廣西某公共建筑可再生能源利用率的系統(tǒng)形式分析

余遠(yuǎn)貴（廣西壯族自治區(qū)建筑科學(xué)研究設(shè)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(jù)廣西壯族自治區(qū)能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃，廣西將嚴(yán)格控制能源消費總量，到 2020年，全區(qū)能源消費總量力爭控制在 41.62 MJ 以內(nèi)。在民用建筑中，公共建筑能耗占比遠(yuǎn)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(jié)合實際案例，以可再生能源利用率 ≥ 20% 作為設(shè)計指標(biāo)，對幾種系統(tǒng)形式進行技術(shù)及經(jīng)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(qū)南寧市五象新區(qū)，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(shè)施。

2 項目能耗計算

根據(jù) GB/T 51161—2016《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》、DBJ/T 45-003—2013《廣西壯族自治區(qū)國家機關(guān)辦公建筑綜合能耗、電耗定額》、DBJ/T 45-006—2013《廣西壯族自治區(qū)商務(wù)辦公建筑綜合能耗、電耗定額》、DBJ/T 45-008—2013《廣西壯族自治區(qū)商場建筑綜合能耗、電耗定額》等標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)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(tǒng)形式分析

由于項目所在區(qū)域周邊無成形的污水源，距離可利用的地表水資源達(dá) 1 300 m，且周邊均為成熟的小區(qū)及市政道路，開挖道路手續(xù)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(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率相對較低等原因，本文不再對污水源熱泵系統(tǒng)、自建泵站的地表水源熱泵系統(tǒng)、地埋管熱泵系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)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(guī)劃建設(shè)完成了一套規(guī)模較大的區(qū)域集中式能源站系統(tǒng)（江水源）。因此，根據(jù)項目實際特點，重點對區(qū)域能源站空調(diào)系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)以及兩者相結(jié)合的系統(tǒng)進行分析，并通過經(jīng)濟性比較，得出滿足可再生能源利用率 ≥ 20% 的經(jīng)濟性較好的方案。

3.1 區(qū)域能源站空調(diào)系統(tǒng)

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(diào)耗能占 48%，即 3 號樓全部采用區(qū)域能源站提供空調(diào)時，則可再生能源總提供的標(biāo)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(jīng)濟性分析

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

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

（2）換熱機房投資。區(qū)域供能系統(tǒng)換熱器及水泵費用如表2 所示。

表2 區(qū)域供能系統(tǒng)換熱器及水泵費用

（3）空調(diào)末端投資，考慮將空調(diào)管網(wǎng)預(yù)留到各房間入口，房間內(nèi)風(fēng)機盤管等由用戶結(jié)合裝修設(shè)計安裝?？照{(diào)末端成本如表3 所示。

表3 空調(diào)末端成本

3.2 太陽能熱水系統(tǒng) + 區(qū)域能源站空調(diào)系統(tǒng)

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(shè)計人數(shù)為 6 923 人。辦公建筑熱水用水定額取 10 L/（人·d），則設(shè)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(tǒng)集熱器總面積，m2；

Qw—日均用水量，L；

tend—儲水箱內(nèi)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(dāng)?shù)啬昶骄占療崞魇軣崦嫔陷椪樟?，?2 838 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(jù)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(jù)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(jù)式（1）推導(dǎo)，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(jù)太陽能保證率為 49.99% 計算，則太陽能熱水系統(tǒng)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(qū)域能源站提供空調(diào)來替代4 255.45 MJ，即還需要接入 19 988 m2的集中空調(diào)系統(tǒng)。

3.2.3 經(jīng)濟性分析

采用太陽能熱水系統(tǒng) + 區(qū)域能源站空調(diào)系統(tǒng)，成本為760.75 萬元，具體如下。

（1） 生活熱水部分經(jīng)濟分析。太陽能熱水系統(tǒng)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(tǒng)成本

（2）空調(diào)部分經(jīng)濟分析。① 接入費：區(qū)域供能接入面積為 19 988 m2，按照辦公接入費收費標(biāo)準(zhǔn) 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(biāo) 42.75 元/m2，該部分換熱機房投資為 85.44 萬元。③ 空調(diào)末端投資：參考表3 計算指標(biāo) 26.73 元/m2，該部分換熱機房投資為 53.42 萬元。

4 結(jié) 語

（1）項目可再生能源系統(tǒng)形式的確定需要綜合考慮項目所在區(qū)域環(huán)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(tǒng)。

（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(jīng)濟性角度考慮，采用可再生能源提供空調(diào)用冷量的方式，比既采用可再生能源提供空調(diào)用冷量又采用太陽能熱水系統(tǒng)提供生活熱水的結(jié)合系統(tǒng)更適用。

（3）結(jié)合本項目分析，可引申出一個假設(shè)，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(tǒng)也可獲得相對較高的可再生能源利用率。