关于对热岛效应、城市水资源以及制冷（热）机组的思考

时间：2014-09-25 22:09:57 阅读量：0次 所属分类：科技论文

摘要：从可持续发展的角度，提出了统筹利用城市水资源优化吸收空调机组冷凝热以缓解城市热岛效应的方案，并进行了初步探讨。综合分析认为该方案具有节水节能、环保、全年可用、潜在利益大的特点，从长远看，极具研究和推广价值。

　　摘要：从可持续发展的角度，提出了统筹利用城市水资源优化吸收空调机组冷凝热以缓解城市热岛效应的方案，并进行了初步探讨。综合分析认为该方案具有节水节能、环保、全年可用、潜在利益大的特点，从长远看，极具研究和推广价值。

　　关键词：热岛效应; 空调运行; 制冷机组; 城市水资源

　　前言

　　热岛效应是指一个地区(通常使城市)由于工业集中、人口稠密、建筑密集以及植被稀少等原因造成温度高于周围地区的现象。热岛效应是在城市化的人为因素和局部天气气象条件的共同作用形成的，在人为因素中以下垫面性质的改变、人为热和过量温室气体的排放以及大气污染最为主要。目前，城市热环境被认为是主导城市环境的主要因素之一，世界各国都在研究解决其影响方面做了大量工作。我国关于热岛效应的研究开始于20世纪80年代后期，最初主要针对北京、上海等几个大城市，目前诸多城市都开展了研究工作。

　　1 关于污水源热泵空调机组

　　城市污水源热泵空调是一项以城市污水为冷热源的新技术，欧美、日本等发达国家发展的较快也较为成熟。现在，日本的城市污水处理厂已经由单纯的排放功能转向回用功能，其工业用水的70%使用的是处理后水，仅1/4的污水直接排入下水道，在城市建筑密集区，实现了城市污水回用与其赋存的低温能量的利用相结合。

　　2 建筑空调耗能与城市热岛效应

　　2.1 城市高温的危害

　　在城市，人们为改善居住和工作环境，越来越普遍的使用空调和采暖设备。在夏季，尤其是中低纬度地区，城市热岛效应加重了城市高温出现的频率和高温灾害，这将使空调设备的工作状况恶化，能效比价格低。

　　2.2 热岛效应对空调耗能的影响

　　据日本东京城市热岛的研究成果，在未来10年，空调设备的能耗将增加30%左右，据美国洛杉矶市夏季环境温度与用电量的研究，环境平均温度增加1℃，城市耗电量就会增加2.9%，当然这个数字与城市发展水平和气候特征也有关系，不难看出城市气温的升高与能耗有着密不可分的关系。热岛效应在增加能耗的同时，也间接造成了大气污染，增加了室外不舒适度，国内外在缓解城市热岛效应上做了不少的研究和尝试，多数趋向于通过增加城市绿化，加大下垫面的发射率以及减少人为热的排放来改变城市热量平衡，以达到减轻热岛效应的目的。

　　3 水冷、风冷、蒸发式冷却

　　在生产生活中，常用的冷却方式一般可分为三种类型：水冷、空冷和蒸发式冷却，其中用水来冷却叫水冷。水的比热容大(4.18KJ/Kg℃)，稳定性好，不会产生明显的膨胀或压缩，通常使用条件下，在换热器中不气化，来源广泛，流动性好，换热效果好，敞开式循环冷却水系统是目前应用最广、类型最多的一种冷却系统。

　　3.1 关于冷却水循环现状

　　据估计我国的工业用水循环冷却水量1.2亿m3，若以每台冷却塔的冷却水量50m3/h计算，总计冷却塔的数量应该在10万台以上，尽管技术成熟，但限于生产条件、水处理药剂质量低下以及大部分企业节水意识的淡薄，这种敞开式循环冷却水系统并没有达到应该有的效果。

　　3.2 风冷、水冷、蒸发式冷却性能系数比较

　　以系统运行能耗低为目的，通过实验进行评价，水冷式冷凝器和蒸发式冷凝器制冷系统的优越性在于冷凝器传热性能优良的冷却介质。蒸发式冷凝器散热性能比水冷式好，水冷式冷凝器制冷系统制冷系数和制冷量都比蒸发式冷凝器系统大，但蒸发式冷凝器单位制冷量成本最低，性能最优越。

　　3.3 风冷机组与水冷机组价格以及耗电量的比较

　　蒸发式冷却和水冷使用的介质都是水，现阶段蒸发式冷却没有水冷应用广泛，且理论上分析蒸发式冷却的综合效益要比水冷好，本文的重点在于说明水资源综合统筹利用的优越性，所以只对风冷机组和水冷机组进行比较。

　　3.3.1价格比较

　　某实际空调设备招标工程结果中出现的风冷与水冷机组价格如下:984kW/台(输入功率186.6kW)的水冷螺杆式冷水机组合同价为61.2万元/台，844kW/台(输入功率278kW)的风冷螺杆式热泵机组合同价为98.8万元/台。

　　尽管水冷机组还要考虑水泵和冷却塔的造价，但在工程上已经公认相同的制冷量条件下，风冷机组的造价高于水冷机组加冷却循环水泵再加冷却塔三者造价的总和，这方面没有争议。

　　3.3.2耗电量比较

　　黑龙江教育建筑设计院的王化云，综合分析了水冷机组风冷机组制冷性冷、耗电量、机组安装空间要求、噪声、价格以及设备对机房的要求之后得出结论如下：风冷机组使用最大优点是节约水资源，但其他方面又不如水冷机组。从综合节约资源方面考虑，在没有特殊条件约束情况下还是采用水冷机组为佳。

　　4 城市全面统筹利用水资源方案探讨

　　通过前面三个方面的综述性分析可以得出以下的结论：(1)污水源热泵空调工程技术已趋于成熟，利用污水作为热泵冷热源具有较好环保节能效益，但在污水最终排放之前，水资源更应该全面统筹利用,实现“优水优用，低水低用”，洁净度与热能无冲突的串联使用，制冷与制热的互利性满足。(2)夏季空调的运行严重加剧了热岛效应，热岛效应又会恶化制冷机组的运行，相互之间的不利影响造成电力紧张、能源策略性浪费、居民生活生产严重受阻的局面。(3)水冷和蒸发式冷却使用的介质都是水(蒸发式冷却用到了部分空气)，综合考虑制冷性能、耗电量、初投资等方面，在无特殊条件约束的情况下，使用水作为冷却介质要比纯粹空冷综合效益要好。然而鉴于多方面原因，目前应用最广泛的冷却塔循环却不甚理想，水资源的动态统筹利用显得很有必要。

　　4.1 关于绿色建筑的节水理念

　　绿色建筑是将可持续发展理念引入建筑领域的结果，将成为未来建筑的主导。

　　依照绿色建筑水资源利用的目标及建筑水环境现存的问题，我国绿色建筑水资源利用的重点应放在节水、水的重复利用与水环境系统集成三个方面。绿色建筑要实现节水及水资源的我国建设部推出的《绿色生态住宅小区建设要点与技术导则》中规定绿色生态住宅小区“应建立中水系统和雨水收集与利用系统，小区绿化、景观、洗车、道路喷洒、公共卫生等用水宜使用中水或雨水”。

　　5 结论与展望

　　本文结合污水源热泵空调工程、热岛效应与空调运行互相恶化影响以及风冷水冷蒸发式冷却方面的研究工作，提出了一套全面统筹利用水资源以实现节水节能，减轻热岛效应，回收部分冷凝热提供生活热水的方案，通过分析可得出该方案具有巨大的节水节能环保效益。笔者提出水资源涉及洁净度和热能两方面的价值，应该全面统筹利用的理念应该贯穿在水资源的使用过程中，该方案在夏季收效最大，在冬季也应该有使用的空间。

　　[参考文献]

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　　陆耀庆，主编.实用供热空调设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1993.

　　路延魁主编.空气调节设计手册.中国建筑工业出版社.1997

　　陆亚俊，马最良，邹平华.暖通空调.中国建筑工业出版社.2002