銀川市可再生能源建筑示范研究★

黃金智 劉 娟

(1.彭陽縣科技服務(wù)中心，寧夏 固原 756500； 2.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

·綠色環(huán)保·建筑節(jié)能·

銀川市可再生能源建筑示范研究★

黃金智1劉 娟2

(1.彭陽縣科技服務(wù)中心，寧夏 固原 756500； 2.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

結(jié)合銀川市豐富的可再生能源及其在建筑中的規(guī)?；l(fā)展情況，對(duì)不同類型的太陽能熱水集熱系統(tǒng)及地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析和理論計(jì)算，評(píng)價(jià)了系統(tǒng)的節(jié)能效果，得出了一些有意義的結(jié)論。

可再生能源建筑，太陽能，地源熱泵，熱水供應(yīng)

0 引言

隨著我國(guó)能源的日益緊缺和《中華人民共和國(guó)可再生能源法》的頒布與實(shí)施，太陽能等可再生能源在建筑的應(yīng)用中越來越受到人們的重視。銀川市位于黃河上游寧夏平原中部，太陽能年輻照量約為5 500 MJ/m2，太陽能光熱、光伏產(chǎn)品在銀川市建筑中應(yīng)用得到較好的推廣[1]；地表水、淺層地下水、土壤中可采集的低溫能源十分豐富，利用潛力巨大[2]。地源熱泵系統(tǒng)在銀川市很多項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。大力推進(jìn)太陽能、淺層地能等可再生能源在建筑中應(yīng)用，是解決建筑用能最經(jīng)濟(jì)合理的選擇。

1 銀川市發(fā)展可再生能源建筑概況

銀川市可再生資源，特別是太陽能資源豐富，具有很大的開發(fā)潛力。根據(jù)銀川市城市概況、可再生資源條件及建筑能耗現(xiàn)狀，在新型節(jié)能建筑體系推廣的同時(shí)，因地制宜地推進(jìn)太陽能、淺層地能、污水余熱等可再生能源在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，重點(diǎn)發(fā)展太陽能在建筑中的規(guī)模化應(yīng)用，大力推廣太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能光伏照明系統(tǒng)，適度發(fā)展地下水源、土壤源和污水源熱泵的示范應(yīng)用。到2012年年底，銀川市新增可再生能源建筑應(yīng)用面積達(dá)到439萬m2。其中新增太陽能熱水系統(tǒng)建筑應(yīng)用面積占新建建筑面積的41%(368.8萬m2)；新增地源熱泵系統(tǒng)建筑應(yīng)用面積占新建建筑面積的8%(70.3萬m2)，實(shí)現(xiàn)年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2.9萬t，年減少二氧化碳排放量7.8萬t[3]。

2 銀川市可再生能源示范類型及效果

2.1 太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)

1)平板式太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)。在銀川市金鳳區(qū)城市春天小區(qū)示范572戶陽臺(tái)壁掛式平板太陽能熱水系統(tǒng)，整套系統(tǒng)全自動(dòng)控制，可以全天候使用熱水(系統(tǒng)原理見圖1)。系統(tǒng)采用分體承壓設(shè)計(jì)，集熱器安裝在陽臺(tái)外面，水箱固定在陽臺(tái)墻壁上。系統(tǒng)板芯結(jié)構(gòu)為管板式。系統(tǒng)采用封閉式承壓水箱，水箱容積為100 L，集熱面積1.9 m2。同時(shí)系統(tǒng)配置有電加熱輔助能源，保證在連續(xù)陰天情況下正常使用。水箱內(nèi)膽外夾套內(nèi)灌充工質(zhì)，通過循環(huán)管路與集熱器連通。系統(tǒng)為自然循環(huán)方式運(yùn)行，集熱器吸熱后，利用熱虹吸通過夾層內(nèi)的工質(zhì)將水箱的水加熱。用戶用水時(shí)，冷水從水箱底部進(jìn)入，將熱水頂出。經(jīng)過測(cè)試，集熱器的供水溫度始終保持在49.9 ℃～52.5 ℃左右，水箱有效容積為100 L，集熱器熱損失為0.83 W/K。集熱系統(tǒng)全年太陽能保證率65.9%，全年常規(guī)能源替代量108.41 t標(biāo)煤，二氧化碳減排量267.76 t/年，二氧化硫減排量2.17 t/年，粉塵減排量1.08 t/年，年節(jié)約費(fèi)用18.45萬元/年。典型天氣平板集熱器得熱量如表1所示。

2)真空管太陽能熱水供應(yīng)系統(tǒng)。在銀川市興慶區(qū)東城人家小區(qū)，示范1 498戶聯(lián)集管式全玻璃真空管太陽集熱器，每組集熱面積6.25 m2，共982組，每單元一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，集熱器屋頂整體安裝(集中集熱)；樓頂水箱間設(shè)300 L緩沖水箱(間接換熱)；每戶安裝獨(dú)立儲(chǔ)熱水箱為住戶提供生活和洗浴熱水，二期每戶獨(dú)立水箱容積120 L，三期每戶獨(dú)立水箱容積80 L。

表1 平板式太陽能系統(tǒng)測(cè)試表

時(shí)間環(huán)境溫度/℃太陽輻照量MJ/m2集熱系統(tǒng)得熱量/MJ常規(guī)熱源耗能量/MJ集熱系統(tǒng)效率/%太陽能保證率/%10.2426.119.2811.423.5931.276.110.2517.611.149.095.9242.960.610.2625.214.979.385.6333.062.510.2725.17.106.388.6347.342.5注:本系統(tǒng)為分體式陽臺(tái)壁掛太陽能熱水器系統(tǒng),共572臺(tái),每臺(tái)集熱面積1.90m2

系統(tǒng)采用集中供熱分戶儲(chǔ)熱的運(yùn)行方式，即在樓頂屋面統(tǒng)一安裝太陽能集熱器，每個(gè)用戶家中安裝一個(gè)儲(chǔ)熱水箱，每個(gè)儲(chǔ)熱水箱中設(shè)輔助電加熱，太陽能集熱系統(tǒng)的控制柜通過溫差循環(huán)的方式將集熱器吸收的太陽能儲(chǔ)存在樓頂?shù)木彌_水箱，通過控制管路中的工質(zhì)循環(huán)將太陽能吸收的能量均勻的儲(chǔ)存在每個(gè)儲(chǔ)熱水箱中。不足部分通過輔助電加熱補(bǔ)充。

系統(tǒng)采取換熱方式為屋頂緩沖水箱每次只與其中4戶換熱，當(dāng)用戶儲(chǔ)熱水箱溫度升高5 ℃后關(guān)閉電磁閥，自動(dòng)切換到下一戶，依次對(duì)所有用戶換熱，待下一輪加熱完成后，返回第一層，繼續(xù)第二輪加熱，如此反復(fù),以保證所有用戶基本能夠得到相同的能量，如果該層其中一戶儲(chǔ)熱水箱溫度高于50 ℃，該戶電磁閥關(guān)閉，停止換熱，當(dāng)所有水箱溫度高于一定溫度時(shí)，停止換熱防止水箱超溫，防凍措施采用水泵循環(huán)防凍及電伴熱帶防凍措施(系統(tǒng)原理見圖2)。

經(jīng)過測(cè)試，系統(tǒng)的供水溫度始終保持在50 ℃左右，全年太陽能光熱保證率達(dá)到81%，全年加權(quán)常規(guī)能源替代量276.19 t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳減排量682.18 t/年，二氧化硫減排量5.52 t/年，減少粉塵排放量2.76 t/年，年節(jié)約費(fèi)用33.3萬元/年。典型天氣

管式集熱器得熱量如表2所示。

表2 聯(lián)集管式全玻璃真空管太陽集熱系統(tǒng)測(cè)試表

2.2 地源熱泵采暖系統(tǒng)

1)土壤源熱泵采暖系統(tǒng)。在紫云華庭會(huì)所及39號(hào)別墅建筑，示范土壤源熱泵系統(tǒng)，共4 218.52 m2，主要用于冬季采暖和夏季制冷。通過對(duì)土壤源熱泵系統(tǒng)的檢測(cè)及數(shù)據(jù)整理、文獻(xiàn)歸納、分析計(jì)算，得出土壤源地源熱泵系統(tǒng)每年常規(guī)能源替代量約為47.95 t標(biāo)準(zhǔn)煤，二氧化碳減排量約118.44 t，二氧化硫減排量約0.96 t，粉塵減排量約0.48 t，不僅在很大程度上減少了溫室氣體的排放，而且節(jié)約很多資源，既環(huán)保清潔又經(jīng)濟(jì)節(jié)能，適合在銀川地區(qū)推廣應(yīng)用。2)污水源熱泵采暖系統(tǒng)。銀川市第六污水處理廠建筑面積為3 780 m2，共安裝兩臺(tái)熱泵機(jī)組，單臺(tái)制冷量171 kW,制熱量195 kW，供廠區(qū)冬季供暖和夏季供冷。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出污水源熱泵系統(tǒng)每年常規(guī)能源替代量約為16.58 t標(biāo)準(zhǔn)煤，二氧化碳減排量約40.94 t，二氧化硫減排量約0.33 t，粉塵減排量約0.16 t。3)水源熱泵采暖系統(tǒng)。在永泰新百貨大樓安裝兩臺(tái)滿液式水源熱泵機(jī)組，供冬季供暖和夏季供冷，建筑面積24 560 m2。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到該項(xiàng)目每年常規(guī)能源替代量約為245.64 t標(biāo)準(zhǔn)煤，二氧化碳減排量約606.73 t，二氧化硫減排量約4.91 t，粉塵減排量約2.46 t。

3 結(jié)語

1)平板式太陽能集熱系統(tǒng)供暖保證率可達(dá)到65.9%，相應(yīng)消耗的常規(guī)能源數(shù)量較少，節(jié)能效果非常明顯。管式太陽能集熱系統(tǒng)供暖保證率更高，可以達(dá)到81%，只消耗少量的常規(guī)能源，因此節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效果更佳。但平板式集熱系統(tǒng)集熱效率高，水箱水溫隨太陽輻射變化較大，散熱也較快；管式集熱系統(tǒng)集熱效率相對(duì)較低，水箱水溫變化范圍小，說明管式集熱器保溫效果較好。

2)銀川市地?zé)崮堋⒌叵滤?、地表水、污水等資源情況適合發(fā)展地源熱泵技術(shù)。但是銀川地區(qū)處于干旱地帶，干燥指數(shù)5.8，地下水天然補(bǔ)給資源量隨引黃水量的減少而減少，不建議過度發(fā)展地下水源熱泵。

[1] 劉 娟.寧夏輕鋼結(jié)構(gòu)農(nóng)宅采用被動(dòng)式太陽能采暖的理論研究[J].太陽能，2012(5)：42-45.

[2] 嚴(yán)烈宏，王 利.銀川盆地地?zé)嵯到y(tǒng)[M].銀川：寧夏人民出版社，2014.

[3] 楊北橋.銀川市可再生能源利用發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策[J].寧夏農(nóng)林科技,2013(4):64-67.

On renewable resource architectural demonstration in Yinchuan City★

Huang Jinzhi1Liu Juan2

(1.PengyangScientificandTechnicalServiceCenter,Guyuan756500,China;2.SchoolofCivilandWaterResourcesEngineeringCollege,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)

Combining with the rich renewable resources and scale-up development of buildings in Yinchuan City, the paper supervises different solar energy hot-water and heating system and ground source heat pump system, undertakes the data analysis and theoretic calculation, evaluates the systematic energy-saving effect, and achieve some conclusion.

renewable resource building, solar energy, ground resource heat pump, hot-water supply

1009-6825(2015)32-0171-02

2015-09-07★：國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2013BAJ03B01)；寧夏自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào):NZ13026)

黃金智(1969- )，男，助理工程師； 劉 娟(1980- )，女，碩士，講師

TU201.5

A