可再生能源技術在我國綠色建筑中的應用現狀

■ 葉凌 程志軍 王清勤 何濤 王選

（1.中國建筑科學研究院；2.中國城市科學研究會綠色建筑研究中心）

一 引言

《綠色建筑評價標準》(GB/T 50378-2006)對于綠色建筑(green building)的定義是：在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)、保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。“四節一環保”是其理論核心，基本覆蓋了建筑涉及的各專業學科和領域，以避免綠色建筑性能出現短板效應。

利用可再生能源是綠色建筑實現節能的重要手段之一，《綠色建筑評價標準》中也通過設置相應條文(第4.2.9條、第4.2.11條和第5.2.18條)，鼓勵根據當地氣候和自然資源條件充分利用可再生能源。其中，地源熱泵、太陽能熱水系統和光伏發電三項技術得到了較多應用。以這三項技術在我國綠色建筑評價標識項目中的應用為重點，本文進行了調查分析研究。

二 調查樣本

調查以中國城市科學研究會組織評價的57個綠色建筑評價標識項目(截至2010年底)為樣本。其中，有住宅建筑項目32個，公共建筑項目25個；一星級項目11個，二星級項目25個，三星級項目21個。具體細分可見圖1。

三 住宅建筑項目

應用可再生能源的項目有18個，占住宅建筑項目總數的56%。其中，地源熱泵和太陽能熱水技術的應用率分別為16%和50%，即3個項目同時應用了這兩項技術。

1 地源熱泵

5個采用地源熱泵系統的住宅項目，2個為二星級，3個為三星級。除1個項目是商住兩用高層(建筑高度近100m)以外，其余均以中高層為主。

圖2給出了各項目的總建筑面積、總戶數和空調系統裝機冷/熱量(夏熱冬冷地區的藍色點為裝機冷量，寒冷地區的紅色點為裝機熱量)。其中，左下角點即為商住項目，裝機冷量還包含了其公建部分。由此可得，夏熱冬冷地區住宅項目單位建筑面積冷負荷指標均在30～35W/m2，寒冷地區住宅項目單位建筑面積熱負荷指標約為63W/m2。

系統形式上，5個項目全為地埋管土壤源熱泵，1個位于華北寒冷地區，屬土壤源熱泵適宜應用區；4個位于長江流域夏熱冬冷地區，屬較適宜區，均采用冷卻塔輔助散熱。末端方面，寒冷地區項目和1個夏熱冬冷地區項目采用常規風機盤管，其余3個項目均采用毛細管天棚輻射方式，可通過提高空調冷水溫度/降低空調熱水溫度進一步改善熱泵機組工作性能。

2 太陽能熱水系統

16個采用太陽能熱水系統的住宅項目見表1。其中，華北地區和西北地區的3個項目位于太陽能資源較豐富帶(Ⅱ類)；長江中下游流域的13個項目位于太陽能資源一般帶(Ⅲ類)；位于西南地區(即太陽能資源貧乏的Ⅳ類資源帶)的2個項目均未采用太陽能利用技術。總體而言，太陽能熱水系統的因地制宜性應用基本合理，而且還可見于部分一星級項目(包括保障性住房)，值得肯定。

考慮到建筑遮擋、系統管路等原因，不少項目的太陽能熱水系統并未服務于所有用戶(尤其是建筑底層的用戶)。系統形式上，大多數項目為集熱器集中布置于屋面，輔助加熱(電熱或燃氣)則有集中也有分戶；也有少數項目為陽臺壁掛的分戶式系統。集熱器類型方面，以真空管型居多，平板型較少。如圖1所示，總集熱面積和熱水用戶數有一定的線性相關性，平均每戶對應約2.09m2集熱面積。

表1 各太陽能資源帶的住宅項目數量

3 太陽能光伏發電

雖然調查樣本中未出現應用光伏發電技術的案例，但筆者了解到也有個案存在。在住宅屋面設置的光伏板，所發電量可供小區室外照明。

四 公共建筑項目

應用可再生能源的項目有19個，占公共建筑項目總數的76%。其中，地源熱泵、太陽能熱水系統和光伏技術的應用率分別為48%、44%和32%。也有多個項目同時應用了多項技術，詳見圖4。

1 地源熱泵

11個采用地源熱泵系統的公建項目，4個為二星級，7個為三星級。具體包括：

(1)采用地下水源熱泵的1項，為三星級的科技展館，位于地下水源熱泵的適宜應用區。該項目同時結合了冰蓄冷，末端選用輻射毛細管、冷吊頂單元、吊頂式誘導器、干式風機盤管等(卻并未選用與冰蓄冷相配合的低溫送風系統)。

(2)采用海水源熱泵區域供熱供冷(District Heating & Cooling, DHC)的1項，為三星級的酒店式公寓+商場，位于海水源熱泵的較適宜應用區。

(3)其余9個項目均采用土壤源熱泵，以辦公建筑居多，個別項目為科技展館或會所。其中，3個位于華北寒冷地區，屬于適宜應用區；5個位于夏熱冬冷地區，屬較適宜區；還有1個三星級辦公建筑位于華南夏熱冬暖地區，屬不適宜區。

圖5給出了這11個項目的裝機冷量。可見，裝機冷量與建筑面積也存在一定線性相關性，單位建筑面積冷指標約為55W/m2。相關度不高的原因包括，部分項目采用了熱回收型溶液調濕機組承擔新風負荷，降低了地源熱泵系統裝機冷量；一些項目僅為部分區域采用集中空調；還有一個項目是商住兩用(即3.1節中的同一項目)，住宅冷負荷指標降標較低。

2 太陽能熱水系統

11個采用太陽能熱水系統以及8個采用光伏系統的公建項目一并匯總于表2。其中，4個項目位于華北地區，屬太陽能資源較豐富帶(Ⅱ類)，占該區項目總數的80%；9個項目位于長江中下游地區，2個項目位于華南地區，均屬太陽能資源一般帶(Ⅲ類)。可見，太陽能資源的因地制宜性利用也基本合理。而且，隨著當地太陽能資源量的增加和項目星級的增加，綠色建筑項目中太陽能光熱或光電應用的比率也在增加。

表2 各太陽能資源帶的公建項目數量

然而，由于多數類型的公共建筑生活熱水需求量有限，各項目的太陽能集熱面積多在幾十平方米；而酒店類項目雖然對生活熱水有大量需求，卻由于建筑高度、屋面功能等原因，給太陽能集熱器的布置帶來了很大難度。

3 光伏發電

8個公建項目所采用的光伏系統，或全部或部分地為屋面支架安裝的單晶硅組件，也有個別項目采用多晶硅光伏幕墻、遮陽棚式多晶硅組件等。系統方面，多為建筑內的低壓側并網運行，用于地下車庫等場所的照明(還可通過LED照明進一步節省用電量)。圖6給出了8個公建項目的光伏發電功率，所采用光伏組件的單位面積發電功率均在100～200Wp/m2。

五 分析與討論

結合可再生能源技術應用和綠色建筑評價兩方面工作，提出以下幾方面問題進行分析與討論。

1 因地制宜

通過前文對采用地源熱泵項目的地區適宜性分析，以及采用光熱/光電技術項目的太陽能資源帶分析，可發現可再生能源地區分布與綠色建筑(乃至所有建筑)區域發展之間存在一定不對稱性。因此，應首先通過建筑及其設備系統的優化設計和用能設備的高效運行降低用能需求，其次再考慮利用可再生能源來降低常規能源消耗，即基于“節流”的“開源”。

建筑如確定采用可再生能源，則應從建筑的規劃選址階段便將其納入考慮。首先通過調查評估當地可利用的可再生能源(地下水、地熱能、太陽能等)，合理確定其利用方式；其次，充分利用場地環境、建筑布局、細部構造等方面的特點，精心設計可再生能源利用系統，務必確保其利用效率。這也是“因地制宜”原則在微觀層次上的含義。

2 有機集成

所調查的25個公建項目中，有4項同時應用了地源熱泵、太陽能熱水系統和光伏三項技術，個別項目難免有“技術堆砌”和“產品冷拼”之嫌。不僅未能達到預期目的，甚至可能出現“1+1＜2”的效果，而且由技術盲目應用所帶來的大幅增量成本，很難在較短運行期或產品壽命期內得到回收。

因此，在前述的項目策劃和建筑規劃階段即及早介入的基礎上，還應重點考慮各項可再生能源應用技術之間、可再生能源利用系統與建筑整體和其他系統之間的有機集成性，從技術、經濟、環保、社會等各方面衡量技術方案的綜合效益。例如，對于前述既采用地源熱泵空調供冷又采用太陽能供熱水的項目，也可考慮熱泵熱回收方案，實現一機多用、一機常用；對于建筑中的光伏系統，也不宜過多采用眼下相對普遍和簡單的附著形式(BAPV)，應盡量考慮光伏建筑一體化(BIPV)。

3 適量合理

在現行的《綠色建筑評價標準》中，住宅項目如欲滿足可再生能源項(第4.2.9條和第4.2.11條)要求，則可再生能源使用量須占到建筑總能耗的5%或10%。條文執行中，則主要是參照條文說明，以采用太陽能熱水器或地源熱泵系統的用戶數量比來判定。這也可能是所調查項目中的一些太陽能熱水系統并未服務于小區或建筑內所有用戶的原因之一。因此，有必要研究可再生能源使用量及其相對比例的合理計算方法和指標限值。

而對于公建項目，如欲滿足第5.2.18條要求，則必須做到可再生能源產生的熱水量不低于建筑生活熱水消耗量的10%，或可再生能源發電量不低于建筑用電量的2%。對于前者，普通的辦公或商場建筑相比設有游泳池的會所和酒店更容易達到，不同類型建筑之間存在較大的難易差異；也有戲言，辦公建筑只需設一淋浴龍頭，并在屋面加設一家用太陽能熱水器即可達標。對于后者，也應注意并網系統中光伏發電量過大對建筑低壓電網的諧波污染。按能源形式分別計算比例，雖不失為計算可再生能源利用量的一種方法，但卻無法用于多種能源形式共存的系統，所規定的比例值也仍存在一定的不合理性。

六 結語

在國家的大力支持和從業人員數十年的共同努力下，我國可再生能源利用技術正日趨成熟。目前，可再生能源的建筑應用正朝著集成化、規模化的方向發展。與此同時，我國的綠色建筑推廣工作近些年也已取得了可喜的初步成果，對于包括可再生能源利用在內的各項相關技術的應用也漸趨成熟合理。期望通過本文對于綠色建筑項目中可再生能源技術應用現狀的調查和分析，進一步推動我國可再生能源行業和綠色建筑事業的學科交叉、互促共進，成為建筑領域節能減排、實踐可持續發展的重要途徑。

[1] 徐偉.地源熱泵技術手冊[M].北京:中國建筑工業出版社, 2011.

[2] 鄭瑞澄.民用建筑太陽能熱水系統工程技術手冊[M].北京:化學工業出版社，2011.