浅谈可再生能源的建筑应用

浅谈可再生能源的建筑应用摘要：本文主要讨论可再生能源（太阳能、浅层地热能）在建筑中的应用现状及发展策略。通过对太阳总辐射资料、地区前期勘测的地质水文资料等大量资料的查阅，对现有的太阳能和浅层地能资源状况进行了简单分析；在问卷调查和实地调研的基础上，对可再生能源建筑应用相关产业及现有的工程项目进行统计，并对可再生能源建筑应用现状进行深入剖析，发现目前存在的问题并为今后的发展指明了方向；结合的实际情况提出了一些具有针对性和可操作性的建议，找到适合可再生能源建筑应用的思路，为建筑中节约常规能源提供参考。关键词：可再生能源、建筑节能、太阳能、地源热泵、建筑应用引言能源是人类社会生存与发展的物质基础，开发利用可再生能源是确保能源供需平衡、减少环境污染的先决条件。是典型的能源匮乏城市，能源供需缺口大，据统计，电力、石油、天然气等能源的市外净调入量占全市消费总量的90%左右。目前正处于城市化和新型工业化快速发展时期，建筑能耗呈现快速增长态势。尤其是国家“两型社会”建设综合配套改革试验区的设立，为带来了前所未有的发展机遇，同时也为的能源供应带来巨大压力。因此，利用太阳能、浅层地能等可再生能源解决建筑的采暖空调、热水供应、照明等，对替代常规能源，促进建筑节能具有重要意义，在“两型社会”的建设中尤为重要与迫切。本文主要讨论《中华人民共和国可再生能源法》中界定的可再生能源种类中（包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能）与建筑较为相关的太阳能及浅层地热能。1太阳能建筑应用现状I太阳能资源概况是湖南省省会，位于湖南省东部偏北，其地域范围为东经111°53′—114°15′，北纬27°51′—28°41′[1]。属于亚热带季风湿润气候区，温和湿润，季节变化明显，冬寒夏热，四季分明。地区年平均气温为17.1℃，1月最冷，平均4.8℃，7月最热，平均气温28.8℃[2]。对1989～2008年太阳总辐射资料进行分析计算，多年平均太阳年总辐射量为3866MJ/（m2·a），属于太阳能资源四类地区，资源贫乏区；年平均日照时数为1490h，日照时数大于6小时的天数为163天，在这些天数中，具有较好的可利用价值；的太阳能资源不太稳定，长期统计数据显示太阳能资源不仅在季节方面存在明显的辐射量差异，而且应考虑太阳能在少数年份的不稳定性；正午太阳时11～13时的太阳能平均辐射强度与年平均辐射时间在一天之中都是最强、最长的，因此太阳能资源日最佳利用时间是中午11～13时。II太阳能产业发展分析太阳能现代技术设备的应用起步较晚，与全国先进地区相比差距较大。太阳能热水器的普及率还不算高，每千人太阳能热水器保有量仅为22㎡。目前，在太阳能利用方面较为成熟的两大产品是太阳能热水系统和太阳能光伏发电系统；太阳能供热采暖系统和太阳能空调系统，在还属空白。太阳能建筑一体化工程还处于试验阶段，未全面推广。太阳能光伏利用基本以太阳能路灯、小区灯等为主。1太阳能热水器产业现状太阳能热水器企业众多，但本土企业均没有掌握太阳能热水器的核心技术和生产集热管的能力，大部分商家是手工作坊式运作。通过对太阳能市场上市场占有率达到80%以上，规模相对较大的四家企业的调研统计，主要经营的产品为家用太阳能热水器、集中太阳能热水系统和太阳能路灯、信号灯等。调查数据统计见图1和图2。图1太阳能热水器近三年产量分析图图2太阳能热水器近三年产值分析图由图1、2可知，近三年太阳能热水器市场呈总体递增的趋势。随着国家节能政策、节能法规的颁布与实施和“两型社会”建设的不断推进，2008年的太阳能热水器的销量与产值突飞猛进，产量与产值是前两年的近10倍。图3为4家企业2008年太阳能利用市场销售情况分析图，从图中可以看出太阳能利用主要为光热利用，占太阳能总利用的99%，具有主导地位，光伏利用较少仅为1%。其中家庭式太阳能热水器占总太阳利用市场的62%，是太阳能热利用的主要形式。图32008年太阳能利用市场销售情况分析图2光伏产业现状目前共有在建、签约、在谈光伏产业项目7个，全部项目总投资130亿元以上，预计产值可达400亿元以上。为进一步推进光伏产业快速发展，市政府决定在高新区麓谷建立光伏产业基地，并将出台一系列支持光伏产业发展的优惠政策，吸引一大批国内外光伏产品研发生产企业向麓谷聚集，成为新型工业化的增长极。中国电子科技集团公司第四十八研究所作为湖南光伏产业的龙头企业，光伏产业项目总投资18亿元，将形成200MW光伏产业链，预计产值将超过100亿元。未来3年，电四十八所晶体硅太阳能光伏电池产能预计将达到500MW以上加。中建大厦玻璃幕墙是国际首创百页式太阳能发电幕墙，发电面积2000平方左右，装机功率100千瓦，是目前世界最大的非晶硅太阳能幕墙，发电量约10万度/年，被评为“2008年度国家可再生能源建筑应用示范工程”。III太阳能建筑应用工程现状对近三年15个已经建设竣工的太阳能建筑应用（太阳能热水系统）工程项目进行了调研。太阳能集中热水系统主要为医院和宾馆使用，工程数量逐年增加，2006-2008年工程数量分布分别为1、6、8。太阳能集中热水竣工项目集热器面积如图4所示，2008年太阳能热水工程项目集热器总面积为3590m2，是2006年的4倍多。真空管19%平板型81%真空管平板型0500010000150002000025000300003500040000450002006年2007年2008年历年产量(集热面积m2)05001000150020002500300035002006年2007年2008年历年产值(万元)050010001500200025003000350040002006年2007年2008年集热器面积(m2)图406-08年太阳能热水工程图5抽样调查太阳能热水系统抽样集热器面积分布图集热器类型图5为调研工程项目中太阳集热器不同种类使用情况，在调研工程项目中，太阳能热水器主要有平板型和真空管型。平板型和真空型太阳能热水器占有的比例分布为81%和19%，平板型太阳能热水器是目前太阳能集中热水系统工程项目中主要使用形式。2浅层地热能建筑应用现状I浅层地热能资源概况在大地构造位置上，位于扬子准地台的东南隅，次级构造单元——平江断陷盆地的西南部，紧邻华南褶皱系。地层主要发育第四系、白垩系、泥盆系、石炭系、二叠系地层，第三系在区内局部有分布，而侏罗系在区内仅有零星分布，志留系在区内缺失。区内分布最广的地层是中生界白垩系、中元古界板溪群，其次为新生界第四系[3]。区域大部分地区平均土壤综合导热系数在1.5～2.5W/(m℃)之间，浅层土壤平均温度在18～25℃之间。水资源以地表水为主，全市水能蕴藏量24.53万千瓦，为提供了丰富的水资源，但现仅利用16.72%。水文特征：水系完整，河网密布；水量较多，水能资源丰富；冬不结冰，含沙量少。支流河长5公里以上的有302条，地下水资源储量大，2008年地下水总储量12.94亿m3/年，富水区域占市区总面积的80%以上。II地源热泵产业发展现状浅层地热能利用时间相对较晚，2004年才开始有第一个水源热泵项目。最近几年发展比较快，根据不完全统计，截止到2009年7月，已经竣工的项目共计19个，总面积达18.6万m2。图6、图7分别为近5年地源热泵项目工程数量和地源热泵系统空调面积分布图。图6近5年地源热泵工程数量分布图图7近5年地源热泵空调面积分布图到目前为止，浅层地热建筑应用项目已经涵盖了三大基本利用方式：地表水水源热泵、地下水水源热泵、土壤源热泵。图8为本次调研的地源热泵项目中水源与土壤源热泵空调面积分布图，地源热泵主要使用形式为水源热泵，空调面积为12.7万m2，占地源热泵总空调面积的68%。科研院校21%勘察设计单位17%设备厂家及集成商62%科研院校勘察设计单位设备厂家及集成商水源热泵68%土壤源热泵32%水源热泵土壤源热泵0123456782004年2005年2006年2007年2008年工程数量（个）010000200003000040000500006000070000800002004年2005年2006年2007年2008年空调面积m2图8近5年水源热泵与土壤源热泵图9从事地源热泵相关机构比例图地源热泵项目带动本地和外地从事浅层地热勘察、地源热泵设计、施工及设备制造企业的快速发展，企业数量也从原来的几家发展到现在的近30家，产品、技术也日臻趋于成熟。目前地区从事浅层地热能建筑应用的科研院校有6家，勘察设计单位5家，设备厂家及集成商18家。由图9可以看出，设备厂家及集成商所占比例较大为62%，科研院校和勘察设计单位所占比例分别为21%和17%。3可再生能源建筑应用发展中存在的问题I太阳能建筑应用（1）缺乏相应的激励机制和政策，并且行动较为滞后。在国家于2006年颁发了《可再生能源法》后，其它省市相继出台了各种激励办法和强制措施．但湖南仍处于观望和等待阶段。（2）真空管质量问题。场上真空管长度为1.2～1.8m，其质量出现良莠不齐现象，主要表现在集热效果和镀膜技术两个方面，有待加强太阳能产品质量的监督、检测、检查和管理，淘汰质量低劣的产品。（3）尚无从事太阳能应用研究的专业机构，专业人才缺乏。由于对太阳能应用技术研究的严重不足，从而制约了我省太阳能应用的开发研究和产业发展。（4）太阳能热水器制造厂家停留在仿制省外产品，规模小，技术含量低，无法与省外的太阳能热水器竞争。目前市场上90%左右的太阳能热水器产品是在非承压的状态下运行，有些非承压产品质量性能不够稳定，返修率高，售后服务跟不上，在一定程度上影响其推广使用。II浅层地热能建筑应用地源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，在虽然发展势头较好，但作为一个整体的系统来推广应用时，还是存在很多的问题。（1）缺乏详细的勘察调研。地水源热泵市场的开发需要对当地地质条件进行详细的勘察，但目前大部分项目并没有进行前期的勘察和土壤的热物性测试，造成部分项目的设计不能满足实际的负荷需求，运行效果上出现问题，在一定程度上制约了地源热泵机组的推广使用。（2）地区地质条件相对较为复杂，地源热泵对地质结构要求相对要高，地质结构如出现卵石层、岩石层会增加投资成本和工期，因此很多建设单位担心会增加建设成本，并对节能经济效益和运行效果表示忧虑而最终选择放弃，为地源热泵的大面积推广增加了障碍。（3）政府相关职能部门之间缺乏沟通机制，地源热泵和水源热泵项目的审批手续过于复杂，目前还没有出台具体的管理办法，来引导项目进行办理相关的审批手续。例如湘江沿岸一些建筑项目，设计时考虑采用水源热泵，但在审批中过程牵涉到的部门太多、周期太长而放弃。（4）大部分的建筑设计单位在设计使用地源热泵时，需要依赖生产单位或技术咨询公司，而二者的沟通渠道通常因为利益问题不是非常顺畅，设计单位怕增加工作难度和承担相关责任，而劝说建设单位放弃地源热泵的设计方案，从而也增大了地源热泵的推广难度。4可再生能源建筑应用发展的策略自2007年12月14日国家发改委批准为全国资源节约型、环境友好型建设综合配套改革试验区以来，在推进“两型”城市建设综合配套改革中，一直以可再生能源建筑应用视为工作重点。通过大规模在建筑用能系统推广应用可再生资源，实现调整建筑用能结构、节约建筑耗能，大力推进城市建筑节能发展。I建立专职组织机构可再生能源建筑应用的推广涉及水文、水利、电力等诸多部门，是一个跨多行业、多专业综合应用技术，各级部门的领导应高度重视可再生能源的综合利用，成立专门的可再生能源建筑应用领导小组。加强组织领导，各部门协调配合，解决推广工作中遇到的问题，督促各项工作的落实，总结工作中的经验教训等，积极而稳妥地推进可再生能源在建筑中应用的工作。II完善可再生能源建筑应用政策法规、技术标准体系结合可再生资源状况的特点，建立和完善具有特色的可再生能源建筑应用政策法规，研究制定适宜可再生能源建筑应用特点的相关经济激励政策措施。以政府引导的方式推进可再生能源建筑应用工作，规范可再生能源建筑应用市场，使建筑节能工作持续、稳定、科学发展。III完善经济激励制度，扩宽筹资渠道充