可再生能源建筑推廣應用區域劃分的思考

畢 興 鎖

(山西省建筑節能監管中心，山西 太原 030013)

由于能源緊張，環境污染，氣候變暖，可再生能源越來越受到人們的重視，世界各國競相開發利用。建筑能耗占到總能耗的24%左右，所以，開展可再生能源在建筑中的應用研究，對保護環境、節能減排和綠色發展具有重要的現實意義和長遠利益。為了貫徹落實《節約能源法》《可再生能源法》和《民用建筑節能條例》，有效地減少能耗、降低污染和調整能源結構，各地區應大力開展可再生能源建筑的推廣應用，根據當地的可再生能源的資源條件，結合城鄉規劃建設，編制可再生能源建筑推廣應用的規劃，制定推廣實施方案和實施計劃。結合近幾年的工作實踐，對可再生能源建筑推廣應用的區域劃分，提出自己的初步想法。

1 可再生能源建筑推廣應用區域劃分的定義

可再生能源是指太陽能、風能、地熱能、生物質能、水能和海洋能等非化石能源。可再生能源在建筑中推廣應用，是指在建筑供熱、供暖、空調和供電等系統中，采用太陽能、地熱能、生物質能等可再生能源，系統提供全部或部分建筑用能的應用形式。可再生能源建筑推廣應用區域劃分，是根據不同地區某種可再生能源資源分布情況及其在建筑中推廣應用的可行性分析，結合城鄉規劃建設要求，劃分出某種可再生能源可能在建筑推廣應用的區域。可再生能源建筑推廣應用區域劃分的結果，一般用一定比例尺的可再生能源建筑推廣應用區劃圖表示，即在地圖上，標出可再生能源建筑應用區域劃分的結果，從而為可再生能源的資源開發、建筑推廣應用規劃編制、可再生能源建筑利用廠址選擇和勘察設計等提供必要的依據。

2 可再生能源建筑推廣應用區域劃分的原則和要求

可再生能源建筑推廣應用區域劃分的總體原則是：資源條件有利、堅持因地制宜、結合規劃建設、分類指導推廣、堅持綠色發展和全面協調可持續發展。可再生能源建筑推廣應用區域劃分的具體要求如下：

1)可再生能源的分布范圍、分布特點和具體資源的強度與總量指標，滿足一定規劃區、住宅小區或單體建筑的利用；2)可再生能源所在地的地質、地理、地貌、氣候等環境條件，有利于建筑的應用開發；3)可再生能源建筑推廣應用的經濟效益、環境效益和社會效益明顯；4)區劃必須結合當地城鄉規劃建設的實際情況，以利于可再生能源在建筑中推廣應用。

3 可再生能源建筑推廣應用的區域劃分

3.1 可再生能源建筑推廣應用區劃的分類

可再生能源建筑推廣應用的區劃研究，依照其涉及的內容和最終提供的成果大致可以分為如下類別：

1)可再生能源建筑可利用能源總量分布區劃。此種區劃以潛在的可再生能源種類(如太陽能、淺層地熱能、城市污水、風能、生物質能、工業廢氣等)的總量、特征強度指標及其空間分布作為研究內容，并提供相應成果。

2)可再生能源建筑推廣應用區劃。此種區劃，是根據可再生能源的總量和特征強度指標，結合城鄉規劃建設，以可再生能源在建筑中推廣應用的可能范圍為研究內容，并提供相應的成果。

3)可再生能源建筑推廣應用重點區域劃分。此種區劃，是在可再生能源建筑推廣應用區劃的基礎上，結合近期一段時間城鄉建設重點和財力、物力等情況，確定可再生能源建筑推廣應用的重點范圍和重點工程項目。

3.2 可再生能源建筑推廣應用區劃考慮的因素

下面主要討論太陽能、風能、地熱能、污水熱能、工業余熱和生物質能在建筑中推廣應用區劃時所考慮的因素。

3.2.1太陽能

我國具有豐富的太陽能資源。根據國家氣象行業標準QX/T 89—2018太陽能資源評估方法，我國太陽能資源豐富程度等級劃分為：最豐富、很豐富、豐富和一般。太陽能在建筑中推廣應用區劃所考慮的因素如下：

1)太陽年輻射總量；2)年日照時數(h/年)或平均日照時數，日照時數大于6 h的天數；3)日照標準；4)氣候條件：近10年(或歷史年份)平均每年陰雨天數；5)地理條件：所處地理緯度適合太陽能利用；6)地形地貌和場地條件：城鎮規劃區或住宅小區所處位置的地形地貌和植被情況有利于太陽能利用。例如，位于山的南坡，盆地的北緣，地勢開闊和無植被遮擋等；7)在建筑中推廣應用太陽能熱水系統時，除考慮當地的太陽能資源條件和場地條件外，尚應綜合考慮當地環境溫度、水質條件、建筑形式、建筑布局和建筑空間組合等。

3.2.2風能

我國風能資源比較豐富，主要是風力發電。風能在建筑中的應用不是很廣泛，建筑中應用的主要形式是戶型風力發電、高層建筑風力發電和風力發電并網后再輸送利用。風能在建筑中推廣應用區劃所考慮的因素如下：

1)本地風能資源總儲量；2)風速和風向；3)年平均風速，最大風速，最小風速；4)年平均風速大于Xm/s的天數；5)地理條件：城鎮規劃區域或住宅小區所處的地理位置或附近地區，適合于安裝有關風力發電的設備；6)地形地貌條件：規劃區域或住宅小區所處的地形地貌條件，不阻擋主導風速風向，有利于應用。

3.2.3淺層土壤熱能

淺層土壤熱能在建筑中推廣應用區劃所考慮的因素如下：1)淺層土壤地熱能潛力，單位溫差儲量；2)適合于淺層土壤地熱能開發的土質條件、土層分布和土層結構。風化巖層、礫石層和地下水流動性差的土層，一般不適合淺層土壤源熱泵系統的推廣應用;3)淺層土壤的溫度及其隨深度的變化；4)淺層地下水的靜水位、溫度、水質；5)地下水徑流方向和流速；6)凍土層厚度；7)淺層土壤地熱能可以供冷(或供熱)的建筑面積。當土壤源熱泵系統的應用建筑面積在3 000 m2～5 000 m2時，宜進行巖土熱響應試驗，提供巖土的熱物性參數；當土壤源熱泵系統的應用建筑面積不小于5 000 m2時，應進行巖土熱響應試驗，提供巖土的熱物性參數。當應用建筑面積不小于10 000 m2時，進行巖土熱響應試驗的測試孔數量，不應少于2個。

3.2.4淺層地下水熱能

淺層地下水熱能在建筑中推廣應用區劃所考慮的因素如下：

1)淺層地下水分布、徑流方向及其熱能資源的儲量；2)淺層地下水的靜水位、溫度、水質；3)含水層的土質條件：一般為砂土，粉土和粘土層一般不適合淺層地下水熱能的利用與開發；4)與地下水回灌相關的土層的物理力學指標，必要時應進行地下水回灌試驗；5)適合于地下水熱能開發的含水層的富水性和滲透性；6)地下水熱能可以供冷(或供熱)的建筑面積。

3.2.5深層地熱能

深層地熱能在建筑中推廣應用區劃所考慮的因素如下：1)深層地熱能資源的分布與其熱能資源的儲量，允許開采量；2)地熱田(溫泉點)的位置、分布深度及熱水溫度；3)現已勘探地熱田(溫泉點)所處的地質構造單元、巖土層的結構；4)深層地熱田(或溫泉點)所處位置與城鄉規劃區或工程建設的關系。如溫泉是否在規劃區范圍，距所建工程的距離是否合適等；5)深層地熱能允許開采量可供建筑物冬季采暖的面積。

3.2.6污水熱能

全國每年排放的城市生活污水為500億t左右。按照使用中溫度升高或降低5 ℃計算，若全部開發所貢獻的熱或冷為10億GJ。這個熱量可供20億m2建筑采暖。污水熱能資源在建筑中推廣應用區劃所考慮的因素如下：

1)城鎮污水源的分布及污水的流向分布；2)城鎮污水處理廠的分布及其所處理污水的覆蓋范圍；3)污水處理后中水溫度；4)污水處理廠處理水量及相關的熱能量；5)污水處理廠與周圍建筑或附近建筑的關系，可以提供建筑物冬季采暖的面積。

3.2.7工業余熱

工業余熱資源主要分布在電力、化工、冶金、鋼鐵、制藥和建材等行業。工業余熱在建筑中推廣應用區劃所考慮的因素如下：

1)具有一定規模的可供利用余熱的工業企業的分布；2)具體某一企業產生工業余熱的溫度和工業余熱的能量，企業年產出多少能量的余熱具有再利用價值；3)某一企業可回收利用的余熱能量，可供建筑采暖的面積；4)某一企業工業余熱利用推廣可能覆蓋的城區范圍。

3.2.8生物質能

生物質能主要分布在廣大的農村。隨著城鎮化的發展，農村分散人口逐步向城鎮聚集，為生物質能集中利用和提高用能效率提供了可能，所以生物質能在建筑中推廣應用，主要考慮在村鎮建設中應用。生物質能在村鎮建筑中推廣應用區劃所考慮的因素如下：

1)農作物的種類及其分布的范圍；2)一定區域范圍內農作物秸稈的總量及相應的熱能儲量；3)生物質分布的地理環境：平原或山區，平原地區有利于植物生長和收集利用；4)生物質分布的氣候環境：氣候條件是否有利于植物的生長，可否提供大量的生物質；5)生物質能分布的區域與鄉村建設規劃或村鎮位置的空間關系，應有利于生物質能的集約化綜合開發利用。

3.3 可再生能源建筑推廣應用的區劃思路

可再生能源在建筑中推廣應用的區劃思路見圖1。

4 結語

在編制可再生能源建筑推廣應用區域劃分的時候，建議注意以下幾點：

1)可再生能源在建筑中推廣應用的區域劃分，不同于可再生能源資源區劃(或劃分)，它必須考慮在單體建筑、住宅小區以至于一定范圍的城鄉規劃區內可以有效利用。但可再生能源在建筑中推廣應用的區劃，應充分利用可再生能源資源區劃的成果和資料。

2)淺層(或深層)地下水熱能在建筑中利用，一定要考慮地下含水層的地質結構和土層的物理力學指標，要有利于水資源的循環利用，不能造成水資源浪費或污染。

3)可再生能源在建筑中推廣應用時，要依據能源政策，結合城鄉規劃、工程建設場地條件、氣候條件和建筑布局等情況，開展經濟效益、環境效益和社會效益綜合評價。