廣西民用建筑可再生能源適用類型分析

摘要：通過調研廣西多種功能類型民用建筑項目可再生能源的應用現狀，分析這些項目在運營過程中普遍存在的問題，提出不同民用建筑可再生能源適用類型建議，以期為廣西未來在建筑可再生能源使用的相關政策考量上提供一些參考。

關鍵詞：廣西；民用建筑；可再生能源；應用現狀；適用類型

引言

在“雙碳”背景下，建筑作為主要的用能終端，其能源消耗占全社會能源消耗的20%左右。通過合理利用可再生能源，實現降低化石能源消耗量的目標，對我國“雙碳”目標的實現具有重要意義[1]。廣西壯族自治區（簡稱“廣西”）屬于能源資源匱乏地區，2020年一次能源生產量約為3800萬tce。但作為我國的南方地區，廣西因其獨特的地理氣候條件，擁有著豐富的太陽能、地表水、地下水、巖土熱源及風能等可再生能源[2]。本文通過調研廣西大量不同類型功能民用建筑的可再生能源應用現狀，分析其在使用過程中存在的問題，總結經驗教訓，提出各類建筑更符合運維特性的可再生能源應用類型，讓可再生能源應用系統在建筑領域發揮其該有的能效、該有的應用年限，以促進廣西節能減排工作的有效落實。

1廣西民用建筑可再生能源應用類型的現狀調查

對廣西的主要城市（南寧市、桂林市、柳州市等）現有的數百個民用建筑項目從技術方案、施工建設和運行效果等方面進行深入的調研和評估，充分掌握廣西民用建筑可再生能源應用技術類型、系統現狀與應用效果、存在問題，綜合評估各類型可再生能源技術實施及運營管理的合理性。

2調查建筑類型及人員對象

2.1建筑類型

調查范圍主要針對民用建筑，調研范圍廣泛，基本已覆蓋各種建筑類型。其中，居住建筑包含住宅、宿舍、公寓；公共建筑包含辦公、酒店、醫療、交通、文化、體育、教育及綜合建筑。

2.2人員對象

調研對象包括建設單位、產權使用單位、物業單位、施工企業、設計單位等相關人員，從前期規劃建設到后期使用維護，使調研結果更接近于真實。

3廣西主要可再生能源應用類型分析[3]

3.1太陽能系統

太陽能系統主要有光熱技術和光電技術。其中，光熱技術原理是通過太陽能集熱器吸收太陽輻射熱能來加熱水的技術；光電技術是根據光伏效應原理，將太陽光能直接轉化為電能的技術。光熱技術和光電技術均具有節能、安全、環保等優勢，安裝周期短，維護相對簡單且初投資較低，但受晝夜及陰晴等氣象條件影響較大。

3.2地源熱泵系統

地源熱泵系統能效比較高，系統穩定，運行費用低，可充分利用低品位熱源，供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音、霉菌污染及水耗，同時不會向空氣中排放熱量，無污染物排放，可緩解城市熱島效應，但初期投資成本較高。

3.2.1地表水 （污水） 源熱泵技術

地表水（污水）源熱泵技術是利用地表水（污水）作為制冷、供暖和供生活熱水冷熱源的一種可再生能源利用技術。水源距離項目直線距離不宜大于500m，取、退水管道長度不宜大于1200m。

3.2.2地下水（地）源熱泵技術

地下水（地）源熱泵技術是利用地下水（巖土）作為制冷、供暖和供生活熱水冷熱源的一種可再生能源利用技術。

4各功能類型民用建筑可再生能源應用適用類型分析

4.1住宅建筑

4.1.1現狀分析

住宅建筑在用能特點上有著大量的生活熱水需求，生活熱水能耗約占住宅建筑能耗的20%[4]，而且該類型建筑的可再生能源應用主要形式為在屋面安裝集中式的“太陽能+空氣源熱泵系統”為用戶提供生活熱水。但在調查過程中卻發現，大量住宅建筑的可再生能源系統處于閑置或者是廢棄狀態。分析原因，一方面是住宅建筑一般按樓棟或單元設置有獨立的可再生能源系統，受入住率的影響較大，當入住率低于1/3時，如果啟用可再生能源系統，經濟效益較差，因此如果在短期內無法保證入住率的情況下，多數業主選擇了不啟用可再生能源系統，這是造成可再生能源系統閑置或者廢棄的主要原因。另一方面是可再生能源系統的效益及后期管理未與物業管理單位進行有效掛鉤，使可再生能源系統常處于無人監管狀態。

4.1.2適用類型

綜合考慮住宅建筑產品定位、銷售客戶群、入住率、建筑層數，以及后期運營管理的特征，對采取有效措施能保障入住率的住宅建筑，在建筑屋面可滿足供應全樓生活熱水的情況下，應采用在屋面安裝集中式的“太陽能+空氣源熱泵”給住宅建筑提供生活熱水；對無法采取有效措施保障入住率的住宅建筑及建筑屋面無法滿足全樓熱水需求的高層或超高層住宅建筑，可采用太陽能光電系統對建筑公共區域提供用電或者采用“分戶式太陽能+空氣源熱泵系統”提供熱水。

4.2宿舍建筑

4.2.1現狀分析

宿舍建筑在用能特點上也有著大量的生活熱水需求，且用能特點比較集中，沒有住宅建筑的入住率問題。調查中發現，絕大多數宿舍建筑的可再生能源系統都采用“太陽能+空氣源熱泵系統”，且都能投入使用，達到了較好的節能效果。但也存在一些問題，如用能效率低，提供的熱水量不能滿足實際使用的要求、容易出現故障。分析原因，一方面是投入使用后對設備的維護管理問題，造成系統效率低下，縮短了系統的使用壽命。另一方面是相關管理工作人員缺乏專業知識，在系統出現一些早期癥狀的時候無法及時發現并采取措施。

4.2.2適用類型

宿舍建筑一般來說主要是多層建筑，只要對屋面有效利用就可有效保障全部生活熱水的供應。因此，宿舍建筑仍建議采用“太陽能+空氣源熱泵系統”，但需重點關維護管理問題。

4.3公寓建筑

4.3.1現狀分析

公寓建筑是可用作公寓式辦公、公寓式酒店的混合式公寓，用能特點比較復雜，且運維模式有較多不確定性，以及存在一定的入住率問題。調查中發現，很多公寓建筑在設計過程中為滿足政策要求，將建筑設計為單一功能，然后選用單一的可再生能源系統，項目投入運營后，因功能的變動，部分可再生能源因不適用而閑置。

4.3.2適用類型

針對投入運營后建筑功能不確定的公寓建筑。首先，可在設計過程中根據產品定位采用分層設計，將不同用能需求進行分類分層設置，如將有熱需求的公寓設置在最上面樓層，使之可以更好地利用太陽能熱水系統，然后同時增設太陽能光電系統對建筑公共區域或部分樓層提供用電。如果設計過程中無法明確產品定位的，也可利用屋面設置太陽能光電系統對建筑公共區域提供用電后，再在每層（戶）預留設備平臺，待將來招商后，由負責運維的公司與業主簽訂安裝合約后再安裝可再生能源系統，但合約應有一定條件的優惠政策，以鼓勵業主主動采用可再生能源替代傳統能源。

4.4辦公建筑

4.4.1現狀分析

辦公建筑主要分為2種，一種是國家機關辦公建筑，主要為多層分體空調；另一種是寫字樓，以高層居多，設置中央空調或“分體空調+中央空調”組合。辦公建筑的用能比較單一（熱水需求較少），用能時間段也比較統一（主要是工作時間）。調查中發現，機關辦公主要采用的可再生能源形式為太陽能光電系統對建筑公共區域提供用電，且基本上都能投入使用，日常運營和維護工作相對較好，但可再生能源替代率比較低，未來可考慮太陽能光電系統對更多區域甚至全樓用電的替代；對于采用中央空調的寫字樓，用電和空調需求相對較大，可重點考慮冷熱平衡的問題。

4.4.2適用類型

對于采用分體空調的辦公建筑，建議采用太陽能光伏發電系統；對于采用中央空調的辦公建筑，在能做到冷熱平衡的情況下時可采用地源熱泵系統或“太陽能+地源熱泵系統”。

4.5酒店建筑

4.5.1現狀分析

酒店建筑有大量的熱水需求，且這種類型的建筑為了提高用戶體驗，基本都是24h不間斷供應熱水，熱水用量相比自費型的住宅及宿舍類建筑要大得多。在調查過程中發現，這類建筑主要采用的可再生能源形式為“太陽能+空氣源熱泵系統”對客房提供熱水，基本上都能投入使用。但“太陽能+空氣源熱泵系統”一般無法滿足這類建筑大量的熱水需求，再加上建筑造型及設備占用等因素，屋面可有效利用的空間不多，特別是在投入運營一段時間后太陽能板的熱水效率下降加劇了供需關系惡化，因此很多酒店在投入運營時或者投入運營一段時間后，需增加輔助方式，如鍋爐或直接采用電加熱等措施。

4.5.2適用類型

對于采用分體空調的酒店建筑，建議采用“太陽能+空氣源熱泵系統”，不足的部分，可在設計初期考慮每層（戶）預留設備平臺，增加分（戶）式熱水系統，對集中式熱水系統作一個備用或補充；對于采用中央空調的酒店建筑，在能做到冷熱平衡的情況時可采用地源熱泵系統提供生活熱水同時對中央空調提供冷熱源，也可以采用多種系統綜合應用。

4.6醫療建筑

4.6.1現狀分析

醫療建筑在用能特性上主要分為2種，一種是門診樓、辦公樓及其他一些附屬用房，熱水需求較少，但存在大量的用電和空調需求；另一種是住院樓及有住宿需求的療養樓，有大量的熱水和空調需求。調查中發現，醫療衛生類建筑主要采用“太陽能+空氣源熱泵系統”或水（地）源熱泵系統提供空調和熱水需求，均有良好的使用體驗，但也存在設備疏于管理，導致系統能效降低的情況。

4.6.2適用類型

對于醫療建筑中的門診樓、辦公樓等，可參考辦公建筑的適用類型建議選用可再生能源類型；對于有熱水需求的住院樓，可參考酒店建筑的適用類型建議選用可再生能源類型。

4.7交通、文化、體育建筑

4.7.1現狀分析

交通、文化、體育建筑一般以其高大空間、多功能綜合、豐富多樣甚至是奇特的建筑造型為主要特征，一般需要采用中央空調來滿足空間的冷熱源要求，屋面可利用的空間較少或有限。在用能特點上，除了游泳館有較大熱水需求外，其他功能建筑對熱水的需求均不大。調查中發現，這類型建筑主要采用太陽能光伏系統或水（地）源熱泵系統，大多都能正常使用。主要存在的問題是建筑冬季熱負荷較小，地源熱泵系統釋冷/熱量不能完全平衡，地源熱泵運行幾年后系統效率降低，相對于常規空調并不節能。

4.7.2適用類型

對于交通、文化、體育建筑，在能做到冷熱平衡的情況下，如果項目周邊有可利用的地表水源時建議采用水源熱泵系統；如果項目周邊無可利用的地表水源時可采用地源熱泵系統，也可以考慮多種系統綜合或分區應用；如果做不到冷熱平衡，則應優先選用太陽能。

4.8教育建筑

4.8.1現狀分析

教育建筑一般以多層、多棟、地下空間小、分散式布置為主要特征，在用能特點上主要分為有熱水需求的學生或教師宿舍、無熱水需求或熱水需求量極少的其他功能建筑2種，空調形式主要是分體空調。調查中發現，這類型建筑管理人員主要為教師，教學任務繁重加上缺乏專業知識，使其在可再生能源系統管理上心有余而力不足。

4.8.2適用類型

教育建筑除學生或教師宿舍采用分體空調外，其他功能建筑建議充分利用屋面空間設置分散式太陽能光電系統，在優先滿足公共區域用電需求后，有條件的可以考慮對全樓提供用電。采用中央空調的建筑，在能做到冷熱平衡的情況時可采用地源熱泵系統，也可考慮多種系統綜合應用。

4.9綜合建筑

綜合建筑的用能特點與公寓建筑類似，同樣存在多功能綜合及后期運營的不確定性，因此這類建筑可參考公寓建筑的適用類型選用可再生能源應用類型。

結語

通過大量調研，充分了解各類建筑可再生能源應用的運行現狀，明確制約可再生能源發展的原因主要有2個方面，即一方面是技術層面的問題，部分設計師一味迎合政策規定及業主對成本控制的要求，未充分考慮項目實際；另一方面則是管理層面的管理不專業，導致管理不到位的情況普遍存在。如果說技術層面的問題具有其特殊性，那么管理層面的問題則是普遍性的。未來，廣西在民用建筑可再生能源應用類型的考量上，建筑功能類型及用能習慣仍是其關注重點，但運營管理的作用也不可忽視，不應局限于單一的可再生能源類型，必要時可考慮2種及以上系統的綜合應用。

參考文獻

[1] GB 55015-2021，建筑節能與可再生能源利用通用規范[S].

[2]中國城市科學研究會.中國綠色低碳建筑技術發展報告[M].北京：中國建筑工業出版社，2022.

[3] GB 50801-2013，可再生能源建筑應用工程評價標準[S].

[4]清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告（2008）[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

作者簡介

陶杰儀（1980—），女，漢族，廣西南寧人，高級建筑師，大學本科，主要從事綠色建筑與建筑節能領域的技術服務及管理工作 。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-06-18