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摘 要：夏热冬冷地区城市热岛现象普遍存在，根本原因是室外热环境平衡失调，当前大部分研究重点放在如何改善下垫面上，而对空调产生的冷凝热的影响及改善方法研究极少。通过回收空调冷凝热的方法来阐述，得出以下结论：增设水冷式冷凝器的单元式热回收和利用空气源热泵的区域热回收，提出一个判断室外热环境平衡的概念性标准——热币。
关键词：热平衡 失调 冷凝热 空气源热泵 热币
中图分类号：TU111 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）011-048-02
1 引言
我国的夏热冬冷地区范围很广，其夏季酷热，冬季湿冷，夏冬两季人体的舒适度差。改革开放以来，随着经济水平的不断发展，对生活质量的要求也相应提高，公共建筑、居住建筑空调普及率逐年上升。由于空调的普遍使用，夏季运行过程中产生的冷凝热使室外温度在一定区域升高，造成了局部热环境平衡失调，加剧了城市热岛效应。同时城市空气环境愈发恶化，严重影响人民的身体健康，消耗更多的能源和排放更多的热量，成了一个恶性循环，对民生和经济都是一个紧迫的问题。
关于室外热环境失调，国内外学者做过许多研究，如一些学者提出优化室外热环境模拟物理模型的方法，还有大部分从改善城市的绿化，水体，以及饰面材料来进行研究，或者通过简化室外热环境指标的角度和调查室外热环境与舒适度的关系出发进行研究。
本文就以前人关注较少而又极具潜力的空调冷凝热为对象来改善城市区域室外热环境平衡失调带来的问题。
2 原理
以分体式空调为例，最常用的是单冷挂壁式分体空调，主要由压缩机、室外换热器（冷凝器）、干燥过滤器、毛细管、室内换热器（蒸发器）、气液分离器、管接头、高压阀、低压阀组成。其工作原理如图1。
空调工作时制冷剂经过压缩机压缩成高温高压蒸汽，然后输送至室外换热器即冷凝器进行冷却放热变成常温高压液体，经过这个过程制冷剂将室内带出的热量散到外界环境中，该热量即为冷凝热，在空调大面积高频率的使用时，冷凝热大量增加，加剧了热岛效应，本研究的工作就是对症下药，因此就显得十分必要了。
3 研究内容
3.1 方法研究
为了解决空调冷凝热带来的问题，以本末兼治为原则，提出如下方法。
3.1.1 单元热回收
单元热回收，即是对各分体式空调源头上进行冷凝热回收，如在空调室外机上安装水冷套管冷凝器回收冷凝热，回收的热水用来作为热水器的低温热源，从而减少了空调的冷凝热排放与加热热水的电力消耗，若热水器为太阳能热水器，可以作为其产热时间限制上的有效补充。图2为太阳能热水器采用单元热回收方法的系统原理图。
使用水作为冷却介质，冷却效果虽然较好，但回收率不可能达到100%，部分热量还是散到室外环境中，因此需要进一步热回收，以达到室外环境热平衡。
3.1.2 区域热回收
区域热平衡即在若干个可数的单元空调用户空间所组成的一定区域内，无论何时由空调等设备人为因素排放到室外环境的热量与主动回收的热量在量上相等或者基本相等，主要衡量指标是区域内平均温度与该地区的平均温度相差程度。
该方法是利用空气源热泵吸热的作用，空气源热泵是利用制冷原理（逆卡诺循环工作原理），通过从周围环境中获取低品位热能，经过电力做功提升温度后输出到冷凝端，产生可被使用的较高品位热能的设备，将散到室外环境中的冷凝热吸收，通过热泵提升将吸收的热量用来大规模生产生活热水，供应给家庭用户或酒店等热水需求比较大的地方，既能平衡室外热环境又具有一定的商业价值和使用价值。热泵的需要回收的热值按下面的公式计算。
设定一个区域内最多有n台分体式空调，每台空调每天对外放出平均冷凝热量为q，单元热回收效率为 ，则室外需回收的热量为：
根据需要热回收的量选择空气源热泵的的型号和参数，使单日热泵的吸热量能够至少满足热回收量，达到散热量与吸热量的基本平衡。
3.2 理论研究
研究过程中发现一个问题，即判定某个区域是否由于人为原因产生热失调的标准问题。以往对这个方面研究基本上是以室外温度对比周边来衡量，对于解决热平衡失调未免显得滞后和笼统，不利于提前预防，也不能将责任分配到每个用热产热的用户个体或者区域上，本着防患未然，责任明分的原则，提出以热量为等价物的概念-热币。其定义与相关特征如下所述：
（1）所谓热币，即是以热量为等价物，以产热或放热为正值，以取热或吸热为负值，用来衡量一定区域内人为原因造成热平衡是否失调的依据。表1为热币的简介表。
（2）热币具有同一性，方向性，可加性。同一性，指的是无论是哪种设备，其对室外热环境的影响大小都可以用热币来衡量，而值的换算都是根据该设备在环境中产热或者取热的多少来计算；方向性，即产热或放热为正值，正值越大，反映出该设备产热越大，会使室外环境升高，反之亦然；可加性，指的是，一个区域内或者个人所拥有的各种设备其热币值可以进行加法求和运算，所得的和值越接近零，则该区域或者个人所拥有的设备对室外热平衡的影响就越小，反之越大。
（3）为了计算方便，需要提出热币的单位，以及换算方法，在这个层面上还需要进一步研究，以找到最合适的答案，本文就热币只提出一个定性的概念，定量的换算方法暂不做阐述。
4 结论分析及展望
本研究提出了单元热回收和区域热回收的方法与关于判定热平衡的概念-热币。综上所述，有以下分析及展望：
（1）技术上，改进分体空调，增设冷凝热回收装置，既可以减少冷凝热的排放，缓解热平衡失调的问题，又可以增强空调室外换热器的换热效率，提高空调制冷效果，也为生活热水提供了新的热源，有利于节约能耗，降低排放。空调生产厂家则需要在原有空调基础上与热水生产厂家进行协调，增设冷凝热回收的部件。
（2）系统上，使用空气源热泵为代表的热回收装置的方法，使整个区域室外热环境平衡，回收的热量加热热水，既满足本区域用户的使用，还可以供应给附近热水使用量较大的酒店，学校等公共场所，具有一定的商业价值，值得推广。开发商则应根据该区域用户空调使用情况，选择合理的空气源热泵型号以达到区域的热量平衡，同时联系周边热水需求较大的用户，将回收的热量产生的热水可以通过供应给用户以收回初投资的成本。
（3）概念上，热币是本研究提出的新概念，它用来衡量个体或者区域内产热或者取热是否平衡的一个定量的指标，当拥有的热币值正负抵消为零时，则可以判断该个体或者区域的产热与取热平衡，即不影响室外热环境，反之，则需要购买与其热币值相反的用能产品，这对治理热失调现象可以作为能源上的政策性改革方法。能源管理部门则应该研究推出全社会通用的热币，用来判定室外环境是否平衡，同时将热币与个人信息绑定，更好的调整能源使用分布，形成全社会热平衡的总体趋势。
参考文献：
[1] 胡孝俊，汤小敏，解铭刚，等.城市住区室外热环境模拟研究[J].建筑科学，2012，28（2）：260-265.
[2] 杜峰，刘辉，林从华.玻璃幕墙的室外光污染和热环境研究[J].低温建筑技术，2010（11）：106-107.
[3] 蔡子颖，韩素芹，张长春，等.室外热环境指标的简化计算和应用研究[J].气象，2011，37（6）：701-706.
[4] 韩杰，张国强，周晋.夏热冬冷地区村镇住宅热环境与热舒适研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2009，36（6）：13-17.
关键词：热平衡 失调 冷凝热 空气源热泵 热币
中图分类号：TU111 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）011-048-02
1 引言
我国的夏热冬冷地区范围很广，其夏季酷热，冬季湿冷，夏冬两季人体的舒适度差。改革开放以来，随着经济水平的不断发展，对生活质量的要求也相应提高，公共建筑、居住建筑空调普及率逐年上升。由于空调的普遍使用，夏季运行过程中产生的冷凝热使室外温度在一定区域升高，造成了局部热环境平衡失调，加剧了城市热岛效应。同时城市空气环境愈发恶化，严重影响人民的身体健康，消耗更多的能源和排放更多的热量，成了一个恶性循环，对民生和经济都是一个紧迫的问题。
关于室外热环境失调，国内外学者做过许多研究，如一些学者提出优化室外热环境模拟物理模型的方法，还有大部分从改善城市的绿化，水体，以及饰面材料来进行研究，或者通过简化室外热环境指标的角度和调查室外热环境与舒适度的关系出发进行研究。
本文就以前人关注较少而又极具潜力的空调冷凝热为对象来改善城市区域室外热环境平衡失调带来的问题。
2 原理
以分体式空调为例，最常用的是单冷挂壁式分体空调，主要由压缩机、室外换热器（冷凝器）、干燥过滤器、毛细管、室内换热器（蒸发器）、气液分离器、管接头、高压阀、低压阀组成。其工作原理如图1。
空调工作时制冷剂经过压缩机压缩成高温高压蒸汽，然后输送至室外换热器即冷凝器进行冷却放热变成常温高压液体，经过这个过程制冷剂将室内带出的热量散到外界环境中，该热量即为冷凝热，在空调大面积高频率的使用时，冷凝热大量增加，加剧了热岛效应，本研究的工作就是对症下药，因此就显得十分必要了。
3 研究内容
3.1 方法研究
为了解决空调冷凝热带来的问题，以本末兼治为原则，提出如下方法。
3.1.1 单元热回收
单元热回收，即是对各分体式空调源头上进行冷凝热回收，如在空调室外机上安装水冷套管冷凝器回收冷凝热，回收的热水用来作为热水器的低温热源，从而减少了空调的冷凝热排放与加热热水的电力消耗，若热水器为太阳能热水器，可以作为其产热时间限制上的有效补充。图2为太阳能热水器采用单元热回收方法的系统原理图。
使用水作为冷却介质，冷却效果虽然较好，但回收率不可能达到100%，部分热量还是散到室外环境中，因此需要进一步热回收，以达到室外环境热平衡。
3.1.2 区域热回收
区域热平衡即在若干个可数的单元空调用户空间所组成的一定区域内，无论何时由空调等设备人为因素排放到室外环境的热量与主动回收的热量在量上相等或者基本相等，主要衡量指标是区域内平均温度与该地区的平均温度相差程度。
该方法是利用空气源热泵吸热的作用，空气源热泵是利用制冷原理（逆卡诺循环工作原理），通过从周围环境中获取低品位热能，经过电力做功提升温度后输出到冷凝端，产生可被使用的较高品位热能的设备，将散到室外环境中的冷凝热吸收，通过热泵提升将吸收的热量用来大规模生产生活热水，供应给家庭用户或酒店等热水需求比较大的地方，既能平衡室外热环境又具有一定的商业价值和使用价值。热泵的需要回收的热值按下面的公式计算。
设定一个区域内最多有n台分体式空调，每台空调每天对外放出平均冷凝热量为q，单元热回收效率为 ，则室外需回收的热量为：
根据需要热回收的量选择空气源热泵的的型号和参数，使单日热泵的吸热量能够至少满足热回收量，达到散热量与吸热量的基本平衡。
3.2 理论研究
研究过程中发现一个问题，即判定某个区域是否由于人为原因产生热失调的标准问题。以往对这个方面研究基本上是以室外温度对比周边来衡量，对于解决热平衡失调未免显得滞后和笼统，不利于提前预防，也不能将责任分配到每个用热产热的用户个体或者区域上，本着防患未然，责任明分的原则，提出以热量为等价物的概念-热币。其定义与相关特征如下所述：
（1）所谓热币，即是以热量为等价物，以产热或放热为正值，以取热或吸热为负值，用来衡量一定区域内人为原因造成热平衡是否失调的依据。表1为热币的简介表。
（2）热币具有同一性，方向性，可加性。同一性，指的是无论是哪种设备，其对室外热环境的影响大小都可以用热币来衡量，而值的换算都是根据该设备在环境中产热或者取热的多少来计算；方向性，即产热或放热为正值，正值越大，反映出该设备产热越大，会使室外环境升高，反之亦然；可加性，指的是，一个区域内或者个人所拥有的各种设备其热币值可以进行加法求和运算，所得的和值越接近零，则该区域或者个人所拥有的设备对室外热平衡的影响就越小，反之越大。
（3）为了计算方便，需要提出热币的单位，以及换算方法，在这个层面上还需要进一步研究，以找到最合适的答案，本文就热币只提出一个定性的概念，定量的换算方法暂不做阐述。
4 结论分析及展望
本研究提出了单元热回收和区域热回收的方法与关于判定热平衡的概念-热币。综上所述，有以下分析及展望：
（1）技术上，改进分体空调，增设冷凝热回收装置，既可以减少冷凝热的排放，缓解热平衡失调的问题，又可以增强空调室外换热器的换热效率，提高空调制冷效果，也为生活热水提供了新的热源，有利于节约能耗，降低排放。空调生产厂家则需要在原有空调基础上与热水生产厂家进行协调，增设冷凝热回收的部件。
（2）系统上，使用空气源热泵为代表的热回收装置的方法，使整个区域室外热环境平衡，回收的热量加热热水，既满足本区域用户的使用，还可以供应给附近热水使用量较大的酒店，学校等公共场所，具有一定的商业价值，值得推广。开发商则应根据该区域用户空调使用情况，选择合理的空气源热泵型号以达到区域的热量平衡，同时联系周边热水需求较大的用户，将回收的热量产生的热水可以通过供应给用户以收回初投资的成本。
（3）概念上，热币是本研究提出的新概念，它用来衡量个体或者区域内产热或者取热是否平衡的一个定量的指标，当拥有的热币值正负抵消为零时，则可以判断该个体或者区域的产热与取热平衡，即不影响室外热环境，反之，则需要购买与其热币值相反的用能产品，这对治理热失调现象可以作为能源上的政策性改革方法。能源管理部门则应该研究推出全社会通用的热币，用来判定室外环境是否平衡，同时将热币与个人信息绑定，更好的调整能源使用分布，形成全社会热平衡的总体趋势。
参考文献：
[1] 胡孝俊，汤小敏，解铭刚，等.城市住区室外热环境模拟研究[J].建筑科学，2012，28（2）：260-265.
[2] 杜峰，刘辉，林从华.玻璃幕墙的室外光污染和热环境研究[J].低温建筑技术，2010（11）：106-107.
[3] 蔡子颖，韩素芹，张长春，等.室外热环境指标的简化计算和应用研究[J].气象，2011，37（6）：701-706.
[4] 韩杰，张国强，周晋.夏热冬冷地区村镇住宅热环境与热舒适研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2009，36（6）：13-17.