济南市可再生能源建筑应用规划研究

何文晶，李沛，刘雅梅

(1.山东建筑大学山东省建筑节能技术重点实验室，山东 济南 250101;2.山东建筑大学可再生能源建筑利用技术教育部重点实验室，山东 济南 250101;3.济南市规划设计研究院，山东 济南 250101;4.山东建大建筑规划设计研究院，山东 济南 250014)

0 引言

可再生能源包括水能、生物质能、风能、太阳能、地热能和海洋能等[1]，资源潜力大，环境污染低，可永续利用，是有利于人与自然和谐发展的重要能源[2]。开发利用可再生能源，对增加能源供应、改善能源结构、保障能源安全、保护环境具有重要作用，是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要战略措施。因此，依据国民经济和社会发展规划，进行可再生能源建筑应用规划，预测可再生能源在建筑中的需求，对其开发、生产、转换、利用和分配等各个环节做出统筹安排，是非常有必要的。

受济南市政府指派，我们进行了2011—2015年济南市可再生能源建筑应用规划研究。根据济南市自然条件、城市特点、国家鼓励应用可再生能源的相关政策以及各类可再生能源应用技术的特点，着重选择了太阳能和浅层地热能进行研究分析。本规划与国内其他相关规划比较而言，具有显著的地域特色和针对性，探索出一条适宜于地方性特色的可再生能源建筑应用之路[3]，可作为济南市可再生能源建筑发展的理论指导，也可为与济南自然、经济条件相近的其他城市提供参考。

1 发展现状

1.1 济南市可再生能源资源潜力

1.1.1 太阳能资源

济南市年可照时数为4431.6h，年日照时数为2516.9h，年总辐射量为 5120.50MJ/m2，理论太阳能蕴藏量为1.14×1011MJ，属太阳能资源较丰富地区。由统计数据分析，济南市平均每天日照时数为6.9h，多于6h，太阳能具有可利用价值;各月日照时数多于6h的天数最大值出现在7月，最小值出现在2月，最大值与最小值的比值为1.278，太阳能资源全年辐射量变化较稳定，有利于太阳能资源的利用。

1.1.2 浅层地热能资源

济南市浅层地热能资源评估深度为150m，可利用温度为8℃。将全市进行分区计算，浅层地热能总储量271.46 ×1014kJ，相当于 9.265 ×108t标准煤。考虑建筑布局、建筑符合要求和资源承载能力等限制因素，土地利用系数取10%，取暖耗能按标准煤耗21.73kg/(m2·季)计算，则可供制冷、取暖建筑面积 4263.69km2。

表1 济南市各月可照时数

表2 济南市各县区浅层地热能资源量

1.2 济南市可再生能源应用现状

近些年来，济南市积极开发利用新能源，鼓励大型公建、居住区、城市广场、道路等使用太阳能。截止2010年底，全市太阳能光热建筑面积1331万m2，其中太阳能热水系统建筑一体化建设590万m2;太阳能光电建筑应用34万m2。

基于保护地下水的原则，济南市可利用的浅层地热能资源包括地表水、土壤源和污水源，现阶段的开发利用主要集中在土壤源热泵技术。截至2010年底，全市浅层地热能资源应用面积已达52万m2。

济南市可再生能源产业也得到长足发展，不但形成了世界级太阳能热利用产业聚集区，成为全球最大的太阳能毛坯管生产基地，而且从事以浅层地热能为主的新能源企业也达到近百家。

1.3 济南市建筑用能需求

截止2010年底，全市既有民用建筑总面积约1.37亿 m2，其中居住建筑为 1.12 亿 m2，公共建筑为0.25亿m2。经统计计算，全市每年建筑总能耗为595.76万t标准煤，其中采暖能耗为319.75万t标准煤，占54%，生活用电能耗为276.01万t标准煤，占46%，居住建筑和公共建筑的建筑能耗各占50%，城镇民用建筑平均能耗为36.84kg/m2标准煤。

图1 济南市可再生能源建筑应用类型比例现状

《济南市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出，“十二五”期间济南市城镇化率将达到75%。根据近两年建筑竣工面积增长速度，预计2011—2015年，全市新建建筑面积5000余万m2，城镇民用建筑总面积将达到1.87亿m2，建筑总能耗将增加20%，每年耗能达到715.18万t标准煤。

1.4 存在的问题

虽然济南市在可再生能源应用方面取得了一定成绩，但随着城市建设的快速发展，还存在诸多问题亟待解决:

(1)政策扶持需要进一步加强。目前，太阳能应用得到了充分重视和政策引导，但是浅层地热能、生物质能等其他可再生能源的相关政策体系还需完善，经济激励力度还需加强。

(2)市场保障机制需要进一步健全。目前可再生能源市场中太阳能一枝独秀，需要加快建立促进多种可再生能源发展的市场机制，推动多种可再生能源产业化，实现市场多元化。

(3)相关技术水平还需进一步提高。今后济南市新建住宅将以十二层以上为主，必须加强对高层住宅建筑太阳能利用技术的研究。对于开发利用浅层地热能方面，虽然基于保护地下水的原则，禁止利用地下水，但可以研发推广地表淡水源、污水源等热泵技术，合理扩大浅层地热资源利用领域。

2 发展规划

2.1 规划目标

2011—2015年，新建建筑中应用可再生能源的建筑面积为2360万m2，其中太阳能光热应用2050万m2，地源热泵应用310万m2;既有建筑的可再生能源改造面积为140万m2;5年间累计推广可再生能源建筑应用面积2500万m2。

建设85个可再生能源在建筑中规模化应用示范工程，其中建设太阳能与建筑一体化示范工程60个，城市光伏景观照明示范项目15个，浅层地热能示范工程10个。

图2 济南市可再生能源建筑在新建建筑中的比例

图3 济南市各类可再生能源建筑应用面积

2.2 规划布局

(1)太阳能光热建筑应用

太阳能光热技术比较成熟，可以在全市范围内大多数公共建筑和居住建筑中广泛应用。既有建筑中优先改造政府部门和大型公建，对于居住建筑，鼓励民众使用整体式和单元式太阳能热水产品。新建建筑中重点在学校、医院、酒店、工厂宿舍以及政府投资的大型公建中配置太阳能热水系统，并进行一体化设计。在现行的“12层以下住宅必须采用太阳能热水系统与建筑一体化设计和施工”的基础上，逐步达到“日照满足4h的住宅必须安装太阳能热水系统，日照不满足4h的住宅酌情安装太阳能热水系统;新建建筑安装太阳能热水系统必须实现建筑一体化设计和施工。”

(2)太阳能光电建筑应用

太阳能光电的应用以大型公建为主，建设与建筑一体化的屋顶太阳能并网光伏发电示范项目;结合济南市城市供电工程规划，在具备条件的工业园区、大学园区、景观园区建立集中式太阳能光伏发电站;同时在道路、车站、公园等公共设施照明中推广使用光伏电源。

(3)浅层地热能建筑应用

对于浅层地热能资源的开发利用，应在保护环境的前提下，根据各区的资源分布和特征选择合适的利用方式。

地表水源的利用，近期应配合当前城市建设，以小清河两岸有代表性的新建或改造建筑为主，发展地表水水源热泵技术;远期应把地表水总量较为丰富的章丘市、历城区、长清区作为重点发展区域，优先考虑距离水系、河道近的建筑。

土壤源可利用量以商河县、济阳县、历城区、长清区较为丰富，可作为土壤源热泵技术的优先发展区域。重点选择有示范作用的大型公建，符合条件的居住建筑可适当采用。

结合污水处理厂，应用污水源热泵技术。合理利用济南钢铁厂等重型工业和多家热电厂的余热资源，完善技术，逐步推广。

2.3 重点工作领域

重点支持以下领域中的示范工程、技术集成及标准制定，攻克相应技术难关:

(1)研发完善与建筑一体化的太阳能生活热水、采暖空调、光电转换、照明等新技术;

(2)研发完善土壤源热泵供热制冷技术、淡水源及污水源热泵供热制冷技术;

(3)研发完善太阳能与浅层地热能综合利用供热制冷技术;

(4)提高太阳能、浅层地热能设备和系统的热转换效率;

(5)降低太阳能光热、光电产品生产过程中的能耗，减少环境污染;

(6)研发推广适合既有建筑改造的可再生能源应用技术;

(7)完善可再生能源建筑的评估检测方法;

(8)促进可再生能源建筑设备及产品的产业化;

(9)增强可再生能源建筑应用管理及服务体系建设。

3 效益分析

可再生能源建筑的应用，对于改善能源结构、节约能源资源能够起到重大作用，对产业结构的升级、拉动内需及增加社会就业人口等能够起到积极作用。本规划的实施，将在环境、社会和经济方面取得如下显著效益:

(1)促进节能减排。可再生能源的开发利用将节约和替代大量化石能源，显著减少污染物和温室气体排放，加速济南市节能减排目标的实现。2011—2015年全市应用可再生能源累计替代常规能源约 7.5 ×105t标准煤;减排 SO26400t、NOx5550t、CO2200 万 t。

表3 2011—2015年济南市太阳能光热建筑节能量预测

表4 2011—2015年济南市浅层地热能节能量预测(按标准煤计算)

(2)树立良好的城市形象。可再生能源的应用，不但促进了经济和社会的可持续发展，也促进了人与自然的协调发展，对全面建设小康社会和社会主义新农村起到重要作用，将有力地推进济南市作为省会城市的生态文明建设。

(3)加速地方产业升级。建设可再生能源设备产业基础，加速产业环境的升级更新。投资还将惠及其它上下游的产业，包括能源服务市场、建筑专项设计(例如太阳能热水系统专项设计)、监理及施工等。

4 总结

目前，以能源革命和低碳经济为主题的绿色浪潮席卷全球，能源战略在国际竞争中具有决定性的作用。发展低碳城市是中国应对气候变化、发展低碳经济、面向“后京都时代”的必然选择[4]。济南作为省会城市，应在政策法规上引导和规范，在经济上激励和促进，建设完善技术支撑体系，实施严格的监督管理，加强宣传培训，创造良性发展环境[5]，确保可再生能源建筑应用工作的开展和顺利进行，向低碳城市的目标迈进，为国家和社会做出应有的贡献。

[1]王雪松，王雅丽.碳中和理念下的建筑能源对策分析研究[C]//夏海山，陈衍庆.建筑新技5.北京:中国建筑工业出版社，2010:121－126.

[2]杨基春.新能源在建筑节能领域中应用的思考[J].应用能源技术，2008，39(3):32 －34.

[3]宋德萱，陈宇.地方性建筑节能规划与节能技术策略的互动研究[C]//夏海山，陈衍庆.建筑新技5.北京:中国建筑工业出版社，2010:115－120.

[4]梁浩，龙惟定.城市能源系统综合规划模型的研究与应用[J].山东建筑大学学报，2010，25(5):524 －528.

[5]李沛，何文晶，杨慧.山东省可再生能源建筑应用专项规划研究[C]//中国城市规划学会.规划创新:2010中国城市规划年会论文集.重庆:重庆出版社，2010.767 －769.