試談可再生能源的建筑應用

1、 淺談可再生能源的建筑應用 摘要：本文主要討論 可再生能源（太陽能、淺層地熱能）在建筑中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展策略。通過對 太陽總輻射資料、 地區(qū)前期勘測的地質水文資料等大量資料的查閱，對 現(xiàn)有的太陽能和淺層地能資源狀況進行了簡單分析；在問卷調查和實地調研的基礎上，對 可再生能源建筑應用相關產業(yè)及現(xiàn)有的工程項目進行統(tǒng)計，并對 可再生能源建筑應用現(xiàn)狀進行深入剖析，發(fā)現(xiàn)目前存在的問題并為今后的發(fā)展指明了方向；結合 的實際情況提出了一些具有針對性和可操作性的建議，找到適合 可再生能源建筑應用的思路，為建筑中節(jié)約常規(guī)能源提供參考。關鍵詞：可再生能源、建筑節(jié)能、太陽能、地源熱泵、建筑應用引言能源是人類社會生存

2、與發(fā)展的物質基礎，開發(fā)利用可再生能源是確保能源供需平衡、減少環(huán)境污染的先決條件。 是典型的能源匱乏城市，能源供需缺口大，據(jù)統(tǒng)計，電力、石油、天然氣等能源的市外凈調入量占全市消費總量的90%左右。目前 正處于城市化和新型工業(yè)化快速發(fā)展時期，建筑能耗呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。尤其是國家“兩型社會”建設綜合配套改革試驗區(qū)的設立，為 帶來了前所未有的發(fā)展機遇，同時也為 的能源供應帶來巨大壓力。因此，利用太陽能、淺層地能等可再生能源解決建筑的采暖空調、熱水供應、照明等，對替代常規(guī)能源，促進建筑節(jié)能具有重要意義，在 “兩型社會”的建設中尤為重要與迫切。本文主要討論中華人民共和國可再生能源法中界定的可再生能源種類中

3、（包括風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能）與建筑較為相關的太陽能及淺層地熱能。1 太陽能建筑應用現(xiàn)狀I太陽能資源概況 是湖南省省會，位于湖南省東部偏北，其地域范圍為東經111°53114°15，北緯27°5128°411。 屬于亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，溫和濕潤，季節(jié)變化明顯，冬寒夏熱，四季分明。 地區(qū)年平均氣溫為17.1，1月最冷，平均4.8，7月最熱，平均氣溫28.82。對 19892008年太陽總輻射資料進行分析計算， 多年平均太陽年總輻射量為3866MJ/（m2·a），屬于太陽能資源四類地區(qū)，資源貧乏區(qū)；年平均日照時數(shù)為1490h

4、，日照時數(shù)大于6小時的天數(shù)為163天，在這些天數(shù)中，具有較好的可利用價值； 的太陽能資源不太穩(wěn)定，長期統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示 太陽能資源不僅在季節(jié)方面存在明顯的輻射量差異，而且應考慮太陽能在少數(shù)年份的不穩(wěn)定性； 正午太陽時1113時的太陽能平均輻射強度與年平均輻射時間在一天之中都是最強、最長的，因此 太陽能資源日最佳利用時間是中午1113時。II太陽能產業(yè)發(fā)展分析 太陽能現(xiàn)代技術設備的應用起步較晚，與全國先進地區(qū)相比差距較大。太陽能熱水器的普及率還不算高，每千人太陽能熱水器保有量僅為22。目前， 在太陽能利用方面較為成熟的兩大產品是太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)；太陽能供熱采暖系統(tǒng)和太陽能空調系統(tǒng)，

5、在 還屬空白。太陽能建筑一體化工程還處于試驗階段，未全面推廣。太陽能光伏利用基本以太陽能路燈、小區(qū)燈等為主。1太陽能熱水器產業(yè)現(xiàn)狀 太陽能熱水器企業(yè)眾多，但本土企業(yè)均沒有掌握太陽能熱水器的核心技術和生產集熱管的能力，大部分商家是手工作坊式運作。通過對 太陽能市場上市場占有率達到80%以上，規(guī)模相對較大的四家企業(yè)的調研統(tǒng)計，主要經營的產品為家用太陽能熱水器、集中太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能路燈、信號燈等。調查數(shù)據(jù)統(tǒng)計見圖1和圖2。圖1 太陽能熱水器近三年產量分析圖 圖2 太陽能熱水器近三年產值分析圖由圖1、2可知，近三年 太陽能熱水器市場呈總體遞增的趨勢。隨著國家節(jié)能政策、節(jié)能法規(guī)的頒布與實施和 “兩

6、型社會”建設的不斷推進，2008年 的太陽能熱水器的銷量與產值突飛猛進，產量與產值是前兩年的近10倍。圖3為 4家企業(yè)2008年太陽能利用市場銷售情況分析圖，從圖中可以看出 太陽能利用主要為光熱利用，占太陽能總利用的99%，具有主導地位，光伏利用較少僅為1%。其中家庭式太陽能熱水器占總太陽利用市場的62%，是 太陽能熱利用的主要形式。圖3 2008年太陽能利用市場銷售情況分析圖2 光伏產業(yè)現(xiàn)狀目前 共有在建、簽約、在談光伏產業(yè)項目7個，全部項目總投資130億元以上，預計產值可達400億元以上。為進一步推進 光伏產業(yè)快速發(fā)展，市政府決定在 高新區(qū)麓谷建立 光伏產業(yè)基地，并將出臺一系列支持光伏產業(yè)

7、發(fā)展的優(yōu)惠政策，吸引一大批國內外光伏產品研發(fā)生產企業(yè)向麓谷聚集，成為 新型工業(yè)化的增長極。中國電子科技集團公司第四十八研究所作為湖南光伏產業(yè)的龍頭企業(yè)，光伏產業(yè)項目總投資18億元，將形成200MW光伏產業(yè)鏈，預計產值將超過100億元。未來3年，電四十八所晶體硅太陽能光伏電池產能預計將達到500MW以上加。 中建大廈玻璃幕墻是國際首創(chuàng)百頁式太陽能發(fā)電幕墻，發(fā)電面積2000平方左右，裝機功率100千瓦，是目前世界最大的非晶硅太陽能幕墻，發(fā)電量約10萬度/年，被評為“2008年度國家可再生能源建筑應用示范工程”。III 太陽能建筑應用工程現(xiàn)狀對 近三年15個已經建設竣工的太陽能建筑應用（太陽能熱水系

8、統(tǒng)）工程項目進行了調研。 太陽能集中熱水系統(tǒng)主要為醫(yī)院和賓館使用，工程數(shù)量逐年增加，2006-2008年工程數(shù)量分布分別為1、6、8。太陽能集中熱水竣工項目集熱器面積如圖4所示，2008年太陽能熱水工程項目集熱器總面積為3590m2，是2006年的4倍多。圖4 06-08年太陽能熱水工程 圖5 抽樣調查太陽能熱水系統(tǒng)抽樣集熱器面積分布圖 集熱器類型圖5為調研工程項目中太陽集熱器不同種類使用情況，在調研工程項目中，太陽能熱水器主要有平板型和真空管型。平板型和真空型太陽能熱水器占有的比例分布為81%和19%，平板型太陽能熱水器是目前 太陽能集中熱水系統(tǒng)工程項目中主要使用形式。2 淺層地熱能建筑應用

9、現(xiàn)狀I 淺層地熱能資源概況在大地構造位置上， 位于揚子準地臺的東南隅，次級構造單元 平江斷陷盆地的西南部，緊鄰華南褶皺系。地層主要發(fā)育第四系、白堊系、泥盆系、石炭系、二疊系地層，第三系在區(qū)內局部有分布，而侏羅系在區(qū)內僅有零星分布，志留系在區(qū)內缺失。區(qū)內分布最廣的地層是中生界白堊系、中元古界板溪群，其次為新生界第四系3。區(qū)域大部分地區(qū)平均土壤綜合導熱系數(shù)在1.52.5 W/(m)之間，淺層土壤平均溫度在1825之間。 水資源以地表水為主，全市水能蘊藏量24.53萬千瓦，為 提供了豐富的水資源，但現(xiàn)僅利用16.72%。 水文特征：水系完整，河網密布；水量較多，水能資源豐富；冬不結冰，含沙量少。 支

10、流河長5公里以上的有302條，地下水資源儲量大，2008年地下水總儲量12.94億m3/年，富水區(qū)域占市區(qū)總面積的80%以上。II 地源熱泵產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 淺層地熱能利用時間相對較晚，2004年才開始有第一個水源熱泵項目。最近幾年發(fā)展比較快，根據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2009年7月，已經竣工的項目共計19個，總面積達18.6萬m2。圖6、圖7分別為 近5年地源熱泵項目工程數(shù)量和地源熱泵系統(tǒng)空調面積分布圖。圖6 近5年地源熱泵工程數(shù)量分布圖 圖7 近5年地源熱泵空調面積分布圖 到目前為止， 淺層地熱建筑應用項目已經涵蓋了三大基本利用方式：地表水水源熱泵、地下水水源熱泵、土壤源熱泵。圖8為本次調研的地源

11、熱泵項目中水源與土壤源熱泵空調面積分布圖， 地源熱泵主要使用形式為水源熱泵，空調面積為12.7萬m2，占地源熱泵總空調面積的68%。圖8 近5年水源熱泵與土壤源熱泵 圖9 從事地源熱泵相關機構比例圖地源熱泵項目帶動本地和外地從事淺層地熱勘察、地源熱泵設計、施工及設備制造企業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)數(shù)量也從原來的幾家發(fā)展到現(xiàn)在的近30家，產品、技術也日臻趨于成熟。目前 地區(qū)從事淺層地熱能建筑應用的科研院校有6家，勘察設計單位5家，設備廠家及集成商18家。由圖9可以看出，設備廠家及集成商所占比例較大為62%，科研院校和勘察設計單位所占比例分別為21%和17%。3 可再生能源建筑應用發(fā)展中存在的問題I 太陽

12、能建筑應用（1）缺乏相應的激勵機制和政策，并且行動較為滯后。在國家于2006年頒發(fā)了可再生能源法后，其它省市相繼出臺了各種激勵辦法和強制措施但湖南仍處于觀望和等待階段。（2）真空管質量問題。 場上真空管長度為1.21.8m，其質量出現(xiàn)良莠不齊現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在集熱效果和鍍膜技術兩個方面，有待加強太陽能產品質量的監(jiān)督、檢測、檢查和管理，淘汰質量低劣的產品。（3） 尚無從事太陽能應用研究的專業(yè)機構，專業(yè)人才缺乏。由于對太陽能應用技術研究的嚴重不足，從而制約了我省太陽能應用的開發(fā)研究和產業(yè)發(fā)展。（4）太陽能熱水器制造廠家停留在仿制省外產品，規(guī)模小，技術含量低，無法與省外的太陽能熱水器競爭。目前市場上9

13、0%左右的太陽能熱水器產品是在非承壓的狀態(tài)下運行，有些非承壓產品質量性能不夠穩(wěn)定，返修率高，售后服務跟不上，在一定程度上影響其推廣使用。II 淺層地熱能建筑應用地源熱泵作為一種新型的制冷供暖方式，在 雖然發(fā)展勢頭較好，但作為一個整體的系統(tǒng)來推廣應用時，還是存在很多的問題。（1）缺乏詳細的勘察調研。地水源熱泵市場的開發(fā)需要對當?shù)氐刭|條件進行詳細的勘察，但目前大部分項目并沒有進行前期的勘察和土壤的熱物性測試，造成部分項目的設計不能滿足實際的負荷需求，運行效果上出現(xiàn)問題，在一定程度上制約了地源熱泵機組的推廣使用。（2） 地區(qū)地質條件相對較為復雜，地源熱泵對地質結構要求相對要高，地質結構如出現(xiàn)卵石層、

14、巖石層會增加投資成本和工期，因此很多建設單位擔心會增加建設成本，并對節(jié)能經濟效益和運行效果表示憂慮而最終選擇放棄，為地源熱泵的大面積推廣增加了障礙。（3）政府相關職能部門之間缺乏溝通機制，地源熱泵和水源熱泵項目的審批手續(xù)過于復雜，目前 還沒有出臺具體的管理辦法，來引導項目進行辦理相關的審批手續(xù)。例如湘江沿岸一些建筑項目，設計時考慮采用水源熱泵，但在審批中過程牽涉到的部門太多、周期太長而放棄。（4）大部分的建筑設計單位在設計使用地源熱泵時，需要依賴生產單位或技術咨詢公司，而二者的溝通渠道通常因為利益問題不是非常順暢，設計單位怕增加工作難度和承擔相關責任，而勸說建設單位放棄地源熱泵的設計方案，從而

15、也增大了地源熱泵的推廣難度。4 可再生能源建筑應用發(fā)展的策略自2007年12月14日國家發(fā)改委批準 為全國資源節(jié)約型、環(huán)境友好型建設綜合配套改革試驗區(qū)以來，在推進“兩型”城市建設綜合配套改革中，一直以可再生能源建筑應用視為工作重點。通過大規(guī)模在建筑用能系統(tǒng)推廣應用可再生資源，實現(xiàn)調整 建筑用能結構、節(jié)約建筑耗能，大力推進城市建筑節(jié)能發(fā)展。I 建立專職組織機構可再生能源建筑應用的推廣涉及水文、水利、電力等諸多部門，是一個跨多行業(yè)、多專業(yè)綜合應用技術，各級部門的領導應高度重視可再生能源的綜合利用，成立專門的可再生能源建筑應用領導小組。加強組織領導，各部門協(xié)調配合，解決推廣工作中遇到的問題，督促各項

16、工作的落實，總結工作中的經驗教訓等，積極而穩(wěn)妥地推進可再生能源在建筑中應用的工作。II 完善可再生能源建筑應用政策法規(guī)、技術標準體系結合 可再生資源狀況的特點，建立和完善具有 特色的可再生能源建筑應用政策法規(guī)，研究制定適宜 可再生能源建筑應用特點的相關經濟激勵政策措施。以政府引導的方式推進 可再生能源建筑應用工作，規(guī)范可再生能源建筑應用市場，使 建筑節(jié)能工作持續(xù)、穩(wěn)定、科學發(fā)展。III 完善經濟激勵制度，擴寬籌資渠道充分借助政策激勵措施推動可再生能源建筑應用市場的發(fā)展，貫徹落實國家法律法規(guī)，制定強制性推廣政策，發(fā)揮財政、稅收等經濟政策的引導和調控作用，促進可再生能源在建筑中應用和相應產業(yè)的發(fā)展

17、政策。爭取中央財政的專項補助，充分利用 財政收入來激勵和推進可再生能源在 建筑中應用；充分發(fā)揮市場機制，引導社會資金投入。IV 制定財政資金使用計劃，保障可再生能源建筑領域應用財政補助資金使用管理的好壞是地方能否成功推廣可再生能源建筑應用的關鍵。應組織相關制定 可再生能源建筑應用城市示范應用專項資金暫行管理辦法，力求做到公平合理，撥款程序嚴格按制度透明操作，對符合規(guī)定要求的可再生能源建筑應用項目，及時支付補助款項。通過無障礙實施財政補助，以資金激勵方式推動 可再生能源建筑應用規(guī)模化。V 培育和促進可再生能源建筑應用產業(yè)發(fā)展借助 兩型社會建設的有利政策，以發(fā)展循環(huán)經濟為指導，示范引路，以點帶面，

18、建立有效的項目管理體系,“十一五”期間完成太陽能光熱建筑一體化、地表水地源熱泵、地下水地源熱泵、地埋管地源熱泵等可再生能源建筑規(guī)?；瘧檬痉俄椖浚嘤痛龠M可再生能源建筑應用產業(yè)發(fā)展。VI 應大力宣傳和推廣可再生能源在建筑領域中的應用不斷提高人們對能源狀況的憂患意識和應用可再生能源重要意義的認識，使可再生能源建筑應用的知識進入到千家萬戶。報社、電臺、電視臺、文化教育及有關社會團體，應充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，通過形式多樣的宣傳教育活動，營造社會各界廣泛參與，人人支持的良好輿論氛圍。5 結論及建議I 年平均太陽總輻射量雖然不是很豐富，但平均日照時間較長，特別是夏季日照較為充足，具有較好的可利用價值。 太陽能企業(yè)均以代銷外地品牌熱水器為主； 太陽能產業(yè)總體呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢，主要以光熱利用為主，隨著政府對太陽能光伏發(fā)電的重視和推廣， 光伏發(fā)電也得到進一步發(fā)展。 太陽能集中熱水系統(tǒng)主要為醫(yī)院和賓館使用，工程數(shù)量及竣工項目集熱器面積逐年增加，平板型太陽能熱水器是目前 太陽能集中熱水系統(tǒng)工程項目中主要使用形式。II 具有豐富的地表水資源，大部分地區(qū)適合土壤源熱泵系統(tǒng)，淺層地熱能利用潛力較大。 地源熱泵產業(yè)近幾年得到較