在气候炎热的国家,建筑空调是很常见的,许多国家空调设备消耗了大量的电能。在瑞典,制冷不是一个大问题,但一些建筑物需要在夏季制冷,如办公楼。通过被动的方法,空调的需求可以降低,如夜间降温(夜间通风)、使用带有蓄冷功能的重型建筑材料。剩余的冷量可使用主动方式解决。
1)制冷方式
满足制冷需求最常见的方式就是安装空调,但是近些年,区域制冷方式已经开始在瑞典的许多城镇使用。同样的,近年来制冷技术的发展已经使得制冷不再需要耗费大量电力,比如采用蒸发制冷和太阳能制冷。
(1)无偿制冷。无偿制冷意味着从湖底的冷水、地下管道中的冷气,或者附近地洞获得冷量。还可以通过储存冬季冰雪到夏季融化,从中获得免费的冷量。在冬季使用传统方法取冰,储存并用绝热材料覆盖。现在我们仍然可以发现老式的冰窖。在松兹瓦尔(Sundsvall)的医院,这种老式的方法再次吸引了大量的关注(图3-78)。在那里,冬季将雪储存在一根管子内。管子利用木屑绝热,在夏天则利用融化的冰雪为医院制冷。世界上最大的能源存储单体之一是位于斯德哥尔摩阿兰达机场的地下蓄水库。冷水从地下15—25 m的地方抽取,热水通过11个地下井送入地下。通过一个大型的热交换器,地下水可以在夏季制冷,冬季采暖。
图3-78 松兹瓦尔(Sundsvall)地区医院的储雪系统图解
满足夏季77% 79%的制冷需求,相当于655 1 345 MWh。输出功率设计为2.5 MW。节省的电力大约等于早期制冷机的90%。储雪面积等于1.5个足球场,大约9 000 m²。在冬季,储藏区大约填充40 000 m³的雪。雪通过20 cm厚的木屑保温。插图为列夫 欣德格伦(Leif Kindgren)绘制
图3-79 结合区域供暖建设的区域制冷系统
许多城镇已经建立起区域供暖系统,热量在区域供暖站通过生物燃料或热泵产生。越来越多的城镇开始给区域供暖系统补充区域制冷功能。如果原来的供暖站是采用热泵制热,那供热和制冷可以结合在一起而更有效率。插图为列夫 欣德格伦(Leif Kindgren)绘制
(2)区域制冷。许多社区正致力于投资区域制冷(图3-79)。商业公司一般都享用区域制冷,也有许多公寓楼使用区域制冷。欧洲最大的区域制冷系统位于斯德哥尔摩,提供了80%的冷源。海底的水温大约为1 5℃。这些能量被带入区域采暖/制冷系统。斯德哥尔摩的区域制冷是在一个特殊的管道系统内以+6℃的温度传送的。
(3)空调。最常见的空调机是基于热泵技术。有很多不同类型:最简单的是装在墙上或窗上的窗式空调,散热部分放在户外,制冷部分朝室内。这种空调的问题是热量会通过空调机传导进来,抵消了制冷效果。分体式空调解决了这一问题,因为它们分为两个部分,室外机和室内机通过软管连接。也有空调机和新风系统结合,通过风管将冷气输送到不同房间。制冷可以通过冷气或冷却盘管来实现。热泵的热端通过冷水或室外空气冷却。相比风冷系统,水冷单元效率更高,为了提高效率还可以和新风系统相结合(表3-4)。
表3-4 提高空调效率的技术可能性
注:资料源于欧洲关于电器效率的SAVE研究。(www.xing528.com)
(4)蒸发制冷。早在几千年前波斯人就开始使用蒸发制冷。带喷泉的公园围绕着宫殿,起着制冷机的作用。在1992年塞维利亚世博会,建筑之间的室外都设有户外喷泉和洒水装置,以调节夏季场地的微气候。现在有的新建筑就是通过屋面洒水系统来给建筑降温。蒸发制冷也能用于室内。由于潮湿空气并不适合进入建筑,是通过一个热交换器对新风进行制冷。整合了蒸发制冷和热交换器的空调系统效率更高,这种技术比热泵制冷更便宜(图3-80)。
(5)太阳能制冷。太阳能制冷听起来有些荒谬,但事实是,太阳能确实可以用于冷却。一种方法是使用太阳能电池产生的电能驱动压缩机运行。另一种方法是使用吸收热泵。正如已经提到,热泵有一个低温端和一个高温端。阳光在高温端加热制冷剂,该制冷剂在低温端提供制冷。太阳能吸收式热泵的开发正在进行之中。该领域的最新研究是结合了干燥制冷和蒸发制冷。蒙特斯(Munters)工程公司利用瑞典发明家卡尔 蒙特斯(Carl Munters)的概念,开发出了这一制冷系统,不采用热泵和氟利昂,而是利用干燥、加热和加湿效应,同时在进气和排气管道之间设置热交换器(图3-81)。
2)蓄热电池
一些商业公司已经推出蓄热电池,吸收太阳能并将其储存起来用于采暖或制冷之用。在气候炎热的国家,这是一个绝好的制冷方式。热量存储于金属盐溶液里。当金属盐吸收水分时,可以产生热量,而当其失水时,可以制冷。该设备由两个并行的系统构成:一个吸收并储存能量,另外一个放热或者制冷。每个这样的系统都是由两部分组成的:冷凝器/蒸发器和反应器。四个单元由管子连接起来,泵和阀门需有少量的电来带动。反应器从太阳能收集器中获得热量,冷凝器/蒸发器从诸如水池或者室外空气中获得冷量。副反应器释放热量而副冷凝器则释放冷量(图3-82)。
图3-80 高效能空调的蒸发制冷原理
图3-81 太阳能制冷系统
该制冷系统的工作机制如下:1.干燥吸入的新风(利用一个排气的热交换器,废气增加了吸入的空气的温度)。2.间接的冷却新风(利用另外一个热交换器,使用浓缩的冷却的废气)。3.引入空气进一步冷却和润湿(利用蒸发冷却)。此时新风已达到一个舒适的温度。4.废气通过蒸发冷却进行制冷。5.冷却后的废气为热交换器供冷,该热交换器用于冷却新风。6.废气加热,比如,使用太阳热能加热。7.用很热的废气为热交换器供热,该热交换器用于干燥新风。资料源于蒙特斯(Munters)工程公司
图3-82 蓄热电池工作原理图
资料源于托马斯 汉密尔顿(Tomas Hamilton)绘制
图3-83 厄勒海峡(Öresund)的风力发电机
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