昌黎縣可再生能源建筑應用形式探討

摘 要:我國農村地區加快推進可再生能源建筑應用，不僅可以節約大量常規化石能源;還將大大改善農村民房、農村中小學、農村衛生院等公共建筑供暖條件;同時帶動清潔能源等相關產業的發展，這對促進實現“保增長、擴內需、調結構”的宏觀調控目標具有十分重要的現實意義。

關鍵詞:可再生能源 應用形式

中圖分類號:TU831文獻標識碼:Ａ文章編號:1674-098X(2011)02(c)-0029-02

隨著我國城鎮化進程不斷加快和居民生活水平的提高，農村地區建筑用能迅速增加，尤其北方地區農村建筑采暖以生物質能源為主的模式，正逐漸被以煤炭等化石能源為主的模式所替代，農村建筑節能形勢嚴峻。而廣大的農村地區太陽能、淺層地能等可再生資源豐富、應用條件優越、發展空間巨大。

1 昌黎縣基本情況

昌黎縣地處河北省東北部，隸屬于秦皇島市管轄，是國家首批沿海對外開放縣，河北省首批擴權縣。位于東經118°4′5′′～119°20′，北緯39°25′～39°48′之間。東臨渤海，北枕碣石，西南挾灤河，是連結華北與東北兩大經濟區的“經濟走廊”。全縣轄八鄉八鎮，總面積1212.4km2，總人口53.5萬。

2 昌黎縣可再生能源情況

2.1 太陽能資源

昌黎縣歷年太陽能平均總輻射量5182MJ/(m2·a)，為三類地區，靠近渤海海域，有霧天氣稍多于其他內陸地區，豐富程度受到一定影響。昌黎縣受渤海海域的影響，陰雨天氣較同緯度內陸地區稍多，空氣質量優良率接近90%，因此日照輻射受天氣影響較大，受空氣質量影響較小，根據昌黎縣對空氣質量控制要求，昌黎縣的空氣質量具可持續性和穩定性，根據歷年統計昌黎縣可日照時數大于6h的天數為239天，具有較高的利用價值，根據統計計算結果顯示，11～13時的太陽能的平均輻射強度與輻射時間都是一天內最強的時段，因此最佳利用時間是中午11～13時。綜上所述，昌黎地區太陽能資源具有較好的可利用價值，適合太陽能光熱、光電技術的利用。

2.2 海水資源

瀕臨昌黎縣境的渤海海域，海底為大陸架的近岸部分，由海岸向海中緩緩傾斜，水下三角洲地貌比較發育;其基底地層系古老基巖，巖性與陸地基底一致，其上被第四系松散物質及海水覆蓋，底質為淤泥、細砂或粉砂。昌黎海岸，除灤河口扇形三角洲處是曲折的泥沙質岸之外，均為較平直的沙礫質三角洲岸，沿岸分布有長達30km的1000m～3000m不等寬度的沙丘帶。沿岸沙丘成列狀分布，多者七八列，少者二三列，低者在10m左右，高者在海拔40m以上。昌黎海岸距沙丘之間的海灘寬度一般為50m～100m，海沙粒度在20目(直徑0.3mm)～80目(直徑0.074mm)之間的占80％。1.5m等深線平均距海岸約200m，5m等深線距海岸約1.5km，10m等深線距海岸約15km～17km，15m等深線距海岸約27～30km，20m等深線距海岸約40km～46km。5m等深線范圍內有兩三條水下沙堤，每條寬約60m。

昌黎縣總海岸線長度為52.1公里，夏季溫度保持在18℃～26℃，冬季溫度絕大部分時間保持在3℃以上。該水溫條件給海水源熱泵提供了保證條件，因此空調制冷和供暖效果好，系統運行高效穩定。

2.3 淺層地熱能資源

經區域調查，昌黎縣區域地質條件好，大部分第四紀較厚，打井、成孔工藝簡單，成本低。大部分建筑有冬季供熱夏季供冷需求，且供熱與供冷季天數相當，適合有蓄熱及蓄冷特點的地下水源熱泵系統和土壤源熱泵系統系統。全縣共有1152km2的區域適合或者比較適合采用地下水源熱泵系統與土壤源熱泵系統，除朱各莊、安山北部丘陵區、十里鋪，龍家店北部、梁各莊、兩山鄉以及城關以北地區應以地埋管換熱形式為主。占全縣面積的95%，因此淺層地熱能資源非常豐富。

3 可再生能源利用需求情況

據統計，昌黎縣房屋建筑近幾年竣工面積都穩定在3８萬平方米以上，其中公共建筑約占10%。隨著居民生活質量的改善和城鎮化進程的加快，房屋快速增長的趨勢還將持續15年以上。根據歷年人均能耗、建筑總能耗、建筑耗電量數據，預測2015年包括農村建筑采暖能耗需求為11.5萬t標準煤，建筑用電折合5.6萬t標準煤。兩項合計，2015年建筑能耗總需求量為17.1萬t標準煤，“十二五”期間新增建筑能耗約2萬t標準煤。

昌黎縣委、縣政府對可再生能源的應用高度重視，針對我縣的可再生資源條件，制定了《可再生能源利用專項規劃》，以科學技術為發展依托，技術創新為發展動力，優化能源結構，提高能源利用效率，堅持積極審慎，因地制宜，科學利用，依法依規，嚴格監管，穩步推進的態度，避免對資源的盲目性開發，對資源進行合理利用，通過近幾年來對可再生資源的大力宣傳和政策支持，并先后建成了黃金海岸國際公寓、富貴家園住宅小區、海滴韻住宅小區等一批較有影響的可再生能源應用項目，可再生應用面積達到50萬m2，并且在全省率先在建筑節能實踐中成功嘗試海水源熱泵系統，其中“黃金海岸國際公寓”被財政部、建設部列入可再生能源建筑應用示范項目，取得了良好的示范效應，并且可再生能源建筑應用技術不斷提升，應用面積不斷增加，部分地區還出現了規模化應用的勢頭。

4 昌黎縣可再生能源建筑應用技術方案

4.1 我縣可再生能源應用技術類型及應用形式

根據我縣太陽能、海水資源、淺層地熱能資源的情況，堅持適度發展，合理布局的原則，重點推廣的技術類型有:海水源熱泵技術應用、地源熱泵技術與太陽能建筑一體化集成技術、太陽能光熱建筑一體化應用、土壤源熱泵技術應用、地下水源熱泵技術應用。

4.2 項目技術方案

4.2.1 海水源熱泵技術應用

海水吸收了太陽進入地球的相當的輻射能量，并且海水的溫度一般都十分穩定。海水源熱泵機組工作原理就是以海水作為提取和儲存能量的基本“源體”，它借助壓縮機系統，消耗少量電能，在冬季把存于海水中的低品位能量“取”出來，給建筑物供熱;夏季則把建筑物內的能量“取”出來釋放到海水中，以達到調節室內溫度的目的。

海水源熱泵系統的海水提取方式主為:制熱:使用管道、水泵從大海中最低潮位以下吸取水源，在海水管路的進水口或水泵前安裝孔徑較大的過濾器①，濾除海水中的含有的藻類物質，防止堵塞水泵，水泵②送出的海水，經過過濾器③進入換熱器④，依靠海水溫度與防凍液進行換熱，(海水側與防凍液側通過板壁或管壁傳熱)，與海水換熱后的防凍液經水泵⑤送入熱泵機組水源側換熱器，熱泵機組⑥從水源側吸熱，在使用水換熱器放熱，被加熱的熱水經過使用水泵⑦送入室內地板盤管或風機盤管向室內供熱;制熱工作時防凍液始終低于海水一定的溫度差。制冷:熱泵機組在使用水側換熱器吸熱，被冷卻的使用水經水泵⑦送至室內風機盤管，在室內風機盤管吸收空氣熱量，使室溫降低(此時地面盤管被短接不用);熱泵機組⑥在水源側換熱器放熱，使防凍液溫度升高，經水泵⑤將防凍液送入換熱器④，與水泵②送入的海水換熱，防凍液始終高于海水一定的溫度差。

海水源熱泵機組的最大優勢在于對資源的高效利用，首先它雖然以海水為“源體”，但不消耗海水，也不對海水造成污染;其次它的熱效率高，消耗1千瓦的電能， 可以獲得3kW～4kW的熱量或冷量，從根本上改變了傳統的能源利用方式。昌黎附近的海域位于渤海灣與秦皇島灣之間，沿岸分布有長達30km的1000m～3000m不等寬度的沙丘帶，海水平均溫度相對氣溫更加穩定，年平均氣溫在12.5℃，溫度年波動較小，水溫條件給海水源熱泵提供了保證條件。

4.2.2 地源熱泵技術與太陽能建筑一體化集成技術

(1)概念:地源熱泵-太陽能建筑一體化集成技術是在與建筑緊密結合的基礎上，綜合利用太陽能和地熱能來為用戶供冷、供暖，同時提供衛生熱水和飲用熱水的一種系統形式。該系統利用兩種可再生能源，對兩種能源進行優勢互補(太陽能運行費用低，但不穩定不連續，地源熱泵運行穩定連續，但要消耗一部分電能)，達到“多能互補，天地合一”的效果。

(2)技術系統的組成:太陽能—地源熱泵集成系統由末端設備、太陽能集熱器、地源熱泵主機設備和冷、熱源系統幾部分組成。該系統是利用太陽能和地熱能兩種復合熱源，屬于太陽能和地熱能綜合利用的一種形式。太陽能與地熱能的結合具有很好的互補性，太陽能可以降低系統的運行費用，提高運行效率;地熱可以補償太陽能的間歇性，使得系統在陰雨天及夜晚仍能正常運行。該系統可以根據用戶的要求，分別滿足用戶供暖、制冷、衛生熱水和飲用熱水的需要。

(3)技術系統的主要功能:該系統的主要功能有:冬季采暖、夏季制冷、飲用熱水供應、衛生熱水供應(可根據需要選擇)。冬季采暖。采用太陽能和地源熱泵集成方式，以地源熱泵系統運行為主，太陽能系統運行為輔，使冬季采暖運行達到最佳效果，運行費用最低。飲用熱水的供應。在春、夏、秋三季，飲用熱水的加熱主要靠太陽能加熱至開水溫度，直接飲用。冬季因天氣溫度及光照強度的影響，太陽能可加熱至50℃～70℃，然后利用熱水器自身加熱至100℃，達到飲用水標準。衛生熱水的供應。初春及冬季可利用地源熱泵與太陽能結合的方式，供應衛生熱水洗浴，夏秋季可直接利用太陽能供應衛生熱水。

④技術特點:系統四用，經濟實惠;天地合一、多能互補。本系統雖然初投資略高，但運行費用極低，投資回收期短，具有非常好的推廣應用價值。

4.2.3 太陽能光熱建筑一體化應用

太陽能光熱技術是指將太陽輻射能轉化為熱能進行利用的技術。常見的利用太陽能光熱技術的方式有:(1)利用太陽能空氣集熱器進行供暖或物料干燥;(2)利用太陽能熱水器提供生活熱水;(3)基于集熱一儲熱原理的間接加熱式被動太陽房;(4)利用太陽能加熱空氣產生的熱壓增強建筑通風。

太陽能、淺層地熱能是清潔無污染的可再生能源，通過該技術的應用，可以解決建筑物供冷、采暖同時提供生活熱水的要求。該技術已經在全國范圍內應用，并取得了一定的社會、經濟、環境效益。同時可再生能源在農村地區的廣泛應用，將大大改善農村人民群眾的生活、學習、醫療條件，為建設社會主義新農村作出應有的貢獻。