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1、精选优质文档-倾情为你奉上太阳能辅助热泵空调技术在节能建筑中的应用山东*建设集团建筑节能与新能源利用QC成果小组一、项目研发背景随着经济的快速增长和人口的不断增加，生态环境不断恶化，能源紧张状况进一步加剧，因此，统筹协调经济社会发展与人口、资源、环境的关系，增强可持续发展的能力，已成为世界发展的主要方向。走科技含量高、经济效益好、环境污染少、资源消耗低的新发展路子，已成为我国全面建设小康社会、建设创新型国家和节约型社会、加快推进社会主义现代化的必然选择。长期以来，我国建筑一直沿袭着传统的“秦砖汉瓦”，既浪费能源，又破坏耕地，我国大部分地区属于建筑热工设计分区的寒冷地区或严寒地区，冬季寒冷、夏季
2、酷热现象十分明显，尤其是在当前我国能源比较缺乏、建筑节能技术相对落后的情况下，建筑节能问题显得尤为突出。目前，我国在建筑上消耗的能源已经占到社会能源消耗总量的近28，而且每年还在以1以上的速度增长，如此发展下去到2020年，林立的高楼将可能占据中国能源消耗的40。2008年我国启动的10大重点节能工程中预计节省的22亿吨能量中，建筑节能占1亿吨，约占45。自20世纪90年代以来，国家从节约土地、节省能源和人类可持续发展的高度，将建筑节能作为建筑业的发展方向，先后颁布实施了节约能源法、可再生能源法、民用建筑节能管理规定（建设部令第143号）、山东省新型墙体材料发展应用与建筑节能管理规定（省政府令
3、第181号）等，强制推行建筑节能，鼓励太阳能综合利用，随着能源紧张状况的加剧，太阳能等新型能源的开发应用必将成为建筑行业发展的一大趋势。国内现有空调主要包括传统空调和近年来应用的普通热泵空调。传统空调耗电量大，无任何节能效果，且空调压缩机释放出的氟破坏臭氧层，引发温室效应；普通水源热泵空调完全依赖地下水温，使用电能为传统空调的60%左右，节能效果并不理想。国外相关技术产品造价高，不适合当前在我国进行普及应用。且国内外同类产品功能单一，没有形成建筑节能综合技术。随着社会发展进步和生活水平提高，人们对室内空气品质（IAQ）有了更深刻的认识，室内空气的好坏直接影响到人们的健康，原来使用的空调技术已经
4、不能满足人们的要求，对环境的需求意识已经不是简单的冷热意识，而是趋向于健康化、卫生化的需求。因此采用更先进的空气调节方法提高空气品质满足人们的要求，成了当前空调行业发展的热点和重点之一。山东*建设集团（以下简称*集团）自1970年成立以来，一直致力建筑节能与新能源利用研究应用工作，在国内外研究工作的基础上，充分考虑我国国情，不断进行技术研发和集成创新，不但成功研制了主动式渗透型太阳能空气集热器，提高了空气集热器的热效率，改善了太阳房的室内热舒适度和空气品质，将被动式太阳能空气采暖建筑技术进行模块化设计，实现了太阳能采暖的关键部件太阳能空气集热器的优化设计和工业化生产，现场装配式安装，保证了集热
5、单元的效率、精度和质量，解决了传统太阳房设计精度低、施工繁琐、质量较差的问题，同时还将太阳能技术与热泵空调有机结合，在建筑节能中综合利用，研究实施“太阳能辅助热泵空调技术在建筑节能中的应用项目”，真正实现了夏季采暖、冬季制冷的需要。通过在一些示范工程中进行实践，造价低，运行效果好，且汇集了企业自主研发的一系列建筑节能技术产品，整体安装，便于维护，是建筑节能的最佳选择。积累了大量运行数据，取得了宝贵的实践经验，为今后节能建筑一体化的研究和大面积推广应用打下了良好的技术基础。二、项目基本情况介绍（一）项目的技术路线、工艺1、项目的基本原理该项目主要包括三大技术产品系统：分别为太阳能辅助采暖与生活热
6、水工程、热泵空调技术、建筑节能新技术新产品的应用。其基本原理如下：（1）采用太阳能工程采暖技术。“太阳能采暖与生活热水供应系统”主要由集热器、蓄热水箱、辅助热源和自动化控制系统组成。太阳能屋面集热器收集热量，以热媒水的形式储存在蓄热水箱中，遇阴雨等特别天气时采用蒸汽或电辅助自控加热，根据业主需要由循环泵和输配系统自控供给小区业主常年生活热水和冬季室内地板辐射采暖，完全达到设计冬季室内采暖要求，实现全部自动化控制和分户计量交费的要求。 （2）热泵空调技术。热泵是一种通过利用地下浅层地热资源（包括地下水、土壤或地表水等），实现供热和制冷的高效节能空调系统，该系统主要包括：室外地能换热系统、热泵机组
7、和室内采暖空调终端系统。三个系统之间靠换热介质进行热量传递。在冬季，利用制冷剂蒸发吸收封闭环流中水的热量，把地能中的热量提取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，利用制冷剂蒸发将空调空间中的热量取出，放热给封闭环流中的水，由于热泵介质温度低，所以可以高效地带走热量。通常，热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量，节能效果非常明显。（3）建筑节能新材料、新技术。主要包括利用干粉砂浆、轻质防水墙板、外墙外保温等产品技术，将建筑节能化与智能化有机融合。该项目是将建筑节能与新能源利用紧密结合，针对传统建筑中热效率低、造价高等突出问题和能源消费状况，进行技术研发和集成创新，研发出太阳能辅
8、助热泵空调技术系统，解决寒冷地区建筑冬季采暖、夏季制冷问题，简化了施工工艺，降低了造价和运行成本，具有广阔的推广前景和应用价值。2、工艺、技术路线 该技术将被动式模块化太阳能集热系统与热泵空系统相组合。进行能源转换的供暖、制冷空调系统，热泵系统（主要包括水源热泵、污水源热泵、地源热泵等）由于热源温度相对恒定，因此效率不会受到室外气温的影响，从而保持较高的COP值。太阳能与热泵有机结合，组成复合能源系统，可以充分利用太阳能提高冬季热源温度，提升太阳能能级品味实现供热的目的。冬季运行时，太阳能集热器一方面用来制备生活热水；一方面作为热泵供热空调的辅助热源，减少压缩机和换热器的负担，提高制热运行效率
9、。夏季运行时，使用热泵系统制冷，太阳能集热器全部用来制备生活热水。项目技术原理示意图：图1：污水源热泵空调技术示意图图2：热泵空调技术示意图图3：太阳能采暖与生活热水工程示意图3、主要技术关键技术将太阳能利用、热泵空调技术与节能建筑有机整合，不仅改善了建筑功能和环境，而且代表和体现了绿色建筑的内涵；在寒冷地区实现了冬季采暖、夏季制冷，实现一机两用；节约能源，与传统空调和普通热泵空调相比，充分利用太阳光热及电能，减少传统能源的使用，大大降低能源消耗。该技术系统主要包括三个方面：一是太阳能技术的应用，包括太阳能热水、太阳能采暖、太阳能辅助冷热源；二是热泵空调技术的应用，利用热泵原理，消耗少量的电能
10、，将浅层土壤、水源等低位能源提升为高位能源，实现冬季采暖、夏季制冷；三是建筑节能新技术、新产品的综合应用，包括干粉砂浆、轻质防水墙板、外墙外保温等技术产品，有机融合到建筑中，充分将建筑节能与新能源利用结合起来，最大限度地减少建筑能耗。三、项目技术的主要用途与性能在建筑中使用太阳能、热泵空调等可再生能源是建筑节能的重要途径之一。我国太阳能的利用主要是生活热水方面，近年来，部分科研院所也对太阳能采暖进行了理论研究，并在一些项目中进行了实践。但目前，还没有形成一套完善的技术体系，太阳能采暖工程的应用主要集中在低成本的农村建筑中，城镇建筑应用较少，使用的技术种类也较为陈旧，普遍存在着集热效率低、设计施
11、工精确度低、可靠性和与建筑结合程度有待提高等突出问题，造成了目前太阳能采暖建筑冬季的热舒适性较差。同时，功能相对单一，不能实现夏季制冷，其局限性阻碍了大规模的推广实施。随着我国经济社会的持续发展，人民群众生活水平的不断提高，原有的单一性太阳能采暖已越来越难以满足人们对室内热环境的要求。另外，寒冷地区采暖集中供热能耗巨大，随着能源价格不断上涨，供热收费越来越高，在这种情况下，人们迫切需要一种节能环保、运行费用低廉的空调技术。由*集团研究实施的“太阳能辅助热泵空调技术在建筑节能中的应用项目”，真正将建筑节能与新能源利用有机结合，将太阳能利用、热泵空调技术和节能建筑新技术三者有机结合，充分应用在节能
12、建筑中，不但充分利用地下水温、污水水温或土壤温度，在冬季可以辅助太阳能进行升温，使用电能仅为传统空调的40%左右，解决了单项产品在供暖、制冷中的不足和技术问题。以太阳能作为辅助冷热源，以热泵空调机组实现冬季供暖、夏季制冷，同时充分应用建筑节能新技术、新产品，大大提高了建筑节能率，减少建筑能耗，为全社会的节能减排起到很好的带动作用。太阳能采暖工程的技术创新点主要有：一是太阳能负担了大约60%的热负荷，结合分户热计量，使建筑的实际能耗进一步降低。经运行记录统计，在采暖季中，蒸汽辅助热源的耗气（电）量仅为常规建筑的1/3左右。二是经过示范项目经验，自动化控制程度高，具备绿色环保、设备投资降低、维护费
13、用和运行费用降低等优点，此技术完全可靠，使用寿命达到15年以上。三是太阳能地面辐射供暖具备舒适卫生，改善家居环境，提高居住层次；没有散热器片及支管，增加了2%3%的使用面积，便于室内装修和家具布置；各房间可按照住房所需独立调节；地板供暖为供回水双管系统，在每户的分水器前安装热量表，可实现按户单独计量收费；供暖期内，运行费用低于传统的暖气片供暖方式，而且室内温度基本恒温，无忽冷忽热现象。热泵空调技术创新点主要是：该技术属可再生能源利用技术。一般包括地表水、地下水及工业和生活产生废水，其来源相对稳定，不受时间和季节的影响，水量也基本恒定，只要温度合适，将是空调良好的冷热源。该技术采用自动运行系统。
14、热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。项目主要技术指标1、建筑节能率不低于65%；2、可再生能源贡献率不低于15%；3、能源和资源消耗降低不低于10%；4、采暖制冷费用降低不少于40%；5、相同建筑面积的建筑使用面积增长15%左右；6、工程造价增加不高于5%，若按使用面积计算，工程造价降低5-10%，施工周期缩短40%左右，节省投资5%以上，建筑物自重减轻40%左右。社会效益分析此项目建设符合国家产业政策发展方向，符合国家科技部、建设部的重点产业区域规划；将加快实现由传统建筑向现代节能建筑的转变，推动建
15、筑行业技术进步。同时对推进城乡、人与自然和谐发展，实现建筑行业的可持续发展具有显著作用。此项目实施后，将实社会效益、经济效益和生态效益的良性循环。1、本项目实施完全顺应党和国家政策的号召，是国民经济和社会发展的重要基础设施，是经济社会可持续发展的有力保障。 随着经济的快速增长和人口的不断增加，生态环境不断恶化，能源紧张状况进一步加剧，因此，统筹协调经济社会发展与人口、资源、环境的关系，增强可持续发展的能力，已成为世界发展的主要方向。走科技含量高、经济效益好、环境污染少、资源消耗低的新发展路子，已成为我国全面建设小康社会、建设创新型国家和节约型社会、加快推进社会主义现代化的必然选择。自20世纪9
16、0年代以来，国家从节约土地、节省能源和人类可持续发展的高度，将建筑节能作为建筑业的发展方向，先后颁布实施了节约能源法、可再生能源法、民用建筑节能管理规定（建设部令第143号）、山东省新型墙体材料发展应用与建筑节能管理规定（省政府令第181号）等，强制推行建筑节能，鼓励太阳能综合利用，随着能源紧张状况的加剧，太阳能等新型能源的开发应用必将成为建筑行业发展的一大趋势。2、此项目属于建筑工程与新能源利用有机结合的技术，是国民经济的基础设施和基础产业，对水土资源优化与分配、区域经济社会协调与平衡，以及对周围生态环境和区域经济社会发展都会产生相当大的影响。 此项目科技创新成果若应用于工程实践中，可保证施
17、工的质量与安全，保护施工环境。大幅度的降低工程造价，缩短工期。 太阳能辅助热泵空调使用电能，电能本身为一种清洁的能源，而且设计良好的太阳能辅助热泵的电力消耗，与传统空调和普通热泵空调相比，大大降低了能源消耗。水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。 该项目实施后可实现建筑节能率不低于65%；可再生能源贡献率不低于15%，能源和资源消耗降低不低于10%，采暖制冷费用降低不少于40%；相同建筑面积的建筑使用面积增长15%左右；工程造价
18、增加不高于5%，若按使用面积计算，工程造价降低5-10%，施工周期缩短40%左右，节省投资5%以上，建筑物自重减轻40%左右，将为我国的经济增长和节能减排做出重要的贡献。3、通过攻克技术难关，提高技术水平和管理水平，将大大提高企业的研发能力和综合竞争力，推动企业快速、协调、持续发展。“太阳能辅助热泵空调技术在节能建筑中的应用”项目的实施，从设计研发、产品生产、施工安装到售后服务等环节，一方面可以扩大当地周边地区的就业，吸收大量劳动力；另一方面可以推动建筑节能技术的进步与发展。4、推动建筑行业技术进步。加快实现由传统建筑向现代建筑的转变，实现建筑行业的可持续发展。 此项目将众多技术成果写进规范标
19、准，将推动行业技术的发展。科技项目成果直接应用于工程建设，形成施工建设单位科技工作的鲜明特色。促进我国建筑建设的迅猛发展，推动行业技术进步。5、良好的生态效益，推进城乡、人与自然和谐发展该项目将太阳能利用、热泵空调技术与节能建筑有机整合，不仅改善了建筑功能和环境，而且代表和体现了“绿色建筑”的内涵。降低粉尘、有害气体、温室气体排放，减少空气污染，减少温室效应，环境效益明显。节能降耗，保护了人类自身生存环境，通过节约能源与有限的自然资源，为国民经济的持续稳定发展作出了巨大贡献。既发挥其应有的作用，又可构成和谐环境要素，提高城市品位。四、项目技术现有工作基础与优势（一）项目承担单位在实施本项目中的
20、优势1、技术优势山东*建设集团，作为一家综合技术力量雄厚，研发队伍充足的综合性企业集团，集研发设计、开发施工、设备生产安装、售后服务一条龙，同时还与山东省建筑节能与新能源利用工程技术研究中心、山东建筑大学等科研高校开展长期合作，互通有无，积极交流，有着最前沿的技术信息支撑。到目前为止，已承担国家科技项目4项，省部级科技成果6项（其中获得山东省科技进步奖一、二、三等奖各一次），国家专利技术26项，其中发明专利5项，形成了拥有自主知识产权的科技创新型企业。2、市场优势公司实施的“太阳能辅助热泵空调技术在建筑节能中的应用”项目具备从研发、到产品生产、到设计施工、到售后服务，实现一条龙服务，同时拥有独
21、立的知识产权及多项发明专利，再加上公司实施的多项示范工程项目，有丰富的实践经验，很强的市场优势。4、管理优势 *集团公司联合山东华德节能科技有限公司、山东华新节能服务有限公司、山东华明建设科技有限公司、潍坊华房地产开发有限公司等企业，研究先进而适用的建筑节能新技术、新工艺、新材料，运用科学的管理方法，研究生产出具有高科技含量，并在质量、价格等方面有市场竞争能力的产品，以期提高人们的居住水平，实现建筑节能降耗，获得满意的经济效益和社会效益。公司成立以来，始终坚持科技创新，为了研究开发节能建筑新技术，积极与山东建筑大学等高等院校开展广泛技术交流与合作，并成立了专门的研究机构山东省建筑节能与新能源利
22、用工程技术研究中心，在建筑节能技术产品的研究推广领域不断加大投入，不断地开发新产品，保证了产品的不断升级和技术更新。公司以墙材革新、建筑节能、可再生能源利用等为创新点，以建筑工业化和住宅产业化为方向，不断加大科技投入，努力提高自主创新能力，建成了国家重点高新技术企业和省级工程技术研究中心，逐步建立起较为完善的企业科技创新体系。新型墙体材料、建筑节能、太阳能综合利用的研究开发和推广应用工作走在全国前列。实现太阳能与节能建筑有机结合、利用可再生能源智能化采暖供热的“太阳能智能化采暖与节能建筑一体化技术”，被列入国家科技攻关计划。实现建筑构件工厂化生产、现场装配、节能省地的“工厂化施工节能建筑新技术
23、”，被列入国家级星火计划项目。实现墙材革新与建筑节能、替代实心粘土砖的“水泥轻质保温防水墙板”，被列入国家火炬计划重点项目、科技成果重点推广计划项目。实现工业废渣回收利用、质轻壁薄、调节空气湿度的“粉煤灰高强石膏内墙板”，被列入山东省火炬计划项目。实现全板式组合建造低层节能住宅、适用于新农村建设的“节能住宅预制墙板结构体系”，被授予山东省建筑技术创新奖。企业因此被授予“中国专利山东明星企业”、“山东省建设科技单位”、“山东省墙改与建筑节能先进单位”等称号，荣获省科学技术奖5项。采用太阳能能辅助水源热泵空调系统的“太阳能辅助水源热泵空调与节能建筑一体化技术”通过山东省工程建设标准节能65%的验收
24、，填补省内同类技术的空白。实现多种可再生能源综合高效利用、可广泛适用于我国北方地区居民住宅的“寒冷地区太阳能采暖技术应用研究”，被授予山东省科学技术进步奖一等奖。5、组织协调保障为保证本课题的顺利建设与实施，完成规定任务，实施预期的经济、技术、社会、环境效益，我单位成立了“太阳能辅助热泵空调综合技术在节能建筑中的应用”项目科技攻关领导小组，并对具体工作进行了量化分工。该项目主要设3个工作小组，具体分工如下：一是科技开发组。主要负责项目的研究、开发和核心技术的完善，承担员工的技术培训等工作。二是项目实施组。对项目设施整体性能进行测试，并进行实施安装、项目产品的生产、安全保障等工作。三是示范工程建
25、设组。全面负责示范工程的规划、建设等工作。加强组织领导，确保项目的顺利实施。为了保证项目能够顺利完成，公司成立了由总经理亲自负责的“项目工作领导小组”，并针对该项目技术性的特点，分别制定了“技术培训”、“标准制定”、“项目建设”、“外协调度”、“财务统计”等环节，指派专人负责，形成各项工作有人抓，具体工作有人干的工作局面。在具体工作中，要求做到三个到位：一是组织协调到位。要制定工作计划，明确目标和任务，及时协调调度，分段安排进行，同时，组织干部员工进行相关技术的培训，学习相关标准，确保培训率达到100%；二是示范项目建设到位。公司制定了详细的实施计划，并抽调专门的技术力量，严格督促，现场指挥，
26、保证项目按计划顺利进行；三是保障措施到位，为保证工作的顺利进行，做到了人、财、物配备合理，按需调度。加强标准化建设，健全标准体系，促进工作的顺利开展.为保证项目质量，公司组织了技术力量，总结了工作取得的经验，分别制定了相关施工标准等详细可行的企业规范，使生产技术工艺更加成熟。同时，严格按照ISO9001：2000国际质量体系的要求，从各个环节、各个方面控制产品生产和工程建设。同时，严格执行ISO9001：2000国际质量体系认证，加强了生产、技术、质量检查等方面人员的培训和其他各个环节的工作。加大研究开发力度，扩大产品生产规模，全力配合示范工程的建设。公司在科技创新方面，一直遵循“科技领先，管
27、理为本”的管理方针，不断建立健全相关管理体系。成立由单位负责人为首、技术负责人具体实施的管理班子，根据课题研究情况制定出管理措施和必要的激励机制，使技术研究人员拥有良好的研究条件和自主权。（二）项目技术应用情况*集团与山东建筑大学、山东省建筑节能与新能源利用工程技术研究中心共同研究开发的太阳能采暖与供应热水的方法及装置，已经获得了国家发明专利，并在建筑面积为7800平方米的*办公小区住宅楼中应用示范成功，系统主要通过太阳能集热器生产热水，保温储存后用于低温地板辐射采暖系统，经自动控制系统来控制热水循环的温度、流量，完全实现了太阳能热水地板采暖的全自动运行；利用辅助加热（城市热力管网、热泵、生物
28、燃料等热能），保证缺额热量的补充，达到在冬季为住户供暖；一年四季全天候为住户提供生活与洗浴用热水，大大提高了建筑的居住舒适性和设备利用率，与传统的集中供暖相比，经济和社会效益显著。该系统在山东诸城、东营、滨州等地已经进行了推广应用，取得了良好的效果。*集团公司自行研究设计、安装的山东*大厦冷暖空调工程，为水源(污水源)热泵中央空调系统，其空调面积为10559平方米，保证了整座建筑的冬天采暖和夏季制冷需要。为了满足办公个性化要求，增加系统灵活性，该工程的设计采用分散式水源热泵系统，使系统具有“人来则开、人走则关”的灵活性，最大限度降低了运行成本，与传统空调及采暖系统相比，全年可节省运行费用约14
29、万余元。水源热泵系统无冷却塔，无噪音，无空气污染，无水量损失，以城市污水为冷热源的水源热泵,变废为宝，使用低品位的污水中热能加辅助电力，系统COP达到4以上，降低了一次能源使用，提高了能源使用价值。土壤热泵空调系统是以大地土壤为冷、热源，通过热交换对室内进行空气调节。该系统利用了地球表面浅层的地热资源，冬季通过热泵将水中的低品位热能转换为高品位热能，对建筑室内供暖；夏季通过热泵将室内的热量转移到地下，对是室内进行降温。公司根据实际情况，创新性地研发出太阳能辅助土壤源热泵空调技术系统，并成功运用到实际工程项目中诸城市和平街平安大厦沿街房。该项目共二层，建筑主要功能为咖啡、零点餐厅、休闲，建筑面积
30、约3700平方米，在建筑东侧垂直挖取土壤水平设PE换热管为建筑提供冷热源。建筑为全面节能设计，节能设计施工标准达到65%。土壤换热系统：通过换热器换取土壤中的冷热量为空调提供冷热源。室内空调系统：室内末端采用风机盘管机组，安装与吊顶内不占用房间有效空间，实现各个房间单独控制，室内设置三速开关，可人为自动设置送风速度。自动控制系统：机组内设有多项控制设备，将供回水、送风温度以及机组故障全部显示于室内控制面板上，直观、可靠。末端盘管机组可以根据需求人为控制其送风速度，方便、可靠、人文化。示范项目主要有：诸城*办公区住宅楼太阳能采暖与生活热水供应系统被列为国家级示范工程项目；寿光市田柳镇太阳能地板采暖与生活热水工程被列为当地节能示范项目；诸城*大厦污水源热泵空调系统被评为山东省建设技术创新一等奖；诸城华东东华苑太阳能辅助热泵空调技术被列为山东省绿色建筑示范项目；诸城建设大厦水源热泵空调系统被评为可再生能源利用示范项目。诸城平安大厦沿街房土壤源热泵空调系统；诸城繁荣路新华鲁抗大药房水源热泵空调系统；（三）项目获奖及通过科技成果鉴定情况专心-专注-专业