绿色建筑中可再生能源利用的评价研究★

殷 晓 玮

(芜湖职业技术学院，安徽 芜湖 241003)

0 引言

绿色建筑评价范围较广，其主要涉及建筑的内外部环境，能源消耗以及资源利用等多个方面，而利用能源尤其是对于可再生资源利用来说是绿色建筑的关键内容。可再生资源相比化石能源来说，能够实现持续性发展，取之不尽，用之不竭，对于环境破坏程度影响较小，利于生态环境发展。可再生能源受到技术条件以及自然环境等诸多因素的影响，目前在建筑中常作为部分常规能源的替代能源。可再生能源也并不是完全无限制使用的，为了能够提高可再生能源的利用率，甚至会增加一些额外消耗，比如在太阳能制冷时会增加水泵的电能量耗损，因此在绿色建筑中如何正确的评价可再生能源的利用是当前需要解决的问题。

1 可再生能源在国内的资源分布情况

太阳能是自身发生的核反应持续释放的能量，我国具有充足的太阳能资源，一年中太阳辐射达到内陆的能量相当于1.248×1012t标准煤炭使用量[1]。从整体上来看，我国太阳能资源优越也为合理开发利用太阳能提供了重要的资源条件，尤其对于西北边远地区来说，交通闭塞，相比中东地区来说，经济水平落后，因此大力推广太阳能利用，能够充分发挥当地的太阳能资源优势，明显改善当地人们生活质量。

浅层地热能资源是储存于地下200 m的土壤或土地以及水体中，具有较高开发价值的能量。通常地热温度低于25 ℃，是受到地球深处地热能以及太阳能共同作用存在的。根据近三年的研究表明，对我国地级市开展浅层地热能源评价，结合评价内容，目前国内每年浅层地热资源量相当于标准煤95亿t，按照当前现有的开发技术，能够实现每年节约高于3.5亿t标准煤的使用量，如果浅层地热能源得到合理开发，每年将会减少大量的煤炭使用量，并减少二氧化碳排放量[2]。

2 可再生能源建筑技术分析

从太阳能的建筑使用技术上来看，太阳能热水系统包括储能、控制、辐射、管路等多个系统。太阳能集热器能够将太阳能转化为热能，进而转化为热水，具有集热效率较高，自动化运行，节能环保等功能。太阳能集热器能够将表面接收的太阳能传递给冷水，常见的集热器包括真空管和平板式集热器[3]。平板集热器采用高热导率的铜管，表面覆有耐压层，其使用寿命可达到30年以上，具体在运行过程中的原理是集热器表面涂层能够吸收的太阳辐射，转化的热能被通道的冷水吸收利用，加热水温以满足人们生活需求。

真空管集热器能够将安装吸收热装置体的管内形成真空，达到热量损失减少的目的，在表面使用真空镀膜涂上涂层后吸收辐射能量，减少吸热体热量损失。储能水箱是将集热器所生产的热水储存起来，具有良好的保温效果，通常是由外壳、内胆以及保温层共同构成的，聚氨酯是常用的保温材料。控制系统可以通过水温、水压、水量等控制来满足人们的生活需求。在使用太阳能热水系统时需要结合房屋安装环境以及自身特点，考虑气候类型和人们的经济能力，以降低电能为目标，满足人们的生活需求。

从浅层地热能的建筑技术来看，针对地源热泵运行原理，是一种低能耗高品位电能，能够将位于浅地表水和地下土壤中的热能提取之后进行制热或制冷，由室外侧换热系统、主机以及室内换热系统共同构成的环保空调循环系统。在处于制冷状态下，换热器中的水吸收建筑中的热量后，能够在水泵驱动下循环给地下的换热器，再将热量传给地下土壤中，发挥土壤的冷源效果。在冬季供热条件下，由于换向阀调整，制冷剂流向出现逆转，换热器变为蒸发器，室外循环系统中的水能够通过地下换热器吸收土壤热量，并将换热器的热量传给机组制冷剂，室内循环系统换热器在吸收制冷机热量之后，可通过水循环作用释放到建筑内部中。在使用地源热泵的过程中，需要根据浅层地热能的类型区分土壤源、地表水源以及地下水源泵这三种类型[4]。其中对于地下水源热泵来说，能够充分利用热泵技术，减少化石能源的消耗，然后将地板下方的水体冷热量传递到建筑物中，是一种环保空调系统。具体使用时，将水泵提取地下水到热交换器，发生热交换之后排到地下。目前国内在使用该系统时受到一定限制，主要是由于该系统是否适合使用，需要结合周边地下水情况进行分析，同时还需要花费大量的成本调查相关的水文数据和水体稳定度，如果地下水较深时会增加施工成本，因此也从一定程度上影响了地源热泵的经济效应。地源热泵的运行原理见图1。

3 可再生能源与传统空调系统能源评价方法

针对地源热泵和传统空调系统进行能源评价时，可以进行负荷计算，进一步比较地源热泵和传统空调系统的能耗，对两种系统经济性进行比较分析。

在传统空调系统负荷计算过程中，主要包含温频法(即BIN法)、当量满负荷运行时间法以及度日法。其中温频法作为空调能耗的简化模拟方法，原理是假设日射和温差负荷，两者之和即为围护结构负荷，该负荷与外界气温呈现线性关系，基于此线性关系计算出各种温度条件下的冷热负荷，乘以温度段的累积的小时数，可以获得该温度条件下的冷热能耗，通过累积冬天和夏天的冷热能耗需求之和，则为全年的冷热能耗。但是利用这种方法进行计算，会导致全年冷热负荷高于实际负荷，因此需要对该方法进行改进。假设建筑物负荷会随着室外温度发生信息变化，调整BIN法的计算公式，如下式所示：

式中：EQ——全年的运行消耗量；

Wij，Tij——第i台设备在处于j工况下的运行功率和运行时间[5]。

针对空调能耗计算利用改进BIN法，求得各温度条件下的冷热负荷数据，结合空调系统的冷热源参数获得运行功率，再由不同负荷条件下的基础制冷和制热功率运行时间来获得全年运行负荷。

地源热泵和传统空调系统经济性比较可以从初始投资费用、经营成本、动态费用、敏感性这4个角度进行。首先不同方案初始的投资费用中包括设备购置费用、建设安装费及钻孔费等，年经营成本包含运营费用、人工费用以及维修费用。由于经营成本和初始投资成本无法体现目前的经济指标，也无法考虑在设备使用周期内的时间价值，而动态费用年值能够整体将方案的经济性凸显出来。为了便于方案比对，引入动态费用年值，将初始投资金额分析时间价值之后，分摊到生命周期中，加上年经营成本，进而获得最小值的方案。动态费用年值计算公式如下所示：

AC=PC(A/P，i，n)。

式中：AC，PC——费用年值和现值；

i——基准收益率；

n——使用寿命[6]。

在敏感性分析中，不同方案的动态费用是受到电价、燃气价格、政府补贴等多种因素的影响，敏感性分析原理是以其中一个影响因素变动之后，其余影响因素固定不变，进一步研究该影响因子对整个研究的影响程度。

4 绿色建筑评价中可再生能源比重分析

除上述评价方法之外，根据我国有关绿色建筑评价标准明确指出，针对绿色建筑评定过程，可将其分为节材与资源利用，内环境质量、运营管理，节能和能源利用，节地和室外环境节水及水资源利用这六个方面。该标准也是国内建筑评价系统的重要参考依据。现行的绿色建筑评价标准中所给出的评分体系，可以采用累积总分的方式进行评价，在所有控制项满足的基础上，由优选项和一般项满足条目数来决定最终评定等级。对于一些公共建筑或住宅来说，控制项目无可再生能源相关应用要求。而在近年来所颁布的绿色建筑评价标准修订版本中，对于非石化能源相关要求和分值有了具体的定义。假设建筑节能部分所有的条目都是比较适用的，最终评价总分为100分，根据公式所给定的计算方法，我们对一些得分项进行分值和权重计算，对公共建筑以及住宅建筑进行设计评价和运行评价，相应条目总分的最大贡献度与目前标准所提出的数值比例相对较低。目前我国实现特定的绿色建筑评价标准中，在控制项中没有体现可再生能源的利用情况，因此，针对能源利用较高且对环境友好要求较高的绿色建筑评价体系中，可再生能源的相关利用并不是缺一不可。

5 太阳能利用评价的案例分析

在对太阳能的利用进行评价时，会对评价对象进行考察。优先选择一些重要的评价指标，针对指标重要度不同，在构建指标评价体系之后，需要给予不同指标赋予相应的权重系数，通过定量的方式能够体现在整个评价指标体系中的重要度。相比普通建筑来说，绿色建筑与其具有共同点，即能够为人们提供更加舒适空间，而不同点在于绿色建筑提倡能够尽可能减少对于不可再生能源的使用，减少对于环境造成的不良影响。不同类型的可再生能源对于资源节约、环境影响减少的贡献度是不同的，因此需要对不同指标进行权重设置，在使用过程中可以采用综合评价法的方式。能够对事物的好坏进行综合性评价，大多是对多种对象进行排序，先由不同因素影响将各评价对象排出先后顺序，再进行综合领域评估，有时无法掌握评价对象信息，再开展评价。这是与灰色系统具有一定类似的，针对该情况也形成了以灰色系统为核心的评价方法，灰色关联度分析实际上就是灰色综合评价法的重要分支，可用于对各因素关联性进行定量描述。

太阳能资源总量等级见表1。

表1 太阳能资源总量等级

该地方在太阳能利用评价过程中还存在一些问题，因此在评价时需要把握以下原则：

1)结合实际情况设置合理的评价指标，目前国家将区域划分为9个平台区，不同区域其评价指标值不同，具体指标会受到可再生系统产能和建筑能源消耗这两种因素的影响。因此需要综合建筑热工设计分区和可再生能源的分布情况，进一步对可再生绿色建筑能源进行分区评价，能够防止由于采用统一标准，对一些建筑能耗较高的地区或者缺乏气候资源的地区产生不利影响，进一步实现因地制宜的评价。

2)能够明确评价地区范围，由于太阳能会受到技术水平和气候资源等因素的影响，部分地区是不适用太阳能系统的。对于太阳能比较匮乏的地区来说，其在使用过程中成本较高，初期成本高，回收期较长，无法实现整体效益。

3)太阳能利用率除受到外界因素影响外，还会受到人为因素的影响，因此需要从设计施工维护整个过程完成数据审查，确保太阳能利用系统的运行效率和质量。

从经济性角度上分析，虽然太阳能是一种具有较高清洁度的可再生能源，但是受到太阳能整套设备的成本等因素的影响，没有在建筑中实现广泛应用。部分太阳能资源匮乏的地区在利用太阳能系统时成本较高，回收期较长。基于这种自然条件下，对于这些地区不鼓励使用太阳能。结合我国有关研究部门对建筑可再生能源示范区域的测试报告，我们发现目前在太阳能热水上的耗能处于0.1元/(kW·h)～0.3元/(kW·h)，而如果利用光伏发电时相应的最少为1.4元/(kW·h)～1.7元/(kW·h)，结合这些数据我们发现单位面积太阳能热水系统增加投资集成器为1 400元/m2，光伏系统相比热水系统来说成本要更高。

在太阳能利用平台上，结合当地资源条件进行太阳能利用系统设计，进而减少常规不可再生能源的消耗，降低对于环境的影响。我们以某小区为例，该小区获得国家绿色建筑三星认证，采用并网建筑光伏发电系统，建筑安装了150件单体柜，装机总量可以达到25 kW，年累计发电量为4.2万kW·h。根据绿色建筑评价标准中节能与能源利用这一条文件有关规定，结合当地条件可充分利用太阳能等自然资源。如果可再生能源给建筑所提供的热水量高于生活热水总需求量时，则有可能满足相应的优先选项要求。该小区建筑光伏系统发电量可以达到4.2万kW·h，而平均年消耗电量为202万kW·h，可再生能源发电量占总用电量2.03%，超过有关规定2%，是满足使用要求的。虽然使用光伏系统太阳能替代率不高，但能够满足基本评分要求。

6 结语

对于建筑节能来说，绿色建筑的可再生能源是其重要部分，国家有关部门非常重视。结合发达国家经验和我国的实际发展情况，我们发现目前在系统节能中可再生能源的利用,对于降低非可再生能源是十分重要的。近年来，发达国家逐渐提出低能量消耗的建筑物施工目标，目前我国在该领域还没有出台相应的定量目标。无论国内建筑能耗目标采用哪种规定，逐渐降低能源消耗，使可再生能源扮演更加重要的角色，这对于我国可再生能源发展和国家整体规划都是十分重要的。