可再生能源在学校学生公寓中应用的探索

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摘要：本文主要探讨了再生能源在学校学生公寓里的利用，分别就太阳能和地能做了一定程度的论述，希望有所作用。

关键词：再生能源；学生公寓；太阳能；热水；采暖；空调；光伏

Abstract: this paper mainly discussed the renewable energy in the school students apartment and respectively introduced the solar energy and earth energy for references.

Keywords: renewable energy; students' apartment buildings; solar energy; hot water; heating; air conditioning; photovoltaic

中图分类号：G47文献标识码：A文章编号：

随着我国经济的发展，能源的消耗也猛增，使得我国已跃升为世界第二大能源消费国，在种种能源消耗中，寄宿学校的能源消耗是非常大的。据统计，我国普通高校学生数量已占到我国总人口数的1.3%，因此学校能耗是一大问题，学生公寓是学生学习与生活的主要场所,是和学生关系密切的生活空间, 其环境状况的好坏直接影响学生的学习效率和身心健康。如何在节能的情况下维持高校宿舍室内的舒适度,在保持舒适度的前提下尽量减少能源消耗,这无疑是降低能耗的一大贡献。采用可再生能源技术是建造低能耗宿舍的重要途径。利用可再生能源可以减少或完全代替常规能源，从而达到节能减排的效果。在学校学生公寓中应用最广泛的是太阳能和地能。

一、太阳能在学生公寓中的应用

太阳能是太阳以电磁能的形式发射、传播或接收的辐射能，是一种清洁安全、可再生的绿色能源，取之不尽、用之不竭。太阳每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转换为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。学校有大量的学生公寓楼，所以学校太阳能应用的形式首先是太阳能与学生公寓一体化。

（一）太阳能光热热水系统

太阳能光热热水系统就是太阳能通过集热器，将太阳光的能量转换为热水的热能，并输送至用户所必须的完整系统装置。在太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。太阳能集热器是吸收太阳辐射并将产生的热能传递给传热工质的装置，它是组成各种太阳能热利用系统的关键部件。

（二）太阳能采暖系统

太阳能采暖系统一般分为两种模式：被动式和主动式。被动式太阳能采暖是根据太阳高度角冬季低夏季高的自然特征，通过合理设计，依靠建筑物结构自身来完成集热、贮热和释热功能的采暖系统。被动式采暖系统结构简单，造价不高，节能效果显著。但它也存在缺陷，由于其蓄热能力较差，致使夜晚和冬季供热品质较低，夏季降温效果也比较差。

太阳能热水系统的技术发展为主动式太阳能采暖的应用奠定了基础。采用主动式太阳能采暖，降低系统温度以提高集热器效率是提高整个系统效率的关键。采用地板辐射采暖恰好与太阳能热水系统的特性相匹配。地板辐射采暖不需要较高温度的热水即可得到很好的采暖效果，同时混凝土地面又是良好的蓄热体，可以储存太阳能热水的热量。建造低能耗宿舍，应将被动式和主动式太阳能采暖系统有效地组合起来，发挥各自优势，最大限度地利用好太阳能。

（三）太阳能空调系统

根据驱动机制的不同，太阳能空调系统分为三类：光热转换以热能驱动的太阳能吸收式空调系统、光电转换以电能驱动的太阳能空调系统、光化转换以化学反应来制冷或供热的太阳能空调系统。太阳能空调系统与传统压缩制冷空调系统相比，可以充分利用太阳能，减少压缩制冷时的电耗，在节能环保方面颇具优势。

为提高吸收式制冷的效率，需要提高太阳能热水的温度。为此目前有聚焦式太阳能集热器，产生150℃左右的高温热源，从而驱动双效吸收机，使太阳能制冷总效率接近80%。但由于聚焦式系统投资高、系统复杂，还不能够在学校宿舍楼中实施大规模应用。太阳能空调系统投资高，投资回收困难，造成了规模化发展的瓶颈。

（四）太阳能光伏集成系统

太阳能光伏建筑集成技术是在宿舍围护结构外表面铺设光伏组件，或直接取代护结构，将投射到建筑表面的太阳能转化为电能，供给建筑采暖、空调、照明和设备运行等，以替代常规电能。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能光伏发电系统可分为独立光伏系统和并网光伏系统，独立光伏系统是指太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。并网光伏发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。

常见的光伏在宿舍中的集成系统主要有光伏屋顶、光伏幕墙、光伏遮阳板、光伏天窗等。光伏电池与宿舍围护结构相结合，夏季有利于宿舍的遮阳隔热，但到冬季则有利于采光采暖。

（五）屋顶绿化系统

屋顶绿化作为一种不占用地面土地的绿化形式，其应用越来越广泛。它的价值不仅在于能为宿舍楼增添绿色，而且能减少宿舍楼材料屋顶的辐射热，减弱校园的热岛效应。如果能很好地加以利用和推广，形成校园的空中绿化系统，对学校环境的改善作用是不可估量的。

屋顶绿化具有遮热，断热与冷却的作用。夏季无遮挡的水泥屋顶最高可达600，屋顶绿化后，植物蒸腾带走大楼热量起到降温之功效。

太阳光照强烈，可为植物吸收转化光合作的能量也起到很好的散热效果，空气中大量的二氧化碳是植物光合作用的最佳碳源，可起到精华空气与释放氧气的效果。

屋顶绿化可以大大减缓降雨造成的冲刷，绿化后总雨量的10%-30%被排除，可以减少城市排水负载。再者，屋顶绿化同时又是很好的噪音屏。

二、热泵技术在学生公寓中的应用

热泵技术是通过动力驱动作功，从低温热源中取热，将其温度提升，送到高温处放热，因此可在夏季为空调提供冷源，冬季为采暖提供热源。可利用的低温热源很多，包括有室外空气、地表水、地下水、城市污水、地下土壤以及工业工艺过程中的低温水，如电厂冷却水。依据不同的热源形成了各种不同的热泵技术。采用热泵技术可以大大降低采暖空调的电耗，是建造低能耗宿舍的主要技术措施。

（一）地下水源热泵技术

地下水的温度相当稳定，一般等于当地全年平均气温或高1℃～2℃左右。地下水源热泵系统，通过打井抽取地下水，利用热泵机组提取地下水的低温能量，实现供热制冷。地下水源热泵系统通常采用闭式系统，将地下水和楼内循环水之间用板式换热器分开。

地下水源热泵技术的应用受到水文地质条件的限制。回灌是地下水源热泵系统的关键技术，为此地下水源热泵系统必须具备可靠的回灌措施，保证地下水能100%的回灌到同一含水层内。目前，国内地下水源热泵系统有两种类型：同井回灌系统和异井回灌系统。同时要保证地下水不被污染。

（二）地表水源热泵技术

地表水包括河川水、湖水、海水等，只要地表水冬季不结冰，均可作为低温热源使用。地源热泵系统还包括了原生污水、再生水和工艺冷却水等水源。

地表水源热泵系统通常由取水构筑物、水泵站、热泵站、供热与供冷管网、用户末端供热或供冷系统组成。冬季供热从水源中提取热量，会使水温下降，须防止水的冻结。夏季利用地表水源作空调制冷的冷却水有很大的经济性问题，需要与冷却塔作比较。此外，利用地表水源要很好地计算水泵的耗能量，特别是远距离输水，便于进行综合性经济评价。

再生水（中水）源热泵系统是地源热泵的一种重要形式，污水夏季温度低于室外温度，冬季高于室外温度，是一种比较好利用的低温热源。污水源热泵在安全性和环保性上更具优势。

（三）埋管式土壤源热泵技术

土壤具有良好的蓄热性能，土壤温度全年波动较小且数值相对稳定。埋管式土壤源热泵系统正是利用了土壤的这一特性，使其运行效率比传统的空调运行效率要高40%～60%，节能效果明显。埋管式土壤源热泵系统包括土壤耦合地热交换器，水平安装在地沟中，或者以U形管状垂直安装在竖井中。不同的热交换器成并联连接，再通过不同的集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。通过循环液体（水或防冻液）在封闭地下的埋管中流动，实现系统与大地之间的传热。U形垂直埋管的深度分为浅层（30m以下）、中层（30～100m）和深层（100m以上）。系统设计时需要充分考虑系统的冷热平衡特性，以保证地下土壤的温度波动在可接受的范围内。对于高层学生公寓，由于建筑容积率高，可埋管的地面面积不

足，所以一般不适宜。

参考文献：

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[3]葛一春，屈峰.冯莉.地源热泵与建筑节能[J].陕西建筑，2007.12.