何文晶，李沛，劉雅梅

(1.山東建筑大學(xué)山東省建筑節(jié)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250101;2.山東建筑大學(xué)可再生能源建筑利用技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250101;3.濟(jì)南市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250101;4.山東建大建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

可再生能源包括水能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿萚1]，資源潛力大，環(huán)境污染低，可永續(xù)利用，是有利于人與自然和諧發(fā)展的重要能源[2]。開發(fā)利用可再生能源，對(duì)增加能源供應(yīng)、改善能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、保護(hù)環(huán)境具有重要作用，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略措施。因此，依據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)行可再生能源建筑應(yīng)用規(guī)劃，預(yù)測(cè)可再生能源在建筑中的需求，對(duì)其開發(fā)、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、利用和分配等各個(gè)環(huán)節(jié)做出統(tǒng)籌安排，是非常有必要的。

受濟(jì)南市政府指派，我們進(jìn)行了2011—2015年濟(jì)南市可再生能源建筑應(yīng)用規(guī)劃研究。根據(jù)濟(jì)南市自然條件、城市特點(diǎn)、國(guó)家鼓勵(lì)應(yīng)用可再生能源的相關(guān)政策以及各類可再生能源應(yīng)用技術(shù)的特點(diǎn)，著重選擇了太陽(yáng)能和淺層地?zé)崮苓M(jìn)行研究分析。本規(guī)劃與國(guó)內(nèi)其他相關(guān)規(guī)劃比較而言，具有顯著的地域特色和針對(duì)性，探索出一條適宜于地方性特色的可再生能源建筑應(yīng)用之路[3]，可作為濟(jì)南市可再生能源建筑發(fā)展的理論指導(dǎo)，也可為與濟(jì)南自然、經(jīng)濟(jì)條件相近的其他城市提供參考。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 濟(jì)南市可再生能源資源潛力

1.1.1 太陽(yáng)能資源

濟(jì)南市年可照時(shí)數(shù)為4431.6h，年日照時(shí)數(shù)為2516.9h，年總輻射量為 5120.50MJ/m2，理論太陽(yáng)能蘊(yùn)藏量為1.14×1011MJ，屬太陽(yáng)能資源較豐富地區(qū)。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，濟(jì)南市平均每天日照時(shí)數(shù)為6.9h，多于6h，太陽(yáng)能具有可利用價(jià)值;各月日照時(shí)數(shù)多于6h的天數(shù)最大值出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在2月，最大值與最小值的比值為1.278，太陽(yáng)能資源全年輻射量變化較穩(wěn)定，有利于太陽(yáng)能資源的利用。

1.1.2 淺層地?zé)崮苜Y源

濟(jì)南市淺層地?zé)崮苜Y源評(píng)估深度為150m，可利用溫度為8℃。將全市進(jìn)行分區(qū)計(jì)算，淺層地?zé)崮芸們?chǔ)量271.46 ×1014kJ，相當(dāng)于 9.265 ×108t標(biāo)準(zhǔn)煤?？紤]建筑布局、建筑符合要求和資源承載能力等限制因素，土地利用系數(shù)取10%，取暖耗能按標(biāo)準(zhǔn)煤耗21.73kg/(m2·季)計(jì)算，則可供制冷、取暖建筑面積 4263.69km2。

表1 濟(jì)南市各月可照時(shí)數(shù)

表2 濟(jì)南市各縣區(qū)淺層地?zé)崮苜Y源量

1.2 濟(jì)南市可再生能源應(yīng)用現(xiàn)狀

近些年來(lái)，濟(jì)南市積極開發(fā)利用新能源，鼓勵(lì)大型公建、居住區(qū)、城市廣場(chǎng)、道路等使用太陽(yáng)能。截止2010年底，全市太陽(yáng)能光熱建筑面積1331萬(wàn)m2，其中太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)建筑一體化建設(shè)590萬(wàn)m2;太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用34萬(wàn)m2。

基于保護(hù)地下水的原則，濟(jì)南市可利用的淺層地?zé)崮苜Y源包括地表水、土壤源和污水源，現(xiàn)階段的開發(fā)利用主要集中在土壤源熱泵技術(shù)。截至2010年底，全市淺層地?zé)崮苜Y源應(yīng)用面積已達(dá)52萬(wàn)m2。

濟(jì)南市可再生能源產(chǎn)業(yè)也得到長(zhǎng)足發(fā)展，不但形成了世界級(jí)太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，成為全球最大的太陽(yáng)能毛坯管生產(chǎn)基地，而且從事以淺層地?zé)崮転橹鞯男履茉雌髽I(yè)也達(dá)到近百家。

1.3 濟(jì)南市建筑用能需求

截止2010年底，全市既有民用建筑總面積約1.37億 m2，其中居住建筑為 1.12 億 m2，公共建筑為0.25億m2。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，全市每年建筑總能耗為595.76萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中采暖能耗為319.75萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，占54%，生活用電能耗為276.01萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，占46%，居住建筑和公共建筑的建筑能耗各占50%，城鎮(zhèn)民用建筑平均能耗為36.84kg/m2標(biāo)準(zhǔn)煤。

圖1 濟(jì)南市可再生能源建筑應(yīng)用類型比例現(xiàn)狀

《濟(jì)南市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出，“十二五”期間濟(jì)南市城鎮(zhèn)化率將達(dá)到75%。根據(jù)近兩年建筑竣工面積增長(zhǎng)速度，預(yù)計(jì)2011—2015年，全市新建建筑面積5000余萬(wàn)m2，城鎮(zhèn)民用建筑總面積將達(dá)到1.87億m2，建筑總能耗將增加20%，每年耗能達(dá)到715.18萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。

1.4 存在的問(wèn)題

雖然濟(jì)南市在可再生能源應(yīng)用方面取得了一定成績(jī)，但隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，還存在諸多問(wèn)題亟待解決:

(1)政策扶持需要進(jìn)一步加強(qiáng)。目前，太陽(yáng)能應(yīng)用得到了充分重視和政策引導(dǎo)，但是淺層地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能等其他可再生能源的相關(guān)政策體系還需完善，經(jīng)濟(jì)激勵(lì)力度還需加強(qiáng)。

(2)市場(chǎng)保障機(jī)制需要進(jìn)一步健全。目前可再生能源市場(chǎng)中太陽(yáng)能一枝獨(dú)秀，需要加快建立促進(jìn)多種可再生能源發(fā)展的市場(chǎng)機(jī)制，推動(dòng)多種可再生能源產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)多元化。

(3)相關(guān)技術(shù)水平還需進(jìn)一步提高。今后濟(jì)南市新建住宅將以十二層以上為主，必須加強(qiáng)對(duì)高層住宅建筑太陽(yáng)能利用技術(shù)的研究。對(duì)于開發(fā)利用淺層地?zé)崮芊矫?，雖然基于保護(hù)地下水的原則，禁止利用地下水，但可以研發(fā)推廣地表淡水源、污水源等熱泵技術(shù)，合理擴(kuò)大淺層地?zé)豳Y源利用領(lǐng)域。

2 發(fā)展規(guī)劃

2.1 規(guī)劃目標(biāo)

2011—2015年，新建建筑中應(yīng)用可再生能源的建筑面積為2360萬(wàn)m2，其中太陽(yáng)能光熱應(yīng)用2050萬(wàn)m2，地源熱泵應(yīng)用310萬(wàn)m2;既有建筑的可再生能源改造面積為140萬(wàn)m2;5年間累計(jì)推廣可再生能源建筑應(yīng)用面積2500萬(wàn)m2。

建設(shè)85個(gè)可再生能源在建筑中規(guī)?；瘧?yīng)用示范工程，其中建設(shè)太陽(yáng)能與建筑一體化示范工程60個(gè)，城市光伏景觀照明示范項(xiàng)目15個(gè)，淺層地?zé)崮苁痉豆こ?0個(gè)。

圖2 濟(jì)南市可再生能源建筑在新建建筑中的比例

圖3 濟(jì)南市各類可再生能源建筑應(yīng)用面積

2.2 規(guī)劃布局

(1)太陽(yáng)能光熱建筑應(yīng)用

太陽(yáng)能光熱技術(shù)比較成熟，可以在全市范圍內(nèi)大多數(shù)公共建筑和居住建筑中廣泛應(yīng)用。既有建筑中優(yōu)先改造政府部門和大型公建，對(duì)于居住建筑，鼓勵(lì)民眾使用整體式和單元式太陽(yáng)能熱水產(chǎn)品。新建建筑中重點(diǎn)在學(xué)校、醫(yī)院、酒店、工廠宿舍以及政府投資的大型公建中配置太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，并進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。在現(xiàn)行的“12層以下住宅必須采用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設(shè)計(jì)和施工”的基礎(chǔ)上，逐步達(dá)到“日照滿足4h的住宅必須安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，日照不滿足4h的住宅酌情安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng);新建建筑安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)建筑一體化設(shè)計(jì)和施工?！?/p>

(2)太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用

太陽(yáng)能光電的應(yīng)用以大型公建為主，建設(shè)與建筑一體化的屋頂太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項(xiàng)目;結(jié)合濟(jì)南市城市供電工程規(guī)劃，在具備條件的工業(yè)園區(qū)、大學(xué)園區(qū)、景觀園區(qū)建立集中式太陽(yáng)能光伏發(fā)電站;同時(shí)在道路、車站、公園等公共設(shè)施照明中推廣使用光伏電源。

(3)淺層地?zé)崮芙ㄖ?yīng)用

對(duì)于淺層地?zé)崮苜Y源的開發(fā)利用，應(yīng)在保護(hù)環(huán)境的前提下，根據(jù)各區(qū)的資源分布和特征選擇合適的利用方式。

地表水源的利用，近期應(yīng)配合當(dāng)前城市建設(shè)，以小清河兩岸有代表性的新建或改造建筑為主，發(fā)展地表水水源熱泵技術(shù);遠(yuǎn)期應(yīng)把地表水總量較為豐富的章丘市、歷城區(qū)、長(zhǎng)清區(qū)作為重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，優(yōu)先考慮距離水系、河道近的建筑。

土壤源可利用量以商河縣、濟(jì)陽(yáng)縣、歷城區(qū)、長(zhǎng)清區(qū)較為豐富，可作為土壤源熱泵技術(shù)的優(yōu)先發(fā)展區(qū)域。重點(diǎn)選擇有示范作用的大型公建，符合條件的居住建筑可適當(dāng)采用。

結(jié)合污水處理廠，應(yīng)用污水源熱泵技術(shù)。合理利用濟(jì)南鋼鐵廠等重型工業(yè)和多家熱電廠的余熱資源，完善技術(shù)，逐步推廣。

2.3 重點(diǎn)工作領(lǐng)域

重點(diǎn)支持以下領(lǐng)域中的示范工程、技術(shù)集成及標(biāo)準(zhǔn)制定，攻克相應(yīng)技術(shù)難關(guān):

(1)研發(fā)完善與建筑一體化的太陽(yáng)能生活熱水、采暖空調(diào)、光電轉(zhuǎn)換、照明等新技術(shù);

(2)研發(fā)完善土壤源熱泵供熱制冷技術(shù)、淡水源及污水源熱泵供熱制冷技術(shù);

(3)研發(fā)完善太陽(yáng)能與淺層地?zé)崮芫C合利用供熱制冷技術(shù);

(4)提高太陽(yáng)能、淺層地?zé)崮茉O(shè)備和系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)換效率;

(5)降低太陽(yáng)能光熱、光電產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，減少環(huán)境污染;

(6)研發(fā)推廣適合既有建筑改造的可再生能源應(yīng)用技術(shù);

(7)完善可再生能源建筑的評(píng)估檢測(cè)方法;

(8)促進(jìn)可再生能源建筑設(shè)備及產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化;

(9)增強(qiáng)可再生能源建筑應(yīng)用管理及服務(wù)體系建設(shè)。

3 效益分析

可再生能源建筑的應(yīng)用，對(duì)于改善能源結(jié)構(gòu)、節(jié)約能源資源能夠起到重大作用，對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)、拉動(dòng)內(nèi)需及增加社會(huì)就業(yè)人口等能夠起到積極作用。本規(guī)劃的實(shí)施，將在環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面取得如下顯著效益:

(1)促進(jìn)節(jié)能減排?？稍偕茉吹拈_發(fā)利用將節(jié)約和替代大量化石能源，顯著減少污染物和溫室氣體排放，加速濟(jì)南市節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。2011—2015年全市應(yīng)用可再生能源累計(jì)替代常規(guī)能源約 7.5 ×105t標(biāo)準(zhǔn)煤;減排 SO26400t、NOx5550t、CO2200 萬(wàn) t。

表3 2011—2015年濟(jì)南市太陽(yáng)能光熱建筑節(jié)能量預(yù)測(cè)

表4 2011—2015年濟(jì)南市淺層地?zé)崮芄?jié)能量預(yù)測(cè)(按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算)

(2)樹立良好的城市形象?？稍偕茉吹膽?yīng)用，不但促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，也促進(jìn)了人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)全面建設(shè)小康社會(huì)和社會(huì)主義新農(nóng)村起到重要作用，將有力地推進(jìn)濟(jì)南市作為省會(huì)城市的生態(tài)文明建設(shè)。

(3)加速地方產(chǎn)業(yè)升級(jí)。建設(shè)可再生能源設(shè)備產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，加速產(chǎn)業(yè)環(huán)境的升級(jí)更新。投資還將惠及其它上下游的產(chǎn)業(yè)，包括能源服務(wù)市場(chǎng)、建筑專項(xiàng)設(shè)計(jì)(例如太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)專項(xiàng)設(shè)計(jì))、監(jiān)理及施工等。

4 總結(jié)

目前，以能源革命和低碳經(jīng)濟(jì)為主題的綠色浪潮席卷全球，能源戰(zhàn)略在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中具有決定性的作用。發(fā)展低碳城市是中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、面向“后京都時(shí)代”的必然選擇[4]。濟(jì)南作為省會(huì)城市，應(yīng)在政策法規(guī)上引導(dǎo)和規(guī)范，在經(jīng)濟(jì)上激勵(lì)和促進(jìn)，建設(shè)完善技術(shù)支撐體系，實(shí)施嚴(yán)格的監(jiān)督管理，加強(qiáng)宣傳培訓(xùn)，創(chuàng)造良性發(fā)展環(huán)境[5]，確?？稍偕茉唇ㄖ?yīng)用工作的開展和順利進(jìn)行，向低碳城市的目標(biāo)邁進(jìn)，為國(guó)家和社會(huì)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]王雪松，王雅麗.碳中和理念下的建筑能源對(duì)策分析研究[C]//夏海山，陳衍慶.建筑新技5.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010:121－126.

[2]楊基春.新能源在建筑節(jié)能領(lǐng)域中應(yīng)用的思考[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2008，39(3):32 －34.

[3]宋德萱，陳宇.地方性建筑節(jié)能規(guī)劃與節(jié)能技術(shù)策略的互動(dòng)研究[C]//夏海山，陳衍慶.建筑新技5.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010:115－120.

[4]梁浩，龍惟定.城市能源系統(tǒng)綜合規(guī)劃模型的研究與應(yīng)用[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25(5):524 －528.

[5]李沛，何文晶，楊慧.山東省可再生能源建筑應(yīng)用專項(xiàng)規(guī)劃研究[C]//中國(guó)城市規(guī)劃學(xué)會(huì).規(guī)劃創(chuàng)新:2010中國(guó)城市規(guī)劃年會(huì)論文集.重慶:重慶出版社，2010.767 －769.