昌黎县可再生能源建筑应用形式探讨

摘 要:我国农村地区加快推进可再生能源建筑应用,不仅可以节约大量常规化石能源;还将大大改善农村民房、农村中小学、农村卫生院等公共建筑供暖条件;同时带动清洁能源等相关产业的发展,这对促进实现“保增长、扩内需、调结构”的宏观调控目标具有十分重要的现实意义。

关键词:可再生能源 应用形式

中图分类号:TU831文献标识码:Ａ文章编号:1674-098X(2011)02(c)-0029-02

随着我国城镇化进程不断加快和居民生活水平的提高,农村地区建筑用能迅速增加,尤其北方地区农村建筑采暖以生物质能源为主的模式,正逐渐被以煤炭等化石能源为主的模式所替代,农村建筑节能形势严峻。而广大的农村地区太阳能、浅层地能等可再生资源丰富、应用条件优越、发展空间巨大。

1 昌黎县基本情况

昌黎县地处河北省东北部,隶属于秦皇岛市管辖,是国家首批沿海对外开放县,河北省首批扩权县。位于东经118°4′5′′～119°20′,北纬39°25′～39°48′之间。东临渤海,北枕碣石,西南挟滦河,是连结华北与东北两大经济区的“经济走廊”。全县辖八乡八镇,总面积1212.4km2,总人口53.5万。

2 昌黎县可再生能源情况

2.1 太阳能资源

昌黎县历年太阳能平均总辐射量5182MJ/(m2·a),为三类地区,靠近渤海海域,有雾天气稍多于其他内陆地区,丰富程度受到一定影响。昌黎县受渤海海域的影响,阴雨天气较同纬度内陆地区稍多,空气质量优良率接近90%,因此日照辐射受天气影响较大,受空气质量影响较小,根据昌黎县对空气质量控制要求,昌黎县的空气质量具可持续性和稳定性,根据历年统计昌黎县可日照时数大于6h的天数为239天,具有较高的利用价值,根据统计计算结果显示,11～13时的太阳能的平均辐射强度与辐射时间都是一天内最强的时段,因此最佳利用时间是中午11～13时。综上所述,昌黎地区太阳能资源具有较好的可利用价值,适合太阳能光热、光电技术的利用。

2.2 海水资源

濒临昌黎县境的渤海海域,海底为大陆架的近岸部分,由海岸向海中缓缓倾斜,水下三角洲地貌比较发育;其基底地层系古老基岩,岩性与陆地基底一致,其上被第四系松散物质及海水覆盖,底质为淤泥、细砂或粉砂。昌黎海岸,除滦河口扇形三角洲处是曲折的泥沙质岸之外,均为较平直的沙砾质三角洲岸,沿岸分布有长达30km的1000m～3000m不等宽度的沙丘带。沿岸沙丘成列状分布,多者七八列,少者二三列,低者在10m左右,高者在海拔40m以上。昌黎海岸距沙丘之间的海滩宽度一般为50m～100m,海沙粒度在20目(直径0.3mm)～80目(直径0.074mm)之间的占80％。1.5m等深线平均距海岸约200m,5m等深线距海岸约1.5km,10m等深线距海岸约15km～17km,15m等深线距海岸约27～30km,20m等深线距海岸约40km～46km。5m等深线范围内有两三条水下沙堤,每条宽约60m。

昌黎县总海岸线长度为52.1公里,夏季温度保持在18℃～26℃,冬季温度绝大部分时间保持在3℃以上。该水温条件给海水源热泵提供了保证条件,因此空调制冷和供暖效果好,系统运行高效稳定。

2.3 浅层地热能资源

经区域调查,昌黎县区域地质条件好,大部分第四纪较厚,打井、成孔工艺简单,成本低。大部分建筑有冬季供热夏季供冷需求,且供热与供冷季天数相当,适合有蓄热及蓄冷特点的地下水源热泵系统和土壤源热泵系统系统。全县共有1152km2的区域适合或者比较适合采用地下水源热泵系统与土壤源热泵系统,除朱各庄、安山北部丘陵区、十里铺,龙家店北部、梁各庄、两山乡以及城关以北地区应以地埋管换热形式为主。占全县面积的95%,因此浅层地热能资源非常丰富。

3 可再生能源利用需求情况

据统计,昌黎县房屋建筑近几年竣工面积都稳定在3８万平方米以上,其中公共建筑约占10%。随着居民生活质量的改善和城镇化进程的加快,房屋快速增长的趋势还将持续15年以上。根据历年人均能耗、建筑总能耗、建筑耗电量数据,预测2015年包括农村建筑采暖能耗需求为11.5万t标准煤,建筑用电折合5.6万t标准煤。两项合计,2015年建筑能耗总需求量为17.1万t标准煤,“十二五”期间新增建筑能耗约2万t标准煤。

昌黎县委、县政府对可再生能源的应用高度重视,针对我县的可再生资源条件,制定了《可再生能源利用专项规划》,以科学技术为发展依托,技术创新为发展动力,优化能源结构,提高能源利用效率,坚持积极审慎,因地制宜,科学利用,依法依规,严格监管,稳步推进的态度,避免对资源的盲目性开发,对资源进行合理利用,通过近几年来对可再生资源的大力宣传和政策支持,并先后建成了黄金海岸国际公寓、富贵家园住宅小区、海滴韵住宅小区等一批较有影响的可再生能源应用项目,可再生应用面积达到50万m2,并且在全省率先在建筑节能实践中成功尝试海水源热泵系统,其中“黄金海岸国际公寓”被财政部、建设部列入可再生能源建筑应用示范项目,取得了良好的示范效应,并且可再生能源建筑应用技术不断提升,应用面积不断增加,部分地区还出现了规模化应用的势头。

4 昌黎县可再生能源建筑应用技术方案

4.1 我县可再生能源应用技术类型及应用形式

根据我县太阳能、海水资源、浅层地热能资源的情况,坚持适度发展,合理布局的原则,重点推广的技术类型有:海水源热泵技术应用、地源热泵技术与太阳能建筑一体化集成技术、太阳能光热建筑一体化应用、土壤源热泵技术应用、地下水源热泵技术应用。

4.2 项目技术方案

4.2.1 海水源热泵技术应用

海水吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量,并且海水的温度一般都十分稳定。海水源热泵机组工作原理就是以海水作为提取和储存能量的基本“源体”,它借助压缩机系统,消耗少量电能,在冬季把存于海水中的低品位能量“取”出来,给建筑物供热;夏季则把建筑物内的能量“取”出来释放到海水中,以达到调节室内温度的目的。

海水源热泵系统的海水提取方式主为:制热:使用管道、水泵从大海中最低潮位以下吸取水源,在海水管路的进水口或水泵前安装孔径较大的过滤器①,滤除海水中的含有的藻类物质,防止堵塞水泵,水泵②送出的海水,经过过滤器③进入换热器④,依靠海水温度与防冻液进行换热,(海水侧与防冻液侧通过板壁或管壁传热),与海水换热后的防冻液经水泵⑤送入热泵机组水源侧换热器,热泵机组⑥从水源侧吸热,在使用水换热器放热,被加热的热水经过使用水泵⑦送入室内地板盘管或风机盘管向室内供热;制热工作时防冻液始终低于海水一定的温度差。制冷:热泵机组在使用水侧换热器吸热,被冷却的使用水经水泵⑦送至室内风机盘管,在室内风机盘管吸收空气热量,使室温降低(此时地面盘管被短接不用);热泵机组⑥在水源侧换热器放热,使防冻液温度升高,经水泵⑤将防冻液送入换热器④,与水泵②送入的海水换热,防冻液始终高于海水一定的温度差。

海水源热泵机组的最大优势在于对资源的高效利用,首先它虽然以海水为“源体”,但不消耗海水,也不对海水造成污染;其次它的热效率高,消耗1千瓦的电能, 可以获得3kW～4kW的热量或冷量,从根本上改变了传统的能源利用方式。昌黎附近的海域位于渤海湾与秦皇岛湾之间,沿岸分布有长达30km的1000m～3000m不等宽度的沙丘带,海水平均温度相对气温更加稳定,年平均气温在12.5℃,温度年波动较小,水温条件给海水源热泵提供了保证条件。

4.2.2 地源热泵技术与太阳能建筑一体化集成技术

(1)概念:地源热泵-太阳能建筑一体化集成技术是在与建筑紧密结合的基础上,综合利用太阳能和地热能来为用户供冷、供暖,同时提供卫生热水和饮用热水的一种系统形式。该系统利用两种可再生能源,对两种能源进行优势互补(太阳能运行费用低,但不稳定不连续,地源热泵运行稳定连续,但要消耗一部分电能),达到“多能互补,天地合一”的效果。

(2)技术系统的组成:太阳能—地源热泵集成系统由末端设备、太阳能集热器、地源热泵主机设备和冷、热源系统几部分组成。该系统是利用太阳能和地热能两种复合热源,属于太阳能和地热能综合利用的一种形式。太阳能与地热能的结合具有很好的互补性,太阳能可以降低系统的运行费用,提高运行效率;地热可以补偿太阳能的间歇性,使得系统在阴雨天及夜晚仍能正常运行。该系统可以根据用户的要求,分别满足用户供暖、制冷、卫生热水和饮用热水的需要。

(3)技术系统的主要功能:该系统的主要功能有:冬季采暖、夏季制冷、饮用热水供应、卫生热水供应(可根据需要选择)。冬季采暖。采用太阳能和地源热泵集成方式,以地源热泵系统运行为主,太阳能系统运行为辅,使冬季采暖运行达到最佳效果,运行费用最低。饮用热水的供应。在春、夏、秋三季,饮用热水的加热主要靠太阳能加热至开水温度,直接饮用。冬季因天气温度及光照强度的影响,太阳能可加热至50℃～70℃,然后利用热水器自身加热至100℃,达到饮用水标准。卫生热水的供应。初春及冬季可利用地源热泵与太阳能结合的方式,供应卫生热水洗浴,夏秋季可直接利用太阳能供应卫生热水。

④技术特点:系统四用,经济实惠;天地合一、多能互补。本系统虽然初投资略高,但运行费用极低,投资回收期短,具有非常好的推广应用价值。

4.2.3 太阳能光热建筑一体化应用

太阳能光热技术是指将太阳辐射能转化为热能进行利用的技术。常见的利用太阳能光热技术的方式有:(1)利用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥;(2)利用太阳能热水器提供生活热水;(3)基于集热一储热原理的间接加热式被动太阳房;(4)利用太阳能加热空气产生的热压增强建筑通风。

太阳能、浅层地热能是清洁无污染的可再生能源,通过该技术的应用,可以解决建筑物供冷、采暖同时提供生活热水的要求。该技术已经在全国范围内应用,并取得了一定的社会、经济、环境效益。同时可再生能源在农村地区的广泛应用,将大大改善农村人民群众的生活、学习、医疗条件,为建设社会主义新农村作出应有的贡献。

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