Study on the Suitability of Renewable Energy in the Government Office Buildings of Zhejiang Province

陳永攀1,王建奎1,林 奕1,費(fèi)然波2,趙 丹2CHEN Yongpan1, WANG Jiankui1, LIN Yi1, FEI Ranbo2, ZHAO Dan2（1.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310012；2.浙江建科建筑節(jié)能科技有限公司，浙江杭州310012）

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可再生能源在浙江省機(jī)關(guān)辦公建筑中的適宜性研究

Study on the Suitability of Renewable Energy in the Government Office Buildings of Zhejiang Province

陳永攀1,王建奎1,林 奕1,費(fèi)然波2,趙 丹2
CHEN Yongpan1, WANG Jiankui1, LIN Yi1, FEI Ranbo2, ZHAO Dan2
（1.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310012；2.浙江建科建筑節(jié)能科技有限公司，浙江杭州310012）

摘 要：在回顧國家和浙江省對機(jī)關(guān)辦公建筑應(yīng)用可再生能源政策支持的基礎(chǔ)上，結(jié)合浙江省機(jī)關(guān)辦公建筑的特點(diǎn)、可再生能源資源情況、可再生能源系統(tǒng)特點(diǎn)，采用平均綜合得分法研究了不同可再生能源形式在浙江省機(jī)關(guān)辦公建筑應(yīng)用中的適宜性，得出了可再生能源應(yīng)用優(yōu)先級排序。

關(guān)鍵詞：可再生能源；機(jī)關(guān)辦公建筑；平均綜合得分法；適宜性

可再生能源是指從自然界直接獲取的、可連續(xù)再生、永續(xù)利用的一次能，包括太陽能、淺層地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì)能源等，它是替代常規(guī)能源，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的重要方式?？稍偕茉唇ㄖ?yīng)用對于促進(jìn)建筑節(jié)能、改善城市環(huán)境具有重要意義，同時(shí)機(jī)關(guān)辦公建筑的“示范”效應(yīng)很容易促進(jìn)全社會節(jié)能意識的形成和節(jié)能工作的推進(jìn)。

1 概述

1.1 政策的支持

2006年原建設(shè)部頒布的《關(guān)于推進(jìn)可再生能源在建筑中應(yīng)用的實(shí)施意見》，全面啟動(dòng)了可再生能源在建筑領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用示范［1］。2007年《關(guān)于加強(qiáng)國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實(shí)施意見》，要求國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑所有權(quán)人或使用人，可委托專業(yè)的能源服務(wù)機(jī)構(gòu)科學(xué)論證節(jié)能改造的必要性、可行性，以及投入收益比，在改造時(shí)應(yīng)同步考慮采用可再生能源［2］。

2013年國務(wù)院辦公廳頒布了《綠色建筑行動(dòng)方案》，要求積極推動(dòng)太陽能、淺層地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能等可再生能源在建筑上的應(yīng)用，到2015年末新增可再生能源的建筑應(yīng)用面積25億m2，形成常規(guī)能源替代能力3 000萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，示范地區(qū)建筑可再生能源消費(fèi)量占建筑能耗總量的比例達(dá)到10%以上。

2007年原浙江省建設(shè)廳頒布的《太陽能在建筑中利用實(shí)施的若干意見》，要求在12層（含）以下新建居住建筑中應(yīng)全面應(yīng)用太陽能熱水系統(tǒng)，12層以上支持應(yīng)用太陽能熱水系統(tǒng)；鼓勵(lì)支持應(yīng)用光伏和其他太陽能利用系統(tǒng)。有生活熱水系統(tǒng)的12層（含）以下新建公共建筑，應(yīng)全面應(yīng)用太陽能利用系統(tǒng)；其他新建公共建筑和既有建筑改造，鼓勵(lì)應(yīng)用太陽能利用系統(tǒng)。

2011年《浙江省綠色城鎮(zhèn)行動(dòng)方案》，要求加強(qiáng)民用建筑用能管理，擴(kuò)大太陽能等可再生能源的建筑應(yīng)用，到2015年新建民用建筑全面實(shí)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，既有高耗能建筑節(jié)能改造率達(dá)到30%以上，建成太陽能光熱等可再生能源建筑應(yīng)用建筑面積5 000萬m2以上。2013年，浙江省實(shí)施《公共機(jī)構(gòu)節(jié)能條例》辦法，要求公共機(jī)構(gòu)實(shí)施既有建筑節(jié)能改造，優(yōu)先采用節(jié)能效果顯著的新材料、新產(chǎn)品、新技術(shù)和新工藝，鼓勵(lì)利用太陽能等可再生能源。

《浙江省綠色建筑發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2015—2017）》，要求積極推進(jìn)太陽能、地?zé)崮?、空氣能等可再生能源在建筑中的?yīng)用。新建公共機(jī)構(gòu)辦公建筑和建筑面積1萬m2以上的公共建筑項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)按國家和省有關(guān)要求利用1種以上的可再生能源。2015年《浙江省綠色建筑條例（草案）》，要求新建居住建筑、政府投資或者以政府投資為主的公共建筑和總建筑面積1萬m2以上的其他公共建筑，應(yīng)當(dāng)按照國家和省有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)利用1種以上可再生能源。

1.2 存在的問題

在可再生能源建筑應(yīng)用的實(shí)踐中，不少機(jī)關(guān)辦公建筑的管理者缺乏應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，面對多種多樣又各有優(yōu)缺點(diǎn)的可再生能源形式，不確定究竟哪種可再生能源適合用在自己的機(jī)關(guān)辦公建筑上。

為解決以上問題，需要研究可再生能源在機(jī)關(guān)辦公建筑中的適宜性問題，即結(jié)合機(jī)關(guān)辦公建筑的特點(diǎn)、當(dāng)?shù)乜稍偕茉促Y源情況和可再生能源系統(tǒng)特點(diǎn)，分析研究適宜的可再生能源利用形式。

2 機(jī)關(guān)辦公建筑特點(diǎn)

機(jī)關(guān)辦公建筑是由中央或各級地方政府從財(cái)政撥款或通過行政手段融資后興建，且單獨(dú)為政府各級機(jī)關(guān)部門辦公使用的公共建筑。

2.1 功能特點(diǎn)

機(jī)關(guān)辦公建筑用房按功能分為辦公室用房、公共服務(wù)用房、設(shè)備用房和附屬用房。各類用房的功能如下：

1）辦公室用房，包括領(lǐng)導(dǎo)辦公室和一般人員辦公室；

2）公共服務(wù)用房，包括會議室、接待室、檔案室、文印室、收發(fā)室、信息中心、衛(wèi)生間、警衛(wèi)室等；

3）設(shè)備用房，包括變配電室、水泵房、電梯機(jī)房、制冷機(jī)房等；

4）附屬用房，包括食堂、汽車庫、消防用房等。

2.2 建筑特點(diǎn)

機(jī)關(guān)辦公建筑多為有坡屋頂?shù)亩鄬咏ㄖ驇轿蓓數(shù)囊?、二類高層建筑，且屋頂多為非上人屋面，坡屋頂和平屋頂為安裝太陽能集熱器或太陽能光伏板提供了較好的安裝空間。

機(jī)關(guān)辦公建筑由于裝修與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)限制，很少安裝玻璃幕墻；外觀要求莊嚴(yán)肅穆，因此沒有陽臺，不能安裝陽臺式太陽能熱水系統(tǒng)。

機(jī)關(guān)辦公建筑周圍一般有寬闊的廣場空地規(guī)劃為停車場或綠化地面，因此為土壤源熱泵打孔安裝地埋管提供了空間。若機(jī)關(guān)辦公建筑離江河湖泊較近，也可以考慮地表水源熱泵。

2.3 用能特點(diǎn)

用能安全要求高。機(jī)關(guān)辦公建筑的信息中心要求常年不間斷供電，辦公室用房、設(shè)備用房和附屬用房的用能安全要求也很高，若出現(xiàn)停電則影響辦公，影響群眾辦事。

用能規(guī)律性強(qiáng)。機(jī)關(guān)辦公建筑的辦公室用房、設(shè)備用房和附屬用房一般為工作日使用、周末停用，白天集中工作，有少量加班；公共服務(wù)用房除信息中心常年使用外，其余房間也是工作日使用、周末停用。

用能量較大，能源利用率較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)關(guān)辦公建筑單位面積的耗能量是一般居住建筑耗能量的5～10倍，人均能耗也較高。用熱水需求較少。機(jī)關(guān)辦公建筑中只有衛(wèi)生間和食堂會用到生活熱水，且用水量有限。

一般設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)，且夏季冷負(fù)荷高、冬季熱負(fù)荷低。浙江省地處夏熱冬冷地區(qū)，夏季氣溫高、濕度大，開啟空調(diào)制冷時(shí)間長；而冬季氣溫低的時(shí)間較短，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫做得好，電氣設(shè)備余熱大，機(jī)關(guān)辦公人員節(jié)能意識強(qiáng)。

3 浙江省可再生能源資源情況

3.1 太陽能

我國太陽能資源分布是不均衡的，按輻射強(qiáng)度劃分，大致可以劃分為四類地區(qū)，浙江省各地年太陽能輻射量在4 200～4 800 MJ/（m2·a），屬于三類地區(qū)范圍［3］。圖1為浙江省太陽能資源利用分區(qū)，分別有兩個(gè)高值和低值區(qū)，一個(gè)高值區(qū)位于浙江東北方向的海島上，另一個(gè)在金衢盆地；低值區(qū)之一位于西北山區(qū)，另一個(gè)在南部山區(qū)和東南沿海。Ⅰ區(qū)的太陽能輻射總量大于等于4 500 MJ（m2·a）；Ⅱ區(qū)的太陽能輻射總量介于4 350～4 500 MJ/（m2·a）；Ⅲ區(qū)的太陽能輻射總量小于等于4 350 MJ/（m2·a）。

圖1 浙江省輻射量分區(qū)圖

浙江省人多地少，“七山一水二分田”，土地資源十分稀缺，建設(shè)地面太陽能發(fā)電站占地較多，因此浙江省要大面積建設(shè)地面太陽能發(fā)電站是不現(xiàn)實(shí)的，而利用閑置的“建筑屋頂”安裝太陽能利用裝置，是切實(shí)可行的太陽能利用方式。

3.2 淺層地?zé)崮?/p>

浙江省位于中國大陸東南部，為季風(fēng)頻繁活動(dòng)地帶，濕潤多雨，多年平均降水量達(dá)1 600 mm以上。豐沛的水量，多山的地貌，形成眾多的河流。浙江省從北至南有苕溪、運(yùn)河、錢塘江、甬江、椒江、甌江、飛云江和鰲江等八大水系，有東錢湖、西湖、鑒湖、南湖四大湖泊，和杭嘉湖、姚慈、紹虞、溫瑞、臺州五大平原河網(wǎng)［4］。

浙江省絕大多數(shù)地區(qū)雨水充足，地下水位相對較高，土壤含水率高，通過土壤中水的流動(dòng)傳熱作用，為地埋管換熱系統(tǒng)的實(shí)施提供了有利條件。淺層地?zé)崮苜Y源調(diào)查數(shù)據(jù)表明，浙江省處于土壤源熱泵較適宜區(qū)，具有較好的資源潛力和應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.3 空氣能

浙江省氣溫分區(qū)見圖2，按溫度分區(qū)：15.6℃～16.0℃為Ⅰ區(qū)，16.0℃～16.5℃為Ⅱ區(qū)，16.5℃～17.0℃為Ⅲ區(qū)，17.0℃～17.5℃為Ⅳ區(qū)，17.5℃～18.4℃為Ⅴ區(qū)。浙江省空氣能資源豐富，浙江省主要城市常年平均溫度見表1，各地全年平均氣溫都在16.0℃以上。

圖2 浙江省氣溫分區(qū)圖

表1 浙江省主要城市全年平均氣溫℃

根據(jù)浙江省氣候特點(diǎn)，空氣源熱泵熱水系統(tǒng)年平均系統(tǒng)能效比約為2.5。2012年浙江省第十一屆人民代表大會常務(wù)委員會通過的《浙江省可再生能源開發(fā)利用促進(jìn)條例》明確將空氣能定性為可再生能源。2015年，《關(guān)于印發(fā)〈浙江省可再生能源建筑一體化應(yīng)用試點(diǎn)示范工作實(shí)施方案〉的通知》中，明確指出推進(jìn)可再生能源建筑一體化應(yīng)用的重點(diǎn)工作，是大力推廣空氣源熱泵熱水技術(shù)等可再生能源。

4 可再生能源系統(tǒng)特點(diǎn)

4.1 太陽能光伏發(fā)電

太陽能光伏與建筑的結(jié)合有兩種形式：一類是建筑與光伏系統(tǒng)結(jié)合（BAPV）；另一類是建筑與光伏組件結(jié)合（BIPV）。其中建筑與光伏系統(tǒng)結(jié)合主要包括光伏系統(tǒng)與建筑屋頂結(jié)合、與外墻結(jié)合、與遮陽裝置結(jié)合、與窗戶及采光頂結(jié)合、光伏幕墻［3］。

建筑與光伏組件結(jié)合還要考慮結(jié)構(gòu)安全性，包括組件本身的結(jié)構(gòu)安全和固定組件的連接方式的安全性；在屋頂安裝太陽能光伏系統(tǒng)，要考慮建筑的承重和光伏板承受的風(fēng)荷載。

光伏系統(tǒng)靜態(tài)投資回收期約6.5年，管理維修難度很低，一般不需要專人管理；光伏系統(tǒng)白天發(fā)電、晚上不發(fā)電，符合機(jī)關(guān)辦公建筑白天用電晚上停用的特點(diǎn)，無須增加很大投資配置蓄電池，而且發(fā)電量富裕的情況下可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

4.2 地源熱泵系統(tǒng)

浙江省機(jī)關(guān)辦公建筑的全年空調(diào)冷、熱負(fù)荷變化較大，冷熱不平衡問題較為突出。因此，在方案設(shè)計(jì)階段，一般需依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或有關(guān)資料進(jìn)行估算，根據(jù)冷、熱負(fù)荷及總釋熱量、總吸熱量情況，與常規(guī)空調(diào)冷熱源組成復(fù)合冷熱源（浙江省一般只須采用輔助冷卻裝置），并宜對復(fù)合冷熱源系統(tǒng)采用自動(dòng)控制技術(shù)，以保證熱平衡效果，確保系統(tǒng)可靠。

只要機(jī)關(guān)辦公建筑周圍有足夠的空地用于打井安裝地埋管，且全年總釋熱量與總吸熱量比值在0.8～1.25之間，在技術(shù)上便可適用土壤源熱泵。若機(jī)關(guān)辦公建筑離江河湖泊較近，地表水源熱泵在技術(shù)上也適宜［5］。

地源熱泵系統(tǒng)的靜態(tài)投資回收期約4.5年，管理難度高，需要專人維護(hù)；而且熱源側(cè)埋于地下或置于江河湖泊中，相對常規(guī)電制冷而言減少了制冷機(jī)房面積，實(shí)施相對容易，對建筑外觀無影響。

4.3 空氣源熱泵熱水

空氣源熱泵熱水系統(tǒng)投資小，投資回收期約2.5年；管理維修難度低，一般需要專人管理；白天氣溫高制備生活熱水用于辦公人員正常使用，雖然夜間氣溫低但夜間加班也少；施工難度小，施工費(fèi)用低；一般在屋頂安裝一臺熱泵機(jī)組即可滿足要求，占用屋頂面積小，對屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)、承重影響都很小，也不影響建筑外觀。

4.4 太陽能熱水

太陽能熱水系統(tǒng)投資小，投資回收期約2.5年；由于太陽能熱水系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)夏季高溫爆管、冬季凍裂爆管，因此管理維修難度大、費(fèi)用高。白天氣溫高制備生活熱水用于辦公人員正常使用，雖然夜間氣溫低但夜間加班也少；在屋頂安裝太陽能熱水系統(tǒng)，占用大量屋頂面積；要考慮建筑的承重和集熱板承受的風(fēng)荷載，對屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和承重影響較大。

5 機(jī)關(guān)辦公建筑可再生能源適宜性分析

為分析可再生能源在浙江省機(jī)關(guān)辦公建筑的適宜性，綜合考慮了機(jī)關(guān)辦公建筑特點(diǎn)，以及可再生能源資源情況和可再生能源系統(tǒng)特點(diǎn)，通過計(jì)算平均綜合得分的方法得出可再生能源應(yīng)用系統(tǒng)的推薦排序，得分反映了選項(xiàng)的綜合排名情況，得分越高表示綜合排序越靠前。計(jì)算方法為：平均綜合得分= (∑頻數(shù)×權(quán)值)/考評點(diǎn)個(gè)數(shù)。如表2所示的平均綜合得分選項(xiàng)表中：A代表地源熱泵系統(tǒng)，B代表太陽能光伏系統(tǒng)，C代表太陽能熱水系統(tǒng)，D代表空氣源熱泵熱水系統(tǒng)。

權(quán)值由應(yīng)用系統(tǒng)被排列的位置決定。有4個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)參與排序，那排在第一個(gè)位置的權(quán)值為4，第二個(gè)位置權(quán)值為3，第三個(gè)位置權(quán)值為2，第四個(gè)位置權(quán)值為1。本次分析中考評點(diǎn)共7個(gè)，應(yīng)用系統(tǒng)A被選中并排在第一位置2次，第二位置1次，第三位置2次，那應(yīng)用系統(tǒng)A的平均綜合得分=（2×4 + 1 ×3 + 2×2 + 2×1）/7 = 2.43分。

表2 平均綜合得分選項(xiàng)表

表3 平均綜合得分計(jì)算表

最后，得出可再生能源應(yīng)用系統(tǒng)的推薦排序?yàn)榈卦礋岜孟到y(tǒng)（2.43分）、太陽能光伏系統(tǒng)（3.00分）、太陽能熱水系統(tǒng)（1.71分）和空氣源熱泵熱水系統(tǒng)（2.86分）。

6 結(jié) 語

隨著國家和浙江省對可再生能源建筑應(yīng)用的政策支持和新型可再生能源設(shè)備與技術(shù)的開發(fā)，可再生能源建筑應(yīng)用已得到大力改進(jìn)和推廣。通過分析機(jī)關(guān)辦公建筑中可再生能源建筑應(yīng)用適宜性得出結(jié)論，在浙江省適宜于機(jī)關(guān)辦公建筑的可再生能源應(yīng)用優(yōu)先級排序?yàn)樘柲芄夥到y(tǒng)、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

［1］徐偉.可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)指南［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］薛一冰，何文晶，王崇杰，等.可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［3］住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心.中國建筑節(jié)能發(fā)展報(bào)告［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［4］王健，王生云.浙江省河流健康現(xiàn)狀與成因研究［J］.經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊，2012，147（1）：137-139.

［5］中國建筑科學(xué)研究院.GB 50366—2005地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

中圖分類號：TU18；TU2015

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-3707（2016）02-0050-05

收稿日期：2015-11-24

基金項(xiàng)目：浙江省重大科技專項(xiàng)“可再生能源在建筑中的規(guī)?；瘧?yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2014C01002）

作者簡介：陳永攀（1980—），男，河南武陟人，高級工程師，從事可再生能源研究工作。