南京市可再生能源建筑应用的潜力及经济分析

南京市可再生能源建筑应用的潜力及经济分析黄凯 顾跃进 李世伟 魏燕丽摘 要： 本文在南京市建筑能耗统计调查的基础上，将太阳能热水系统、地源热泵系统和热泵热水系统与民用建筑应用相结合，分析各种可再生能源形式在居住建筑、机关办公建筑、商业建筑、宾馆酒店建筑中常规能源的替代率、节能量水平和投资回收期。最后形成了南京市可再生能源建筑应用的分析表。关键词：建筑能耗；可再生能源；太阳能热水；地源热泵；热泵热水系统；经济分析前言近年来，为贯彻落实党中央、国务院关于推进节能减排与发展新能源的战略部署，财政部、住房城乡建设部大力推动太阳能、浅层地能等可再生能源在建筑领域应用，先后组织实施了项目示范、城市示范及农村地区县级示范，取得明显成效，可再生能源建筑应用规模迅速扩大，应用技术逐渐成熟、产业竞争力稳步提升。财政部和住房和城乡建设部于 2011 年 3 月 8 日，颁布了《关于进一步推进可再生能源建筑应用的通知》 。通知中明确了可再生能源“十二五”可再生能源建筑应用推广目标：“切实提高太阳能、浅层地能、生物质能等可再生能源在建筑用能中的比重，到 2020 年，实现可再生能源在建筑领域消费比例占建筑能耗的 15％以上。 “十二五”期间，开展可再生能源建筑应用集中连片推广，进一步丰富可再生能源建筑应用形式，积极拓展应用领域，力争到 2015 年底，新增可再生能源建筑应用面积 25 亿平方米以上，形成常规能源替代能力 3000 万吨标准煤。 ”本文结合太阳能光热、浅层地热能建筑应用的计算，分析其可再生能源建筑应用的潜力。空气源热泵能把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能。笔者认为空气能热泵热水器也称“空气源热泵热水器”也可称之为可再生能源建筑应用范畴，本文也对其建筑应用潜力进行了分析。对建筑能耗水平有一定的了解。建筑运行能耗大致包括暖通空调能耗、照明能耗、办公能耗、电梯能耗、热水能耗、公共服务能耗、网络机房（主要为建筑内部服务） 、厨房等一般能耗。根据南京市建筑能耗的统计调查结果，显示南京市机关办公建筑和大型公共建筑的建筑能耗范围区间为 50～300 [1]；南京市居住建筑平均能耗约为 36。主要公共建筑种类的能耗水平如下：（1）机关办公建筑南京市公共建筑的能耗范围从 50到 150不等，其中普通办公建筑（多指建筑体量小，多使用分体空调的建筑）的能耗低，其范围在 50～80 之间。采用集中空调的办公建筑，能耗大约在 80～150 之间。本文取其平均水平 100。 [1]（2）商业建筑能耗范围从 150 到 300 不等，本文取其平均水平 200 。 [1]（3）旅游宾馆酒店旅游建筑主要是指宾馆饭店建筑，样本中对宾馆进行了分析。宾馆可分为普通宾馆和高档宾馆。根据统计的结果，普通宾馆，能耗范围从 100到 150不等；高档宾馆，能耗范围从 150到 300不等。 [1]本文取其平均水平 150 。根据以上内容分析，得到民用建筑能耗水平，如下：表 1 南京市民用建筑能耗水平建筑类型 建筑能耗水平 （ ）居住建筑（分体空调） 36机关办公建筑 100商业建筑 200旅游宾馆酒店 1502 居住建筑目前江苏省统一要求十二层以下的居住建筑必须统一设计安装太阳能热水系统。本节居住建筑太阳能热水系统建筑应用潜力分析，按照整栋建筑都使用分散式太阳能热水系统计算。京市的基础数据表 2 南京市太阳能辐射照度值 [2][3]城市名称 太阳总辐射量(据来源备注 日照时数(h)数据来源备注市区 源[2] 2020 来源[3]溧水县 水县年鉴 2146 溧水县年鉴南京市高淳县 水县年鉴 2128 阳能热水应用计算条件每户每户太阳能热水的效率问题（以 3 口之家计算，90 平方米）。（1）太阳能光热使用效率（%）：根据太阳能热水的特性：冬天热水需要其他能源形式补充（如电、天然气等） ；夏天由于热水量充裕，部分热量将浪费掉。因此太阳能在使用端的的使用系数= 用户使用太阳能热水的热量/太阳能总供热量，此系数小于 1。各地不同，可根据使用系数为 间，南京市选取 2）太阳能热水效率：50%。（3）三口之家设置的集热器面积。计算条件：一户三口之家，设置太阳能热水器集热面积 3㎡。家庭用户：花洒喷淋用水 80—100•天，或每人配置 1㎡的太阳能集热器面积；假设每人三天洗一次，每次使用约 80•天。三口之家需配置约 160L 水容量计算。阳能热水年替代率（1）太阳能热水可再生能源年替代量的计算总利用能量=1209.3(3（㎡）*360. a*49.0 360 a*（居民用电）=（a）/90 ( ㎡)=17（a ）可再生能源替代率=17/36=47%。（2）太阳能热水的经济分析表 3 电加热热水器与太阳能热水器的比较单位单价（元）太阳能热水器 台 4200普通电加热热水器 台 1500回收期=（4200 元—1500 元）/元/a）=。单位面积增加投资=（4200 元—1500 元）/90 (㎡)=30（元/㎡)由以上计算分析，太阳能热水器提供全部的热水量能够替代居住建筑约 47%的常规能源。太阳能热水系统建筑应用潜力可观。共建筑公共建筑太阳能热水的应用主要考虑到公共建筑的热水需求大小。（1）办公建筑。对于办公建筑而言其热水需求小，对于有厨房和浴室的办公建筑，能够使用太阳能热水系统提供热水。而办公建筑大多没有厨房和浴室。（2）商业建筑。商业建筑的热水需求同办公建筑。（3）旅游宾馆酒店。此类建筑热水需求较大。多数旅游宾馆洗澡热水和采暖都需要由锅炉提供。太阳能热水系统则作为建筑热需求的补充。根据以上分析，太阳能热水系统在公共建筑中的应用范围主要集中于旅游宾馆酒店类建筑。办公建筑和商业建筑及时使用太阳能热水系统，其使用潜力也小于 1%。下文分析宾馆酒店的可再生能源量利用。宾馆酒店全年有热水需求，因此宾馆酒店的冷热源多为冷水机组加锅炉的形式。作者根据对旅游酒店的建筑能源审计结果分析，旅游酒店热水系统大约占建筑总能耗（电能和化石能总和）的 30%左右 [1]。根据酒店屋顶的面积和酒店锅炉的配置，太阳能热水系统作为宾馆酒店锅炉的热水补充，其应用潜力能够达到 10%左右。泵类系统可再生能源利用的计算方法（1）热泵类系统较传统系统相比性能的提升，即计算为可再生能源替代传统能源的量；（2）计算条件：热泵系统的性能系数；建筑暖通空调或热水的能耗水平；建筑能耗特点。源热泵系统建筑应用潜力分析（1）地源热泵系统可再生能源利用潜力算例：某居住建筑采用地源热泵系统，其与传统土壤源热泵系统相比，暖通空调系统可再生能源利用率为：传统热泵系统的 天：天：源热泵系统 天：天：通空调下的能耗为：冬季 15.5 ；夏季 20.3 ，全年 。地源热泵系统能耗为：1.3()暖通空调系统可再生能源利用率为（＝41％。（2）地源热泵系统潜力分析以一栋 10000 平方米的建筑为例，采用土壤源热泵系统增量投资都为 100 万元，可再生能源利用率为 40%左右，其经济比较如下：表 4 不同建筑类型地源热泵的节能量分析表建筑能耗（方米）节能量（方米）回收期（年）居住建筑（中央空调系统能耗） 72 15 00 21 场建筑 200 41 馆酒店 150 37 ：上表中增量投资为 100 元/平方米；建筑能耗中采用中央空调系统的居住建筑能耗以普通居住建筑的两倍计算，节能量按照暖通空调系统能耗占建筑总能耗的 50%计算；建筑电价居住建筑采用 ，公共建筑采用 。根据以上计算，地源热泵系统常规能源的替代率为 20%左右（与建筑总能耗对比） 。宾馆酒店中地源热泵系统若与热水的生产相结合，能够进一步提高常规能源替代率，降低回收期。泵热水器建筑应用潜力分析（1）热泵热水器系统可再生能源利用潜力算例：某建筑采用热泵热水器供应热水，与电热水器相比，可再生能源利用率计算如下：热泵热水器系统全年平均 ；电热水器全年平均性能为 此热泵热水器可提升性能 （2）地源热泵系统潜力分析以一栋 10000 平方米的建筑为例，采用热泵热水器系统增量投资都为 20 万元，其经济比较如下：表 5 不同建筑类型热泵热水器系统的节能量分析表建筑能耗（方米）节能量（方米）回收期（年）居住建筑 36 9 5 办公建筑 100 3 9 商场建筑 200 5 5 宾馆酒店 150 8 3 注：上表中增量投资为 20 元/平方米；居住建筑热水系统能耗占建筑总能耗的 47%；办公建筑热水系统能耗占建筑总能耗的 5%；商业建筑热水系统能耗占建筑总能耗的 5%；宾馆酒店热水系统能耗占建筑总能耗的 10%。根据以上计算，热泵热水器系统在居住建筑中的常规能源的替代率为达到 24%；其他建筑常规能源的替代率为 5%左右。京市可再生能源建筑应用的经济比较分析结果如下表：表 6 南京市可再生能源建筑应用的经济比较分析可再生能源类型 建筑类型 使用方式常规能源替代量（）常规能源替代率（%）回收期（年）居住建筑 每家使用 17 47 3~4办公建筑 少量使用 能尽其用 3 3~4太阳能热 水系统 公共建筑商场建筑 少量使用 能尽其用 3 3~4宾馆酒店 按照热水需求使用 采暖和洗浴的补充 10 3~4居住建筑 空调和热水 20 28 7办公建筑 空调系统 30 30 5商场建筑 空调系统 40 20 5地源热泵系统 公共建筑宾馆酒店 空调和热水 50 30 4居住建筑 热水 9 24 5热泵热水器系统 公共建筑 宾馆酒店 热水 8 5 3根据上表分析数据，得到如下结论：1) 居住建筑热水需求较办公建筑、商场建筑相比较小；2) 居住建筑使用太阳能热水，常规能源替代率可达到 47%；对于不能使用太阳能热水系统的高层建筑，也可采用热泵热水器等形式；3) 地源热泵系统在居住建筑中应用，其投资回收期长。地源热泵系统在公共建筑中应用回收期短。4) 三种可再生能源形式在建筑中各有优势，应区别对待。参考文献[1] 黄凯 季柳金 杨玥. 江苏省公共建筑能耗分布和运行特点分析[J]. 建筑节能, 2013 年, 第 1 期:8] ]，北京: 中国建筑工业出版社，2005.[3] 张运林. 南京地区近 40 年来太阳辐射变化[J]. 地理学报(英文版), 2003 年 第 1 期:97者单位：江苏省建筑科学研究院有限公司）