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0引言

　　随着经济发展和人民生活水平的提高，空调和采暖能耗在我国建筑能耗中的比重大幅度地提高，逐步发展成为建筑能耗中的一个主要部分，给能源和环境带来更大的压力。而太阳能是一种取之不尽、用之不竭的洁净能源，用太阳能补充常规能源驱动空调和采暖系统对于节能和环保都具有十分重要的意义。

　　“天普新能源示范大楼” 的立项就是为了探索建筑上综合利用新能源的经验，该项目得到了科技部和中国科学院的支持。大型太阳能空调／热泵系统则是该大楼的主要供能系统。本文对太阳能空调／热泵系统作详细描述，并分析系统在运行中的部分数据，以便总结经验，为推广应用打下基础。

　　1太阳能空调／热泵系统详述

　　1．1系统工作原理

　　新能源示范大楼总建筑面积 8000 m²。该楼主体建筑于2002年8月基本建成，2003年底通过验收，现已完成并投入运行。

　　本系统的目标是为满足天普新能源示范大楼夏季空调、冬季供暖的需求，系统主要由太阳能集热器阵列、溴化锂制冷机、热泵机组、蓄能水池和自动控制系统等几大部分组成。

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系统工作原理如图1所示。建筑采暖、空调期间，均优先利用太阳能为储能水池蓄能。冬季通过板式换热器将集热系统收集的热量交换给蓄能水池，达到蓄热的目的；夏季吸收式制冷机以太阳能集热系统收集的热水为热源，制造冷冻水，作为储能水池的冷源。

　　热泵作为太阳能空调的辅助系统。冬季，当水池温度低于33°C或者处于用电低谷期（ 每晚 22：00时－次日 7：00 时），热泵启动，向蓄能水池供热；夏季，当太阳能制冷无法维持水池温度 18°C时，热泵则向蓄能水池供冷，保持水池的温度。

　　过渡季节系统仅启动太阳能部分制冷、制热，并在不同的过渡季节选用不同的工作模式。春季，系统在蓄冷模式下工作，吸收式制冷机向蓄能水池提供冷冻水，降低蓄能水池的温度为夏季供冷做准备；秋季，系统转换成蓄热模式，太阳能集热系统向蓄能水池供热，提高水池的温度为冬季供暖做准备。

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不论冬季还是夏季，空调水系统的热水和冷冻水均由蓄能水池供给。冬季，室内温度低于 18°C时大楼供能泵开启，水池向大楼供暖，当室内温度高于20°C，供能泵关闭；夏季，室内温度高于27°C时大楼供能泵开启，水池向大楼供冷，当室内温度低于23°C，供能泵关闭。建筑全年采用自然通风。

　　1．2系统详述

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集热系统总采光面积812m² ，集热器由热管式真空管和Ｕ 型管式真空管组成。考虑到与建筑一体化问题，集热器在安装前被预制成不同的模块，Ｕ型管集热器和热管集热器由φ58×1800的真空管 分别预 制成 4000×1200mm²和2000×2400 mm²的安装模块。经过建筑部门和设计人员的精心设计，热管式集热器布置在新能源示范大楼东楼的南向坡屋顶，型管集热器安装在新能源示范大楼西楼的南向坡屋顶 Ｕ及机房的南坡屋顶（如图2所示），各排集热器并联连接，安装倾角同北京的纬度相近，38度左右。这样布置集热器不仅可以满足集热器的安装要求，又能够保证建筑物造型美观，充分体现出太阳能与建筑一体化的特色。在夏季，与建筑结合为一体的集热器还有隔热效果，同时达到节能目的。

　　由于太阳能本身能量密度低，受时间、天气等条件限制，要使空调系统能够全天候的工作，辅助系统是必不可少的。本系统采用了一台地源热泵机组作为辅助系统。

　　冷却水系统摒弃了常规使用的冷却塔，利用距离机房不远处一水景水池作为冷却水的来源，冷却水在水池和机组之间循环。这样不仅节省了冷却塔的费用，而且与建筑和环境协调。

　　自动控制系统主要由传感器，可编程控制器（PLC）及工业控制微机3部分组成，分为自动和手动两个控制模式。为了符合各个季节系统运行的特点，自动控制模式又分为供冷、蓄冷、供热、蓄热、空挡五个运行工况。并且控制系统支持远程监控，可以通过网络从异地监视系统运行和改变操作指令，将网络等高科技引入了控制系统之中。

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为了最大限度地利用太阳能，同时根据建筑空调的特点，系统设置了储能水池。本系统配置的储能水池比通常太阳能系统的储水箱容积要大得多，有1200m³，这是本系统设计的一大特点。蓄能水池的大容积，保证水池所蓄能量可完全满足建筑的需要；同时在建筑不需要空调的过渡季节，水池可提前蓄冷、蓄热为空调季节做准备。由于蓄能水池对太阳能的储蓄中转，集热器全年工作，利用率大大提高。蓄能水池设置在地下，传热温差远远小于与环境的温差，有利于减少储能的损失。

　　2 太阳能生活热水系统

大楼生活热水系统采用独立的太阳能热水系统，这样可以避免生活热水系统与空调水系统之间的切换，降低系统复杂程度。太阳能生活热水系统的储热式全玻璃真空管集热模块安装在建筑物南立面，模块在安装过程中取消常规的框架，水箱，与建筑融为一体，同时起到建筑物南立面隔热保温效果。建筑南立面共安装48个集热模块，总采光面积 206 m² 。

　　3 冬季供暖系统分析

　　3．1 冬季供暖测试数据及分析

　　采集了2004.1.1～2004.3.15的运行数据，以下列举部分数据进行分析。

　　2004.1.1～2004.3.15太阳能集热系统工作443.5小时，向地下蓄能水池储蓄能量32761.9kWh，热泵工作675h，蓄热299025 kWh。根据热泵的工作原理，可以计算得到，热泵从废热（车间冷却水）中提取能量227475 kWh，则系统利用太阳能和废热共蓄热260237.9，新能源在供暖中的比例为0.784。

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　通过表1计 算得到，2004.1.1～2004.3.15系统共蓄热331787.9 kWh，消耗电能93644.5 kWh，热泵的输出对象是地下蓄能水池，所以热泵不用考虑变工况，热泵几乎都是在满负荷的条件下运行，发挥了热泵的最大效能，这和当今大多数空调机组以较低的负荷率运转相比，本身就是一种节能。虽然进入热泵冷凝器的水温有所变化，但是这对热泵的能效比并没有太大的影响，热泵的ＥＥＲ 都可以保持在一个较高的水平。图3显示了2004.1.1～2004.3.15连续最冷7天的室内外温度对比，从图中我们可以看到，当环境温度低且有波动时，室内温度在20°C～22°C之间变化，室内温度和温度变化幅度符合设计标准，表明本系统完全可以满足建筑采暖的温度和舒适度要求。

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　3.2 环境效益分析

分别对空调采用的几种常用的典型热源方案，即燃煤锅炉系统、燃油锅炉系统、天然气锅炉系统和太阳能空调／热泵系统进行比较，燃煤锅炉选用普通燃煤（燃料热值：２０．９ＭＪ／ｋｇ）， 燃 油 锅 炉 以 ０＃ 柴 油 为 燃 料（ 燃 料 热 值 ：４２ＭＪ／ｋｇ ）。燃煤锅炉和燃油锅炉的效率分别取 ０．５８ 和 ０．８８。天然气锅炉效率０．８８，鉴于天然气热值有一定波动范围，本文取值 ４９．５ＭＪ／ｋｇ。

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各种方案单位面积采暖燃料燃烧产生的ＣＯ２ 数量见图４。从图 ４中我们可以看出，煤燃烧释放出的 ＣＯ２ 最多，其次是柴油和天然气，太阳能系统污染排放量为零。太阳能空调热泵系统的运行仅仅使用电能，而其他几种方案除需电能外均要产生ＣＯ２ 等温室气体，尤其是燃煤锅炉产生的氮、硫化物的污染也是不容忽视的。

　　可见用太阳能空调热泵采暖避免了燃料燃烧对大气的污染以及所产生的温室效应，其环保优势是其他几种方案所不能比拟的。

　　４ 结论

　　系统主要有以下特点：（１）将集热器预制成安装模块，实现与建筑的良好结合；（２）利用地源热泵作为太阳能空调的辅助系统，简化了太阳能空调系统的构成，增加了太阳能空调系统的可靠性；（３）系统设置大容积地下蓄能水池，使太阳能系统全年工作成为现实，同时降低了蓄能的损失；（４）新能源利用率高，具有较强的节能优越性。在采暖季节，利用太阳能和废热的蓄热量接近总蓄热量的８０％ ，能耗比达到 ３．５４（５）；环境效益明显。通过与利用常规能源的采暖系统比较，具有污染排放物少等环保优势。综上所述太阳能采暖 ／ 空调系统在节能、环境安全等方面都具有优势和潜力，随着各方面技术的进一步成熟，太阳能采暖／ 空调系统会逐步进入实用化和商业化，成为广大暖通设计人员的另一选择。

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洁净技术的应用随着科学技术的发展越来越广泛。本文主要介绍了洁净室的主要组成部分-空气处理机组在洁净室工程中的特点和应用。
关键词：洁净室 空气处理机组

0.引言

随着科学技术的进步，经济的发展，洁净技术的应用越来越广泛。诺贝尔得奖者著名的科学家杨振宁在2001年中国科协学术会议年会上判断，未来的二三十年中①芯片的广泛应用、②医学与药物的高速发展、③生物工程这三个方面将成为科技发展的火车头，是未来科技发展的三大战略方向。要满足这三大方向，除了工艺本身的技术需要提高，最重要的是要向洁净环境挑战，创造一个洁净度更高的室内微环境。

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洁净技术的应用随着科学技术的发展越来越广泛。本文主要介绍了洁净室的主要组成部分-空气处理机组在洁净室工程中的特点和应用。
关键词：洁净室 空气处理机组

0.引言

随着科学技术的进步，经济的发展，洁净技术的应用越来越广泛。诺贝尔得奖者著名的科学家杨振宁在2001年中国科协学术会议年会上判断，未来的二三十年中①芯片的广泛应用、②医学与药物的高速发展、③生物工程这三个方面将成为科技发展的火车头，是未来科技发展的三大战略方向。要满足这三大方向，除了工艺本身的技术需要提高，最重要的是要向洁净环境挑战，创造一个洁净度更高的室内微环境。

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如今，现代工业产品生产和现代化科学实验活动要求微型化、精密化、高纯度、高质量和高可靠性，带来洁净技术也随着科学技术的发展和工业产品的日新月异而健康、高速地发展，并在三大战略外的食品、化妆品、军工等行业有更好的表现。要创造一个良好的洁净室微环境，一套高效、安全、可靠、实用、简单的空气洁净系统是其所有相辅相成的系统的核心部分，而空气处理机组是完成换热、过滤、加湿、送风等功能的重要部件；和普通舒适性空气处理机组有许多不同，本文从洁净室的角度，谈谈洁净室用空气处理机组的应用。

1.洁净室空调系统的特点

1.1 风量大

洁净室主要是通过空气量的循环来过滤空气中的尘埃、细菌等，实现对空气中非生物粒子和生物粒子的控制，达到洁净的标准。因此需要有足够的风量来保证室内的洁净度。洁净室的风量一般按照室内换气次数来计算，通常是10倍，甚至几十倍，尤其是单向流洁净室，换气次数达到房间体积的几百倍。

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大风量对空气处理机组的强度是个考验，目前市面上常见的空气处理机组的都是采用铝合金框架结构、方钢结构的比较多，如果面板的厚度和框架的强度不够，容易造成空气处理机组变形，特别是医用空气处理机组，一般要采用正压设计，如果面板和框架固定不够，就有可能会出现面板飞出砸人的恐怖现象。

所以洁净用空气处理机组首先要满足高强度的要求，目前市面上常见的面板厚度有30mm和50mm，也有一些厂家率先推出60mm的面板的高端机组，相信在洁净场合将得到广泛的应用。

1.2 风机的压头高

洁净室一般至少要采用初、中、高三级过滤器过滤，而这三级过滤器的阻力加起来就有700～800帕左右，洁净室一般也要采用集中送、回风的方式，以保证维持洁净室的正负压调节的要求，所以洁净室的管道阻力一般比普通空调的要多一倍以上。需要克服这些阻力，就要求空气处理机组的送风机有足够的压头，所以洁净室的空气处理机组的送风机组一般采用后弯机翼型的风机，或者是无窝壳的风机，才能达到足够高送回风压头。

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在这种大风量，大压头的情况下，对机组的漏风率也是一种考验，洁净室用空气处理机组的漏风率越低，为客户节省的能源就越多，运行费用就越低

1.3 温湿度控制精度高

和普通舒适性空调的满足人员舒适的要求不同，洁净室的温湿度控制的精度是为了满足工艺要求，如在某些电子产品的制造中，对温湿度的控制要求非常严格，在医用和实验动物等方面，对温湿度的控制精度也有明确的要求。为了实现恒温恒湿，那么要求空气处理机组中至少要具备制冷、制热、加湿、除湿等功能段，而且需要精密控制的方式；如换热器要采用高效率的亲水翅片，并且水流量采用比例积分控制，加湿量也要采用比例积分或者是PID调节的方式，以便实现更高的控制精度。

1.4 正负压控制严格

无论是电子厂房还是隔离病房、制药厂、实验动物室等，为了防止粉尘、细菌扩散到其他的洁净区域，还是为了防止病毒细菌的扩散引起交叉感染，洁净房间的正负压控制非常重要，特别是在医用场合需要防止放射性尘埃、有害气体、臭气及细菌向外扩散，准确有效的控制正负压极其关键。实际工程应用中，工业洁净室和一般生物洁净室都是采用正压维持，但对于使用有毒、有害气体或使用易燃易爆溶剂以及其他有特殊要求的生物洁净室则采用负压控制。要想有准确的压差控制值，在洁净室空气处理机组要求要有较低的漏风率，才能有较高的控制精度。同时采用集中送回风的分流段将在空调箱中被广泛应用。

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1.5 拥有良好的过滤系统

无论是满足工艺设计要求的工业洁净室，还是满足医用、制药、实验动物等的生物工程，共同的特点是要满足无尘，这将靠一套良好的空气过滤系统来完成。洁净技术对微生物、尘埃等的控制程度，主要取决于过滤器的性能。洁净室一般至少要经过三级过滤，空气处理机组配备初、中效过滤器，送风末端配高效过滤器。空气过滤器需要有良好的品质，一旦发生泄漏，就再也不可能达到洁净的可能。除了本身不能有任何的泄漏，过滤器在空调箱的密封也要引起注意。

1.6 采用变频技术

洁净空调系统大风量的特点带来了高能耗，各种节能技术在洁净空调系统中得到广泛的应用。其中变频技术在洁净空调系统中被广泛的选用。由于洁净空调一般至少要经过初效过滤器、中效过滤器(亚高效过滤器)、高效过滤器的过滤，而过滤器都是随着使用的时间越来越久，其阻力也越来越大，和普通空气处理机组的送风机是按过滤器的计算阻力来选型的不同，在洁净室中选用空气处理机组的送风机电机功率都是按过滤器的终阻力来选型的，在空调系统运行初期，风机的压力是绝对足够克服系统的阻力来满足使用要求的，这时候采用变频器，可以将风机的转速降低，减少功耗，起到良好的节能目的；随着系统的运行，过滤器的阻力越来越大，空调系统的风量将会减少，通过风管里风量或者是静压变化提供变化的数据给变频器，又变频器将风机的转速变大，就可以满足系统风量的要求，同时也可以对风机转速的调节，对房间的正负压保持有良好的调节作用。

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另外选用变频风机，也可以在洁净室不使用时，将机组的转速变低，送风机的风量减少，相当于值班风机的使用。

1.7 相当的稳定性和可靠性

现代工业的高度发展，使得工业产品拥有体积小、高价值的特点，如果洁净空调机出现故障，将带来数于千计的损失，特别是医用洁净室中，如果在手术或者是产房过程中，如果空调机组出现故障，将带来生命的安危，因此要求空调机组拥有相当的稳定性和可靠性，要求空气处理机组的每一个部件采购中应该采用拥有良好的品质管理的厂家的产品，如在机组内部应该选用有AMCA认证的高品质风机和高品质的电机，对过滤器的选用也要非常慎用，特别是高效过滤器，如果有一个小孔，就带来无数的细菌，后果是无法想像的。另外在空气处理机组的生产和检测也要严格按照国家的标准制造。

以上是洁净空调的共同特点，也可看出，洁净室用空气处理机组有别于普通空调机组。

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2.工业洁净室的特点