浅谈可再生能源在建筑中的应用

摘要：本论文讨论了可再生能源(太阳能、浅层地热能)在建筑中的应用现状及目前所面临的问题，通过对本市太阳总辐射资料、地区前期勘测的地质水文资料等大量资料的查阅，对现有的太阳能和浅层地能资源状况进行了简单分析;结合实际情况提出了一些具有针对性和可操作性的建议，找到适合可再生能源建筑应用的思路，为建筑中节约常规能源提供参考。

关键词：可再生能源太阳能地源热泵建筑应用

Abstract: This paper discusses the application the facing problems of renewable energy (solar energy, shallow geothermal energy) in the building. By consulting the large amounts of data of global solar radiation in this city and the geological and hydrological data from regional preliminary investigation, the paper also makes a simple analysis on the situation of the existing solar and shallow geothermal energy resources, and puts forward several specific targeted and feasible suggestions according to the practical situation, so as to find the ideas suitable for application of renewable energy construction, providing reference for saving conventional energy sources in construction.

Key words: renewable energy; solar energy; ground source heat pump; application for construction

中图分类号：P754.1 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

引言

能源是一个国家国民经济和社会发展的基础，是整个人类社会赖以生存和发展的物质保障。建筑能耗在能源消耗中占的比例为30%，随着社会的发展，这一比例会呈现上涨的趋势，运用建筑节能技术是降低建筑能耗的重要手段，而可再生能源的利用是实现建筑可持续发展的重要环节。大力开发利用可再生能源，减少化石能源的消耗，保护生态环境，减缓全球气候变暖，推进人类社会可持续发展已成为世界各国的共识。2011年9月26日，安阳市申报国家可再生能源建筑应用示范城市获得成功，从此，安阳市的建筑业掀开了新的篇章，重点工作将侧重于调整能源结构，提高能源利用效率，并将目光投向可再生能源的利用。可再生能源已成为实现能源结构多样化、应对全球气候变化和实现可持续发展的重要替代能源。

一、能源在建筑中的应用现状

1、太阳能

(1)太阳能资源情况

安阳市境版图略呈半环形，地势西高东低，呈阶梯状展布。西部为太行山区及丘陵区，东部为平原区，海拔高度48.4～1632米。城市区沃野坦荡，一望无垠，为华北大平原的一部分，海拔高度75.5米，夏秋多雨，雨热同季，气候较为干燥，日照充足，年日照时数2225.3小时。安阳市在中国太阳能资源带分布中位于第三个资源带，紧邻第二资源带，太阳辐照量为4200~5400 MJ/(m2·a)，月平均气温≥10℃，日照小时数≥6h的天数在200~250天，见图1。安阳市可以作为发展太阳能的理想基地。
中国太阳能资源分布带/[100MJ/(m2·a)]

图1 中国太阳能资源分布带/[100MJ/(m2·a)]

(2)太阳能产业的发展

太阳能现代技术设备的应用与全国先进地区相比差距不是很大。目前，在太阳能利用方面较为成熟的两大产品是太阳能热水系统和太阳能光伏发电系统;太阳能供热采暖系统和太阳能空调系统，在本地区尚未得到应用。安阳市作为可再生能源示范城市，将大力发展太阳能光热建筑一体化应用示范项目。

(3)太阳能的应用

太阳能热水器企业众多，本土企业已经掌握太阳能热水器的核心技术和生产集热管的能力。通过对太阳能市场上市场占有率达到相当大的比例。我市目前已完成太阳能光伏利用示范项目4个，分别为广厦新苑、四海嘉苑、中国文字博物馆和桂花园小区基本以公共照明为主。

2、浅层地热能

(1)浅层地热能资源概况

安阳市中心城区位于洹河冲洪积扇主体带上，面积173.9 k㎡，洹河冲洪积扇是一个完整的水文地质单元，含水层顶板埋深30 m左右，含水层厚9-40 m，含水介质为卵砾石，含水层底板埋深100 m左右，浅层地下水含水层厚度大、埋藏浅水量丰富。中心城区地下水允许开采量为38.86万m3/d，14183.9万m3/a，地下水储存量为68502万m3。安阳市中心城区浅层地能资源主要储存于洹河冲洪积扇地下水中和地下水含水层岩石中。由于卵砾石良好的透水性，其渗透系数在300～500米/日，故本区地下水迳流通畅，较利于采用地下水源热泵技术取热或取冷后的地下水回灌。因此，安阳市利用浅层地能为建筑进行供热、制冷的地源热泵技术应用前景广阔。

(2)地源热泵产业的发展

早在“十一五”期间就有三个项目成功申报可再生能源示范项目，并且运行效果良好。总建筑面积达20多万平方米。安阳市在成功申报可再生能源示范城市后，大力发展地源热泵项目，截止日前在建示范项目建筑面积为230万㎡。

(3)热泵工作原理(见图2)

作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这也是热泵的节能特点。
热泵工作原理

地源热泵是地热利用的一种形式 ,是将低位热能用热泵提升为高位热能加以利用，热泵机组是制冷机的逆循环。

① 制冷模式：

在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地表水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。

② 供暖模式:

在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。

二、可再生能源在建筑应用中存在的问题

1、太阳能集热器质量问题。由于厂家的生产技术水平不同，其质量出现良莠不齐现象，主要表现在集热效果和镀膜技术两个方面。尚无从事太阳能应用研究的专业机构，专业人才缺乏。由于对太阳能应用技术研究的严重不足，从而制约了我省太阳能应用的开发研究和产业发展。

2、地源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，虽然发展势头较好，但是地热能研究工作比较滞后。一个主要的原因就是对地热能没有进行详尽的研究。其次，未能建立有自己特点的地热产业，使宝贵的地热资源开发停留在低层次、低效益的水平上，且资源浪费现象严重，一些开发商对地热资源的特点认识不清，造成地热资源得不到合理开发和有效保护。地热资源是在特定的地质、构造、水文地质条件和水文地球化学环境条件下形成的，由于埋藏深，补给途径远，再生能力弱，其资源量是有限的，并非取之不竭。最后，环境保护问题。目前地下水回灌技术尚不成熟，多为自然回灌，造成回灌量降低的原因主要是回灌井的堵塞现象。造成堵塞的原因包括物理、化学等原因。如果成井工艺不当，可能造成水中含沙量较多，造成井的堵塞影响回灌。另外，抽灌水温度的不同和压力的变化，使水中一些物质析出沉淀也是造成井堵塞的原因之一。在大多数情况下，回灌井的堵塞不可避免。回灌不利又可造成水资源浪费，并且是造成地面沉降的隐患。浅层地热能开发利用可能造成水质污染是因为不同水质的含水层水混抽混灌引起的。

三、建议

1、加强太阳能产品质量的监督、检测、检查和管理，淘汰质量低劣的产品，对于符合质量要求的产品，制定产品准入制度。

2、需要依靠进步和创新，提高地热能利用技术水平。地源热泵系统是地质环境、热泵系统、自动控制和暖通空调系统等多学科的有机结合。需要加强暖通空调与水文地质工程地质人员的密切配合，做到每一部分都要与整体相协调，才能使整个系统达到经济、节能与环保。

3、做到有计划合理开发利用，建立资源利用中心的高教低耗体系，要积极推广应用高新技术与设施，提高地热开发的科技含量，发展节约型、效益型的开发利用模式，努力提高地热利用率，减少资源浪费，使地热创造更高的社会、环境、经济效益。

4、需要对地下水位、水质、水温进行长期监测，以便及时发现问题。因此各地在开发利用浅层地热能的同时应建立浅层地热能地质环境影响监测网。对不同深度的地温、地下水水位和水质、地面标高等项目实施长期监测，及时掌握地温变化动态、水土质量和地面变形情况，一旦发现地温长期持续单向变化，或水土污染、地面沉降，应立即采取有效措施加以解决，防止产生地质环境问题。

四、结束语

随着我市经济的快速增长，可再生能源的开发利用将对建筑节能起到积极促进作用，是降低建筑能耗的重要组成部分，对实现我市节能降耗、建设低碳城市，全面建设小康社会都具有重要意义。

参考文献：

[1]. 张评衔.建筑节能及太阳能建筑.工程建设与设计,2009

[2]. 王荣光沈天行主编可再生资源利用与建筑节能北京：机械工业出版社，2004.1

[3]. 李明朗，白冶，《中国地热资源及开发利用》，中国环境科学出版社，2006

[4]. 中国可再生能源网