銀川市可再生能源建筑示范研究★

黃金智 劉 娟

(1.彭陽縣科技服務中心，寧夏 固原 756500； 2.寧夏大學土木與水利工程學院，寧夏 銀川 750021)

·綠色環保·建筑節能·

銀川市可再生能源建筑示范研究★

黃金智1劉 娟2

(1.彭陽縣科技服務中心，寧夏 固原 756500； 2.寧夏大學土木與水利工程學院，寧夏 銀川 750021)

結合銀川市豐富的可再生能源及其在建筑中的規模化發展情況，對不同類型的太陽能熱水集熱系統及地源熱泵系統進行了監測，并進行了數據分析和理論計算，評價了系統的節能效果，得出了一些有意義的結論。

可再生能源建筑，太陽能，地源熱泵，熱水供應

0 引言

隨著我國能源的日益緊缺和《中華人民共和國可再生能源法》的頒布與實施，太陽能等可再生能源在建筑的應用中越來越受到人們的重視。銀川市位于黃河上游寧夏平原中部，太陽能年輻照量約為5 500 MJ/m2，太陽能光熱、光伏產品在銀川市建筑中應用得到較好的推廣[1]；地表水、淺層地下水、土壤中可采集的低溫能源十分豐富，利用潛力巨大[2]。地源熱泵系統在銀川市很多項目中得到成功應用，取得了較好的經濟社會效益。大力推進太陽能、淺層地能等可再生能源在建筑中應用，是解決建筑用能最經濟合理的選擇。

1 銀川市發展可再生能源建筑概況

銀川市可再生資源，特別是太陽能資源豐富，具有很大的開發潛力。根據銀川市城市概況、可再生資源條件及建筑能耗現狀，在新型節能建筑體系推廣的同時，因地制宜地推進太陽能、淺層地能、污水余熱等可再生能源在建筑領域的應用，重點發展太陽能在建筑中的規模化應用，大力推廣太陽能熱水系統和太陽能光伏照明系統，適度發展地下水源、土壤源和污水源熱泵的示范應用。到2012年年底，銀川市新增可再生能源建筑應用面積達到439萬m2。其中新增太陽能熱水系統建筑應用面積占新建建筑面積的41%(368.8萬m2)；新增地源熱泵系統建筑應用面積占新建建筑面積的8%(70.3萬m2)，實現年節約標準煤2.9萬t，年減少二氧化碳排放量7.8萬t[3]。

2 銀川市可再生能源示范類型及效果

2.1 太陽能熱水供應系統

1)平板式太陽能熱水供應系統。在銀川市金鳳區城市春天小區示范572戶陽臺壁掛式平板太陽能熱水系統，整套系統全自動控制，可以全天候使用熱水(系統原理見圖1)。系統采用分體承壓設計，集熱器安裝在陽臺外面，水箱固定在陽臺墻壁上。系統板芯結構為管板式。系統采用封閉式承壓水箱，水箱容積為100 L，集熱面積1.9 m2。同時系統配置有電加熱輔助能源，保證在連續陰天情況下正常使用。水箱內膽外夾套內灌充工質，通過循環管路與集熱器連通。系統為自然循環方式運行，集熱器吸熱后，利用熱虹吸通過夾層內的工質將水箱的水加熱。用戶用水時，冷水從水箱底部進入，將熱水頂出。經過測試，集熱器的供水溫度始終保持在49.9 ℃～52.5 ℃左右，水箱有效容積為100 L，集熱器熱損失為0.83 W/K。集熱系統全年太陽能保證率65.9%，全年常規能源替代量108.41 t標煤，二氧化碳減排量267.76 t/年，二氧化硫減排量2.17 t/年，粉塵減排量1.08 t/年，年節約費用18.45萬元/年。典型天氣平板集熱器得熱量如表1所示。

2)真空管太陽能熱水供應系統。在銀川市興慶區東城人家小區，示范1 498戶聯集管式全玻璃真空管太陽集熱器，每組集熱面積6.25 m2，共982組，每單元一個獨立的系統，集熱器屋頂整體安裝(集中集熱)；樓頂水箱間設300 L緩沖水箱(間接換熱)；每戶安裝獨立儲熱水箱為住戶提供生活和洗浴熱水，二期每戶獨立水箱容積120 L，三期每戶獨立水箱容積80 L。

表1 平板式太陽能系統測試表

時間環境溫度/℃太陽輻照量MJ/m2集熱系統得熱量/MJ常規熱源耗能量/MJ集熱系統效率/%太陽能保證率/%10.2426.119.2811.423.5931.276.110.2517.611.149.095.9242.960.610.2625.214.979.385.6333.062.510.2725.17.106.388.6347.342.5注:本系統為分體式陽臺壁掛太陽能熱水器系統,共572臺,每臺集熱面積1.90m2

系統采用集中供熱分戶儲熱的運行方式，即在樓頂屋面統一安裝太陽能集熱器，每個用戶家中安裝一個儲熱水箱，每個儲熱水箱中設輔助電加熱，太陽能集熱系統的控制柜通過溫差循環的方式將集熱器吸收的太陽能儲存在樓頂的緩沖水箱，通過控制管路中的工質循環將太陽能吸收的能量均勻的儲存在每個儲熱水箱中。不足部分通過輔助電加熱補充。

系統采取換熱方式為屋頂緩沖水箱每次只與其中4戶換熱，當用戶儲熱水箱溫度升高5 ℃后關閉電磁閥，自動切換到下一戶，依次對所有用戶換熱，待下一輪加熱完成后，返回第一層，繼續第二輪加熱，如此反復,以保證所有用戶基本能夠得到相同的能量，如果該層其中一戶儲熱水箱溫度高于50 ℃，該戶電磁閥關閉，停止換熱，當所有水箱溫度高于一定溫度時，停止換熱防止水箱超溫，防凍措施采用水泵循環防凍及電伴熱帶防凍措施(系統原理見圖2)。

經過測試，系統的供水溫度始終保持在50 ℃左右，全年太陽能光熱保證率達到81%，全年加權常規能源替代量276.19 t標準煤，減少二氧化碳減排量682.18 t/年，二氧化硫減排量5.52 t/年，減少粉塵排放量2.76 t/年，年節約費用33.3萬元/年。典型天氣

管式集熱器得熱量如表2所示。

表2 聯集管式全玻璃真空管太陽集熱系統測試表

2.2 地源熱泵采暖系統

1)土壤源熱泵采暖系統。在紫云華庭會所及39號別墅建筑，示范土壤源熱泵系統，共4 218.52 m2，主要用于冬季采暖和夏季制冷。通過對土壤源熱泵系統的檢測及數據整理、文獻歸納、分析計算，得出土壤源地源熱泵系統每年常規能源替代量約為47.95 t標準煤，二氧化碳減排量約118.44 t，二氧化硫減排量約0.96 t，粉塵減排量約0.48 t，不僅在很大程度上減少了溫室氣體的排放，而且節約很多資源，既環保清潔又經濟節能，適合在銀川地區推廣應用。2)污水源熱泵采暖系統。銀川市第六污水處理廠建筑面積為3 780 m2，共安裝兩臺熱泵機組，單臺制冷量171 kW,制熱量195 kW，供廠區冬季供暖和夏季供冷。根據檢測數據計算得出污水源熱泵系統每年常規能源替代量約為16.58 t標準煤，二氧化碳減排量約40.94 t，二氧化硫減排量約0.33 t，粉塵減排量約0.16 t。3)水源熱泵采暖系統。在永泰新百貨大樓安裝兩臺滿液式水源熱泵機組，供冬季供暖和夏季供冷，建筑面積24 560 m2。根據檢測數據計算得到該項目每年常規能源替代量約為245.64 t標準煤，二氧化碳減排量約606.73 t，二氧化硫減排量約4.91 t，粉塵減排量約2.46 t。

3 結語

1)平板式太陽能集熱系統供暖保證率可達到65.9%，相應消耗的常規能源數量較少，節能效果非常明顯。管式太陽能集熱系統供暖保證率更高，可以達到81%，只消耗少量的常規能源，因此節能效果和經濟效果更佳。但平板式集熱系統集熱效率高，水箱水溫隨太陽輻射變化較大，散熱也較快；管式集熱系統集熱效率相對較低，水箱水溫變化范圍小，說明管式集熱器保溫效果較好。

2)銀川市地熱能、地下水、地表水、污水等資源情況適合發展地源熱泵技術。但是銀川地區處于干旱地帶，干燥指數5.8，地下水天然補給資源量隨引黃水量的減少而減少，不建議過度發展地下水源熱泵。

[1] 劉 娟.寧夏輕鋼結構農宅采用被動式太陽能采暖的理論研究[J].太陽能，2012(5)：42-45.

[2] 嚴烈宏，王 利.銀川盆地地熱系統[M].銀川：寧夏人民出版社，2014.

[3] 楊北橋.銀川市可再生能源利用發展現狀及對策[J].寧夏農林科技,2013(4):64-67.

On renewable resource architectural demonstration in Yinchuan City★

Huang Jinzhi1Liu Juan2

(1.PengyangScientificandTechnicalServiceCenter,Guyuan756500,China;2.SchoolofCivilandWaterResourcesEngineeringCollege,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)

Combining with the rich renewable resources and scale-up development of buildings in Yinchuan City, the paper supervises different solar energy hot-water and heating system and ground source heat pump system, undertakes the data analysis and theoretic calculation, evaluates the systematic energy-saving effect, and achieve some conclusion.

renewable resource building, solar energy, ground resource heat pump, hot-water supply

1009-6825(2015)32-0171-02

2015-09-07★：國家“十二五”科技支撐計劃項目(項目編號:2013BAJ03B01)；寧夏自然科學基金(項目編號:NZ13026)

黃金智(1969- )，男，助理工程師； 劉 娟(1980- )，女，碩士，講師

TU201.5

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