可再生能源技术在绿色建筑中应用

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摘要:绿色建筑是新型可持续发展的生态建筑，它使用可再生能源，可以最大限度地保护环境，减少能耗，因此，发展绿色建筑是缓解我国环境污染的首要选择。根据可再生能源在绿色建筑中的应用技术，依托具体的项目分析、政策扶持等，提出促进可再生能源利用的技术策略，旨在为我国到2030年左右达到二氧化碳排放峰值提供方法，增加可再生能源技术的使用率，对节能减排、可持续发展具有重大意义。

关键词:绿色建筑;可再生能源;太阳能应用;地源热泵应用;风能应用;政策扶持

0引言

2020年《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标的建议》中表明:深入实施可持续发展战略，完善生态文明领域统筹协调机制，构建生态文明体系，促进经济社会发展全面绿色转型，建设人与自然和谐共生的现代化。因此，坚持能源的绿色转型，增加可再生能源的高效利用，对深入实施可持续发展战略具有重要意义。能源分为可再生能源和不可再生能源2大类型。可再生能源主要包括太阳能、地热能、风能等，是自然界中最广泛的能源。其具有分布广泛、绿色、无污染等特点，是取之不尽、用之不竭的能源。绿色建筑是指在为人们提供健康、舒适、安全的生活、工作、活动场所的同时，将资源的高效使用和对环境的影响降到最低的建筑物。其综合了绿色结构、自然通风、自然照明、低能耗结构、可再生能源利用、再生水利用、绿色建筑材料、智能控制等高科技技术，可以有效减少建筑物的能源消耗。提高可再生能源在绿色建筑中的应用，可以大量降低建筑物的碳排放量。特别是随着资源的日益紧缺，可再生能源的优势愈发明显，已成为绿色建筑的首要选择。

1国家层面对可再生能源政策的扶持

1．1陆续出台可再生能源扶持政策。我国绿色建筑经历10余年的发展，现在已发展成为规模庞大的建筑体，从单体到绿色城区，再到城市规模化发展，一直走在快车道上。而可再生能源的发展也离不开国家政策的扶持以及财政经费的支持。为了促进可再生能源的发展，国家出台了相关政策［1］，可再生能源相关的国家法规与政策如表1所示。另外增加了可再生能源的参与主体，支持多种所有制经济参与，促进健康发展。国务院能源主管部门根据我国能源结构、能源开发数量等，编制全国能源开发利用规划，同时各地市也根据地域特点和开发情况，编制中长期目标发展计划［2－4］。随着科学技术的发展，国家也在加强可再生能源技术的研发。21世纪，国家已将可再生能源开发利用列为科技发展与高新技术产业发展的重要领域，并提供大量的资金支持。根据《中华人民共和国可再生能源法》规定［5］，2006年财政部、建设部《建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》，2006年《可再生能源建筑应用示范项目评审办法》《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》，同时财政部设立了“可再生能源发展专项资金”。可再生能源发展专项资金支持煤层气(煤矿瓦斯)、页岩气、致密气等非常规天然气开采利用。2018年，补贴标准为0．3元/m3。自2019年起，不再按定额标准进行补贴，而是按照“多增多补”的原则，对超过上年开采利用量的，按照超额程度给予梯级奖补;相应地，对未达到上年开采利用量的，按照未达标程度扣减奖补资金。同时，对取暖季生产的非常规天然气增量部分，给予超额系数折算，体现“冬增冬补”。

1．2提高可再生能源在标准中的占比。《绿色建筑评价标准》(GB/T50378－2019)也对可再生能源利用技术作了要求，明确了可再生能源利用的评分规则。可再生能源在该标准“节能与能源利用”中所占权重最大，其分项权重在设计评价中占24%。在“节能与能源利用”的评分项中，由可再生能源提供的空调用冷量和热量的比例(Rch)不低于20%，得2分，每提高15%加5分，最高分为10分［6］。

2可再生能源在绿色建筑中的应用

绿色建筑要求在其生命周期内，应有效减少能源消耗，可再生能源可以满足这一需求。其不仅可以替代传统能源，减少污染物的排放，保护生态环境，还具有可持续发展的深远意义。可再生能源技术在绿色建筑中的应用主要包括:太阳能、地热能、风能，笔者分别论述3种可再生能源在绿色建筑中的应用。

2．1太阳能。太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生能源，太阳能利用是可再生能源中利用最广泛、最高效的技术之一。目前在建筑领域，太阳能利用主要有2种形式，分别是:光－热利用和光－电利用。太阳能利用的相关技术主要有太阳能发电、太阳能供热/供冷、太阳能热水、太阳能绿色照明等。光－热技术主要应用于建筑领域，能够解决建筑能源消耗问题，使建筑成为低能耗建筑，符合绿色建筑发展理念;光－电技术是应用比较广泛的一种形式，随着化石能源的短缺，光－电技术显得愈发重要，该项技术能够解决动力源缺失问题。这2项技术的大力推广，能够缓解传统能源的消耗，具有战略意义，而且也符合我国绿色发展、保护生态环境的基本国策。太阳能系统主要由太阳能集热器、容积式热交换器、太阳能工质水箱、太阳能集热器循环管路等组成。本文以郑州地区具有代表性的郑州市奥林匹克体育中心(以下简称奥体中心)项目为例，分析太阳能的高效利用。奥体中心项目总建筑面积为584105．88m2，在宾馆的屋面设置太阳能热水器，太阳能集热器面积为480m2，功率182kW，集热板240块，每天可产生热水195．90m2，占建筑生活热水消耗量的26．1%。该项目采用水－水换热导流型容积式加热器，使用高温热水为热媒，在每一使用点单独设置热媒热量计，并在热水用水点和导流型容积式加热器之间也设置了循环回水管和根据温度自动控制的热水循环泵，确保使用者随时取得热水。该项目太阳能系统运行原理图如图1所示。另外该项目还利用了地热能、太阳能照明等非传统能源。在奥体中心项目供暖制冷方案的设计中，体育馆、游泳馆均采用了地埋管地源热泵系统搭配水冷多联式的方式，通过提取土壤冷热量，对场馆进行供冷和供热。该方法比传统中央空调节能30%～40%，同时在体育馆周围广泛分布光导照明采光孔，利用光的折射、透射原理，通过室外的采光装置高效收集太阳光、自然光，并将其导入内部系统。奥体中心项目效果图和光导照明系统如图2、图3所示。

2．2地热能。地热能是地下能源中最丰富的非传统能源，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，地热能的应用主要体现在地源热泵系统。在大型公共建筑中，地热主要用于夏季供冷和冬季供暖方面。地热具有温度稳定、绿色环保，相比传统能源，地源热泵技术是高效节能技术之一。从形式上分，地源热泵系统可以分为地表水地源热泵、地下水地源热泵、埋管式地源热泵。地源热泵系统主要由热泵主机、循环水泵、埋地换热管、埋管真空排气定压装置、分集水器、埋管综合水处理器等组成。本文以河南地区具有代表性的长垣县现代农业示范园项目为例，分析地源热泵技术的应用。长垣县现代农业示范园项目总建筑面积为34547m2，使用热泵系统空调面积约为16645．8m2。根据热平衡型和热泵机组的备用性，该项目选用1#、2#2台热泵机组，1#热泵机组冬季运行，2#热泵机组作为备用，同时考虑热平衡影响，2#热泵机组夏季接1台开式冷却塔，夏季不足的冷量另设1台3#冷水机组。另外该项目土壤换热器换热孔计算数量为338个，考虑到换热孔的施工成孔率，平面实际布置换热孔为334个，单个换热孔有效长度为120m。施工时，下管深度超过90m的为有效换热孔，小于90m的为废弃孔。土壤换热器系统选用2台运行效率高、平稳、使用寿命长、便于拆卸的循环水泵，循环水泵与热泵机组对应工作，可以根据负荷变化改变开启循环水泵的频率，该项目可再生能源提供冷热量的比例为56．38%。

2．3风能。在绿色建筑中，风能的使用主要体现在风力发电领域。风能的能量主要取决于风的速度和强度。与能源丰富、煤炭火力运输便利的平原地区相比，沿岸岛屿、草地和山区的风力发电具有更广阔的前景和范围。例如，在海拔较高的西北高原和广袤的草原地区使用风力发电较为普遍。风能资源的开发主要依托于广袤的陆地和海上风电场。我国的风能资源储量巨大，一年中技术可开发的能量约5．3×1013kW·h。风能在能源中属于清洁能源，具有分布范围广、无污染等优点，但是风能受区域气候、空气流速等影响较大，具有不稳定性。随着风能发电技术的不断革新，风能已经成为可再生能源利用中重要的组成部分［7］。风能在绿色建筑中的应用主要体现在风力发电，特别是在绿色建筑群中应用较广泛。随着城市土地的日益短缺，建筑容积率逐渐增大，建筑物之间的楼间距变得越来越小，导致近地面处风能的利用较弱。为了解决这种问题，可将风力发电设备安装在建筑物顶层，为绿色建筑群提供电能。另外在风速较大的地区，城市的夜景照明可以利用风能，白天依靠涡轮发电机储存一部分风能，晚上将储存的能量释放出来，可以有效地提高风能的利用率。

3可再生能源利用策略分析

通过对河南地区代表性绿色建筑进行分析，可以看出，可再生能源技术利用具有地域适宜性。绿色建筑在项目设计方案阶段应充分考虑可再生能源的利用形式，结合绿色建筑所在地区的区域环境，勘察项目地区可利用的可再生能源，合理确定利用形式。郑州市奥体中心项目和长垣县现代农业示范园项目都采用太阳能系统、地源热泵系统、光伏系统。因此同一项目可以应用多种可再生能源系统，实现多种技术的耦合，可以提高可再生能源的利用率。另外可再生能源在利用过程中，也要充分考虑可再生能源提供的冷(热)量是否满足项目要求，如果提供的热量低于项目的需求量，应该增加辅助装置，比如长垣县现代农业示范园项目中地源热泵提供的冷量在夏季高峰期由热泵主机和冷却塔联合供冷。

4结论

利用可再生能源，对于节约化石能源、保护环境具有重要的意义。通过分析采用的可再生能源利用项目，得出如下结论。(1)可再生能源利用要因地适宜。项目设计前期，应充分考虑当地可再生能源利用形式，有选择地利用可再生能源。(2)增强可再生能源利用的耦合作用。同一项目可以应用多种可再生能源，以达到互相补充的目的。比如在地源热泵机组中，可以利用冷凝热制取生活热水，同时利用太阳能热水系统制取生活热水，2种形式可以互利互补。(3)可再生能源利用受天气、环境、地域等影响，也有一定的缺点。比如，太阳能利用在阴雨雪或傍晚时段，就只能靠电辅热加热;地源热泵系统要考虑地下水的回灌问题等。因此，可再生能源利用设计阶段，要充分考虑最不利因素的影响，增加辅助措施。

作者:郭建峰 单位:河南建筑职业技术学院