[学者笔谈]代彦军:把修建变为动力工厂
来源:二胎网 发表于2019-07-07 17:40:05 编辑:三毛
摘要: ■ 电力是现代日子的根底。绿色动力楼的电力供给首要依托与修建结合的可再生动力电力处理。 ■ 太阳能空调供热技能是上海交大太阳能光热研讨团队的

■ 电力是现代日子的根底。绿色动力楼的电力供给首要依托与修建结合的可再生动力电力处理。

 

■ 太阳能空调供热技能是上海交大太阳能光热研讨团队的代表性效果,太阳能空调制冷充沛满意了大都区域夏日太阳辐射好,产热多但热量无处可用的问题,是修建用能与太阳能转化时节匹配最好的挑选之一,也是完成太阳能集热器全年高效运用的要害。

 

■ 要把未来的修建变为动力工厂,第一步要完成的是修建的“零能耗”,即“零能耗修建”。

第一次工业革命造就了密布的城市核心区,拔地而起的工厂;第2次工业革命催生了城郊大片房地产业及工业区的昌盛;第三次工业革命将会把每一栋高楼改变成住所和微型发电厂。

 

杰里米·里夫金在《第三次工业革命》一书中为咱们描绘了一个雄伟的蓝图:数以亿计的人们将在自己家里、工作室里、工厂里出产出自己的绿色动力,并在“动力互联网”上与咱们共享…..

 

咱们知道,各类修建是耗费动力的大户,欧美发达国家修建用能占社会总能耗的40%以上,我国修建能耗占社会总能耗27.6%。对北京、上海等大城市,每年夏日修建空调用电占全社会用电负荷40~50%。那么,能否如书中所述,把修建由能耗大户变成出产动力的工厂呢?

 

最近建成的上海交通大学绿色动力楼(试验室)进行了斗胆地试验和测验。

 

中意绿色动力楼(试验室)动力技能

 

绿色动力楼由意大利环境、疆土与海洋部赞助,是一座以“绿色动力”结合修建运用为特征的绿色低碳修建。中意绿色动力试验室依托于该修建,于2019年5月一起建成。试验室的首要方针:研讨高效、环保且具有可继续开展特征的新一代修建用能方式和新式修建动力体系与设备,完成修建用能环节的低碳排放,一起构筑世界化的绿色可继续动力技能的研讨渠道。在修建结构与节能规划方面,充沛考虑了天然采光、强化天然通风和被迫遮阳。在用能设备方面,试验室建有太阳能空调(吸附、吸收和除湿空调)、热泵体系(地源热泵、水源热泵、空气源热泵、以及以二氧化碳天然工质为冷媒的热泵动力中心)、冷热电联产、高效集热器、光热幕墙、生物质能发电、风景互补、智能电网、楼宇动力管理体系技能以及零能耗住所、智能家居等试验条件,并取得了绿色修建LEED金牌认证,被业界认为是现在世界上功用最全,技能最全面的绿色修建动力体系研讨渠道。运用上述技能,修建本身也能变成动力工厂,最大程度满意修建的电力、冷、热需求。

 

绿色动力楼的电力

 

电力是现代日子的根底。绿色动力楼的电力供给首要依托与修建结合的可再生动力电力处理。包含房顶光伏发电体系、修建周边场所风力发电机以及依据生物质气的冷热电联产体系等。光伏电力、风力发电以及联产体系宣布的电力经过一套操控体系完成电力的贮存和分配,最大特征是可以有用战胜太阳能光伏、风力发电等波动性大的缺乏,完成在10~100%大范围负荷改变情况下的高效能量转化。典型气候条件下,这些绿色电力可以满意大楼的根本用电负荷,大楼用电较少的情况下,还能将电力输出到学校局域电网,供其他用户运用。现在我国太阳能电池产能和产值都居世界第一,而且太阳电池本钱已达1美元/峰瓦,开展房顶电站,大有可为,也是开展房顶散布式电力体系的首要技能。现在干流太阳能电池多选用单晶硅和多晶硅产品,此外还有非硅太阳电池以及薄膜太阳电池等。可以以电池组件和以修建构件方式与修建结合,充沛满意修建结合的一起,输出绿色电力。

 

绿色动力楼的空调与供热

 

咱们知道,传统的住所能耗中空调、采温暖热水占了65~80%,运用可再生动力来处理这些需求,或许进步空调、供热设备的功率是未来修建动力技能的必经之路。

 

修建结合太阳能供热与制冷:太阳能是各类修建最便利、最直接运用的可再生动力,其特征是散布广泛,运用清洁。经过高效太阳能转化运用和能量蓄存调理技能,可以有用将太阳能转化为可供修建运用的冷量和热量。其间,太阳能集热器起到将太阳辐射改变为热能的要害作用。这些热能可以进一步满意修建用能需求。绿色动力楼中选用了五种太阳能集热器,充沛把太阳能改变为热能,用于冬天采暖、夏日空调、四季日子热水等。包含:选用热管吸热体的热管式真空玻璃管集热器,用于全年日子热水供给,冬天辐射采暖以及夏日运用集热器发生的60-90℃热水驱动吸附制冷机进行空调;选用CPC反射板的中温真空管集热器,可用于冬天风机盘管采温暖夏日运用集热器发生的90-130℃驱动吸收式制冷机进行空调;真空管空气集热器,夏日发生60-90℃的热风驱动完成空调除湿,冬天直接发生热风采暖;选用腔体吸收器的槽式聚集集热器,可发生150-200℃的热能进行太阳能制冰或低温太阳能热发电;用作修建幕墙的平板太阳能集热器,这儿集热器一起也成为修建围护结构的一部分,完成保温隔热功用的一起,还能发生热水满意采温暖日子热水之需。

 

太阳能空调供热技能是上海交大太阳能光热研讨团队的代表性效果,太阳能空调制冷充沛满意了大都区域夏日太阳辐射好,产热多但热量无处可用的问题,是修建用能与太阳能转化时节匹配最好的挑选之一,也是完成太阳能集热器全年高效运用的要害。

 

充沛运用环境天然动力的高效热泵技能:经过热泵技能,可有用将存在于环境空气、土壤和江河湖泊等冷量和热量用于修建环境采温暖空调,是进步修建能效、削减惯例动力耗费的重要途径,也是修建绿色动力技能的要害内容。绿色动力楼整合了各种先进热泵技能,包含:土壤源热泵,可充沛运用土壤的热容调理作用,完成冷量和热量的时节性蓄存和运用,进步采温暖空调的舒适性,改进动力运用功率;河水源热泵则可以运用地表河水的热容,进步空谐和采暖体系的能效;空气源热泵如咱们现在广泛运用的各种空调设备相同,可以将环境空气中的热量和冷量经过热泵搬送到修建环境内部完成空谐和采暖;太阳能辅佐CO2热泵,它选用CO2作为工质,可以在冬天低温环境下坚持较高的制热功率,一起可以充沛运用太阳能辅佐供热和制冷,然后大幅进步能效。

 

废弃物动力化处理

 

绿色动力楼还突出了废弃物动力化处理的概念。一般情况下,各类修建或许修建社区会发生很多的固体废物。传统处理办法是会集储运后填埋或燃烧。绿色动力修建则选用了散布式废弃物动力化处理的办法,经过细心分类后就地化处理,极大削减了废弃物的交通运输和会集处理费用。这种散布式处理技能,有用把废弃物改变为生物质动力,再经过上述的冷热电联产技能,终究把废弃物变成了可为修建运用的电力、冷量和热量。试验室颇具特征的低温热能运用技能可完成很高的总能运用功率,特别是小型低温热驱动制冷和除湿设备等确保了热能的充沛运用。这种散布式处理办法与会集式处理向结合,经过联产技能可以变废未能,被认为是未来完成智能城市的重要技能。

 

零能耗修建

 

要把未来的修建变为动力工厂,第一步要完成的是修建的“零能耗”,即“零能耗修建”。是指修建运用进程耗费的动力与修建本身出产的动力可以根本平衡。假如出产的能量超过了修建本身耗费的能量,则可以完成动力输出,即“产能修建”。中意绿色动力楼的一套演示公寓依照“零能耗”准则进行了建造。其特征是:围护结构尽可能做到与气候特征和供热空调特征相符合;修建构造方面尽可能运用被迫太阳能修建的思维,完成天然采光,被迫采温暖强化通风;房顶装置太阳能集热器,向阳的修建里边装置太阳能光热幕墙,供给全年日子热水,夏日空谐和冬天采暖;房顶光伏并网电力体系;节能灯具和高效热泵;与太阳能供热空调习气的小温差换热结尾;全热收回和太阳能新风除湿。咱们的实践标明,上述技能的恰当组合,完全可以完成零能耗修建。特别是,跟着修建能效规范的进步和可再生动力修建结合运用技能的经济性和成熟度不断进步,零能耗乃至是产能修建间隔咱们的日子越来越近。

 

修建智能化

 

绿色动力楼分两个层次运用了智能化技能。一是智能化家居,一套演示智能公寓坐落绿色动力楼三层,选用了家庭动力管理体系(HEMS),是它也是整个大楼动力管理体系的一个子体系。公寓内装备各种家居设备,其间包含变频多联机空调体系(VRV)、全热交换机(HRV)、空气源热泵以及HEMS。用户可经过多种方式的终端(平板电脑、手机等),运用无线网络完成与HEMS通讯,对公寓内用能设备进行监控。特别是,HEMS可以依据用户的用能习气,对用能设备运转规则练习学习,在节能的一起充沛满意舒适性要求。大楼智能化方面,选用了人脸辨认和智能监控技能,大楼用能设备能耗分项计量,并可以对设备运转方式进行优化,完成会集操控和显现。

 

智能动力网

 

跟着可再生动力技能、修建节能技能的快速开展,以及信息技能与动力技能的高度交融,依据修建的智能动力网会应运而生。智能动力网首要以修建的冷、热、电需求为方针,经过构建多源化的冷源、热源和电源,运用信息技能和操控技能完成绿色动力出产和需求之间的平衡,以确保动力转化运用环节的高效。中意绿色动力楼经过修建分区,模仿和完成了智能动力网冷、热、电出产、输配、和运用环节的优化匹配,完成了光伏、风力、冷热电联产与热泵、太阳能供热与空调体系的调理优化,为智能动力网的施行起到了很好的演示作用。

 

动力是当今世界最重要的战略性资源,世界各国纷繁加快了由传统化石动力向新动力社会改变的脚步。不难预见,跟着绿色动力技能的开展和修建能效规范的日益进步,本文篇首杰里米·里夫金在《第三次工业革命》一书中描绘的现象正在向咱们走来。

 

学者小传

 

代彦军,上海交通大学机械与动力工程学院教授,博士生导师,教育部太阳能发电与制冷工程研讨中心副主任。1999年西北工业大学取得博士学位,2001年上海交通大学博士后出站后留校,2005年破格晋升教授。任世界学术期刊《solar energy》副主编,《太阳能学报》编委,我国可再生动力学会热运用委员会委员,上海市太阳能学会理事。首要从事太阳能运用与修建节能方面的研讨工作,曾任香港大学机械工程系Research Associate,美国North Dakota State University机械工程系拜访教授。现在宣布论文200余篇,SCI/EI录入60余篇,SCI他引530余次,出书有《太阳能制冷》,取得创造专利11项。近年来做为负责人承当太阳能范畴国家天然科学基金、国家863方案,国家科技支撑方案等各类项目多项。在太阳能空调制冷、吸附除湿技能及运用方面取得了原创性效果,获2019年国家技能创造二等奖,2007年教育部科技进步一等奖,2008年上海市天然科学一等奖,我国世界工业博览会银奖等。荣获上海市曙光学者(2019),上海市科技启明星盯梢方案(2019),上海市优异青年教师(2008),教育部新世纪人才(2006)等称谓。研讨效果为日本大金公司、国内太阳能企业运用;关于城市可继续动力研讨方案取得新加坡国家研讨基金会赞助,组成联合研讨团队进行攻关;取得意大利环境部赞助,建成中意绿色动力试验室。

 

[学者笔谈]代彦军:把修建变为动力工厂

 

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