广西某公共建筑可再生能源利用率的系统形式分析

余远贵（广西壮族自治区建筑科学研究设计院， 广西 南宁 530005 ）

我国建筑能耗消费总量占全国能源消费总量的比例约为20%。根据广西壮族自治区能源发展“十三五”规划，广西将严格控制能源消费总量，到 2020年，全区能源消费总量力争控制在 41.62 MJ 以内。在民用建筑中，公共建筑能耗占比远超于居住建筑。在公共建筑中合理利用可再生能源，可以有效地降低建筑能耗。

本文结合实际案例，以可再生能源利用率 ≥ 20% 作为设计指标，对几种系统形式进行技术及经济性分析，可为同类项目提供参考。

1 项目概况

本项目位于广西壮族自治区南宁市五象新区，总建筑面积为 74 272.58 m2。其中，地上建筑面积为 59 218.95 m2，地下建筑面积为 15 053.63 m2，包含 4 栋办公楼以及底层配套设施。

2 项目能耗计算

根据 GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》、DBJ/T 45-003—2013《广西壮族自治区国家机关办公建筑综合能耗、电耗定额》、DBJ/T 45-006—2013《广西壮族自治区商务办公建筑综合能耗、电耗定额》、DBJ/T 45-008—2013《广西壮族自治区商场建筑综合能耗、电耗定额》等标准，本项目能耗计算如表1 所示。

由表1 可知，本项目年能耗总定额为 24 315.28 MJ/a。按照可再生能源利用率 ≥ 20% 的要求，可再生能源所需要提供的标煤能耗量约为 4 863.12 MJ/a。

表1 项目能耗计算表

3 可再生能源系统形式分析

由于项目所在区域周边无成形的污水源，距离可利用的地表水资源达 1 300 m，且周边均为成熟的小区及市政道路，开挖道路手续烦琐，道路顶管工程耗费过大，项目用地面积红线与地下室边界之间的空间较小，屋面面积有限且光伏发电系统发电效率相对较低等原因，本文不再对污水源热泵系统、自建泵站的地表水源热泵系统、地埋管热泵系统、光伏发电系统进行适用性分析。另外，项目周边为成熟的大型办公建筑群，已规划建设完成了一套规模较大的区域集中式能源站系统（江水源）。因此，根据项目实际特点，重点对区域能源站空调系统、太阳能热水系统以及两者相结合的系统进行分析，并通过经济性比较，得出满足可再生能源利用率 ≥ 20% 的经济性较好的方案。

3.1 区域能源站空调系统

3.1.1 可再生能源利用率分析

由表1 可知，3 号楼总耗能为 13 375.04 MJ/a，其中空调耗能占 48%，即 3 号楼全部采用区域能源站提供空调时，则可再生能源总提供的标煤能耗量约为 6 420.02 MJ/a，占整个项目耗能的 26.4%，满足可再生能源利用率 ≥ 20% 的要求。

3.1.2 经济性分析

3 号楼全部采用可再生区域集中空调系统，投资 601.5万元，具体包含以下 3 部分费用。

（1）接入费。区域供能接入面积为 30 153.86 m2，按照办公接入费收费标准 130 元/m2计算，接入费共 392.0 万元。

（2）换热机房投资。区域供能系统换热器及水泵费用如表2 所示。

表2 区域供能系统换热器及水泵费用

（3）空调末端投资，考虑将空调管网预留到各房间入口，房间内风机盘管等由用户结合装修设计安装。空调末端成本如表3 所示。

表3 空调末端成本

3.2 太阳能热水系统 + 区域能源站空调系统

3.2.1 生活热水需求量

本项目包括 1 号、2 号、3 号、5 号办公楼，办公面积为 55 380.61 m2，办公室每人使用面积按 8 m2计算，则设计人数为 6 923 人。办公建筑热水用水定额取 10 L/（人·d），则设计生活热水需求量为 69.23 m³/d。

3.2.2 可再生能源利用率分析

太阳能集热器面积按式（1）计算。

式中：Ac—直接系统集热器总面积，m2；

Qw—日均用水量，L；

tend—储水箱内水的终止温度（用水温度），55 ℃；

CW—水的定压比热容，4.187 kJ/（kg·K）；

ti—年均自来水的初始温度，取值 15 ℃；

JT—当地年平均日集热器受热面上辐照量，取12 838 kJ/m2；

f—太阳能保证率，选 40%（参考范围 0.4～0.5）；

ηcd—集热器年均效率，取 0.45（参考范围 0.45～0.50）；

ηL—管路及储水箱热损失率，取 0.2。

根据式（1），可计算得出太阳能保证率为 40% 情况下所需理论集热器面积。

根据建筑屋面平面最大化利用来进行太阳能板布置，项目整体可布置 627 块集热器（集热面积为 1 254 m2）。其中，1 号楼可布置 179 块集热器，2 号楼可布置 102 块集热器，3 号楼可布置 244 块集热器，5 号楼可布置 102 块集热器。

根据式（1）推导，太阳能保证率可按式（2）计算。

代入上述集热器面积，可计算出实际全年太阳能保证率。

由表1 可知，本项目热水总能耗为 1 215.70 MJ，根据太阳能保证率为 49.99% 计算，则太阳能热水系统的可再生能源替代量为 607.68 MJ。因此，若要满足可再生能源利用率 ≥ 20% 的要求，还需采用区域能源站提供空调来替代4 255.45 MJ，即还需要接入 19 988 m2的集中空调系统。

3.2.3 经济性分析

采用太阳能热水系统 + 区域能源站空调系统，成本为760.75 万元，具体如下。

（1） 生活热水部分经济分析。太阳能热水系统往往需要配备空气源热泵作为辅助热源，其成本估算如表4 所示。

表4 太阳能热水系统成本

（2）空调部分经济分析。① 接入费：区域供能接入面积为 19 988 m2，按照办公接入费收费标准 130 元/m2计算，接入费为 259.84 万元。② 换热机房投资：参考表2 计算指标 42.75 元/m2，该部分换热机房投资为 85.44 万元。③ 空调末端投资：参考表3 计算指标 26.73 元/m2，该部分换热机房投资为 53.42 万元。

4 结 语

（1）项目可再生能源系统形式的确定需要综合考虑项目所在区域环境、能源资源以及项目自身情况等因素。例如，同类项目中若存在可利用的地表水资源，则可考虑参照本文可再生能源利用率的分析，采用自建泵站的江水源热泵系统。

（2）普通坐班制办公建筑生活热水需求量较小，在可再生能源利用率 ≥ 20% 要求下，从经济性角度考虑，采用可再生能源提供空调用冷量的方式，比既采用可再生能源提供空调用冷量又采用太阳能热水系统提供生活热水的结合系统更适用。

（3）结合本项目分析，可引申出一个假设，如果某办公建筑为公寓式办公建筑，即生活热水需求量比普通坐班制办公建筑增加 5～10 倍，则采用太阳能热水系统也可获得相对较高的可再生能源利用率。