基于可再生能源技术视角分析我国绿色建筑应用

  摘要: 绿色建筑是新型可持续发展的生态建筑，它使用可再生能源，可以最大限度地保护环境，减少能耗，因此，发展绿色建筑是缓解我国环境污染的首要选择。根据可再生能源在绿色建筑中的应用技术，依托具体的项目分析、政策扶持等，提出促进可再生能源利用的技术策略，旨在为我国到 2030 年左右达到二氧化碳排放峰值提供方法，增加可再生能源技术的使用率，对节能减排、可持续发展具有重大意义。

  关键词: 绿色建筑; 可再生能源; 太阳能应用; 地源热泵应用; 风能应用; 政策扶持

0引言

  2020 年《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标的建议》中表明: 深入实施可持续发展战略，完善生态文明领域统筹协调机制，构建生态文明体系，促进经济社会发展全面绿色转型，建设人与自然和谐共生的现代化。因此，坚持能源的绿色转型，增加可再生能源的高效利用，对深入实施可持续发展战略具有重要意义。能源分为可再生能源和不可再生能源 2 大类型。可再生能源主要包括太阳能、地热能、风能等，是自然界中最广泛的能源。其具有分布广泛、绿色、无污染等特点，是取之不尽、用之不竭的能源。绿色建筑是指在为人们提供健康、舒适、安全的生活、工作、活动场所的同时，将资源的高效使用和对环境的影响降到最低的建筑物。其综合了绿色结构、自然通风、自然照明、低能耗结构、可再生能源利用、再生水利用、绿色建筑材料、智能控制等高科技技术，可以有效减少建筑物的能源消耗。提高可再生能源在绿色建筑中的应用，可以大量降低建筑物的碳排放量。特别是随着资源的日益紧缺，可再生能源的优势愈发明显，已成为绿色建筑的首要选择。

1国家层面对可再生能源政策的扶持

1． 1陆续出台可再生能源扶持政策

  我国绿色建筑经历10 余年的发展，现在已发展成为规模庞大的建筑体，从单体到绿色城区，再到城市规模化发展，一直走在快车道上。而可再生能源的发展也离不开国家政策的扶持以及财政经费的支持。为了促进可再生能源的发展，国家出台了相关政策［1］，可再生能源相关的国家法规与政策如表1 所示。

另外增加了可再生能源的参与主体，支持多种所有制经济参与，促进健康发展。国务院能源主管部门根据我国能源结构、能源开发数量等，编制全国能源开发利用规划，同时各地市也根据地域特点和开发情况，编制中长期目标发展计划［2 － 4］。随着科学技术的发展，国家也在加强可再生能源技术的研发。21 世纪，国家已将可再生能源开发利用列为科技发展与高新技术产业发展的重要领域，并提供大量的资金支持。根据《中华人民共和国可再生能源法》规定［5］，2006 年财政部、建设部发布《建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》，2006 年发布《可再生能源建筑应用示范项目评审办法》《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》，同时财政部设立了“可再生能源发展专项资金”。可再生能源发展专项资金支持煤层气( 煤矿瓦斯) 、页岩气、致密气等非常规天然气开采利用。2018 年，补贴标准为 0． 3 元/m3。自2019 年起，不再按定额标准进行补贴，而是按照“多增多补”的原则，对超过上年开采利用量的，按照超额程度给予梯级奖补; 相应地，对未达到上年开采利用量的，按照未达标程度扣减奖补资金。同时，对取暖季生产的非常规天然气增量部分，给予超额系数折算，体现“冬增冬补”。

1． 2

  提高可再生能源在标准中的占比《绿色建筑评价标准》( GB/T 50378 － 2019) 也对可再生能源利用技术作了要求，明确了可再生能源利用的评分规则。可再生能源在该标准“节能与能源利用”中所占权重最大，其分项权重在设计评价中占24%。在“节能与能源利用”的评分项中，由可再生能源提供的空调用冷量和热量的比例( Ｒch ) 不低于20%，得 2 分，每提高 15%加 5 分，最高分为 10 分［6］。

2可再生能源在绿色建筑中的应用

  绿色建筑要求在其生命周期内，应有效减少能源消耗，可再生能源可以满足这一需求。其不仅可以替代传统能源，减少污染物的排放，保护生态环境，还具有可持续发展的深远意义。可再生能源技术在绿色建筑中的应用主要包括: 太阳能、地热能、风能，笔者分别论述 3 种可再生能源在绿色建筑中的应用。

2． 1 太阳能

  太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生能源，太阳能利用是可再生能源中利用最广泛、最高效的技术之一。目前在建筑领域，太阳能利用主要有 2 种形式，分别是: 光 － 热利用和光 － 电利用。太阳能利用的相关技术主要有太阳能发电、太阳能供热/供冷、太阳能热水、太阳能绿色照明等。光 － 热技术主要应用于建筑领域，能够解决建筑能源消耗问题，使建筑成为低能耗建筑，符合绿色建筑发展理念; 光 －电技术是应用比较广泛的一种形式，随着化石能源的短缺，光 － 电技术显得愈发重要，该项技术能够解决动力源缺失问题。这 2 项技术的大力推广，能够缓解传统能源的消耗，具有战略意义，而且也符合我国绿色发展、保护生态环境的基本国策。太阳能系统主要由太阳能集热器、容积式热交换器、太阳能工质水箱、太阳能集热器循环管路等组成。本文以郑州地区具有代表性的郑州市奥林匹克体育中心( 以下简称奥体中心) 项目为例，分析太阳能的高效利用。奥体中心项目总建筑面积为 584 105． 88 m2，在宾馆的屋面设置太阳能热水器，太阳能集热器面积为 480 m2，功率 182 kW，集热板 240 块，每天可产生热水 195． 90 m2，占建筑生活热水消耗量的 26． 1% 。该项目采用水 － 水换热导流型容积式加热器，使用高温热水为热媒，在每一使用点单独设置热媒热量计，并在热水用水点和导流型容积式加热器之间也设置了循环回水管和根据温度自动控制的热水循环泵，确保使用者随时取得热水。该项目太阳能系统运行原理图如图 1 所示。另外该项目还利用了地热能、太阳能照明等非传统能源。在奥体中心项目供暖制冷方案的设计中，体育馆、游泳馆均采用了地埋管地源热泵系统搭配水冷多联式的方式，通过提取土壤冷热量，对场馆进行供冷和供热。该方法比传统中央空调节能30% ～ 40% ，同时在体育馆周围广泛分布光导照明采光孔，利用光的折射、透射原理，通过室外的采光装置高效收集太阳光、自然光，并将其导入内部系统。奥体中心项目效果图和光导照明系统如图 2、图 3 所示

2． 2  地热能地热能是地下能源中最丰富的非传统能源，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，地热能的应用主要体现在地源热泵系统。在大型公共建筑中，地热主要用于夏季供冷和冬季供暖方面。地热具有温度稳定、绿色环保，相比传统能源，地源热泵技术是高效节能技术之一。从形式上分，地源热泵系统可以分为地表水地源热泵、地下水地源热泵、埋管式地源热泵。地源热泵系统主要由热泵主机、循环水泵、埋地换热管、埋管真空排气定压装置、分集水器、埋管综合水处理器等组成。本文以河南地区具有代表性的长垣县现代农业示范园项目为例，分析地源热泵技术的应用。长垣县现代农业示范园项目总建筑面积为34 547 m2，使用热泵系统空调面积约为 16 645． 8 m2。根据热平衡型和热泵机组的备用性，该项目选用1#、2# 2 台热泵机组，1#热泵机组冬季运行，2#热泵机组作为备用，同时考虑热平衡影响，2#热泵机组夏季接1 台开式冷却塔，夏季不足的冷量另设 1 台 3#冷水机组。另外该项目土壤换热器换热孔计算数量为338 个，考虑到换热孔的施工成孔率，平面实际布置换热孔为 334 个，单个换热孔有效长度为 120 m。施工时，下管深度超过 90 m 的为有效换热孔，小于90 m 的为废弃孔。土壤换热器系统选用 2 台运行效率高、平稳、使用寿命长、便于拆卸的循环水泵，循环水泵与热泵机组对应工作，可以根据负荷变化改变开启循环水泵的频率，该项目可再生能源提供冷热量的比例为 56． 38% 。