摘 要：本論文討論了可再生能源(太陽能、淺層地?zé)崮?在建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀及目前所面臨的問題，通過對本市太陽總輻射資料、地區(qū)前期勘測的地質(zhì)水文資料等大量資料的查閱，對現(xiàn)有的太陽能和淺層地能資源狀況進(jìn)行了簡單分析;結(jié)合實(shí)際情況提出了一些具有針對性和可操作性的建議，找到適合可再生能源建筑應(yīng)用的思路，為建筑中節(jié)約常規(guī)能源提供參考。

關(guān)鍵詞： 可再生能源 太陽能 地源熱泵 建筑應(yīng)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

中圖分類號：P754.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)

引言

能源是一個國家國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的基礎(chǔ)，是整個人類社會賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)保障。建筑能耗在能源消耗中占的比例為30%，隨著社會的發(fā)展，這一比例會呈現(xiàn)上漲的趨勢，運(yùn)用建筑節(jié)能技術(shù)是降低建筑能耗的重要手段，而可再生能源的利用是實(shí)現(xiàn)建筑可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。大力開發(fā)利用可再生能源，減少化石能源的消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減緩全球氣候變暖，推進(jìn)人類社會可持續(xù)發(fā)展已成為世界各國的共識。2011年9月26日，安陽市申報國家可再生能源建筑應(yīng)用示范城市獲得成功，從此，安陽市的建筑業(yè)掀開了新的篇章，重點(diǎn)工作將側(cè)重于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，并將目光投向可再生能源的利用。可再生能源已成為實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)多樣化、應(yīng)對全球氣候變化和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要替代能源。

一、能源在建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、太陽能

(1)太陽能資源情況

安陽市境版圖略呈半環(huán)形，地勢西高東低，呈階梯狀展布。西部為太行山區(qū)及丘陵區(qū)，東部為平原區(qū)，海拔高度48.4～1632米。城市區(qū)沃野坦蕩，一望無垠，為華北大平原的一部分，海拔高度75.5米，夏秋多雨，雨熱同季，氣候較為干燥，日照充足，年日照時數(shù)2225.3小時。安陽市在中國太陽能資源帶分布中位于第三個資源帶，緊鄰第二資源帶，太陽輻照量為4200~5400 MJ/(m2·a)，月平均氣溫≥10℃，日照小時數(shù)≥6h的天數(shù)在200~250天，見圖1。安陽市可以作為發(fā)展太陽能的理想基地。

圖1 中國太陽能資源分布帶/[100MJ/(m2·a)]

(2)太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

太陽能現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用與全國先進(jìn)地區(qū)相比差距不是很大。 目前， 在太陽能利用方面較為成熟的兩大產(chǎn)品是太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng);太陽能供熱采暖系統(tǒng)和太陽能空調(diào)系統(tǒng)，在本地區(qū)尚未得到應(yīng)用。安陽市作為可再生能源示范城市，將大力發(fā)展太陽能光熱建筑一體化應(yīng)用示范項(xiàng)目。

(3)太陽能的應(yīng)用

太陽能熱水器企業(yè)眾多，本土企業(yè)已經(jīng)掌握太陽能熱水器的核心技術(shù)和生產(chǎn)集熱管的能力。通過對太陽能市場上市場占有率達(dá)到相當(dāng)大的比例。我市目前已完成太陽能光伏利用示范項(xiàng)目4個，分別為廣廈新苑、四海嘉苑、中國文字博物館和桂花園小區(qū)基本以公共照明為主。

2、淺層地?zé)崮?/p>

(1)淺層地?zé)崮苜Y源概況

安陽市中心城區(qū)位于洹河沖洪積扇主體帶上，面積173.9 k㎡，洹河沖洪積扇是一個完整的水文地質(zhì)單元，含水層頂板埋深30 m左右，含水層厚9-40 m，含水介質(zhì)為卵礫石，含水層底板埋深100 m左右，淺層地下水含水層厚度大、埋藏淺水量豐富。中心城區(qū)地下水允許開采量為38.86萬m3/d，14183.9萬m3/a，地下水儲存量為68502萬m3。安陽市中心城區(qū)淺層地能資源主要儲存于洹河沖洪積扇地下水中和地下水含水層巖石中。由于卵礫石良好的透水性，其滲透系數(shù)在300～500米/日，故本區(qū)地下水逕流通暢，較利于采用地下水源熱泵技術(shù)取熱或取冷后的地下水回灌。因此，安陽市利用淺層地能為建筑進(jìn)行供熱、制冷的地源熱泵技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。

(2)地源熱泵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

早在“十一五”期間就有三個項(xiàng)目成功申報可再生能源示范項(xiàng)目，并且運(yùn)行效果良好�？偨ㄖ�面積達(dá)20多萬平方米。 安陽市在成功申報可再生能源示范城市后，大力發(fā)展地源熱泵項(xiàng)目，截止日前在建示范項(xiàng)目建筑面積為230萬㎡。

(3)熱泵工作原理(見圖2)

作為自然界的現(xiàn)象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫流向低溫。但人們可以創(chuàng)造機(jī)器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進(jìn)行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節(jié)能特點(diǎn)。

地源熱泵是地?zé)崂�用的一種形式 ,是將低位熱能用熱泵提升為高位熱能加以利用，熱泵機(jī)組是制冷機(jī)的逆循環(huán)。

① 制冷模式：

在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對冷媒做功，使其進(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)同時再通過冷凝器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地表水、地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過風(fēng)機(jī)盤管，以13℃以下的冷風(fēng)的形式為房間供冷。

② 供暖模式:

在供暖狀態(tài)下，壓縮機(jī)對冷媒做功，并通過換向閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環(huán)吸收地表水、地下水或土壤里的熱量，通過冷凝器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的冷凝，由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以35℃以上熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。

二、可再生能源在建筑應(yīng)用中存在的問題

1、太陽能集熱器質(zhì)量問題。 由于廠家的生產(chǎn)技術(shù)水平不同，其質(zhì)量出現(xiàn)良莠不齊現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在集熱效果和鍍膜技術(shù)兩個方面。尚無從事太陽能應(yīng)用研究的專業(yè)機(jī)構(gòu)，專業(yè)人才缺乏。由于對太陽能應(yīng)用技 術(shù)研究的嚴(yán)重不足，從而制約了我省太陽能應(yīng)用的開發(fā)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2、地源熱泵作為一種新型的制冷供暖方式，雖然發(fā)展勢頭較好，但是地?zé)崮苎芯抗ぷ鞅容^滯后。一個主要的原因就是對地?zé)崮軟]有進(jìn)行詳盡的研究。其次，未能建立有自己特點(diǎn)的地?zé)岙a(chǎn)業(yè)，使寶貴的地?zé)豳Y源開發(fā)停留在低層次、低效益的水平上，且資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，一些開發(fā)商對地?zé)豳Y源的特點(diǎn)認(rèn)識不清，造成地?zé)豳Y源得不到合理開發(fā)和有效保護(hù)。地?zé)豳Y源是在特定的地質(zhì)、構(gòu)造、水文地質(zhì)條件和水文地球化學(xué)環(huán)境條件下形成的，由于埋藏深，補(bǔ)給途徑遠(yuǎn)，再生能力弱，其資源量是有限的，并非取之不竭。最后，環(huán)境保護(hù)問題 。目前地下水回灌技術(shù)尚不成熟，多為自然回灌，造成回灌量降低的原因主要是回灌井的堵塞現(xiàn)象。造成堵塞的原因包括物理、化學(xué)等原因。如果成井工藝不當(dāng)，可能造成水中含沙量較多，造成井的堵塞影響回灌。另外，抽灌水溫度的不同和壓力的變化，使水中一些物質(zhì)析出沉淀也是造成井堵塞的原因之一。在大多數(shù)情況下，回灌井的堵塞不可避免�；毓嗖焕�又可造成水資源浪費(fèi)，并且是造成地面沉降的隱患。淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用可能造成水質(zhì)污染是因?yàn)椴煌�水質(zhì)的含水層水混抽混灌引起的。

三、建議

1、加強(qiáng)太陽能產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督、檢測、檢查和管理，淘汰質(zhì)量低劣的產(chǎn)品，對于符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品，制定產(chǎn)品準(zhǔn)入制度。

2、需要依靠進(jìn)步和創(chuàng)新，提高地?zé)崮芾�用技術(shù)水平。地源熱泵系統(tǒng)是地質(zhì)環(huán)境、熱泵系統(tǒng)、自動控制和暖通空調(diào)系統(tǒng)等多學(xué)科的有機(jī)結(jié)合。需要加強(qiáng)暖通空調(diào)與水文地質(zhì)工程地質(zhì)人員的密切配合，做到每一部分都要與整體相協(xié)調(diào)，才能使整個系統(tǒng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)、節(jié)能與環(huán)保。

3、做到有計(jì)劃合理開發(fā)利用，建立資源利用中心的高教低耗體系，要積極推廣應(yīng)用高新技術(shù)與設(shè)施，提高地?zé)衢_發(fā)的科技含量，發(fā)展節(jié)約型、效益型的開發(fā)利用模式，努力提高地?zé)崂�用率，減少資源浪費(fèi)，使地?zé)釀?chuàng)造更高的社會、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益。

4、需要對地下水位、水質(zhì)、水溫進(jìn)行長期監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)問題。因此各地在開發(fā)利用淺層地?zé)崮艿耐瑫r應(yīng)建立淺層地?zé)崮艿刭|(zhì)環(huán)境影響監(jiān)測網(wǎng)。對不同深度的地溫、地下水水位和水質(zhì)、地面標(biāo)高等項(xiàng)目實(shí)施長期監(jiān)測，及時掌握地溫變化動態(tài)、水土質(zhì)量和地面變形情況，一旦發(fā)現(xiàn)地溫長期持續(xù)單向變化，或水土污染、地面沉降，應(yīng)立即采取有效措施加以解決，防止產(chǎn)生地質(zhì)環(huán)境問題。

四、結(jié)束語

隨著我市經(jīng)濟(jì)的快速增長，可再生能源的開發(fā)利用將對建筑節(jié)能起到積極促進(jìn)作用，是降低建筑能耗的重要組成部分，對實(shí)現(xiàn)我市節(jié)能降耗、建設(shè)低碳城市，全面建設(shè)小康社會都具有重要意義。

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