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(guó)家和浙江省對(duì)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(jí)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(yáng)能、淺層地?zé)崮堋L(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(duì)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(huì)節(jié)能意識(shí)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(jiàn)》，全面啟動(dòng)了可再生能源在建筑領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用示范［1］。2007年《關(guān)于加強(qiáng)國(guó)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(jiàn)》，要求國(guó)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(zhuān)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(guó)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(yáng)能、淺層地?zé)崮?、生物質(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(wàn)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(yáng)能在建筑中利用實(shí)施的若干意見(jiàn)》，要求在12層（含）以下新建居住建筑中應(yīng)全面應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，12層以上支持應(yīng)用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)；鼓勵(lì)支持應(yīng)用光伏和其他太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能光熱等可再生能源建筑應(yīng)用建筑面積5 000萬(wàn)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(yáng)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(yáng)能、地?zé)崮堋⒖諝饽艿瓤稍偕茉丛诮ㄖ械膽?yīng)用。新建公共機(jī)構(gòu)辦公建筑和建筑面積1萬(wàn)m2以上的公共建筑項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)按國(guó)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(wàn)m2以上的其他公共建筑，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)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(wèn)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(duì)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(wèn)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(wèn)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(jí)地方政府從財(cái)政撥款或通過(guò)行政手段融資后興建，且單獨(dú)為政府各級(jí)機(jī)關(guān)部門(mén)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(lèi)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(huì)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(chē)庫(kù)、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?lèi)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(yáng)能集熱器或太陽(yáng)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(méi)有陽(yáng)臺(tái)，不能安裝陽(yáng)臺(tái)式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。

機(jī)關(guān)辦公建筑周?chē)话阌袑掗煹膹V場(chǎng)空地規(guī)劃為停車(chē)場(chǎng)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(huì)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(kāi)啟空調(diào)制冷時(shí)間長(zhǎng)；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(shí)強(qiáng)。

3 浙江省可再生能源資源情況

3.1 太陽(yáng)能

我國(guó)太陽(yáng)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(lèi)地區(qū)，浙江省各地年太陽(yáng)能輻射量在4 200～4 800 MJ/（m2·a），屬于三類(lèi)地區(qū)范圍［3］。圖1為浙江省太陽(yáng)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(yáng)能輻射總量大于等于4 500 MJ（m2·a）；Ⅱ區(qū)的太陽(yáng)能輻射總量介于4 350～4 500 MJ/（m2·a）；Ⅲ區(qū)的太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能利用裝置，是切實(shí)可行的太陽(yáng)能利用方式。

3.2 淺層地?zé)崮?/p>

浙江省位于中國(guó)大陸東南部，為季風(fēng)頻繁活動(dòng)地帶，濕潤(rùn)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(qián)塘江、甬江、椒江、甌江、飛云江和鰲江等八大水系，有東錢(qián)湖、西湖、鑒湖、南湖四大湖泊，和杭嘉湖、姚慈、紹虞、溫瑞、臺(tái)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(duì)較高，土壤含水率高，通過(guò)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(jiàn)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(jiàn)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(huì)常務(wù)委員會(huì)通過(guò)的《浙江省可再生能源開(kāi)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(yáng)能光伏發(fā)電

太陽(yáng)能光伏與建筑的結(jié)合有兩種形式：一類(lèi)是建筑與光伏系統(tǒng)結(jié)合（BAPV）；另一類(lèi)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(yáng)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(yáng)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(zhuān)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(wú)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(wèn)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(duì)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?chē)凶銐虻目盏赜糜诖蚓惭b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(zhuān)人維護(hù)；而且熱源側(cè)埋于地下或置于江河湖泊中，相對(duì)常規(guī)電制冷而言減少了制冷機(jī)房面積，實(shí)施相對(duì)容易，對(duì)建筑外觀無(wú)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(zhuān)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(tái)熱泵機(jī)組即可滿足要求，占用屋頂面積小，對(duì)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(yáng)能熱水

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)投資小，投資回收期約2.5年；由于太陽(yáng)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(yáng)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(duì)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(guò)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(píng)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(yáng)能光伏系統(tǒng)，C代表太陽(yáng)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(píng)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(yáng)能光伏系統(tǒng)（3.00分）、太陽(yáng)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(yǔ)

隨著國(guó)家和浙江省對(duì)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(kāi)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(guò)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(jí)排序?yàn)樘?yáng)能光伏系統(tǒng)、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)和太陽(yáng)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(guó)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(guó)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(guó)建筑節(jié)能發(fā)展報(bào)告［M］.北京：中國(guó)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(guó)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(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

中圖分類(lèi)號(hào)：TU18；TU2015

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：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(zhuān)項(xiàng)“可再生能源在建筑中的規(guī)模化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2014C01002）

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