綠色建筑中可再生能源利用的評(píng)價(jià)研究★

殷 曉 瑋

(蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241003)

0 引言

綠色建筑評(píng)價(jià)范圍較廣，其主要涉及建筑的內(nèi)外部環(huán)境，能源消耗以及資源利用等多個(gè)方面，而利用能源尤其是對(duì)于可再生資源利用來(lái)說(shuō)是綠色建筑的關(guān)鍵內(nèi)容?？稍偕Y源相比化石能源來(lái)說(shuō)，能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)性發(fā)展，取之不盡，用之不竭，對(duì)于環(huán)境破壞程度影響較小，利于生態(tài)環(huán)境發(fā)展?？稍偕茉词艿郊夹g(shù)條件以及自然環(huán)境等諸多因素的影響，目前在建筑中常作為部分常規(guī)能源的替代能源?？稍偕茉匆膊⒉皇峭耆珶o(wú)限制使用的，為了能夠提高可再生能源的利用率，甚至?xí)黾右恍╊~外消耗，比如在太陽(yáng)能制冷時(shí)會(huì)增加水泵的電能量耗損，因此在綠色建筑中如何正確的評(píng)價(jià)可再生能源的利用是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。

1 可再生能源在國(guó)內(nèi)的資源分布情況

太陽(yáng)能是自身發(fā)生的核反應(yīng)持續(xù)釋放的能量，我國(guó)具有充足的太陽(yáng)能資源，一年中太陽(yáng)輻射達(dá)到內(nèi)陸的能量相當(dāng)于1.248×1012t標(biāo)準(zhǔn)煤炭使用量[1]。從整體上來(lái)看，我國(guó)太陽(yáng)能資源優(yōu)越也為合理開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能提供了重要的資源條件，尤其對(duì)于西北邊遠(yuǎn)地區(qū)來(lái)說(shuō)，交通閉塞，相比中東地區(qū)來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)水平落后，因此大力推廣太陽(yáng)能利用，能夠充分發(fā)揮當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能資源優(yōu)勢(shì)，明顯改善當(dāng)?shù)厝藗兩钯|(zhì)量。

淺層地?zé)崮苜Y源是儲(chǔ)存于地下200 m的土壤或土地以及水體中，具有較高開(kāi)發(fā)價(jià)值的能量。通常地?zé)釡囟鹊陀?5 ℃，是受到地球深處地?zé)崮芤约疤?yáng)能共同作用存在的。根據(jù)近三年的研究表明，對(duì)我國(guó)地級(jí)市開(kāi)展淺層地?zé)崮茉丛u(píng)價(jià)，結(jié)合評(píng)價(jià)內(nèi)容，目前國(guó)內(nèi)每年淺層地?zé)豳Y源量相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤95億t，按照當(dāng)前現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)每年節(jié)約高于3.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤的使用量，如果淺層地?zé)崮茉吹玫胶侠黹_(kāi)發(fā)，每年將會(huì)減少大量的煤炭使用量，并減少二氧化碳排放量[2]。

2 可再生能源建筑技術(shù)分析

從太陽(yáng)能的建筑使用技術(shù)上來(lái)看，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)包括儲(chǔ)能、控制、輻射、管路等多個(gè)系統(tǒng)。太陽(yáng)能集熱器能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為熱水，具有集熱效率較高，自動(dòng)化運(yùn)行，節(jié)能環(huán)保等功能。太陽(yáng)能集熱器能夠?qū)⒈砻娼邮盏奶?yáng)能傳遞給冷水，常見(jiàn)的集熱器包括真空管和平板式集熱器[3]。平板集熱器采用高熱導(dǎo)率的銅管，表面覆有耐壓層，其使用壽命可達(dá)到30年以上，具體在運(yùn)行過(guò)程中的原理是集熱器表面涂層能夠吸收的太陽(yáng)輻射，轉(zhuǎn)化的熱能被通道的冷水吸收利用，加熱水溫以滿(mǎn)足人們生活需求。

真空管集熱器能夠?qū)惭b吸收熱裝置體的管內(nèi)形成真空，達(dá)到熱量損失減少的目的，在表面使用真空鍍膜涂上涂層后吸收輻射能量，減少吸熱體熱量損失。儲(chǔ)能水箱是將集熱器所生產(chǎn)的熱水儲(chǔ)存起來(lái)，具有良好的保溫效果，通常是由外殼、內(nèi)膽以及保溫層共同構(gòu)成的，聚氨酯是常用的保溫材料?？刂葡到y(tǒng)可以通過(guò)水溫、水壓、水量等控制來(lái)滿(mǎn)足人們的生活需求。在使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)時(shí)需要結(jié)合房屋安裝環(huán)境以及自身特點(diǎn)，考慮氣候類(lèi)型和人們的經(jīng)濟(jì)能力，以降低電能為目標(biāo)，滿(mǎn)足人們的生活需求。

從淺層地?zé)崮艿慕ㄖ夹g(shù)來(lái)看，針對(duì)地源熱泵運(yùn)行原理，是一種低能耗高品位電能，能夠?qū)⑽挥跍\地表水和地下土壤中的熱能提取之后進(jìn)行制熱或制冷，由室外側(cè)換熱系統(tǒng)、主機(jī)以及室內(nèi)換熱系統(tǒng)共同構(gòu)成的環(huán)?？照{(diào)循環(huán)系統(tǒng)。在處于制冷狀態(tài)下，換熱器中的水吸收建筑中的熱量后，能夠在水泵驅(qū)動(dòng)下循環(huán)給地下的換熱器，再將熱量傳給地下土壤中，發(fā)揮土壤的冷源效果。在冬季供熱條件下，由于換向閥調(diào)整，制冷劑流向出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，換熱器變?yōu)檎舭l(fā)器，室外循環(huán)系統(tǒng)中的水能夠通過(guò)地下?lián)Q熱器吸收土壤熱量，并將換熱器的熱量傳給機(jī)組制冷劑，室內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)換熱器在吸收制冷機(jī)熱量之后，可通過(guò)水循環(huán)作用釋放到建筑內(nèi)部中。在使用地源熱泵的過(guò)程中，需要根據(jù)淺層地?zé)崮艿念?lèi)型區(qū)分土壤源、地表水源以及地下水源泵這三種類(lèi)型[4]。其中對(duì)于地下水源熱泵來(lái)說(shuō)，能夠充分利用熱泵技術(shù)，減少化石能源的消耗，然后將地板下方的水體冷熱量傳遞到建筑物中，是一種環(huán)?？照{(diào)系統(tǒng)。具體使用時(shí)，將水泵提取地下水到熱交換器，發(fā)生熱交換之后排到地下。目前國(guó)內(nèi)在使用該系統(tǒng)時(shí)受到一定限制，主要是由于該系統(tǒng)是否適合使用，需要結(jié)合周邊地下水情況進(jìn)行分析，同時(shí)還需要花費(fèi)大量的成本調(diào)查相關(guān)的水文數(shù)據(jù)和水體穩(wěn)定度，如果地下水較深時(shí)會(huì)增加施工成本，因此也從一定程度上影響了地源熱泵的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。地源熱泵的運(yùn)行原理見(jiàn)圖1。

3 可再生能源與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)能源評(píng)價(jià)方法

針對(duì)地源熱泵和傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行能源評(píng)價(jià)時(shí)，可以進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，進(jìn)一步比較地源熱泵和傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗，對(duì)兩種系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較分析。

在傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算過(guò)程中，主要包含溫頻法(即BIN法)、當(dāng)量滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間法以及度日法。其中溫頻法作為空調(diào)能耗的簡(jiǎn)化模擬方法，原理是假設(shè)日射和溫差負(fù)荷，兩者之和即為圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷，該負(fù)荷與外界氣溫呈現(xiàn)線性關(guān)系，基于此線性關(guān)系計(jì)算出各種溫度條件下的冷熱負(fù)荷，乘以溫度段的累積的小時(shí)數(shù)，可以獲得該溫度條件下的冷熱能耗，通過(guò)累積冬天和夏天的冷熱能耗需求之和，則為全年的冷熱能耗。但是利用這種方法進(jìn)行計(jì)算，會(huì)導(dǎo)致全年冷熱負(fù)荷高于實(shí)際負(fù)荷，因此需要對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn)。假設(shè)建筑物負(fù)荷會(huì)隨著室外溫度發(fā)生信息變化，調(diào)整BIN法的計(jì)算公式，如下式所示：

式中：EQ——全年的運(yùn)行消耗量；

Wij，Tij——第i臺(tái)設(shè)備在處于j工況下的運(yùn)行功率和運(yùn)行時(shí)間[5]。

針對(duì)空調(diào)能耗計(jì)算利用改進(jìn)BIN法，求得各溫度條件下的冷熱負(fù)荷數(shù)據(jù)，結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源參數(shù)獲得運(yùn)行功率，再由不同負(fù)荷條件下的基礎(chǔ)制冷和制熱功率運(yùn)行時(shí)間來(lái)獲得全年運(yùn)行負(fù)荷。

地源熱泵和傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較可以從初始投資費(fèi)用、經(jīng)營(yíng)成本、動(dòng)態(tài)費(fèi)用、敏感性這4個(gè)角度進(jìn)行。首先不同方案初始的投資費(fèi)用中包括設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用、建設(shè)安裝費(fèi)及鉆孔費(fèi)等，年經(jīng)營(yíng)成本包含運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、人工費(fèi)用以及維修費(fèi)用。由于經(jīng)營(yíng)成本和初始投資成本無(wú)法體現(xiàn)目前的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，也無(wú)法考慮在設(shè)備使用周期內(nèi)的時(shí)間價(jià)值，而動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值能夠整體將方案的經(jīng)濟(jì)性凸顯出來(lái)。為了便于方案比對(duì)，引入動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值，將初始投資金額分析時(shí)間價(jià)值之后，分?jǐn)偟缴芷谥?，加上年?jīng)營(yíng)成本，進(jìn)而獲得最小值的方案。動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值計(jì)算公式如下所示：

AC=PC(A/P，i，n)。

式中：AC，PC——費(fèi)用年值和現(xiàn)值；

i——基準(zhǔn)收益率；

n——使用壽命[6]。

在敏感性分析中，不同方案的動(dòng)態(tài)費(fèi)用是受到電價(jià)、燃?xì)鈨r(jià)格、政府補(bǔ)貼等多種因素的影響，敏感性分析原理是以其中一個(gè)影響因素變動(dòng)之后，其余影響因素固定不變，進(jìn)一步研究該影響因子對(duì)整個(gè)研究的影響程度。

4 綠色建筑評(píng)價(jià)中可再生能源比重分析

除上述評(píng)價(jià)方法之外，根據(jù)我國(guó)有關(guān)綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)明確指出，針對(duì)綠色建筑評(píng)定過(guò)程，可將其分為節(jié)材與資源利用，內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)管理，節(jié)能和能源利用，節(jié)地和室外環(huán)境節(jié)水及水資源利用這六個(gè)方面。該標(biāo)準(zhǔn)也是國(guó)內(nèi)建筑評(píng)價(jià)系統(tǒng)的重要參考依據(jù)?，F(xiàn)行的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中所給出的評(píng)分體系，可以采用累積總分的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，在所有控制項(xiàng)滿(mǎn)足的基礎(chǔ)上，由優(yōu)選項(xiàng)和一般項(xiàng)滿(mǎn)足條目數(shù)來(lái)決定最終評(píng)定等級(jí)。對(duì)于一些公共建筑或住宅來(lái)說(shuō)，控制項(xiàng)目無(wú)可再生能源相關(guān)應(yīng)用要求。而在近年來(lái)所頒布的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)修訂版本中，對(duì)于非石化能源相關(guān)要求和分值有了具體的定義。假設(shè)建筑節(jié)能部分所有的條目都是比較適用的，最終評(píng)價(jià)總分為100分，根據(jù)公式所給定的計(jì)算方法，我們對(duì)一些得分項(xiàng)進(jìn)行分值和權(quán)重計(jì)算，對(duì)公共建筑以及住宅建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)和運(yùn)行評(píng)價(jià)，相應(yīng)條目總分的最大貢獻(xiàn)度與目前標(biāo)準(zhǔn)所提出的數(shù)值比例相對(duì)較低。目前我國(guó)實(shí)現(xiàn)特定的綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，在控制項(xiàng)中沒(méi)有體現(xiàn)可再生能源的利用情況，因此，針對(duì)能源利用較高且對(duì)環(huán)境友好要求較高的綠色建筑評(píng)價(jià)體系中，可再生能源的相關(guān)利用并不是缺一不可。

5 太陽(yáng)能利用評(píng)價(jià)的案例分析

在對(duì)太陽(yáng)能的利用進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行考察。優(yōu)先選擇一些重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，針對(duì)指標(biāo)重要度不同，在構(gòu)建指標(biāo)評(píng)價(jià)體系之后，需要給予不同指標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，通過(guò)定量的方式能夠體現(xiàn)在整個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的重要度。相比普通建筑來(lái)說(shuō)，綠色建筑與其具有共同點(diǎn)，即能夠?yàn)槿藗兲峁└邮孢m空間，而不同點(diǎn)在于綠色建筑提倡能夠盡可能減少對(duì)于不可再生能源的使用，減少對(duì)于環(huán)境造成的不良影響。不同類(lèi)型的可再生能源對(duì)于資源節(jié)約、環(huán)境影響減少的貢獻(xiàn)度是不同的，因此需要對(duì)不同指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重設(shè)置，在使用過(guò)程中可以采用綜合評(píng)價(jià)法的方式。能夠?qū)κ挛锏暮脡倪M(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，大多是對(duì)多種對(duì)象進(jìn)行排序，先由不同因素影響將各評(píng)價(jià)對(duì)象排出先后順序，再進(jìn)行綜合領(lǐng)域評(píng)估，有時(shí)無(wú)法掌握評(píng)價(jià)對(duì)象信息，再開(kāi)展評(píng)價(jià)。這是與灰色系統(tǒng)具有一定類(lèi)似的，針對(duì)該情況也形成了以灰色系統(tǒng)為核心的評(píng)價(jià)方法，灰色關(guān)聯(lián)度分析實(shí)際上就是灰色綜合評(píng)價(jià)法的重要分支，可用于對(duì)各因素關(guān)聯(lián)性進(jìn)行定量描述。

太陽(yáng)能資源總量等級(jí)見(jiàn)表1。

表1 太陽(yáng)能資源總量等級(jí)

該地方在太陽(yáng)能利用評(píng)價(jià)過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，因此在評(píng)價(jià)時(shí)需要把握以下原則：

1)結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，目前國(guó)家將區(qū)域劃分為9個(gè)平臺(tái)區(qū)，不同區(qū)域其評(píng)價(jià)指標(biāo)值不同，具體指標(biāo)會(huì)受到可再生系統(tǒng)產(chǎn)能和建筑能源消耗這兩種因素的影響。因此需要綜合建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)和可再生能源的分布情況，進(jìn)一步對(duì)可再生綠色建筑能源進(jìn)行分區(qū)評(píng)價(jià)，能夠防止由于采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)一些建筑能耗較高的地區(qū)或者缺乏氣候資源的地區(qū)產(chǎn)生不利影響，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)因地制宜的評(píng)價(jià)。

2)能夠明確評(píng)價(jià)地區(qū)范圍，由于太陽(yáng)能會(huì)受到技術(shù)水平和氣候資源等因素的影響，部分地區(qū)是不適用太陽(yáng)能系統(tǒng)的。對(duì)于太陽(yáng)能比較匱乏的地區(qū)來(lái)說(shuō)，其在使用過(guò)程中成本較高，初期成本高，回收期較長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體效益。

3)太陽(yáng)能利用率除受到外界因素影響外，還會(huì)受到人為因素的影響，因此需要從設(shè)計(jì)施工維護(hù)整個(gè)過(guò)程完成數(shù)據(jù)審查，確保太陽(yáng)能利用系統(tǒng)的運(yùn)行效率和質(zhì)量。

從經(jīng)濟(jì)性角度上分析，雖然太陽(yáng)能是一種具有較高清潔度的可再生能源，但是受到太陽(yáng)能整套設(shè)備的成本等因素的影響，沒(méi)有在建筑中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。部分太陽(yáng)能資源匱乏的地區(qū)在利用太陽(yáng)能系統(tǒng)時(shí)成本較高，回收期較長(zhǎng)?；谶@種自然條件下，對(duì)于這些地區(qū)不鼓勵(lì)使用太陽(yáng)能。結(jié)合我國(guó)有關(guān)研究部門(mén)對(duì)建筑可再生能源示范區(qū)域的測(cè)試報(bào)告，我們發(fā)現(xiàn)目前在太陽(yáng)能熱水上的耗能處于0.1元/(kW·h)～0.3元/(kW·h)，而如果利用光伏發(fā)電時(shí)相應(yīng)的最少為1.4元/(kW·h)～1.7元/(kW·h)，結(jié)合這些數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)單位面積太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)增加投資集成器為1 400元/m2，光伏系統(tǒng)相比熱水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)成本要更高。

在太陽(yáng)能利用平臺(tái)上，結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源條件進(jìn)行太陽(yáng)能利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)而減少常規(guī)不可再生能源的消耗，降低對(duì)于環(huán)境的影響。我們以某小區(qū)為例，該小區(qū)獲得國(guó)家綠色建筑三星認(rèn)證，采用并網(wǎng)建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)，建筑安裝了150件單體柜，裝機(jī)總量可以達(dá)到25 kW，年累計(jì)發(fā)電量為4.2萬(wàn)kW·h。根據(jù)綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中節(jié)能與能源利用這一條文件有關(guān)規(guī)定，結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件可充分利用太陽(yáng)能等自然資源。如果可再生能源給建筑所提供的熱水量高于生活熱水總需求量時(shí)，則有可能滿(mǎn)足相應(yīng)的優(yōu)先選項(xiàng)要求。該小區(qū)建筑光伏系統(tǒng)發(fā)電量可以達(dá)到4.2萬(wàn)kW·h，而平均年消耗電量為202萬(wàn)kW·h，可再生能源發(fā)電量占總用電量2.03%，超過(guò)有關(guān)規(guī)定2%，是滿(mǎn)足使用要求的。雖然使用光伏系統(tǒng)太陽(yáng)能替代率不高，但能夠滿(mǎn)足基本評(píng)分要求。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于建筑節(jié)能來(lái)說(shuō)，綠色建筑的可再生能源是其重要部分，國(guó)家有關(guān)部門(mén)非常重視。結(jié)合發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)和我國(guó)的實(shí)際發(fā)展情況，我們發(fā)現(xiàn)目前在系統(tǒng)節(jié)能中可再生能源的利用,對(duì)于降低非可再生能源是十分重要的。近年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸提出低能量消耗的建筑物施工目標(biāo)，目前我國(guó)在該領(lǐng)域還沒(méi)有出臺(tái)相應(yīng)的定量目標(biāo)。無(wú)論國(guó)內(nèi)建筑能耗目標(biāo)采用哪種規(guī)定，逐漸降低能源消耗，使可再生能源扮演更加重要的角色，這對(duì)于我國(guó)可再生能源發(fā)展和國(guó)家整體規(guī)劃都是十分重要的。