喀斯特高原山區可再生能源建筑應用研究

王翔 杜松

【摘?要】本文通過調研喀斯特高原山區可再生能源建筑應用情況，從資源分布特點、市場環境條件、政策激勵作用、技術應用情況等角度，對典型地區貴州的樣本數據進行統計分析，研究了影響該地區可再生能源建筑應用推廣的主要因素構成及存在問題，同時通過對該地區可再生能源建筑應用主要技術案例進行測試，進行了可再生能源建筑應用總體效益分析和潛力分析，為進一步在該地區推廣可再生能源建筑應用技術提出合理建議。

【關鍵詞】喀斯特高原山區;貴州;可再生能源;建筑

Research on the Application of Renewable Energy Buildings in the Karst Plateau Mountains

Wang Xiang，Du Song

（Guizhou Zhongjian Architectural Research and Design Institute Co.， Ltd?Guiyang?Guizhou?550006）

【Abstract】This paper investigates the application of renewable energy buildings in the karst plateau mountainous areas， and analyzes the sample data of typical regions in Guizhou from the perspectives of resource distribution characteristics， market environment conditions， policy incentives， and technology application. The main factors affecting the application of energy building applications and existing problems. At the same time， through the testing of the main technical cases of renewable energy building applications in the region， the overall benefit analysis and potential analysis of renewable energy building applications were carried out to further promote renewable in the region. Energy building application technology makes reasonable recommendations.

【Key words】Karst plateau mountain area;Guizhou;Renewable energy;Construction

1. 引言

（1）我國喀斯特高原山區主要分布在貴州及云南東部地區，其中貴州地區具有典型代表性。貴州地表水、地下水資源豐富，日照資源一般，喀斯特地貌特征明顯，地質情況復雜，溶洞較多，氣候夏季涼爽，冬季有集中采暖需求。貴州地處我國西南，經濟發展起步較晚，近年來城鎮化進程大幅加快，房地產隨之增速迅猛，同時貴州是國家批復的生態文明試驗區，是長江、珠江“兩江”上游生態屏障，在經濟提速增長的同時，必須牢牢守住“生態底線”。

（2）可再生能源是在自然界中可以不斷再生、永續利用、取之不盡、用之不竭的資源，主要有風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等非化石能源，它對環境無害或危害極小，而且分布廣泛，適宜就地開發利用[1]。開發利用可再生能源是建設資源節約型、環境友好型社會和實現經濟社會可持續發展的重要戰略措施。可再生能源在建筑應用中主要指利用太陽能、淺層地熱能等可再生能源部分解決居住建筑與公共建筑中的采暖空調、熱水供應、電力照明等能源需求問題[2][3]，是綠色建筑的關鍵技術。充分挖掘該地區可再生能源建筑應用潛力，提高可再生能源在建筑利用中的比例，可以幫助實現貴州城鎮化綠色轉型發展，助推生態文明建設，在滿足人們日益增長的居住舒適性需求的同時，守住我們寶貴的綠水青山。貴州一方面積極爭取國家政策支持，一方面制定并實施了可再生能源建筑應用的推廣政策和補助措施，以推動可再生能源建筑應用的發展。

2. 可再生能源建筑應用現狀調查

（1）根據調研情況，貴州全省可再生能源建筑應用省級示范項目有28個，示范應用面積達到498.27萬平方米。從時間上來看，可再生能源建筑應用面積基本上呈逐年增長態勢，2011年至2016年（其中2013年未補貼可再生能源建筑應用示范），貴州每年新增省級可再生能源建筑應用示范面積分別為22萬平方米、45萬平方米、35萬平方米、55萬平方米和341萬平方米，同時貴陽市、安順市西秀區、威寧自治縣、遵義市鴨溪鎮分別為國家可再生能源建筑應用示范城市（區、縣、鎮），其累計示范任務面積達341萬平方米，在黔中經濟區、銅仁市碧江區、威寧自治縣初步形成了集中連片推廣態勢。此外貴陽市有一個國家級綠色生態城區，采用可再生能源建筑應用技術集中采暖，銅仁市規劃8個分布式能源站，其中以可再生能源建筑應用技術為主的智慧能源站項目已經立項實施，這些項目均在有序開展中，總體上該地區規劃建設中的可再生能源建筑應用面積已超過1500萬平方米（貴州可再生能源建筑應用省級示范部分項目面積增長折線圖見圖1）。

（2）該折線圖中數據僅為省級補貼資金數據，相對項目的實施有一定的滯后性，其中2013年的缺少是由于補貼資金暫時性用于既有建筑節能改造， 2016的井噴式增長現象源于該地區某大型綠色生態城區建筑全面采用可再生能源建筑應用技術，面積較大，實施周期較長，于2016年才獲得部分省級資金補助。綜上，該地區自設立省級專項補助資金以來，可再生能源建筑應供面積總體上呈現穩步增長態勢。

3. 可再生能源建筑應用案例測試及總體效益分析

3.1?降低建筑運行費用，帶來長遠的經濟效益：

（1）與常規建筑能源系統相比，可再生能源建筑應用技術可以減少建筑高品位能源（如電能）消耗，降低采暖空調等方面運行成本，雖本身會增加一定的初投資成本，但回收年限遠低于可再生能源建筑應用系統使用壽命，在增量成本回收后，每年會節約可觀的運行費用，為項目帶來長期的經濟效益。

（2）其中銅仁南長城國際大酒店項目年節約資金52.4萬元，靜態投資回收期0.6年。該項目于2012年投入運行，截至目前已節約建筑運行費用約150萬元。

（3）通過統計，貴州省2011～2016省級可再生能源建筑應用示范項目投入運行后累計可實現年節約運行費用3209萬元，以可再生能源建筑應用系統使用壽命20年計算，累計可實現節約建筑運行費用64184萬元。

3.2?推進建筑低碳減排，帶來顯著的環境效益。

（1）可再生能源是理想的清潔能源、綠色能源，在建筑中應用可再生能源技術，可以減少二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放，減少大氣污染，對保護和改善生態環境具有重要作用，是推進建筑節能減排的重要舉措。

（2）以銅仁南長城國際大酒店示范項目為例，項目可再生能源建筑應用面積為6.32萬平方米，應用可再生能源示范技術為河水源熱泵系統，測評結果表示可實現二氧化碳減排量996.6噸/年，節能量415.1噸標煤/年，粉塵減排量8.3噸/年，二氧化硫減排量4.4噸/年。

（3）通過對全部已安排的省級可再生能源建筑應用示范項目進行統計，累計可實現二氧化碳減排量20522.3Kg/年，節能量8038.6噸標煤/年，粉塵減排量205.2Kg/年，二氧化硫減排量166.2Kg/年。以可再生能源建筑應用系統使用壽命20年計算，累計可實現二氧化碳減排量410.4噸，節能量166172.6噸標煤，粉塵減排量4.10噸，二氧化硫減排量3.32噸。

4. 可再生能源建筑應用推廣影響因素分析

4.1?資源稟賦因素。

（1）資源稟賦因素作為客觀條件起到決定性作用，將調查結果按照技術應用類型進行統計得出，地源熱泵技術應用項目共22個，示范面積共125.3644萬平方米;太陽能光熱建筑一體化應用項目共5個，示范面積共29.6443萬平方米;太陽能光熱與地源熱泵結合系統應用項目1個，示范面積1.85039萬平方米。

（2）可以看出貴州卡斯特高原地區可再生能源建筑應用技術主要是地源熱泵技術，其次才是太陽能光熱應用技術。由于貴州省位于中國西南部，歷年平均日照總時數為1270h，多年平均太陽輻射在1349～4595MJ/m2之間，屬于太陽能資源IV類地區，同時太陽能資源分布不均，其東部和北部輻射值較低，年輻射總量在3500 MJ/m2以下，西部和西南部輻射較高，總量在4000 MJ/m2以上，最高達4599 MJ/m2，如威寧地區等具有一定的太陽能技術應用條件。而貴州的地源熱泵建筑應用資源相對豐富，河流年徑流量約1035×108m3，巖溶地下水資源量386.26億m3/a，巖土恒溫層平均溫度約14℃～16℃，尤以貴陽市、銅仁市、黔南州等地區居多。貴陽境內土壤以酸性黃壤為主，與石灰巖、白云巖、砂巖、頁巖等交錯分布，土壤溫度相對恒定，巖土恒溫層最低溫度約16℃，地處長江水系和珠江水系分水嶺，流域面積大于20Km2的干支河流共98條，年平均降水量為1197～1248mm，屬多雨地區，水資源總量為42.93億m3，有豐富的地表水和地下水資源。

4.2?市場因素。

針對喀斯特高原地區現狀，市場因素從當地經濟水平的發展、人民生活水平需求、群眾意識形態三個方面分析。

（1） 市場因素首先受當地經濟水平的發展影響。我國卡斯特高原地區主要分布在西南地區，該地區經濟發展水平相對落后，房地產事業起步較晚，因此整體上與沿海發達地區相比存在差距。從該地區內部分布狀態來看，省會城市貴陽應用面積最多，而畢節市、黔西南等地區幾乎沒有分布，該技術的推廣與經濟水平的發展息息相關（可再生能源建筑應地域分布表見表2）。

（2）其次受人民生活水平需求的提高的影響。貴州氣候相對溫和，夏季涼爽，建筑物的供熱制冷負荷相對不高，但隨著經濟發展，人民生活水平需求日益增長，對居住舒適性的要求也日益增長。高原山區較其他地區濕度更大，冬季體感舒適度較低，因此近年來該地區集中采暖的呼聲越來越高，已有多個樓盤項目采用了集中供暖技術。從市場反應來看，這些項目相比未采用集中采暖的項目更受歡迎，這就刺激了可再生能源建筑應用技術的發展，形成了多個應用可再生能源建筑應用技術為主的集中采暖城區或住宅小區。

（3）再次受群眾意識形態提升的影響。貴州省作為在經濟發展和城鎮化發展上起步較晚的地區，將生態優勢作為樂重要的后發優勢。貴州省作為國家首個國家生態文明試驗區，省委省政府對生態、綠色、可持續發展等理念的宣傳力度非常大，自2013起每年舉辦生態文明貴陽國際論壇，影響力日益增長，加上隨著多個可再生能源建筑應用項目的投入應用，群眾對可再生能源的認知大幅提升，這對幫助可再生能源建筑應用技術在該地區的集中大面積推廣積累了良好的基礎。

4.3?政策因素。

（1）由于可再生能源在建筑中應用雖然會降低建筑能耗，減少建筑采暖空調等方面運行成本，促進生態環境改善，帶來社會和環境效益，但不可避免本身會增加一定的投資成本，這使大部分業主難以選擇，影響了企業投資積極性，導致市場推廣存在困難，因此可再生能源建筑應用需要政府長期的資金或激勵政策的扶持推進，才能健康發展。

（2）將調查結果按照建筑類型分類，統計項目獲省級補貼資金情況。2011～2015年累計安排可再生能源建筑應用省級示范專項資金2000萬元，公共建筑共27個，示范面積共155.23904萬平方米，補貼資金共132.51904萬元;居住建筑共1個，示范面積1.62萬平方米;補貼資金24.34萬元，詳見表3（可再生能源建筑應用政府補貼資金分布表見表3）。

（3）此外為加快可再生能源建筑應用的發展，根據可再生能源資源、技術及建筑應用發展狀況，貴州省相繼出臺了《貴州省可再生能源建筑應用專項規劃》、《貴州省綠色建筑應用行動實施方案》、《貴州省“十三五”建筑節能與綠色建筑專項規劃》等管理文件，并在生態文明試驗區實施方案中將可再生能源利用內容納入其中，對可再生能源建筑應用從政策上加以鞭策;在2015年10月1日發布的《貴州省民用建筑節能條例》中明確可再生能源在建筑應用的條款，從地方法律層面給予了支持。當地政府的重視和政策力度的不斷加強使得該地區的可再生能源建筑應用在經濟落后的情況下仍然的到了大力推廣應用，可見政策因素對這種外部性效益較強的建筑技術具有較大的影響力。

4.4?技術因素。

從調查結果看，該地區的可再生能源建筑應用受到技術因素的制約，主要體現以下方面。

4.4.1?地表水源熱泵技術由于比較成熟且相對實施難度較低，因此應用范圍較廣，而其他技術或復合利用技術則較少，存在技術應用類型較單一的現象。好在隨著該地區的發展，目前多能源利用、智慧式管理的分布式能源利用方式在部分地區已得到了實質性的開展，對今后該地區技術應用質量的提高有著積極作用。

4.4.2?土壤源熱泵技術方面，由于氣候因素，貴州高原山區夏季涼爽，最熱月（7月）平均氣溫大部分地區在22～26℃之間，大部分地區制冷需求極低，而冬季供暖及熱水需求則較高。根據《建筑節能氣象數據標準》（JGJT 346-2014）中對貴州相關城市的氣象數據顯示，貴陽、威寧、三穗、興義等地夏季空調度日數均小于20CDD26（℃·d），甚至為0 CDD26（℃·d），而冬季采暖度日數均大于1400HDD18（℃·d），冬季采暖負荷遠大于夏季空調負荷，土壤源熱泵技術在建筑中應用土壤源熱泵系統存在嚴重的冷熱不平衡問題。該地區部分已投入運行的土壤源熱泵項目，經過幾年使用后，巖土溫度降低，冷卻水溫度偏低，出現熱泵系統效益降低甚至無法運行現象，反而補充采納常規能源形式進行供熱。且如不做好對土壤的補熱措施，將會對生態造成破壞，這一技術薄弱問題嚴重影響了土壤源熱泵在該地區規模化推廣。

4.4.3?地下水源熱泵技術方面，該地區地下溶洞較多，地下水蘊藏豐富，但由于地下水的利用對地質條件的影響較大，且喀斯特地貌地質條件較為復雜，十分依賴前期勘測技術，因此實際該地區的地下水源熱泵技術利用案例較少。

4.4.4?太陽能技術應用方面，該地區主要以太陽能光熱熱水利用為主，由于太陽輻射季節差異大，夏季使用效果最好，春季和秋季可正常使用，冬季必須輔助電加熱等設備才能正常使用;而太陽能光伏系統建筑示范項目較少，多用于街道、住宅小區照明。

4.4.5?管理問題導致實際使用效率不高，甚至不能使用情況普遍。由于缺乏專業技術人員或專業知識和技術水平都達不到工作的要求，導致可再生能源工程施工質量參差不齊，影響可再生能源系統運行效果，如有項目機房水管漏水、管道腐蝕等現象嚴重，或勘探時未發現地下水，結果后期機房經常被水侵襲，極大增加了出現問題的頻率，減少了設備的使用壽命。其次設備運行期間，對運行管理不到位，無嚴格的操作規程，造成極大的資源浪費，如銅仁某地表水源熱泵系統工程的能效測試數據顯示，循環水泵耗電量占總能耗的45%，高于普通中央空調系統水泵與風機的耗電量;貴陽的土壤源熱泵項目前期對土壤熱物性測試不足，埋管面積和間距不夠，再就是熱平衡問題在設計時均考慮到，但是實際施工和使用過程卻忽視等問題均會導致項目后期使用效果不好。

5. 總結和建議

（1）通過本文研究分析發現，一是以貴州為代表的喀斯特高原山區氣候、資源、經濟發展特色十分鮮明，可再生能源建筑應用推廣態勢良好;二是該地區在我國的生態地位重要，推廣可再生能源建筑應用經濟、環境和社會效益顯著，意義重大;三是該地區的技術提升潛力大、需求增長潛力大、政策續推潛力大，使得可再生能源建筑應用推廣前景樂觀。

（2）該地區可再生能源建筑應用受到資源稟賦、市場環境、政策利好、技術條件等多個因素影響[4]，該地區應繼續大力推廣可再生能源建筑應用技術，建議從以下方面實施或加強：一是從資源分布條件看，卡斯特高原地區地表水資源條件尤其優越，應在經濟可承受范圍內，充分地勘的條件下，有針對性的集中連片推廣地表水源熱泵技術;太陽能資源條件較差且分布不均衡，應分時段、分區域推廣太陽能光熱利用技術;同時兼顧發展其他可再生能源建筑應用技術，如在農村地區應推廣生物質鍋爐采暖、沼氣供氣等技術。二是在技術推廣過程中政策效益明顯，應繼續堅持并加大政策扶持力度和財政補助力度，同時加強政府引導，發揮示范效應，促進技術產品產業化、市場化的形成。三是通過加強對現有可再生能源建筑應用示范工程的測試調研[5]，分析當前已實施項目在設計施工和實際運行管理中存在的問題，并進行系統節能效果分析，同時開展針對該地區的關鍵性技術研究，突破技術障礙，解決設計施工、運行管理及能耗監測等方面的問題。

參考文獻

[1]?彭峰，陳力.歐盟可再生能源立法的新發展.環境保護，2012，10：69.

[2]?《可持續建筑》[英]布賴恩o愛德華茲中國建筑工業出版社2003-1.

[3]?《新能源與可再生能源概論》蘇亞欣; 毛玉如; 趙敬德化學工業出版社2006-3.

[4]?《可持續建筑技術》張國強，徐峰，周晉等中國建筑工業出版社2009-8.

[5]?《可再生能源建筑應用工程評價標準》（GB/T 50801-2013）.