CN102032710B - 可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法 - Google Patents

Abstract

可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，针对新农村建设用户实际空调需求、经济承受能力与国家宏观能源紧张加剧，从根本上调整空调设计目标参数，改善建筑热工设计，系统设计以大幅降低负荷需求和最大限度利用太阳能、地热能和空气能等天然能源作为基本设计原则，综合采用热空调独立调湿、低温辐射、水环热泵技术，夏季供冷时地源水流经水环热泵蒸发器、室内辐射末端、新风机组表冷器和地源热泵冷凝器，太阳能和水环热泵冷凝器联合工作为独立调湿部件进行再生，冬季供热时超低温太阳能+地源热泵联合提供15～25℃的采暖水。该发明与传统城市空调系统相比，耗电量只有约10～25％，且有效提升室内舒适性并大幅降低初投资。

Description

可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法

技术领域

本发明涉及一种可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，属于新能源和空调技术领域。

背景技术

商业和民用建筑的空调供冷与采暖能耗在建筑能耗中所占比例越来越大，而随着新农村建设及城市化发展战略的实施，空调能耗在社会整体能源需求中呈现刚性上行的趋势，但是由此扩大的城市居民人数与八十年代初相比其潜在规模会增加4～5倍以上，而如果其空调及采暖方式采用与城市居民同样的水平，则中国全年空调能耗整体水平将可能使现有全社会能耗加倍，这对中国乃至全世界的能源供应及市场运行几乎具有崩溃性的影响。因此，目前高舒适性、高能耗的空调方式从根本上看已不符合可持续发展的实际需要，已经难以为继了。同时，占人口大多数的农村居民属于所谓的低收入弱势群体，在社会保障体系尚未健全的条件下，基本上难以支付昂贵的空调采暖系统初投资和运行费用，其实际支付和承受能力将可能成为社会问题。为适应这一社会实际需求的变化，采用应用于现代城市生活中奢侈性的能耗水平的传统空调技术路线及措施已远远不能适应新农村建设与城市化的要求，这就迫切需要就空调方式探寻全新的技术路线，以实现大幅降低整体能耗，从根本上改变目前大量消耗电力和化石能源的现状。

为此，首先需要分析新农村建设中用户的空调需求状况。

（1）对于广大农村居民而言，其所习惯的冬季生活状态是：大多数寒冷地区及其以南地区人口在冬季仅仅采取简单的火炉采暖等措施，少数富裕居民采用土暖气、火炕乃至家用空调采暖，其冬季较冷月份的室内空气温度往往在0～5℃左右，有的甚至会出现结冰。对于此种区域的农村居民而言，如果将冬季较冷月份的室内空气温度提高到10℃左右，非最冷月达到10～16℃左右，对其室内舒适度及生活水平而言将是较大幅度的改善。对于严寒地区农村居民，大都采用火坑等方式保证室内温度，其合理的解决办法仍然是在保证舒适性不降低前提下按照此模式或技术路线进行节能性改造或改良。

（2）对于广大农村居民而言，其所习惯的夏季生活状态是：基本上不采用空调，主要依靠电风扇或人工蒲扇降温，近年来特别是在南方地区也有不少较富裕居民开始采用家用空调，但大多数人累计开空调的时间也很短。因此，如果将夏季较热月份的室内空气温度降低到30～32℃左右，非最热月稍低一些，同时室内湿度可适当降低，对于许多农村居民而言将是一个较大提升舒适性的设计，因而也更容易接受。

上述空调设计参数调整和优化的结果，将大幅降低所需空调设计负荷

同时，被动式太阳房等节能建筑技术的发展和推广也获得了重大进步，这将进一步降低新农村建设建筑的能耗水平。

经过上述调整，如应用于新农村建设中的集中住宅等建筑，将可把空调供冷、采暖设计负荷分别降低30～50%。

进而，结合太阳能、地热能、空气能、独立除湿、水环热泵及其它空调技术的新发展成果，将有可能建设全新的适用于新农村建设的极低能耗住宅新模式，在大幅提高农村居民原有冬夏季室内舒适性的基础上，其初投资、运行费用均可获得有效控制。

因此，有必要从根本技术路线上进行整体空调方式的调整，并结合各类具体节能技术措施更有效地降低电能和化石能源需求。

发明内容

本发明的目的和任务是，从根本上调整空调设计目标参数，改善建筑热工设计，设计一种全新的可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，基于太阳能、地热能和空气能等天然能源作为承担空调负荷的基础能源，并综合采用先进有效的节能技术措施，在有效控制初投资的基础上实现最大幅度的降低人工能耗水平。

本发明的具体描述是：可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，包括节能建可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，由节能建筑、新能源模块、空调设备模块、室内送风末端和低温辐射末端、生活热水模块、水环热泵循环管路、水泵、阀门与连接管路连接为新能源空调系统，承担极低能耗住宅的空调供冷和采暖，其特征在于所述的节能建筑采用被动式太阳房结构，采用新农村建设住宅用全年空调设计目标参数体系，新能源模块包括太阳能集热器、地埋管换热器及室外新风换气设施，由新能源模块提供的太阳能、地热能和空气能与人工电能一起驱动空调热水设备以提供夏季供冷、冬季采暖和全年供热水，所述的新能源空调系统全年运行方式由如下不同的空调处理阶段组成：S1夏季供冷、S2过渡季供冷和S3冬季采暖，其中：

S1：夏季供冷阶段，所述的空调设计目标参数为：室内空气温度比节能建筑设计标准高2～5℃，所述的被动式太阳房结构中的运行状态保持为夏季降温模式，所述的地埋管换热器的地源水供水由水泵输送并先后流经水环热泵的蒸发器、室内低温辐射末端、热空调独立调湿新风机组的表冷器，并返回地埋管，太阳能集热器和水环热泵的冷凝器制取的热水分别送入蓄能罐，再送入热空调独立调湿新风机组的再生单元，新风进入热空调独立调湿新风机组进行降温、除湿后由风机送入室内送风口；

S2：过渡季供冷阶段，由于室外空气温度或焓值较低关闭人工空调冷源与水、风循环设备，打开室外新风换气设施采用全新风运行；

S3：冬季采暖阶段，所述的空调设计目标参数为：室内空气温度最低值整定为10±2℃，所述的被动式太阳房结构中的运行状态保持为冬季吸热模式，所述的地埋管换热器的地源水供水由水泵输送到水环热泵的蒸发器，冷凝器的热水与太阳能集热器的热水均送入蓄能罐，再送入室内低温辐射末端，当采用有组织新风时热水同时送入到热空调独立调湿新风机组的表冷器，新风被加热后送入室内送风口。

所述的被动式太阳房结构在夏季的运行状态包括打开通风设施形成空气流动夹层降温结构，在冬季的运行状态包括关闭通风设施形成夹壁吸热、保温结构。

所述的太阳能集热器采用真空管结构或平板结构，夏季供热水温为55～70℃，冬季供热水温为15～25℃。

水环热泵夏季供热水温55～70℃，冬季供热水温15～25℃。

热空调独立调湿新风机组采用无内置热泵式吸附式除湿新风机组结构，其中包括预冷器和末级表冷器，必要时也可再设置中间级表冷器。

室内送风口设置于房间上部顶吹或下部侧吹。

室内低温辐射末端夏季冷水进口水温15～25℃，冬季热水进口水温15～25℃。

生活热水罐全年水温为45～70℃。

本发明的创新性在于：

（1）针对新农村建设用户实际空调需求、经济承受能力与国家宏观能源紧张加剧，从根本上调整空调设计目标参数，即大幅提高了农村居民冬夏季室内舒适性问题，又大幅降低了空调供冷与采暖负荷指标。

（2）在新农村建设住宅新能源空调方法体系中首次通过采用被动式太阳房等节能建筑措施及与上述大幅调整空调设计目标参数相结合，最大幅度地降低了全年空调负荷需求。

（3）用于空调供冷和采暖能量主要来自于太阳能和地热能，属于可再生能源，并且全年运行均可保持极高的能源利用水平，而由天然能源承担全年累计负荷值80～90%以上，且有效提升特定用户的室内舒适性，而其初投资与现代城市居民所习惯的奢侈性空调系统相比得到较大幅度下降，成为可在当前影响甚巨的新农村建设中普遍推广的新能源空调方案。

（4）实现了地埋管换热器出水直接进入空调末端承担主要冷负荷部分。

（5）实现了全年供冷、采暖均采用15～25℃这一很低能量品位的能源承担主要冷、热负荷，其意义在于供冷直接采用地下岩土冷量，采暖采用如此低品位能源可使太阳能或地源热泵等热源的能量转化和综合利用效率实现极大提高，从而在设备容量及其初投资、运行费用两方面均获得极佳经济效益。

（6）采用地源水水环热泵管路等独特的管路和蓄能设计进一步降低了相关设备与管件容量及尺寸，并可获得极佳的系统及应用场合的适应性。

因此，本发明从根本上改变了新农村建设中住宅等建筑的空调方式，耗电或化石燃料量只及传统空调10～25%，具有显见的节能、健康、环保与经济优势，便于生产、安装，适于大规模在新农村建设中推广应用，体现了新农村建设、城市化战略的实际发展需要及节能环保的时代主题。

具体实施方式

本发明的具体描述是：可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，包括节能建筑、新能源模块、空调设备模块、室内送风末端和低温辐射末端、生活热水模块、水环热泵循环管路、水泵、阀门与连接管路连接为新能源空调系统，承担极低能耗住宅的空调供冷和采暖，节能建筑采用被动式太阳房结构，采用新农村建设住宅用全年空调设计目标参数体系，新能源模块包括太阳能集热器、地埋管换热器及室外新风换气设施，由新能源模块提供的太阳能、地热能和空气能与人工电能一起驱动空调热水设备以提供夏季供冷、冬季采暖和全年供热水，所述的新能源空调系统全年运行方式由如下不同的空调处理阶段组成：S1夏季供冷、S2过渡季供冷和S3冬季采暖，其中：

S1：夏季供冷阶段，所述的空调设计目标参数为：室内空气温度比节能建筑设计标准高2～5℃，所述的被动式太阳房结构中的运行状态保持为夏季降温模式，所述的地埋管换热器的地源水供水由水泵输送并先后流经水环热泵的蒸发器、室内低温辐射末端、热空调独立调湿新风机组的表冷器，并返回地埋管，太阳能集热器和水环热泵的冷凝器制取的热水分别送入蓄能罐，再送入热空调独立调湿新风机组的再生单元，新风进入热空调独立调湿新风机组进行降温、除湿后由风机送入室内送风口；

S2：过渡季供冷阶段，由于室外空气温度或焓值较低关闭人工空调冷源与水、风循环设备，打开室外新风换气设施采用全新风运行；

S3：冬季采暖阶段，所述的空调设计目标参数为：室内空气温度最低值整定为10±2℃，所述的被动式太阳房结构中的运行状态保持为冬季吸热模式，所述的地埋管换热器的地源水供水由水泵输送到水环热泵的蒸发器，冷凝器的热水与太阳能集热器的热水均送入蓄能罐，再送入室内低温辐射末端，当采用有组织新风时热水同时送入到热空调独立调湿新风机组的表冷器，新风被加热后送入室内送风口。

被动式太阳房结构在夏季的运行状态包括打开通风设施形成空气流动夹层降温结构，在冬季的运行状态包括关闭通风设施形成夹壁吸热、保温结构。

太阳能集热器采用真空管结构结构，夏季供热水温为55～70℃，冬季供热水温为15～25℃。

水环热泵夏季供热水温55～70℃，冬季供热水温15～25℃。

热空调独立调湿新风机组采用无内置热泵式吸附式除湿新风机组结构，其中包括预冷器和末级表冷器。

室内送风口设置于房间下部侧吹。

室内低温辐射末端夏季冷水进口水温15～25℃，冬季热水进口水温15～25℃。

生活热水罐全年水温为45～70℃。

需要指出的是，本发明的具体应用方式并不限于上述实施例的具体描述，凡是在此基础上进行的简单变形应用均可认为是落在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，由节能建筑、新能源模块、空调设备模块、室内送风末端和低温辐射末端、生活热水模块、水环热泵循环管路、水泵、阀门与连接管路连接为新能源空调系统，承担极低能耗住宅的空调供冷和采暖，其特征在于所述的节能建筑采用被动式太阳房结构，采用新农村建设住宅用全年空调设计目标参数体系，新能源模块包括太阳能集热器、地埋管换热器及室外新风换气设施，由新能源模块提供的太阳能、地热能和空气能与人工电能一起驱动空调热水设备以提供夏季供冷、冬季采暖和全年供热水，所述的新能源空调系统全年运行方式由如下不同的空调处理阶段组成：S1夏季供冷、S2过渡季供冷和S3冬季采暖，其中：

S1：夏季供冷阶段，所述的空调设计目标参数为：室内空气温度比节能建筑设计标准高2～5℃，所述的被动式太阳房结构中的运行状态保持为夏季降温模式，所述的地埋管换热器的地源水供水由水泵输送并先后流经水环热泵的蒸发器、室内低温辐射末端、热空调独立调湿新风机组的表冷器，并返回地埋管，太阳能集热器和水环热泵的冷凝器制取的热水分别送入蓄能罐，再送入热空调独立调湿新风机组的再生单元，新风进入热空调独立调湿新风机组进行降温、除湿后由风机送入室内送风口；

S2：过渡季供冷阶段，由于室外空气温度或焓值较低关闭人工空调冷源与水、风循环设备，打开室外新风换气设施采用全新风运行；

S3：冬季采暖阶段，所述的空调设计目标参数为：室内空气温度最低值整定为10±2℃，所述的被动式太阳房结构中的运行状态保持为冬季吸热模式，所述的地埋管换热器的地源水供水由水泵输送到水环热泵的蒸发器，冷凝器的热水与太阳能集热器的热水均送入蓄能罐，再送入室内低温辐射末端，当采用有组织新风时热水同时送入到热空调独立调湿新风机组的表冷器，新风被加热后送入室内送风口。

2.如权利要求1所述的可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，其特征在于所述的被动式太阳房结构在夏季的运行状态包括打开通风设施形成空气流动夹层降温结构，在冬季的运行状态包括关闭通风设施形成夹壁吸热、保温结构。

3.如权利要求1所述的可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，其特征在于所述的太阳能集热器采用真空管结构或平板结构，夏季供热水温为55～70℃，冬季供热水温为15～25℃。

4.如权利要求1所述的可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，其特征在于所述的水环热泵夏季供热水温55～70℃，冬季供热水温15～25℃。

5.如权利要求1所述的可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，其特征在于所述的热空调独立调湿新风机组采用无内置热泵式吸附式除湿新风机组结构。

6.如权利要求1所述的可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，其特征在于所述的室内送风口设置于房间上部顶吹或下部侧吹。

7.如权利要求1所述的可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，其特征在于所述的室内低温辐射末端夏季冷水进口水温15～25℃，冬季热水进口水温15～25℃。

8.如权利要求1所述的可用于新农村建设极低能耗住宅的新能源空调方法，其特征在于所述的生活热水罐全年水温为45～70℃。