蓄水池，且冷损耗大，保温及防水处理烦琐。但水蓄冷具有投资省、技术要求低、维修费用少等优点。

水蓄冷系统可按以下几种模式运行：制冷机单独供冷；制冷机单独充冷；蓄冷槽单独供冷；制冷机、蓄冷槽联合供冷。

② 冰蓄冷系统常见的形式有：外融式冰盘管蓄冷系统、内融式冰盘管蓄冷系统、封装式冰蓄冷系统、冰片滑落式动态蓄冷系统和冰晶式动态蓄冷系统。

a.外融式冰盘管蓄冷系统充冷时，制冷剂或乙二醇水溶液在盘管内循环，吸收储槽中水的热量，直至盘管外形成冰层。盘管外蓄冷过程中，开始时管外冰层很薄，其传热过程很快，随着冰层厚度的增加，冰的导热热阻增大，结冰速度将逐渐降低，到蓄冰后期基本上处于饱和状态，这时控制系统将自动停止蓄冰过程，以保护制冷机组安全运行。

b.内融式冰盘管蓄冷系统，蓄冰过程与外融式冰盘管蓄冷系统相同。盘管形状有蛇形管、圆筒形管和U形管等。盘管材料一般为钢或塑料。储槽为钢制、玻璃钢或钢筋混凝土结构。融冰时，从空调流回的载冷剂通过盘管内循环，由管壁将热量传给冰层，使盘管表面的冰层自内向外融化释冷，将载冷剂冷却到需要的温度。内融冰时，由于冰层与管壁表面之间的水层厚度逐渐增加，对融冰的传热速率影响较大。为此，应选择合适的管径和恰当的结冰厚度。该蓄冷方式的充冷温度一般为-3℃～-6℃，释冷温度为1℃～3℃。

c.封装式冰蓄冷系统。封装式冰蓄冷，是将封闭在一定形状的塑料容器内的水制成冰的过程。按容器形状可分为球形、板形和表面有多处凹窝的椭圆形。充注于容器内的是水或凝固热较高的溶液。容器沉浸在充满乙二醇溶液的储槽内，容器内的水随着乙二醇溶液的温度变化而结冰或融冰。封装式冰蓄冷的充冷温度为-3℃～-6℃，释冷温度为1℃～3℃。储槽多为钢制且为密闭式。

d.冰片滑落式动态蓄冷系统，由蓄冰槽和位于其上方的若干片平行板状蒸发器组成。循环水泵不断将水从蒸发器上方喷洒而下，在蒸发器表面结成薄冰。待冰达到一定厚度后，制冷设备的四通阀切换，由压缩机来的高温制冷剂进入蒸发器，使冰片脱落滑入蓄冰槽内。该系统充冷温度为-4℃～-9℃，释冷温度为1℃～2℃，该蓄冷方式融冰速率快。

e.冰晶式动态蓄冷系统，利用水泵从蓄冷槽底部将低浓度乙二醇水溶液抽出送至特制的蒸发器。当乙二醇水溶液在管壁上产生冰晶时，搅拌机将冰晶刮下，与乙二醇溶液混合成冰泥泵送至蓄冰槽，冰晶悬浮于蓄冰槽上部，与乙二醇溶液分离。充冷时蒸发温度为-3℃，储槽一般为钢制，其蓄冰率约为50%。

③ 共晶盐蓄冷系统。共晶盐是一种相变材料，其相变温度在5℃～8℃范围内，是由一种或多种无机盐、水、成核剂和稳定剂组成的混合物，将其充注在球形或长方形的高密度聚乙烯塑料容器中，并整齐堆放在有载冷剂（或冷冻水）循环通过的储槽内。储槽一般为敞开式钢板或钢筋混凝土槽。随着循环水温的变化，共晶盐的结冰或融冰过程与封装冰相似。其充冷温度一般为4℃～6℃，释冷温度为9℃～10℃，可使用常规制冷机组制冷、蓄冷，机组性能系数较高。

蓄冷空调的研究主要集中在低温送风蓄冷系统和冰蓄冷区域性空调供冷站。低温送风冰蓄冷系统提供4℃～10℃的低温送风，大大降低了空调能耗和运行成本，有效提高了COP值，一次投资成本大大下降。冰蓄冷区域性空调供冷站不需要使用CFC冷媒，对环境友好，占地面积小，使用方便，运行、维护管理费用低廉，能减低空调建设费用，具有很强的竞争力。

（5）温湿度独立控制空调系统。

①传统的空调系统采用温湿度联合处理存在诸多的弊端。

a.首先，由于采用冷凝除湿方法排除室内余湿，冷源的温度需要低于室内空气的露点温度，采用冷凝除湿去除室内的湿负荷加上可以采用高温冷源排走的显热负荷一起采用7℃的低温冷源，造成能量利用品位上的浪费。而且冷凝除湿之后对空气有时还需要再热，整个过程造成了大量的能源浪费；

b.其次，通过冷凝的方式对空气进行冷却除湿不能适应建筑实际需要的热湿比变化，影响室内的热舒适性。再者，空气在冷表面（如表冷器）进行冷却、凝结，造成了利于细菌生长的潮湿环境，尤其是容易引发病菌的滋生，对空调区人员的健康造成威胁等。

基于以上原因，需要有一种新的空调方式更好地实现对建筑热湿环境的调控，同时应保证不大幅增加空调系统的能耗。

②温湿度独立控制空调系统，如图2-18所示，可以分为温度控制系统和湿度控制系统两个部分，分别对温度和湿度进行控制。与常规空调系统相比它可以满足不同房间热湿比不断变化的要求，避免了室内相对湿度过高或者过低的现象，同时采用温度与湿度两套独立的空调控制系统，分别控制室内的温度与湿度，避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的能量损失，能够更好地实现对建筑热湿环境的调控，并且具有较大的节能潜力。

图2-18　温湿度独立控制空调系统

温度控制系统中，冷源不再采用7℃的冷水同时满足降温与除湿要求，而是采用18℃左右的冷水即可满足降温要求，为天然冷源在建筑中的使用提供了条件。如深井水或通过土壤源换热器获取的冷水，在某些干燥地区（如新疆等）可以通过直接蒸发或间接蒸发的方法获取。即使采用电制冷压缩式制冷机组，由于蒸发温度的提高，机组的COP也会大大提高。温、湿度独立控制系统显热去除末端，由于通入高于室内露点温度的高温冷水，因此不会出现冷凝结露现象，可选用干式风机盘管或辐射末端。

可用的除湿方式包括：传统的冷凝除湿、转轮除湿和溶液除湿。其中，冷凝除湿要求冷源温度低，制冷机的能效指标低，且存在潮湿表面；转轮除湿为等焓除湿过程，被除湿后的送风温度高，还需冷却水来冷却；且转轮再生热源温度要求较高，一般高于l00℃；转轮的新风和排风间的漏风问题目前还难以解决。溶液除湿方式，可实现等温的除湿过程，可用（15℃～25℃）的冷源带走除湿过程释放潜热，且再生热源温度要求低，可用低品位热能（60℃～70℃）来驱动，同时能避免新风和回风的交叉污染。

（6）吸附式制冷。

吸附制冷作为一种可有效利用低品位能源且对环境友好的制冷技术。从20世纪70年代末起，经过近30年的发展，在吸附工质对性能、吸附床的传热传质和系统循环及结构方面有了较深入的研究，为吸附式制冷在空调应用中的进一步实用化起到了积极的推进作用。

吸附式制冷利用吸附剂对某种制冷剂气体的吸附能力随温度不同而不同，加热吸附剂时解析出制冷剂气体，进而凝为液体；而在冷却吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。吸附式热泵制冷剂为水等非氟系工质，可利用太阳能、工业余热或地热资源作为驱动热源，从而缓解传统压缩式空调带来的城市“热岛”污染和对大气臭氧层的破坏，符合当前环保要求。并且吸附制冷成功地将制冷需要与能量回收和节能结合起来，但目前技术仍不成熟。

（7）空气冷热源技术。

空气作为冷热源，其容量随着室外环境温度和被冷却介质的变化而变化。作为一种普遍存在的自然资源，空气在任何时间、任何地点都存在，其可靠性极高，但其容量和品味随时间变化，稳定性为Ⅱ类。在夏季需要供冷和冬季需要供热时，空气均为负品味，需要经过热泵技术提升之后才能工作，而在过渡季节，则为正品味或零品味，可以直接利用。由于空气具有流动性，因此，其可再生性和持续性都极好。空气源设备运行过程中对环境产生的影响主要在于噪声和冷凝热的释放问题，前者可以通过技术手段解决，后者则可以通过热回收技术在一定程度上缓解，在技术上不存在困难。总体来讲，空气作为冷热源，其环境友好性为良好。

空气作为建筑冷热源，最重要的应用条件就是气候环境。直接应用时主要利用空气作为建筑冷资源，要求室外气温处于人体热舒适温度范围内，主要分布在过渡季节和夏季的夜间时段。常规空调条件下，人体的静态热舒适温度范围为18℃～26℃，动态热舒适温度范围为18℃～31℃。我国绝大多数地区过渡季节室外气温的静态热舒适小时数为2000～3500h，动态热舒适小时数3000～5800h，由此可直接利用室外空气的舒适小时数非常长。

间接应用空气作为冷热源，需要能源品味提升设备。由于能源品味的缺陷，空气作为冷热源需要在技术上解决一系列问题，包括：通风和热泵技术、热泵高效除霜技术、蓄能辅助冷热源技术和系统协调性等问题。

空气作为建筑冷热源的直接应用方式通常是指通风技术，包括自然通风、机械通风及机械辅助自然通风。间接应用是通过空气源空调机组将室外空气的热（冷）量提升之后转移到室内，根据设备功能不同，可分为空气源单冷空调器、空气源热泵空调器；根据输配系统不同，可分为冷剂系统、水系统及风系统等。

热源塔热泵空调技术是由空气源热泵相应技术改进而来，最早出现在日本20世纪80年代，被称为冷却/加热塔。夏季冷却/加热塔内传热工质为水，冬季将水更换成盐溶液以保证不冻结，同时盐溶液还能有效地吸收室外空气的潜热用于供热。国内研究改进并使用该技术的厂家称其为热源塔热泵技术，也有厂家称为能源塔热泵技术等。

通过改进冷却塔的结构及运行参数，辅以相应的成套设备，使该空调系统可以适应我国南方冬季低温高湿地区的气候环境。成套设备中的冷热源塔在夏季的作用类似于冷却塔，利用冷却水的蒸发为空调机组提供冷量，且具有普通冷却塔两倍的蒸发量，效率较高；冬季用作热源塔，利用内置或外置防冻溶液作为传热介质吸收空气中的显热及潜热能为热泵提供低品位热能。热源塔热泵空调系统已经有多代产品，从开式结构到闭式结构以及闭式结构的改进型等，在多个地区工程实践中都得到了应用，能够很好地满足用户对建筑环境舒适度的需要。

（二）地源热泵技术

地源热泵系统是指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地缘热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水源热泵系统和地表水地源热泵系统。

1.热泵原理

热泵实质上是一种能量提升装置，它以消耗一部分高品位能量（机械能、电能或高温热能等）为补偿，通过热力循环，把环境介质（水、空气、土壤等）中贮存的不能直接利用的低品位能量转换为可以直接利用的高位能。其工作原理与普通制冷设备相同，所不同的是它们工作的温度范围和要求的效果。

2.地源热泵系统水源选择

地源热泵系统可利用的低温热源包括岩土体、地下水和地表水。其中，水源选择应满足：水量充足、水温适度、水质适宜和供水稳定。当有不同水源均满足要求时，应根据技术经济比较确定。

地表水源中的热能属于可再生能源，有条件场合应积极采用。但地表水源（包括河流、湖泊和海洋）的分布受自然条件限制，且含固体颗粒物和有机物较多、含沙量和浑浊度较高，其中海水还具有一定的腐蚀性，须经处理方可使用。地表水源的利用及其具体形式的确定需符合国家和当地政府的现行规范、规定和规划要求。此外，还应做必要的环境分析评估，需考虑取水设施、回流措施、水处理措施和换热后对水体温度影响等因素。

地下水分布广泛，水温随气候变化较小。在使用地下水时注意需符合当地水资源管理政策并经当地水务主管部门批准，且必须采取可靠的回灌措施，确保置换冷量或热量之后的地下水回灌到同一含水层，并不得对地下水资源造成浪费和污染。

再生水源是指人工利用后排放且经过处理的城市污水、工业废水、矿山废水、油田废水和热电厂冷却水等水源，按所在地理位置也属于地表水源。宜优先选用，可减少初投资，节约水资源。

利用污水作为热源时，引入热泵机组或中间换热设备的污水水质必须符合《城市污水再生利用工业用水水质》要求。特殊情况应做污水利用的环境安全和卫生防疫安全评估，并应取得地市级政府环保与卫生防疫部门的批准。

3.地源热泵系统设计及应用

在选择地源热泵机组供热制冷时，要根据不同区域建筑物的基本状况进行设备的选择。我国的南方地区，建筑物冬季的热负荷往往小于夏季的冷负荷，而热泵机组往往都是制热量大于制冷量（通常情况下，热泵机组的制热量是制冷量的1.1～1.3倍）。因此在机组选择的时候，如果按照冷负荷标准选择机组，则会导致机组的制热能力大大超出建筑物的热负荷需求，造成机组投资和运行的浪费；而若按照热负荷标准选择，则会出现夏季制冷量不够，故可以按照冬季热负荷标准进行选择，以冰蓄冷或其他空调系统形式作为补充。这样既可以降低地热换热器的初投资，又可以实现地源热泵机组的间歇运行，有利于土壤温度场的有效恢复。这样既减轻了采用常规能源带来的环境压力，还为平衡电网负荷做出了贡献，可谓一举多得，取长补短，优势互补。

相对而言，北方地区尤其严寒地区的建筑采用地源热泵系统时，其冬季从土壤的取热量大于夏季向土壤的放热量。长期运行后土壤温度势必越来越低，导致地源热泵的性能变差，甚至无法运行。目前的解决方案主要有：增加埋管数量或埋管间距，利用太阳能或其他形式能量包括高品位热源（锅炉、城市热网、电能）对土壤进行补热。

（三）地源热泵与太阳能复合系统

在地源热泵供热空调系统中，在很多情况下地埋管换热器全年冷热负荷是不平衡的。在这种情况下，在一年运行周期中必须有合适的冷量或热量对地热换热器补充，而太阳能正是一种可行的为地源热泵系统补充热量的可再生能源。太阳能是一种辐射能，具有即时性，太阳能不易储存，必须即时转换成其他形式的能量才能利用和储存。因此，单独的太阳能热泵系统需要太阳能集热器集热面积较大，且运行不稳定，若长期运行必须靠辅助热源，即把太阳能储存起来供需要时候再用。此外，太阳能系统通常也需要备用能源系统。

这两种技术有机结合的地源热泵和太阳能复合能源系统，既可以克服地源热泵系统冷热负荷不平衡而造成土壤温度不断降低，又可以克服太阳辐射受昼夜、季节、纬度和海拔高度等自然条件限制和阴雨天气等随机因素影响。因此，地源热泵与太阳能系统结合的复合能源系统可以集中两种可再生能源优点，同时弥补各自不足，是很有潜力的可再生能源建筑应用新技术。