可再生能源在浙江省机关办公建筑中的适宜性研究

Study on the Suitability of Renewable Energy in the Government Office Buildings of Zhejiang Province

陈永攀1,王建奎1,林 奕1,费然波2,赵 丹2CHEN Yongpan1, WANG Jiankui1, LIN Yi1, FEI Ranbo2, ZHAO Dan2（1.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江杭州310012；2.浙江建科建筑节能科技有限公司，浙江杭州310012）



可再生能源在浙江省机关办公建筑中的适宜性研究

Study on the Suitability of Renewable Energy in the Government Office Buildings of Zhejiang Province

陈永攀1,王建奎1,林 奕1,费然波2,赵 丹2
CHEN Yongpan1, WANG Jiankui1, LIN Yi1, FEI Ranbo2, ZHAO Dan2
（1.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江杭州310012；2.浙江建科建筑节能科技有限公司，浙江杭州310012）

摘 要：在回顾国家和浙江省对机关办公建筑应用可再生能源政策支持的基础上，结合浙江省机关办公建筑的特点、可再生能源资源情况、可再生能源系统特点，采用平均综合得分法研究了不同可再生能源形式在浙江省机关办公建筑应用中的适宜性，得出了可再生能源应用优先级排序。

关键词：可再生能源；机关办公建筑；平均综合得分法；适宜性

可再生能源是指从自然界直接获取的、可连续再生、永续利用的一次能，包括太阳能、浅层地热能、风能、生物质能源等，它是替代常规能源，调整能源结构的重要方式。可再生能源建筑应用对于促进建筑节能、改善城市环境具有重要意义，同时机关办公建筑的“示范”效应很容易促进全社会节能意识的形成和节能工作的推进。

1 概述

1.1 政策的支持

2006年原建设部颁布的《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》，全面启动了可再生能源在建筑领域的规模化应用示范［1］。2007年《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》，要求国家机关办公建筑和大型公共建筑所有权人或使用人，可委托专业的能源服务机构科学论证节能改造的必要性、可行性，以及投入收益比，在改造时应同步考虑采用可再生能源［2］。

2013年国务院办公厅颁布了《绿色建筑行动方案》，要求积极推动太阳能、浅层地热能、生物质能等可再生能源在建筑上的应用，到2015年末新增可再生能源的建筑应用面积25亿m2，形成常规能源替代能力3 000万t标准煤，示范地区建筑可再生能源消费量占建筑能耗总量的比例达到10%以上。

2007年原浙江省建设厅颁布的《太阳能在建筑中利用实施的若干意见》，要求在12层（含）以下新建居住建筑中应全面应用太阳能热水系统，12层以上支持应用太阳能热水系统；鼓励支持应用光伏和其他太阳能利用系统。有生活热水系统的12层（含）以下新建公共建筑，应全面应用太阳能利用系统；其他新建公共建筑和既有建筑改造，鼓励应用太阳能利用系统。

2011年《浙江省绿色城镇行动方案》，要求加强民用建筑用能管理，扩大太阳能等可再生能源的建筑应用，到2015年新建民用建筑全面实行节能设计标准，既有高耗能建筑节能改造率达到30%以上，建成太阳能光热等可再生能源建筑应用建筑面积5 000万m2以上。2013年，浙江省实施《公共机构节能条例》办法，要求公共机构实施既有建筑节能改造，优先采用节能效果显著的新材料、新产品、新技术和新工艺，鼓励利用太阳能等可再生能源。

《浙江省绿色建筑发展三年行动计划（2015—2017）》，要求积极推进太阳能、地热能、空气能等可再生能源在建筑中的应用。新建公共机构办公建筑和建筑面积1万m2以上的公共建筑项目，应当按国家和省有关要求利用1种以上的可再生能源。2015年《浙江省绿色建筑条例（草案）》，要求新建居住建筑、政府投资或者以政府投资为主的公共建筑和总建筑面积1万m2以上的其他公共建筑，应当按照国家和省有关标准利用1种以上可再生能源。

1.2 存在的问题

在可再生能源建筑应用的实践中，不少机关办公建筑的管理者缺乏应用的经验，面对多种多样又各有优缺点的可再生能源形式，不确定究竟哪种可再生能源适合用在自己的机关办公建筑上。

为解决以上问题，需要研究可再生能源在机关办公建筑中的适宜性问题，即结合机关办公建筑的特点、当地可再生能源资源情况和可再生能源系统特点，分析研究适宜的可再生能源利用形式。

2 机关办公建筑特点

机关办公建筑是由中央或各级地方政府从财政拨款或通过行政手段融资后兴建，且单独为政府各级机关部门办公使用的公共建筑。

2.1 功能特点

机关办公建筑用房按功能分为办公室用房、公共服务用房、设备用房和附属用房。各类用房的功能如下：

1）办公室用房，包括领导办公室和一般人员办公室；

2）公共服务用房，包括会议室、接待室、档案室、文印室、收发室、信息中心、卫生间、警卫室等；

3）设备用房，包括变配电室、水泵房、电梯机房、制冷机房等；

4）附属用房，包括食堂、汽车库、消防用房等。

2.2 建筑特点

机关办公建筑多为有坡屋顶的多层建筑或带平屋顶的一、二类高层建筑，且屋顶多为非上人屋面，坡屋顶和平屋顶为安装太阳能集热器或太阳能光伏板提供了较好的安装空间。

机关办公建筑由于装修与节能标准限制，很少安装玻璃幕墙；外观要求庄严肃穆，因此没有阳台，不能安装阳台式太阳能热水系统。

机关办公建筑周围一般有宽阔的广场空地规划为停车场或绿化地面，因此为土壤源热泵打孔安装地埋管提供了空间。若机关办公建筑离江河湖泊较近，也可以考虑地表水源热泵。

2.3 用能特点

用能安全要求高。机关办公建筑的信息中心要求常年不间断供电，办公室用房、设备用房和附属用房的用能安全要求也很高，若出现停电则影响办公，影响群众办事。

用能规律性强。机关办公建筑的办公室用房、设备用房和附属用房一般为工作日使用、周末停用，白天集中工作，有少量加班；公共服务用房除信息中心常年使用外，其余房间也是工作日使用、周末停用。

用能量较大，能源利用率较低。据统计，机关办公建筑单位面积的耗能量是一般居住建筑耗能量的5～10倍，人均能耗也较高。用热水需求较少。机关办公建筑中只有卫生间和食堂会用到生活热水，且用水量有限。

一般设有空调系统，且夏季冷负荷高、冬季热负荷低。浙江省地处夏热冬冷地区，夏季气温高、湿度大，开启空调制冷时间长；而冬季气温低的时间较短，且围护结构保温做得好，电气设备余热大，机关办公人员节能意识强。

3 浙江省可再生能源资源情况

3.1 太阳能

我国太阳能资源分布是不均衡的，按辐射强度划分，大致可以划分为四类地区，浙江省各地年太阳能辐射量在4 200～4 800 MJ/（m2·a），属于三类地区范围［3］。图1为浙江省太阳能资源利用分区，分别有两个高值和低值区，一个高值区位于浙江东北方向的海岛上，另一个在金衢盆地；低值区之一位于西北山区，另一个在南部山区和东南沿海。Ⅰ区的太阳能辐射总量大于等于4 500 MJ（m2·a）；Ⅱ区的太阳能辐射总量介于4 350～4 500 MJ/（m2·a）；Ⅲ区的太阳能辐射总量小于等于4 350 MJ/（m2·a）。

图1 浙江省辐射量分区图

浙江省人多地少，“七山一水二分田”，土地资源十分稀缺，建设地面太阳能发电站占地较多，因此浙江省要大面积建设地面太阳能发电站是不现实的，而利用闲置的“建筑屋顶”安装太阳能利用装置，是切实可行的太阳能利用方式。

3.2 浅层地热能

浙江省位于中国大陆东南部，为季风频繁活动地带，湿润多雨，多年平均降水量达1 600 mm以上。丰沛的水量，多山的地貌，形成众多的河流。浙江省从北至南有苕溪、运河、钱塘江、甬江、椒江、瓯江、飞云江和鳌江等八大水系，有东钱湖、西湖、鉴湖、南湖四大湖泊，和杭嘉湖、姚慈、绍虞、温瑞、台州五大平原河网［4］。

浙江省绝大多数地区雨水充足，地下水位相对较高，土壤含水率高，通过土壤中水的流动传热作用，为地埋管换热系统的实施提供了有利条件。浅层地热能资源调查数据表明，浙江省处于土壤源热泵较适宜区，具有较好的资源潜力和应用发展潜力。

3.3 空气能

浙江省气温分区见图2，按温度分区：15.6℃～16.0℃为Ⅰ区，16.0℃～16.5℃为Ⅱ区，16.5℃～17.0℃为Ⅲ区，17.0℃～17.5℃为Ⅳ区，17.5℃～18.4℃为Ⅴ区。浙江省空气能资源丰富，浙江省主要城市常年平均温度见表1，各地全年平均气温都在16.0℃以上。

图2 浙江省气温分区图

表1 浙江省主要城市全年平均气温℃

根据浙江省气候特点，空气源热泵热水系统年平均系统能效比约为2.5。2012年浙江省第十一届人民代表大会常务委员会通过的《浙江省可再生能源开发利用促进条例》明确将空气能定性为可再生能源。2015年，《关于印发〈浙江省可再生能源建筑一体化应用试点示范工作实施方案〉的通知》中，明确指出推进可再生能源建筑一体化应用的重点工作，是大力推广空气源热泵热水技术等可再生能源。

4 可再生能源系统特点

4.1 太阳能光伏发电

太阳能光伏与建筑的结合有两种形式：一类是建筑与光伏系统结合（BAPV）；另一类是建筑与光伏组件结合（BIPV）。其中建筑与光伏系统结合主要包括光伏系统与建筑屋顶结合、与外墙结合、与遮阳装置结合、与窗户及采光顶结合、光伏幕墙［3］。

建筑与光伏组件结合还要考虑结构安全性，包括组件本身的结构安全和固定组件的连接方式的安全性；在屋顶安装太阳能光伏系统，要考虑建筑的承重和光伏板承受的风荷载。

光伏系统静态投资回收期约6.5年，管理维修难度很低，一般不需要专人管理；光伏系统白天发电、晚上不发电，符合机关办公建筑白天用电晚上停用的特点，无须增加很大投资配置蓄电池，而且发电量富裕的情况下可实现并网发电。

4.2 地源热泵系统

浙江省机关办公建筑的全年空调冷、热负荷变化较大，冷热不平衡问题较为突出。因此，在方案设计阶段，一般需依据经验或有关资料进行估算，根据冷、热负荷及总释热量、总吸热量情况，与常规空调冷热源组成复合冷热源（浙江省一般只须采用辅助冷却装置），并宜对复合冷热源系统采用自动控制技术，以保证热平衡效果，确保系统可靠。

只要机关办公建筑周围有足够的空地用于打井安装地埋管，且全年总释热量与总吸热量比值在0.8～1.25之间，在技术上便可适用土壤源热泵。若机关办公建筑离江河湖泊较近，地表水源热泵在技术上也适宜［5］。

地源热泵系统的静态投资回收期约4.5年，管理难度高，需要专人维护；而且热源侧埋于地下或置于江河湖泊中，相对常规电制冷而言减少了制冷机房面积，实施相对容易，对建筑外观无影响。

4.3 空气源热泵热水

空气源热泵热水系统投资小，投资回收期约2.5年；管理维修难度低，一般需要专人管理；白天气温高制备生活热水用于办公人员正常使用，虽然夜间气温低但夜间加班也少；施工难度小，施工费用低；一般在屋顶安装一台热泵机组即可满足要求，占用屋顶面积小，对屋顶的结构、承重影响都很小，也不影响建筑外观。

4.4 太阳能热水

太阳能热水系统投资小，投资回收期约2.5年；由于太阳能热水系统经常出现夏季高温爆管、冬季冻裂爆管，因此管理维修难度大、费用高。白天气温高制备生活热水用于办公人员正常使用，虽然夜间气温低但夜间加班也少；在屋顶安装太阳能热水系统，占用大量屋顶面积；要考虑建筑的承重和集热板承受的风荷载，对屋顶的结构和承重影响较大。

5 机关办公建筑可再生能源适宜性分析

为分析可再生能源在浙江省机关办公建筑的适宜性，综合考虑了机关办公建筑特点，以及可再生能源资源情况和可再生能源系统特点，通过计算平均综合得分的方法得出可再生能源应用系统的推荐排序，得分反映了选项的综合排名情况，得分越高表示综合排序越靠前。计算方法为：平均综合得分= (∑频数×权值)/考评点个数。如表2所示的平均综合得分选项表中：A代表地源热泵系统，B代表太阳能光伏系统，C代表太阳能热水系统，D代表空气源热泵热水系统。

权值由应用系统被排列的位置决定。有4个应用系统参与排序，那排在第一个位置的权值为4，第二个位置权值为3，第三个位置权值为2，第四个位置权值为1。本次分析中考评点共7个，应用系统A被选中并排在第一位置2次，第二位置1次，第三位置2次，那应用系统A的平均综合得分=（2×4 + 1 ×3 + 2×2 + 2×1）/7 = 2.43分。

表2 平均综合得分选项表

表3 平均综合得分计算表

最后，得出可再生能源应用系统的推荐排序为地源热泵系统（2.43分）、太阳能光伏系统（3.00分）、太阳能热水系统（1.71分）和空气源热泵热水系统（2.86分）。

6 结 语

随着国家和浙江省对可再生能源建筑应用的政策支持和新型可再生能源设备与技术的开发，可再生能源建筑应用已得到大力改进和推广。通过分析机关办公建筑中可再生能源建筑应用适宜性得出结论，在浙江省适宜于机关办公建筑的可再生能源应用优先级排序为太阳能光伏系统、空气源热泵热水系统、地源热泵系统和太阳能热水系统。

参考文献

［1］徐伟.可再生能源建筑应用技术指南［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［2］薛一冰，何文晶，王崇杰，等.可再生能源建筑应用技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［3］住房和城乡建设部科技发展促进中心.中国建筑节能发展报告［M］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［4］王健，王生云.浙江省河流健康现状与成因研究［J］.经济研究导刊，2012，147（1）：137-139.

［5］中国建筑科学研究院.GB 50366—2005地源热泵系统工程技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

中图分类号：TU18；TU2015

文献标志码：A

文章编号：1008-3707（2016）02-0050-05

收稿日期：2015-11-24

基金项目：浙江省重大科技专项“可再生能源在建筑中的规模化应用关键技术研究与示范”（2014C01002）

作者简介：陈永攀（1980—），男，河南武陟人，高级工程师，从事可再生能源研究工作。