何文晶，李沛，劉雅梅

(1.山東建筑大學山東省建筑節(jié)能技術重點實驗室，山東 濟南 250101;2.山東建筑大學可再生能源建筑利用技術教育部重點實驗室，山東 濟南 250101;3.濟南市規(guī)劃設計研究院，山東 濟南 250101;4.山東建大建筑規(guī)劃設計研究院，山東 濟南 250014)

0 引言

可再生能源包括水能、生物質(zhì)能、風能、太陽能、地熱能和海洋能等[1]，資源潛力大，環(huán)境污染低，可永續(xù)利用，是有利于人與自然和諧發(fā)展的重要能源[2]。開發(fā)利用可再生能源，對增加能源供應、改善能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、保護環(huán)境具有重要作用，是建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略措施。因此，依據(jù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃，進行可再生能源建筑應用規(guī)劃，預測可再生能源在建筑中的需求，對其開發(fā)、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、利用和分配等各個環(huán)節(jié)做出統(tǒng)籌安排，是非常有必要的。

受濟南市政府指派，我們進行了2011—2015年濟南市可再生能源建筑應用規(guī)劃研究。根據(jù)濟南市自然條件、城市特點、國家鼓勵應用可再生能源的相關政策以及各類可再生能源應用技術的特點，著重選擇了太陽能和淺層地熱能進行研究分析。本規(guī)劃與國內(nèi)其他相關規(guī)劃比較而言，具有顯著的地域特色和針對性，探索出一條適宜于地方性特色的可再生能源建筑應用之路[3]，可作為濟南市可再生能源建筑發(fā)展的理論指導，也可為與濟南自然、經(jīng)濟條件相近的其他城市提供參考。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 濟南市可再生能源資源潛力

1.1.1 太陽能資源

濟南市年可照時數(shù)為4431.6h，年日照時數(shù)為2516.9h，年總輻射量為 5120.50MJ/m2，理論太陽能蘊藏量為1.14×1011MJ，屬太陽能資源較豐富地區(qū)。由統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，濟南市平均每天日照時數(shù)為6.9h，多于6h，太陽能具有可利用價值;各月日照時數(shù)多于6h的天數(shù)最大值出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在2月，最大值與最小值的比值為1.278，太陽能資源全年輻射量變化較穩(wěn)定，有利于太陽能資源的利用。

1.1.2 淺層地熱能資源

濟南市淺層地熱能資源評估深度為150m，可利用溫度為8℃。將全市進行分區(qū)計算，淺層地熱能總儲量271.46 ×1014kJ，相當于 9.265 ×108t標準煤。考慮建筑布局、建筑符合要求和資源承載能力等限制因素，土地利用系數(shù)取10%，取暖耗能按標準煤耗21.73kg/(m2·季)計算，則可供制冷、取暖建筑面積 4263.69km2。

表1 濟南市各月可照時數(shù)

表2 濟南市各縣區(qū)淺層地熱能資源量

1.2 濟南市可再生能源應用現(xiàn)狀

近些年來，濟南市積極開發(fā)利用新能源，鼓勵大型公建、居住區(qū)、城市廣場、道路等使用太陽能。截止2010年底，全市太陽能光熱建筑面積1331萬m2，其中太陽能熱水系統(tǒng)建筑一體化建設590萬m2;太陽能光電建筑應用34萬m2。

基于保護地下水的原則，濟南市可利用的淺層地熱能資源包括地表水、土壤源和污水源，現(xiàn)階段的開發(fā)利用主要集中在土壤源熱泵技術。截至2010年底，全市淺層地熱能資源應用面積已達52萬m2。

濟南市可再生能源產(chǎn)業(yè)也得到長足發(fā)展，不但形成了世界級太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，成為全球最大的太陽能毛坯管生產(chǎn)基地，而且從事以淺層地熱能為主的新能源企業(yè)也達到近百家。

1.3 濟南市建筑用能需求

截止2010年底，全市既有民用建筑總面積約1.37億 m2，其中居住建筑為 1.12 億 m2，公共建筑為0.25億m2。經(jīng)統(tǒng)計計算，全市每年建筑總能耗為595.76萬t標準煤，其中采暖能耗為319.75萬t標準煤，占54%，生活用電能耗為276.01萬t標準煤，占46%，居住建筑和公共建筑的建筑能耗各占50%，城鎮(zhèn)民用建筑平均能耗為36.84kg/m2標準煤。

圖1 濟南市可再生能源建筑應用類型比例現(xiàn)狀

《濟南市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》提出，“十二五”期間濟南市城鎮(zhèn)化率將達到75%。根據(jù)近兩年建筑竣工面積增長速度，預計2011—2015年，全市新建建筑面積5000余萬m2，城鎮(zhèn)民用建筑總面積將達到1.87億m2，建筑總能耗將增加20%，每年耗能達到715.18萬t標準煤。

1.4 存在的問題

雖然濟南市在可再生能源應用方面取得了一定成績，但隨著城市建設的快速發(fā)展，還存在諸多問題亟待解決:

(1)政策扶持需要進一步加強。目前，太陽能應用得到了充分重視和政策引導，但是淺層地熱能、生物質(zhì)能等其他可再生能源的相關政策體系還需完善，經(jīng)濟激勵力度還需加強。

(2)市場保障機制需要進一步健全。目前可再生能源市場中太陽能一枝獨秀，需要加快建立促進多種可再生能源發(fā)展的市場機制，推動多種可再生能源產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)市場多元化。

(3)相關技術水平還需進一步提高。今后濟南市新建住宅將以十二層以上為主，必須加強對高層住宅建筑太陽能利用技術的研究。對于開發(fā)利用淺層地熱能方面，雖然基于保護地下水的原則，禁止利用地下水，但可以研發(fā)推廣地表淡水源、污水源等熱泵技術，合理擴大淺層地熱資源利用領域。

2 發(fā)展規(guī)劃

2.1 規(guī)劃目標

2011—2015年，新建建筑中應用可再生能源的建筑面積為2360萬m2，其中太陽能光熱應用2050萬m2，地源熱泵應用310萬m2;既有建筑的可再生能源改造面積為140萬m2;5年間累計推廣可再生能源建筑應用面積2500萬m2。

建設85個可再生能源在建筑中規(guī)?；瘧檬痉豆こ?，其中建設太陽能與建筑一體化示范工程60個，城市光伏景觀照明示范項目15個，淺層地熱能示范工程10個。

圖2 濟南市可再生能源建筑在新建建筑中的比例

圖3 濟南市各類可再生能源建筑應用面積

2.2 規(guī)劃布局

(1)太陽能光熱建筑應用

太陽能光熱技術比較成熟，可以在全市范圍內(nèi)大多數(shù)公共建筑和居住建筑中廣泛應用。既有建筑中優(yōu)先改造政府部門和大型公建，對于居住建筑，鼓勵民眾使用整體式和單元式太陽能熱水產(chǎn)品。新建建筑中重點在學校、醫(yī)院、酒店、工廠宿舍以及政府投資的大型公建中配置太陽能熱水系統(tǒng)，并進行一體化設計。在現(xiàn)行的“12層以下住宅必須采用太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設計和施工”的基礎上，逐步達到“日照滿足4h的住宅必須安裝太陽能熱水系統(tǒng)，日照不滿足4h的住宅酌情安裝太陽能熱水系統(tǒng);新建建筑安裝太陽能熱水系統(tǒng)必須實現(xiàn)建筑一體化設計和施工?！?/p>

(2)太陽能光電建筑應用

太陽能光電的應用以大型公建為主，建設與建筑一體化的屋頂太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項目;結(jié)合濟南市城市供電工程規(guī)劃，在具備條件的工業(yè)園區(qū)、大學園區(qū)、景觀園區(qū)建立集中式太陽能光伏發(fā)電站;同時在道路、車站、公園等公共設施照明中推廣使用光伏電源。

(3)淺層地熱能建筑應用

對于淺層地熱能資源的開發(fā)利用，應在保護環(huán)境的前提下，根據(jù)各區(qū)的資源分布和特征選擇合適的利用方式。

地表水源的利用，近期應配合當前城市建設，以小清河兩岸有代表性的新建或改造建筑為主，發(fā)展地表水水源熱泵技術;遠期應把地表水總量較為豐富的章丘市、歷城區(qū)、長清區(qū)作為重點發(fā)展區(qū)域，優(yōu)先考慮距離水系、河道近的建筑。

土壤源可利用量以商河縣、濟陽縣、歷城區(qū)、長清區(qū)較為豐富，可作為土壤源熱泵技術的優(yōu)先發(fā)展區(qū)域。重點選擇有示范作用的大型公建，符合條件的居住建筑可適當采用。

結(jié)合污水處理廠，應用污水源熱泵技術。合理利用濟南鋼鐵廠等重型工業(yè)和多家熱電廠的余熱資源，完善技術，逐步推廣。

2.3 重點工作領域

重點支持以下領域中的示范工程、技術集成及標準制定，攻克相應技術難關:

(1)研發(fā)完善與建筑一體化的太陽能生活熱水、采暖空調(diào)、光電轉(zhuǎn)換、照明等新技術;

(2)研發(fā)完善土壤源熱泵供熱制冷技術、淡水源及污水源熱泵供熱制冷技術;

(3)研發(fā)完善太陽能與淺層地熱能綜合利用供熱制冷技術;

(4)提高太陽能、淺層地熱能設備和系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)換效率;

(5)降低太陽能光熱、光電產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的能耗，減少環(huán)境污染;

(6)研發(fā)推廣適合既有建筑改造的可再生能源應用技術;

(7)完善可再生能源建筑的評估檢測方法;

(8)促進可再生能源建筑設備及產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化;

(9)增強可再生能源建筑應用管理及服務體系建設。

3 效益分析

可再生能源建筑的應用，對于改善能源結(jié)構(gòu)、節(jié)約能源資源能夠起到重大作用，對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級、拉動內(nèi)需及增加社會就業(yè)人口等能夠起到積極作用。本規(guī)劃的實施，將在環(huán)境、社會和經(jīng)濟方面取得如下顯著效益:

(1)促進節(jié)能減排?？稍偕茉吹拈_發(fā)利用將節(jié)約和替代大量化石能源，顯著減少污染物和溫室氣體排放，加速濟南市節(jié)能減排目標的實現(xiàn)。2011—2015年全市應用可再生能源累計替代常規(guī)能源約 7.5 ×105t標準煤;減排 SO26400t、NOx5550t、CO2200 萬 t。

表3 2011—2015年濟南市太陽能光熱建筑節(jié)能量預測

表4 2011—2015年濟南市淺層地熱能節(jié)能量預測(按標準煤計算)

(2)樹立良好的城市形象?？稍偕茉吹膽?，不但促進了經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展，也促進了人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展，對全面建設小康社會和社會主義新農(nóng)村起到重要作用，將有力地推進濟南市作為省會城市的生態(tài)文明建設。

(3)加速地方產(chǎn)業(yè)升級。建設可再生能源設備產(chǎn)業(yè)基礎，加速產(chǎn)業(yè)環(huán)境的升級更新。投資還將惠及其它上下游的產(chǎn)業(yè)，包括能源服務市場、建筑專項設計(例如太陽能熱水系統(tǒng)專項設計)、監(jiān)理及施工等。

4 總結(jié)

目前，以能源革命和低碳經(jīng)濟為主題的綠色浪潮席卷全球，能源戰(zhàn)略在國際競爭中具有決定性的作用。發(fā)展低碳城市是中國應對氣候變化、發(fā)展低碳經(jīng)濟、面向“后京都時代”的必然選擇[4]。濟南作為省會城市，應在政策法規(guī)上引導和規(guī)范，在經(jīng)濟上激勵和促進，建設完善技術支撐體系，實施嚴格的監(jiān)督管理，加強宣傳培訓，創(chuàng)造良性發(fā)展環(huán)境[5]，確?？稍偕茉唇ㄖ霉ぷ鞯拈_展和順利進行，向低碳城市的目標邁進，為國家和社會做出應有的貢獻。

[1]王雪松，王雅麗.碳中和理念下的建筑能源對策分析研究[C]//夏海山，陳衍慶.建筑新技5.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010:121－126.

[2]楊基春.新能源在建筑節(jié)能領域中應用的思考[J].應用能源技術，2008，39(3):32 －34.

[3]宋德萱，陳宇.地方性建筑節(jié)能規(guī)劃與節(jié)能技術策略的互動研究[C]//夏海山，陳衍慶.建筑新技5.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010:115－120.

[4]梁浩，龍惟定.城市能源系統(tǒng)綜合規(guī)劃模型的研究與應用[J].山東建筑大學學報，2010，25(5):524 －528.

[5]李沛，何文晶，楊慧.山東省可再生能源建筑應用專項規(guī)劃研究[C]//中國城市規(guī)劃學會.規(guī)劃創(chuàng)新:2010中國城市規(guī)劃年會論文集.重慶:重慶出版社，2010.767 －769.