陳良，趙薇娜，黃柱樂(lè)

（1.廣西大藤峽水利樞紐開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司；2.東莞市企石鎮(zhèn)水務(wù)工程運(yùn)營(yíng)中心）

1 引言

在我國(guó)，建筑能耗已占到全社會(huì)終端能耗的30%左右[1-2]。在建筑能耗中，采暖、制冷、空調(diào)和熱水占75%，建筑能源的大量消耗使能源的供需“瓶頸”日益顯著。新建、改建和擴(kuò)建民用建筑，從建筑物使用功能、規(guī)模、場(chǎng)地條件等方面對(duì)可再生能源的應(yīng)用進(jìn)行研究論證[3]，并至少選擇一種可再生能源在建筑中規(guī)?；瘧?yīng)用，推進(jìn)可再生能源建筑應(yīng)用城市示范工作，將大幅提高可再生能源在建筑用能中的比例，促進(jìn)城市建筑節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。

2 項(xiàng)目概況

某生產(chǎn)調(diào)度業(yè)務(wù)樓項(xiàng)目位于南寧市五象新區(qū)[4]，總建筑面積為94861.3m2，包括一棟20層的辦公樓、一棟25層公寓式辦公樓、一棟20層商務(wù)綜合業(yè)務(wù)樓，以及配套的地下停車(chē)場(chǎng)和其他配套的管理用房、公廁、消控室等，容積率4.99，建筑密度34.82%。據(jù)相關(guān)規(guī)定，本項(xiàng)目考慮應(yīng)用可再生能源。

3 項(xiàng)目周邊可再生能源情況

3.1 太陽(yáng)能資源情況

本項(xiàng)目位于廣西壯族自治區(qū)南寧市，年平均太陽(yáng)輻射量為4679.66MJ/(m2·a)，一年中7-8月份最高，1-2月份最低，屬于第Ⅲ類(lèi)資源一般區(qū)，也屬于資源可利用區(qū)（見(jiàn)表1、圖1）。

圖1 廣西太陽(yáng)能分布圖（來(lái)源于廣西壯族自治區(qū)可再生能源建筑應(yīng)用“十二五”規(guī)劃）

表1 太陽(yáng)能資源分布劃分表

3.2 地表水資源情況

該項(xiàng)目周?chē)乇硭Y源匱乏，北面為邕江，直線(xiàn)距離為1.1km，且項(xiàng)目至江邊為其他項(xiàng)目區(qū)域，地面為居住小區(qū)及公司等，地下管廊無(wú)多余空間。邕江實(shí)測(cè)最大水深23m，最大流速2.8m每秒，最大河寬1000m，正常水位寬300m至400m，大洪水漲落變幅15m至18m?？菟哟财骄陆禐?.1‰，流速每秒0.3m，險(xiǎn)灘局部坡降6‰，流速達(dá)3.5m每秒。

3.3 水文地質(zhì)情況

擬建場(chǎng)地位于南寧市五象新區(qū)，周邊均為市政道路，場(chǎng)地已經(jīng)進(jìn)行三通一平。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告顯示，場(chǎng)區(qū)主要地層為第四系人工堆積層（Q4S）。

場(chǎng)地內(nèi)無(wú)地表水，地下水根據(jù)含水介質(zhì)的特征和地下水賦存條件、水力特征，根據(jù)勘察結(jié)果，場(chǎng)地地下水按其埋藏特點(diǎn)可分為上層滯水及基巖裂隙水。上層滯水層主要分布于人工填土、粘土層中，其補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水；基巖裂隙水主要賦存于下部第三系巖層裂隙中，富水性貧乏?？辈炱陂g未發(fā)現(xiàn)地下水。

3.4 周邊污水情況

根據(jù)本地區(qū)污水規(guī)劃可知，規(guī)劃范圍內(nèi)均采用分流制的排水體制。工業(yè)污水和有毒廢水必須由單位內(nèi)部進(jìn)行處理，達(dá)到國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)入城市污水廠集中處理。目前周邊污水資源管網(wǎng)處于建設(shè)階段，無(wú)污水資源進(jìn)行污水源熱泵技術(shù)的實(shí)施。

4 項(xiàng)目應(yīng)用可再生能源的負(fù)荷類(lèi)型

該項(xiàng)目屬于公共建筑，本身無(wú)熱水負(fù)荷，僅有照明用電負(fù)荷、空調(diào)負(fù)荷。經(jīng)計(jì)算，該建筑空調(diào)冷負(fù)荷為2016kW，空調(diào)熱負(fù)荷為1008kW。公共區(qū)域照明負(fù)荷共計(jì)13.7kW。

5 項(xiàng)目可再生能源應(yīng)用可行性分析

5.1 地埋管地源熱泵系統(tǒng)利用的可行性

根據(jù)空調(diào)冷熱負(fù)荷情況，計(jì)算項(xiàng)目全年冷熱平衡情況。經(jīng)分析，本地塊全年冷熱不平衡現(xiàn)象較嚴(yán)重，若利用地埋管地源熱泵系統(tǒng)，其冷負(fù)荷為熱負(fù)荷的4倍，全年冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷，不符合《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行易產(chǎn)生巖土熱堆積，導(dǎo)致地埋地源熱泵機(jī)組運(yùn)行效率逐年下降，進(jìn)而導(dǎo)致地埋地源熱泵運(yùn)行成本較高，經(jīng)濟(jì)效益急劇下降。

通過(guò)計(jì)算，該項(xiàng)目可用于鋪設(shè)地埋管的面積不滿(mǎn)足預(yù)留鉆井空間位置，不宜采用土壤源熱泵熱水系統(tǒng)。故本項(xiàng)目不宜采用地埋地源熱泵系統(tǒng)。

5.2 地下水源熱泵系統(tǒng)利用的可行性

本項(xiàng)目地下水資源主要由大氣降水補(bǔ)給，水量一般。地下水源熱泵系統(tǒng)要求保證采取可靠的地下水回灌措施，確保置換熱量后的地下水全部回灌至同一含水層。若要成功實(shí)施地下水回灌，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的論證。近年來(lái)，為保護(hù)地下水和地下水環(huán)境，國(guó)內(nèi)部分城市已出臺(tái)相關(guān)政策文件禁止在城市、集鎮(zhèn)等建筑物密集區(qū)取用地下水用于地源熱泵系統(tǒng)。盡管廣西區(qū)內(nèi)尚無(wú)出臺(tái)政策制度，但目前地下水源熱泵系統(tǒng)能夠保證完全回灌成功的工程實(shí)例很少，一旦回灌失敗，將造成地下水資源的浪費(fèi)，甚至引起地面塌陷。因此，在城區(qū)范圍內(nèi)采取地下水源熱泵技術(shù)在業(yè)界尚存在較大的爭(zhēng)議。故本項(xiàng)目不適宜采用地下水源熱泵系統(tǒng)。

5.3 地表水源熱泵系統(tǒng)利用的可行性

該項(xiàng)目北面為邕江，直線(xiàn)距離為1.1km，項(xiàng)目地址與取水源距離較大，且管路必須歷經(jīng)其他項(xiàng)目建設(shè)用地，造成水輸送系統(tǒng)成本高，管路施工協(xié)調(diào)困難。

對(duì)于江水源熱泵的應(yīng)用，其可再生能源部分的投資主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的取水系統(tǒng)投資，主要有取水構(gòu)筑物、取退水管道、機(jī)房及設(shè)備、室內(nèi)管道及運(yùn)行控制系統(tǒng)等。根據(jù)計(jì)算，該項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)及熱水全部采用地表水源熱泵系統(tǒng)，其年節(jié)能量約42萬(wàn)kW·h，按電價(jià)1元/kW·h計(jì)算，年節(jié)約費(fèi)用約42萬(wàn)元。經(jīng)估算該項(xiàng)目總投資約為1307.9萬(wàn)元，相比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)年節(jié)約費(fèi)用42萬(wàn)元，則投資回收期為31年。

從實(shí)施條件和節(jié)能效益出發(fā)，本項(xiàng)目不宜采用地表水源熱泵系統(tǒng)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行可再生能源規(guī)模化應(yīng)用。

5.4 污水源熱泵系統(tǒng)利用的可行性

該項(xiàng)目所在地域的污水管網(wǎng)主要收集的是沿途居民生活污水，由于附近的污水管網(wǎng)正處于建設(shè)階段，污水量小且不穩(wěn)定，無(wú)法滿(mǎn)足污水源熱泵實(shí)施的條件，因此該項(xiàng)目不宜采用污水源熱泵系統(tǒng)。

5.5 太陽(yáng)能光電利用的可行性

5.5.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)性分析

光伏發(fā)電通常有兩種利用方式，一種是依靠蓄電池來(lái)進(jìn)行能量的存儲(chǔ)，另一種利用方式為并網(wǎng)使用。

本項(xiàng)目采用無(wú)逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，即太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)即使發(fā)電充裕也不向公共電網(wǎng)供電，但當(dāng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)供電不足時(shí)，則由公共電網(wǎng)向負(fù)荷供電。系統(tǒng)原理圖詳見(jiàn)圖2。

圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖

5.5.2 方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏電池組件、光伏逆變器、配電系統(tǒng)等重要部分組成。采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)則設(shè)計(jì)功率不能低于50kWp，并優(yōu)先使用在無(wú)自然采光的地下車(chē)庫(kù)，本項(xiàng)目在屋頂層上布置太陽(yáng)能板，現(xiàn)將屋頂層全覆蓋太陽(yáng)能板（部分區(qū)域需架空敷設(shè)），在預(yù)留檢修通道后可敷設(shè)216塊太陽(yáng)能電池板。電池組件總功率為216×235W/塊=50.76 kWp，選用多硅晶235kWp電池組件，經(jīng)過(guò)串、并聯(lián)接方式連接，接入光伏逆變器系統(tǒng)交流輸出接入低壓交流母線(xiàn)，為地下車(chē)庫(kù)照明供電。

本項(xiàng)目太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率約為46.35kW（考慮逆變器等損耗約為10%），發(fā)電功率滿(mǎn)足地下室車(chē)庫(kù)公共區(qū)域的照明用電13.7 kW。

5.5.3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

綜合太陽(yáng)能組件、安裝及附件費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)、系統(tǒng)集成費(fèi)、工程管理費(fèi)、安全措施費(fèi)、營(yíng)業(yè)稅、增值稅、教育附加稅等因素，該項(xiàng)目總成本為40.22萬(wàn)元。

按10%的轉(zhuǎn)換效率，南寧市年太陽(yáng)輻照量4679.66MJ/(m2·a)，根據(jù)《可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目測(cè)評(píng)導(dǎo)則》中關(guān)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量計(jì)算公式，得出光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電量約4.6萬(wàn)kW·h。

5.5.4 投資回收期

以本地區(qū)非居民基準(zhǔn)電價(jià)測(cè)算，本項(xiàng)目的年節(jié)約費(fèi)用為4萬(wàn)元，收回成本需要40.22÷4=10年。

6 建議與結(jié)論

該項(xiàng)目采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)條件成熟，主要用于地下車(chē)庫(kù)與公共區(qū)域的照明。符合可持續(xù)綠色建筑理念，從政策、經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)可行性等方面綜合考慮，建議該項(xiàng)目采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

本項(xiàng)目實(shí)施后，建筑節(jié)能率50.39%，可再循環(huán)建筑材料用量比10.20%，獲得二星級(jí)綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)證書(shū)。