廣西某公共建筑可再生能源利用率的系統形式分析

余遠貴（廣西壯族自治區建筑科學研究設計院， 廣西 南寧 530005 ）

我國建筑能耗消費總量占全國能源消費總量的比例約為20%。根據廣西壯族自治區能源發展“十三五”規劃，廣西將嚴格控制能源消費總量，到 2020年，全區能源消費總量力爭控制在 41.62 MJ 以內。在民用建筑中，公共建筑能耗占比遠超于居住建筑。在公共建筑中合理利用可再生能源，可以有效地降低建筑能耗。

本文結合實際案例，以可再生能源利用率 ≥ 20% 作為設計指標，對幾種系統形式進行技術及經濟性分析，可為同類項目提供參考。

1 項目概況

本項目位于廣西壯族自治區南寧市五象新區，總建筑面積為 74 272.58 m2。其中，地上建筑面積為 59 218.95 m2，地下建筑面積為 15 053.63 m2，包含 4 棟辦公樓以及底層配套設施。

2 項目能耗計算

根據 GB/T 51161—2016《民用建筑能耗標準》、DBJ/T 45-003—2013《廣西壯族自治區國家機關辦公建筑綜合能耗、電耗定額》、DBJ/T 45-006—2013《廣西壯族自治區商務辦公建筑綜合能耗、電耗定額》、DBJ/T 45-008—2013《廣西壯族自治區商場建筑綜合能耗、電耗定額》等標準，本項目能耗計算如表1 所示。

由表1 可知，本項目年能耗總定額為 24 315.28 MJ/a。按照可再生能源利用率 ≥ 20% 的要求，可再生能源所需要提供的標煤能耗量約為 4 863.12 MJ/a。

表1 項目能耗計算表

3 可再生能源系統形式分析

由于項目所在區域周邊無成形的污水源，距離可利用的地表水資源達 1 300 m，且周邊均為成熟的小區及市政道路，開挖道路手續煩瑣，道路頂管工程耗費過大，項目用地面積紅線與地下室邊界之間的空間較小，屋面面積有限且光伏發電系統發電效率相對較低等原因，本文不再對污水源熱泵系統、自建泵站的地表水源熱泵系統、地埋管熱泵系統、光伏發電系統進行適用性分析。另外，項目周邊為成熟的大型辦公建筑群，已規劃建設完成了一套規模較大的區域集中式能源站系統（江水源）。因此，根據項目實際特點，重點對區域能源站空調系統、太陽能熱水系統以及兩者相結合的系統進行分析，并通過經濟性比較，得出滿足可再生能源利用率 ≥ 20% 的經濟性較好的方案。

3.1 區域能源站空調系統

3.1.1 可再生能源利用率分析

由表1 可知，3 號樓總耗能為 13 375.04 MJ/a，其中空調耗能占 48%，即 3 號樓全部采用區域能源站提供空調時，則可再生能源總提供的標煤能耗量約為 6 420.02 MJ/a，占整個項目耗能的 26.4%，滿足可再生能源利用率 ≥ 20% 的要求。

3.1.2 經濟性分析

3 號樓全部采用可再生區域集中空調系統，投資 601.5萬元，具體包含以下 3 部分費用。

（1）接入費。區域供能接入面積為 30 153.86 m2，按照辦公接入費收費標準 130 元/m2計算，接入費共 392.0 萬元。

（2）換熱機房投資。區域供能系統換熱器及水泵費用如表2 所示。

表2 區域供能系統換熱器及水泵費用

（3）空調末端投資，考慮將空調管網預留到各房間入口，房間內風機盤管等由用戶結合裝修設計安裝。空調末端成本如表3 所示。

表3 空調末端成本

3.2 太陽能熱水系統 + 區域能源站空調系統

3.2.1 生活熱水需求量

本項目包括 1 號、2 號、3 號、5 號辦公樓，辦公面積為 55 380.61 m2，辦公室每人使用面積按 8 m2計算，則設計人數為 6 923 人。辦公建筑熱水用水定額取 10 L/（人·d），則設計生活熱水需求量為 69.23 m3/d。

3.2.2 可再生能源利用率分析

太陽能集熱器面積按式（1）計算。

式中：Ac—直接系統集熱器總面積，m2；

Qw—日均用水量，L；

tend—儲水箱內水的終止溫度（用水溫度），55 ℃；

CW—水的定壓比熱容，4.187 kJ/（kg·K）；

ti—年均自來水的初始溫度，取值 15 ℃；

JT—當地年平均日集熱器受熱面上輻照量，取12 838 kJ/m2；

f—太陽能保證率，選 40%（參考范圍 0.4～0.5）；

ηcd—集熱器年均效率，取 0.45（參考范圍 0.45～0.50）；

ηL—管路及儲水箱熱損失率，取 0.2。

根據式（1），可計算得出太陽能保證率為 40% 情況下所需理論集熱器面積。

根據建筑屋面平面最大化利用來進行太陽能板布置，項目整體可布置 627 塊集熱器（集熱面積為 1 254 m2）。其中，1 號樓可布置 179 塊集熱器，2 號樓可布置 102 塊集熱器，3 號樓可布置 244 塊集熱器，5 號樓可布置 102 塊集熱器。

根據式（1）推導，太陽能保證率可按式（2）計算。

代入上述集熱器面積，可計算出實際全年太陽能保證率。

由表1 可知，本項目熱水總能耗為 1 215.70 MJ，根據太陽能保證率為 49.99% 計算，則太陽能熱水系統的可再生能源替代量為 607.68 MJ。因此，若要滿足可再生能源利用率 ≥ 20% 的要求，還需采用區域能源站提供空調來替代4 255.45 MJ，即還需要接入 19 988 m2的集中空調系統。

3.2.3 經濟性分析

采用太陽能熱水系統 + 區域能源站空調系統，成本為760.75 萬元，具體如下。

（1） 生活熱水部分經濟分析。太陽能熱水系統往往需要配備空氣源熱泵作為輔助熱源，其成本估算如表4 所示。

表4 太陽能熱水系統成本

（2）空調部分經濟分析。① 接入費：區域供能接入面積為 19 988 m2，按照辦公接入費收費標準 130 元/m2計算，接入費為 259.84 萬元。② 換熱機房投資：參考表2 計算指標 42.75 元/m2，該部分換熱機房投資為 85.44 萬元。③ 空調末端投資：參考表3 計算指標 26.73 元/m2，該部分換熱機房投資為 53.42 萬元。

4 結 語

（1）項目可再生能源系統形式的確定需要綜合考慮項目所在區域環境、能源資源以及項目自身情況等因素。例如，同類項目中若存在可利用的地表水資源，則可考慮參照本文可再生能源利用率的分析，采用自建泵站的江水源熱泵系統。

（2）普通坐班制辦公建筑生活熱水需求量較小，在可再生能源利用率 ≥ 20% 要求下，從經濟性角度考慮，采用可再生能源提供空調用冷量的方式，比既采用可再生能源提供空調用冷量又采用太陽能熱水系統提供生活熱水的結合系統更適用。

（3）結合本項目分析，可引申出一個假設，如果某辦公建筑為公寓式辦公建筑，即生活熱水需求量比普通坐班制辦公建筑增加 5～10 倍，則采用太陽能熱水系統也可獲得相對較高的可再生能源利用率。