3-绿色建筑与可再生能源应用现状与展望-张颖

绿色 建筑 与 可再生能源 ——应用现状与展望 张颖 上海市 建筑科学 研究院 2017.11 2 报告内容 背景：绿色建筑标准与可再生能源 思考：可再生能源系统运行现状分析 展望：全过程质量把控和性能提升 3 报告内容 背景：绿色建筑标准与可再生能源 现状：可再生能源系统运行调研 思考：全过程质量把控和性能提升 4 国内绿色建筑快速发展 1990 2000 2006 2014 节能建筑和绿色建筑的概念引进中国 出台 《 绿色建筑评价标准 》 明确“绿色建筑”定义 技术、标准、政策等推进 《 绿色建筑评价标准 》 修订并于 2015年实施 绿色建筑：“ 四节一环保 ” • 最大限度 地节约资源（ 节能、节地、节水、节材 ） • 为 人们提供 健康、适用和高效 的使用空间 绿色建筑的 2.0时代 共计 4515项 ,5.2亿 平米 （至 2016.9） 绿色建筑 的 1.0时代 评价 标准的系列化 绿色建筑评价标准（修订版） 夏热冬冷地区 上海市绿色建筑评价标准 8个地方 …… 寒冷地区 北京市绿色建筑评价标准 7个地方 …… 严寒地区 辽宁省绿色建筑评价标准 夏热冬暖地区 福建省绿色建筑评价标准 6个地方 …… 既有建筑绿色改造评价标准 绿色饭店建筑评价标准 绿色办公建筑评价标准 绿色商店建筑评价标准 绿色博览建筑评价标准 绿色工业建筑评价标准 绿色医院建筑评价标准 绿色铁路客站评价标准 绿色高校校园评价标准 绿色中小学校校园评价标准 分类建筑标准 “家族化” 母标准修订 “兼容性” 地方建筑标准 “本地化” 6 老国标 5.2.18根据当地气候和自然资源条件，充分利用太阳能、地热能等可再生能源，可再生能源产生的热水量不低于建筑生活热水消耗量的 10％，或可再生能源发电量不低于建筑用电量的 2％。  在保留 2006版条文的基础上， 2014版绿建国标根据 近年来行业整体水平的进步 ，明确了量化要求以及得分区间，给项目提供了更多“适宜性设计”的空间。 可再生能源作为生活热水的热源 可再生能源系统提供建筑用电 可再生能源作为空调冷热源 可再生能源提供的生活用热水比 20%~80%， 递进得分 ， 4分 ~10分 可再生能源提供的电量比例 1%~4%， 递进得分 ， 4分 ~10分 可再生能源提供的空调用冷量和热量的比例20%~80%， 递进得分， 4分 ~10分 新国标 应用比例 要求提高 新国标中的 可再生能源得分点 各国绿建标准的比对 中国绿建三星标准 （ 2014版） BREEAM International 2013 LEED V4 5.2.16根据气候 和自然资源条件，合理利用 可再生能源（ 10分 ） • 总分贡献率 2.8% 现场可再生能源（ 1-3分 ） 绿色电力及碳补偿（ 1-2分 ） Ene 04低碳零碳技术（ 2分） • 总分贡献率 1.56% 直接得分点 关联得分点 5.2.6合理选择和优化供暖、通风与空调系统（ 10分 ） • 总分贡献率 2.8% 建筑能效优化（ 1-18分 ） Ene 01 建筑能效（ 1-15分） • 总分贡献率 12.39% 地方法律法规的推动：强制执行 绿色建筑的得分策略：合理性、科学性 生态城区指标体系：能源规划、应用比例 政策鼓励、财政补贴：各类示范项目 可再生能源在绿色建筑中应用的驱动方式 上海市建筑节能条例（ 2011.1） 新建 有热水系统设计要求的公共建筑或者六层以下住宅，建设单位应当统一设计并安装符合相关标准的太阳能热水系统 。 江苏省建筑节能管理办法（ 2009） 新建宾馆、酒店、商住楼等有热水需要的 公共建筑以及十二层以下住宅，应当按照规定统一设计、安装太阳能热水系统 。 上海市 建筑节能和绿色建筑专项扶持办法（ 2016.6） 符合可再生能源与建筑一体化示范的项目，采用太阳能光热的，每平方米受益面积补贴 45 元；采用浅层地热能的，每平方米受益面积补贴 55 元。 9 报告内容 背景：绿色建筑标准与可再生能源 思考：可再生能源系统运行现状分析 展望：基于全过程的质量把控和性能提升 设计 — 建造 — 使用 ：技术 “折损率” 0 2 4 6 8 10 12 14 16 设计阶段采用 建造阶段落实 运营阶段应用 数据来源：上海地区， 2014年调研， 21个 建成运行 绿色建筑 技术频谱 分析 1、地源热泵系统  系统主要优势 • 节约能源 ：相比于常规的冷水机组 +锅炉的系统形式，在冬季采暖和制备生活热水的效率方面节能优势明显。 • 环境效益 ：减少了冷却塔噪音和漂水对于环境的影响。 • 投资回报 ：平均增量成本约 100元 /平米，投资回收期一般为 5年左右，最长不超过 10年，可为投资方所接受。 • 适用于既有改造项目 ：节能量核算的边界清晰，可采用合同能源管理方式 。 1、地源热泵系统  适用建筑类型 • 业态类型 ：空调热负荷相对较大且有集中热水需求的建筑，例如宾馆、医院病房楼，以及办公楼。 • 建筑面积 ：考虑地埋管数量不宜超过 1000，对应空调面积不宜超过 5万平米。 指标 单位冷 /热负荷钻孔数量（口 /kW） 单位冷 /热负荷埋管占地面积（ m2/kW） 单位建筑面积埋管占地 面积（ m2/m2） 范围区间 0.12-0.30 1.70-5.96 0.17-0.60 平均值 0.20 3.47 0.35 1、数据来自同济大学设计院对上海可再生能源示范工程的分析结果； 2、单位建筑面积按照 100w/m2折算。 埋管数量及占地面积分析 上海地区地源热泵系统的运行后评估 案例 1 2 3 4 5 6 设计现状 地源热泵 +冰蓄冷机组（配冷却塔） 地源热泵 + 辅助冷却塔 地源热泵 +冷却塔（二选一） 地源热泵 +热回收制热水 地源热泵 + 辅助冷却塔 地源热泵 +冷水 机组（配冷却塔） 人员感受 舒适 舒适 最热时末端不够 冷 最热时末端不够冷 夏季末端不够 冷 地 源热泵比制冷机 组制冷慢 运行 策略 分多种运行 模式，冰蓄冷优先运行 夏季采用冷却塔辅助冷却 夏季最热时，冷却塔和地埋管交替运行 夏季最热时，利用新风机组处理冷负荷 夏季采用冷却塔辅助冷却 夏季“冷水机组 +冷却塔”与地源热泵交替运行 特点分析 1、 地埋管设置余量较大，考虑富余量 ； 2、夏季以冰蓄冷机组运行为主，地源热泵未长时间满负荷 运行 3、完善的监测系统 1、 采用冬季负荷确定埋管数量 ；2、 夏季冷却塔辅助 冷却 3、有监测系统 1、 地埋管设置余量较小 ； 2、 后期冷却塔配置较小 ，无法满足最热日冷却需求 1、 地埋管设置余量较小 ，未设置辅助冷却设施 1、 冷却塔设计容量偏小 ，后续再次配置一台辅助 ； 2、 由于 施工质量问题 ， 地埋管出现漏水现象 ，冷却补水量很大 1、 入住率较低 ； 2、采用冬季负荷确定埋管数量及配置地源热泵机组 ； 3、夏季采用冷水机组 +冷却塔轮换制冷； 4、 地源侧冷却水质出现问题，易堵塞 ； 5、有监测数据 整体评价 配置合理，运行效果良好 配置合理，运行效果良好 配置欠完善， 运行效果欠佳 配置欠完善， 运行效果欠佳 配置欠完善，施工质量存在问题，运行效果 欠佳 配置合理，施工质量存在问题，运行效果 欠佳 14 全国范围的可再生能源示范工程测评 15 地源热泵系统总体测评结论 地源热泵系统存在问题 • 设计 地埋管换热量不足 ：每延米换热量实验值夏季 60-70W/m，冬季40-50W/m，需根据运行时间和埋管数量进行修正。 • 系统选取形式不合理 ：住宅项目谨慎选用集中式系统，由于住户用能习惯差异巨大，易造成系统长期低负荷运行。 • 未考虑土壤热平衡 ：多数项目未安装冷热量监测装置，运行人员缺乏冷热平衡控制的调峰策略，导致系统衰退严重。 关键控制节点 Q1：何谓好的地源热泵系统？ 1、效果：舒适，节能； 2、配置：监测系统、调峰措施 Q2：如何实现好的地源热泵系统？ 设计精细化 • 1.前期进行 岩土热响应试验 ，精确了解项目所在岩土体的换热特性 • 2.冷源系统根据负荷精准配置，预估最不利工况 ,包括冷机预留 10%的余量，且考虑地埋管的存活率，预留 20%的余量 • 3.考虑冬夏季平衡问题 ，建议 可采用冬季负荷配置地源热泵 • 4.考虑夏季调峰措施，可采用冷却塔补充冷却侧，或者采用常规冷水机组 +冷却塔辅助夏季高峰负荷 ;有条件考虑水源热泵调峰 • 1.预先对场地内已有地下管线、其他地下构筑物的准确位置进行勘察 • 2.施工过程质量管控很重要，部分项目出现漏水、水质品质问题，影响末端制冷效果 • 3.应进行四次水压试验，确保施工结果安全可靠 • 1.根据室内外温度特征，选择合理的运行策略 • 2.根据监测数据， 及时对系统的运行模式进行调整 施工高质化 运营专业化 成功案例  某夏热冬冷地区地源热泵项目 ： • 空调系统形式为：土壤源热泵＋室内辐射末端＋独立除湿新风系统。夏季热泵冷热水 机组 15℃ ～ 20℃ 冷水接入楼板埋管辐射 系统，供 建筑内负荷。夜间低电费时间热泵机组运行供楼板埋管系统预冷建筑并蓄冷于 楼板。 另设一套热泵机组供 7℃ ～12℃ 冷水至新风处理机组，新风机组配全热回收器。冬季空调由上述热泵机组提供空调热水 35℃ ～ 30℃ ，分两路供热，一路直供新风空调机组，一路经板式热交换器后供楼板埋管系统 。 • 夏季系统能效比为 4.2，冬季系统能效比为 3.0。地处 夏热冬冷地区 ，应对 夏季负荷大冬季负荷小的特点，做好了调峰措施 ，系统运行效果良好。 项目外景 地源热泵机房现场检测 2、太阳能热水系统 为满足建筑节能条例或绿色建筑得分要求，为做而 做； 系统设计 不合理，不但不节能反而耗能。 主要存在问题 •办公建筑 通常用水规模小，多数项目的集热器面积不足 50m2，日产热水量在5吨以下；用水点分散，大多为办公卫生间洗手盆提供热水，由于支管较长且通常只在立管进行循环，导致出水时间长从而影响舒适性，而管路热损大则影响节能效益。冬夏季取热和集热不平衡现象普遍，有些项目夏季太阳能系统补水量激增。 • 住宅建筑 的太阳能热水未能真正实现建筑一体化设计，通常由开发商直接委托太阳能厂家设计施工，对太阳能保证率、系统合理性等缺乏论证。 上海地区太阳能热水系统运行后评估 公 建 倾角 集 热面积 型式 用途 辅助加热 案例 1 40° 150 m 2 真空管 冬季采暖 +夏季供冷 无 案例 2 0° 18 m 2 真空管 淋浴 集中电辅助 案例 3 40° 50 m 2 真空管 淋浴 +洗手盆 集中电辅助 案例 4 30° 16 m 2 平板 洗手盆 末端暖水宝 案例 5 20° 50 m 2 真空管 厨房 +洗手盆 集中电辅助 案例 2的集 热器水平安装，不在上海地区适宜安装角度范围 公共建筑类 住宅建筑类 案例 1—高端 公寓 设计情况： 低层住宅 （ 6层以下）为 每户安装太阳能热水系统，水平布置在屋顶，每户约 10㎡左右 。预计集中管理。 施工问题：屋顶集热器布置凌乱，从高层住宅观察严重影响视觉质量 运营问题： 部分住户重新装修， 拆除了 太阳能 系统，物业对业主无法有效监管。 案例 2—公 租房 设计情况：集热器集中布置在屋面，分区设置。采用集中集热、分户储热形式，每户安装热水箱间接换热。 施工问题：由于屋面的限制，部分集热板的安装倾角不佳，且受到屋面构架遮挡，对集热能力产生较大影响。 运营问题： 部分住户 热水无法正常使用。 上海地区太阳能热水系统运行后评估 关键控制节点 合理化设计 建筑热水系统是否选用太阳能为主要热源或辅助热源应根据建筑物的用水特性、集热器可布置区域的大小以及水温稳定性要求而 确定。下列 情况下太阳能热水宜为辅助热源： • 全日使用 热水的建筑，如宾馆、医院、游泳馆和养老院等，当热水用量很大时； • 当集热器可布置区域不足，造成集热器之间存在自遮挡时。 • 当系统对水温稳定性要求较高时。 施工质量 和竣工验收 加强太阳能热水系统施工质量监管和竣工验收环节，建立有效监管制度。 23 报告内容 背景：绿色建筑标准与可再生能源 现状：可再生能源系统运行调研 思考：全过程质量把控和性能提升 设计与运行的偏离 运营高成本 、低 舒适度 Q2：谁 该为此负责呢？ Q1：预期与现实怎么差这么多？ 互相推诿，最终问题不了了之 绿色建筑全过程实施管控 方案设计 总体设计 施工图设计 专项深化设计 招标回标 建筑施工 系统调试 设计优化 设计阶段 深化设计及招标阶段 施工阶段 运行阶段 运行一年 施工 质量 管 控 全流程建筑调适 智能运行监控 LEED注册 LEED预认证 LEED设计递交 LEED最终认证 绿色建筑设计标识 绿色建筑评价标识 把握竣工环节：可再生能源 测评的重要性  国家标准 • 《 可再生能源建筑应用工程评价标准 》 GB/T50801-2013  地方标准 • 《 太阳能热水系统建筑应用能效测评技术规程 》 （江苏省） 2014 • 《 地源热泵系统建筑应用能效测评技术规程 》 （江苏省） 2014 • 《 地源热泵系统工程技术规程 》 DG/TJ08-2119-2013 • 《 民用建筑太阳能热水系统应用技术规程 》 2014 • 《 可再生能源测评标准 》 （上海市） 2015 上海市可再生能源测评标准的编制 立项文件 编制单位： 上海市建筑科学研究院 上海市建筑建材业市场管理总站 上海 交通 大学 上海 众合检测应用技术研究 有限公司 中国建筑科学研究院上海 分院 上海沃特奇能源科技股份有限公司 山东力诺瑞特新能源有限公司 南京丰盛新能源科技股份有限公司 上海意利法暖通科技有限公司 解决的重点问题 1. 可再生能源系统评价的科学性。 • 不同测试工况下，冷热源测进水温度不一致，测试计算得到的 COP值无法科学的评价，需要进行修正，统一到标准工况。 地源热泵系统 • 不同测试工况下，光伏板表面温度不一样，测试计算得到的光电转换效率无法科学的对比，需要进行修正，统一到标准工况。 太阳能 光伏系统 解决的重点问题 2. 测试 方法的可操作性。 • 实际测试中，很多情况下无法保证短期测试在系统开始供冷（供热）15d后才进行。 • 实际测试中，很多时候无法保证短期测试时间 4天 地源热泵系统 太阳能热水系统 • 计算短期测试下的全年发电量时，第 i个朝向和倾角采光平面上单位面积的太阳辐射量值 (MJ/m2) 需要测试人员依据复杂公式计算。 太阳能 光伏系统 • 通过大量现场测试发现，上海地区太阳辐照量有其分布特征，实际测量中很难达到太阳辐照量的值落在 4个区间中。 携手共 造绿色未来 Thanks！ 张颖 上海建科院 绿建所 副所长 中国绿色建筑委员会青委会 委员 Tel: 13671792523 E-mail： orchid_zy@126.com