河北唐山可再生能源建筑应用现状及发展趋势.docx

图1 唐山市太阳能辐射分布（单位：MJ/m2）河北唐山可再生能源建筑应用现状及发展趋势唐秀艳赵冰湛文贤孟方圆（河北省唐山市建筑节能办公室， 唐山 063000）摘 要 简述河北省唐山市可再生能源的资源条件及可再生能源在建筑中的应用现状， 分析其发展趋势，并重点介绍了曹妃甸国际生态城、南湖生态城等重点区域。关键词 可再生能源；太阳能；地热能；海洋能；风能；工业余热；建筑应用况。 除了玉田和乐亭外，唐山大部分县市都处于 II 类太阳能资源带， 即资源较丰富区域， 年总太阳辐射量为5114MJ/m2， 年日照时数为 2667h， 全年日照小时数大 于 6h 的天数有 324d，太阳能资源利用价值较高。 曹妃前言1近年来，河北省唐山市积极推进可再生能源在建筑中应用，取得明显成效，可再生能源在建筑中广泛 应用，提高了能源利用效率，取得了显著的经济和社 会效益。甸区域年平均日照时数 2477h，且有利用价值的天数占全年 61%，即为 223d，太阳能资源相对稳定。资源情况2城市概况唐山是一座具有百年历史的沿海重工业城市。 地处 环渤海湾中心地带，南临渤海，北依燕山，东与秦皇岛市 接壤，西与北京、天津毗邻，是连接华北、东北两大地区的 咽喉要地和走廊。 唐山市现辖 2 县级市（迁安、遵化）、6 县（滦县、滦南、乐亭、迁西、玉田、唐海）、6 区（路南、路 北、开平、古冶、丰润、丰南）和 6 个开发区（高新技术开发 区、海港开发区、南堡开发区、芦台经济技术开发区、汉沽2.1管理区和曹妃甸工业区），总面积为 13472km2，人口约730 万，其中市区面积 3874km2，人口约 310 万。目前，唐山市能源消费结构较为单一，对于煤炭等化石燃料资源的依赖程度过大。在当前世界范围内的综上所述，唐山市太阳能资源利用潜力大， 规模化推广和应用的条件比较成熟。 建议加强太阳能建筑 应用配套能力的研究和建设，加快太阳能资源在建筑 领域的推广和实施。能源与环境危机之下，亟需优化调整能源消费结构，使之呈现多元化局面。 近年来，唐山市政府高度重视可再 生能源与建筑节能工作，先后制定了一系列配套政策， 为全市范围内可再生能源建筑应用推广工作奠定了基 础条件。2009 年，唐山市被列为可再生能源建筑应用项 目国家级示范城市， 这为进一步促进可再生能源资源 开发利用提供了一个新的契机。浅层地热能资源在地源热泵应用过程中，岩土体初始温度是一个 关键的设计参数。 而岩土体初始温度与环境气温变化 具有密切关系。 通常而言，岩土体的初始温度比平均 气温高出 23。 统计资料表明，近 20 年来，包括唐 山在内的大中城市的年平均增温率约 0.3510-2/年， 出现了明显的城市热岛效应。 在地源热泵系统设计与2.2.2可再生能源资源条件太阳能资源图 1 给出了唐山市各区县的太阳能资源基本情2.22.2.1图2 各县（市）区太阳能热水应用建筑面积（单位:万m2）图3 各（市）县区热泵空调系统应用建筑面积（单位:万m2）建筑节能Building Energy Saving长期性能分析时，需适当考虑上述城市热岛效应引起的地温变化影响。唐山市沿丰润区、市区、开平区、 滦南县、 乐亭县 一带热岛现象较为明显。 但与北京、天津市区相比，唐 山市的热岛现象总体上相对较弱一些，这对发展浅层 地热能供热、空调系统而言，也是一个比较有利的气 温变化条件。样比较丰富， 整个风电场风功率密度等级为 2 级，具有一定的开发价值。可考虑在唐山市区的主要公共场所推广应用风 光互补照明技术。 可选择市内的一些主干道路段，发展风光互补路灯，利用自然的风能与太阳能。可以结合建筑特点和需求， 探索利用建筑物屋顶风能资源，建设屋顶微（小）型分布式风力发电系统。地下水资源唐山市水资源短缺，多年平均降水量仅 640mm。 近年来，随着唐山市经济社会的快速发展， 用水需求 不断增加，水资源供需矛盾加剧，地下水超采严重。 据工业余热资源唐山市属于重工业城市，燃煤电厂及各类资源综 合利用电厂年产生循环冷却水 274527 万 t，但其余热 未进行充分利用，因此具有较大的利用潜力。 另外，曹 妃甸工业区各大耗能企业拥有大量的工业循环冷却 水，具有较好的余热资源条件。2.2.32.2.6统计，2008 年唐山市总用水量 27.59 亿 m3，其中地下水用水量 19.93 亿 m3，占全市总用水量的 72.2。海洋能资源曹妃甸附近海域的等温线平行于海岸线2.2.4唐山市可再生能源建筑应用现状3（近岸高，远岸低），夏季温度分层现象比较明显，冬季基本无温度分层现象。 冬季最冷月的海水平均温度约为 1.52.5，夏季最热月的海水平均温度约为 2526。实际取样化验结果表明：曹妃甸附近海域海水中目前的应用概况唐山市可再生能源资源丰富， 种类齐全， 为发展 可再生能源建筑应用提供了有利的基础条件。 近年 来，在国家政策引导和省、市政府的大力支持下，可再 生能源建筑应用技术水平不断提升，应用面积迅速增 加，已初步呈现出“示范化、规模化、多元化”的发展势 头。 截至目前，全市累计可再生能源建筑应用面积约1005 万 m2，其中太阳能光热系统应用面积 538 万 m2，浅层地热能资源利用建筑面积 467 万 m2。图 2 和图 3 统计了县（ 市） 区太阳能热水和各类 热泵供热（制冷）系统的应用建筑面积情况。 由图 2 表3.1Cl平均浓度为 22.98g/L，属于极严重腐蚀水质。平均pH 值为 7.92，Ca2+和 Mg2+平均浓度分别为 33.3mg/L 和21.7mg/L， 总 硬 度 为 173.5mg/L， 平 均 DO （ 含 氧 量 ） 为6.2mg/L，SS （ 悬浮物含量 ） 范围为 98.3mg/L173mg/L，TDS 平均含量为 30.79g/L。就海水资源状况看，曹妃甸附近海域适合于建设 海水源热泵空调系统。 曹妃甸附近海域大致可划分为 三个应用区域， 其中 I 类适合建设海水源辅助冷却地源热泵系统，II 类适合建设集中式、分散式和耦合式海水源热泵空调系统，III 类适合建设深水直接供冷或耦合海水源热泵空调系统。从长期发展角度，曹妃甸区域适合发展基于土壤、海水、电厂冷凝热、工业废热、工业污水等各种低温热源形式的热泵供热空调系统，这有助于进一步提 高系统性能，而且具有很强的规模化优势。风能资源唐山市具备建立大型风电场的条件。 唐山市地处2.2.5风能资源较丰富区。风速在 3m/s 以上的时间，全年共2161h，风速大于 6m/s 的小时数为 321h。东部沿海地区风力等级为 3 级或者 3 级以上，具备风力发电的条件。 计算得出唐山年平均风能功率为 20490.52W，单机年发电量为 8.04 万 kWh。曹妃甸新区风能资源同56墙材革新与建筑节能 2011.8图4 唐山市鹭港小区壁挂式太阳能热水系统（部分）建筑节能Building Energy Saving明， 唐山市中心城 区 、 丰 润 区 、 古冶区和曹妃甸等市 （区）太阳能热水应用发展较快，遵化市、唐海县等周 边县还有较大的太阳能光热应用发展潜力。就热泵供热（制冷）系统应用而言，地埋管地源热 泵系统和再生水源热泵系统相对于地下水源热泵发1443kW）， 机组带全部热回收系统 ， 可在制冷的同时供应生活热水；采用 1 台高温热泵机组负责冬天供应 生活热水。 地源热泵系统埋管换热器共设 1393 个，管 群分七个区布置 ， 孔 间 距 为 4.5m， 深 72m， 呈 菱 形 布 置。 预计整套系统运行后相比传统同热方式每年可节 省燃煤 1466t。3.2.3 地下水源热泵： 渤海国际会议中心， 示范面积2.02万m2展较快，较符合该市地源热泵系统发展原则。其中地埋管地源热泵系统应用主要集中于唐山市中心城区、丰南区以及曹妃甸，再生水源热泵应用主要集中于唐 山市区、开平区和海港开发区，地源热泵系统的应用 现状基本处于资源优配状态。渤海国际会议中心，总建筑面积 12 万 m2。该项目主楼、公共活动中心及体育馆冬夏冷热媒由地下水源热泵提供，选 5 台 PSRHH5403 型水源热泵机组，夏季为 主楼、 公共活动中心及体育馆空调提供 712冷媒 水，冬季为上述区域提供 4045热媒水。 根据建设单 位提供数据，打井深度约为地下 300m，每口井出水量约 为 150t/h200t/h，打取水井 10 眼，回灌井 15 眼。典型项目3.23.2.1太阳能：唐山市鹭港小区，面积54.12万m2该项目总建筑面积 138.0220 万 m2，其中二期太阳能集中热水工程申报为城市示范项目， 示范面积54.1199 万 m2。二期建设工程共约 3200 户，采用太阳能光热系统为用户提供 24 小时生活热水（见图 4）。方案在地源热泵方案设计前，先进行工程场地状况设计中，每栋楼单独一个供热系统，热水量每栋约需要提供 320t/d。 根据各栋建筑物的特点，设计中选择多种 太阳能热水系统形式。 对于多层建筑，太阳能热水系 统分为分体式和一体式两种。 太阳能集热板统一安装 在屋面。 对于高层建筑，因考虑水压问题及屋面面积 不够， 全部采用分体阳台壁挂式太阳能热水系统，集 热器采用了真空管集热器和平板集热器两种形式。 每 种太阳能系统内均设电辅助加热，并有定时定温加热 功能和高温保护功能，运行安全可靠。调查，并对浅层地热能资源进行勘察。 地下水换热系统根据水文地质勘察资料进行设计，并采取可靠的回灌措施，确保换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，不得对地下水资源造成浪费及污染。系统投入运行后，对抽水量、回灌量及其水质进行定 期监测。2010 年 9 月份对所有设备进行调试，目前已 投入使用。污水源热泵： 唐山市路南区正泰里惠民园，面3.2.4积55.25万m2正泰里惠民园小区总建筑面积 66.6 万 m2，总投资 103600 万元。 小区总采暖面积 50.94 万 m2，其中住宅采暖建筑面积 48.17 万 m2， 设计热指标 35W/m2，公 建采暖建筑面积 2.77 万 m2， 设计热指标为 43W/m2，综合设计采暖热指标为 35.3W/m2，采暖室外设计温度-8.1。惠民园小区的供热以西郊污水处理二厂处理后的二级中水为主热源。3.2.5工业余热利用：唐山冀东水泥股份有限公司既 有改造，面积2.02万m2项目改造包括办公大楼、 外招、 西会议室的中央 空调既改工程，总建筑面积约 111312m2，其中办公楼8808m2，外招 1823m2，会议室500m2。该项目利用公司发电厂冷却水余热作为热泵系 统的低温热源，冬季为办公楼、西会议室及外招三栋 建筑供暖。 提取热量后的冷却水回到电厂重新利用， 从而达到热能梯级利用的目的。 夏季制冷使用冷却塔该项目总投资约 2000 万元， 主体建筑共 50 栋，现已建设完成 90%，太阳能系统安装完成 80%。土壤源热泵：唐山市第一中学新校区， 示范面3.2.2积9.58万m2唐山一中新校区总建筑面积 117880m2，项目总投 资估算 3.85 亿元。 工程中采用地源热泵技术并结合先 进的自动控制系统 ， 设 计 3 台 热 泵 机 组 （ 制 热 量572011.8 墙材革新与建筑节能建筑节能Building Energy Saving辅助散热。 整个空调系统采用全自动控制，技术先进、投资省、效率高、经济实用、节约能源、无污染、运行管 理方便。 根据建筑物冷热负荷及污水源水量，主机选实施重点耗能建筑和政府投资建筑的可再生能源建筑强制应用政策，全面推进唐山市新建建筑可再生能 源建筑应用工作。（6）坚持重点区域示范和重点项目示范相结合稳择富尔达满液式 LSBLGR-1200M 机组。冬季制热量1191kW，输入功率 234kW， 空调水进出水温为 4550，热源水进出水温度为 1015，制热能效比为5.08； 夏季制冷量 1110kW， 输 入 功 率 156kW， 空 调 水 进出 水 温 为 712 ， 热源水进出水温度为 15步推进。通过选择有代表性的重点区域和重点项目进行可再生能源在建筑中规模化应用的示范，重点实施技术先进适用、运行稳定可靠、经济合理、推广价值大的项目。 通过先行示范，建立推进可再生能源建筑应用 的长效机制，总结经验，形成集成技术体系和相关技术 标准、配套的政策法规，带动产业发展，再稳步推进。20，制冷能效比为 7.12。同时可根据建筑物实际负荷进行加减载，从而降低运行能耗。 经预算，该项目建设完成后每年可节约标准煤 111.9t 左右。（7）坚持政策激励与市场机制相结合。积极争取国家、省、市可再生能源建筑应用专项资金的支持，制定推广可再生能源建筑应用的经济激励政策，切实解 决影响可再生能源建筑推广应用的问题。 同时建立促 进可再生能源建筑应用的市场机制，运用市场化手段 调动投资者的积极性，推进建筑节能和可再生能源建 筑应用工作。发展趋势分析4发展原则（1）坚持开发利用与经济、社会和环境相协调。 可 再生能源在建筑领域的应用既要重视规模化开发利 用， 不断提高可再生能源在建筑能源消耗的比重，更 要重视与环境和生态保护的协调。 要根据资源条件和 经济社会发展水平， 在保护环境和生态系统的前提 下，科学规划、因地制宜、合理布局、有序开发。（2） 坚持与保障性住房相结合重点推进。 “十二 五”期间，唐山市计划完成 1000 万 m2 保障性住房，在 推进保障性住房中，由政府投资，率先采取可再生能 源，按照绿色建筑星级设计，探索可再生能源在保障 性住房中规模化应用的经验和模式。（3） 坚持与重点区域发展规划相结合重点推进。 目前唐山市正在推进曹妃甸新区、南湖生态城、 海港 经济开发区等重点区域的建设。 以此为载体，大力推 广可再生能源建筑应用区域化示范， 形成区域化、规 模化、连片化发展模式，提高唐山市可再生能源建筑 应用的整体规模和水平。4.1发展目标贯彻落实科学发展观， 逐步转变建筑用能方式， 发展可再生能源产业，以建设资源节约型、 环境友好 型社会和谐型生态城市为目标，积极探索可再生能源 在保障性住房和绿色建筑中规模化应用模式，以曹妃 甸新区、南湖生态城、高新技术开发区、海港经济开发 区等重点区域建筑应用为载体，全面推进可再生能源 在建筑领域的规模化应用。唐山市近期（20112012 年）将以太阳能光热建筑 一体化应用、浅层地热能（土壤源、地下水源、工业余 热水源、地热尾水源、海水源和污水源）热泵应用、 沼 气利用作为可再生能源建筑应用的重点领域。4.2重点发展区域曹妃甸国际生态城曹妃甸生态城位于曹妃甸工业区和曹妃甸机场4.34.31（4）坚持与绿色建筑相结合重点推进。积极推进可再生能源在绿色建筑中的应用，在完成丽海花城项目绿色建筑示范工程的基础上，为推动绿色建筑工作 全面发展，计划每年开工 50 万 m2 的绿色建筑， 全部 利用可再生能源技术，提高建筑的总体科技含量及技 术水平。（5） 坚持与新建建筑节能工作相结合全面推进。 通过减免相关费用、以奖代补等多种方式， 鼓励新建 建筑采取可再生能源；结合唐山市建筑节能闭合式监 管体系，增加可再生能源系统监管的内容； 逐步制订东 北 部 5km 处 ， 距 离 唐 山 市 中 心 80km，距 离 天 津120km，距离北京 220km。 在生态城建设实践方面，遵循以下几个原则：（1）绿色社区。 依据生态城指标体系和绿色建筑 评价标准技术细则。 用西侧河道景观资源构建良好的 生态走廊；应用河道生物净化群落保护技术，形成有效 的生态保护界面；根据碳氧平衡远离和绿量，选择本地 植物适宜树种，比例大于 80%；应用微气候模拟技术优 化室外设计，降低区域热岛效益；外围护结构保温技术；58墙材革新与建筑节能 2011.8图5 信息大厦 图6 钻石大厦图7 可持续发展中心 图8 第一中学建筑节能Building Energy Saving建筑隔热遮阳一体化系统；优化建筑布局，合理利用自然通风技术；公共建筑充分利用新风热回收技术；高效 利用清洁能源，提高能源使用效率；设置独立计量和末 端可控系统；采用浅层地源热泵技术，提供采暖制冷系 统；局部的被动式阳光间，有效利用太阳能清洁能源等。（2） 绿色交通。曹妃甸生态城倡导建设交通宁静区、自行车推广运动、新传统邻里的城市设计方法以及低污染公共汽车、无轨电车、现代有轨电车、轻轨为导 向的公共交通运输等措施，从而解决交通污染，实现资 源环境的可持续发展。 目前，曹妃甸工业区至生态城有 轨电车科研已经完成并通过专家论证， 正在进行批复 工作，快速公交 BRT专用道路车行道已施工完成。（3）绿色能源。曹妃甸生态城最大限度地利用可再生能源，目前生态城已建路灯采用风能和太阳能双能源供电，首批启动的建设项目采用地源热泵和海水 源热泵技术，光伏社区项目、可持续发展中心综合利 用可再生能源项目正在建设，利用周边曹妃甸工业区 工业余热也大大解决了生态城的能源需求。南湖公园是世界最大、 最年轻的城市中央生态公园，改善着唐山的区域气候和生态环境，市区极端最高 和最低气温比常年分别降低和升高了 34。 唐山由 传统资源型城市向生态型城市的转变， 为全国 130 多 个资源型城市转型提供了示范。 随着核心风景区建设， 周边片区土地开发吸引了万科、绿城、新加坡仁恒和美（4）生态市政。曹妃甸生态城构建了复合的生态市政系统，最大限度地利用废水、垃圾，力求城市整体的低排放。