可再生能源建筑应用示范城市建设模式探究

杨洪茂王力陈晨杨彩霞

1天津大学软件学院

2天津大学管理与经济学部

3中国建筑科学研究院

0 引言

中新天津生态城（以下简称生态城）位于天津市东部沿海，塘沽区和汉沽区交界处，生态城的总体规划目标为到2020年可再生能源利用率不低于20%，因此，充分利用可再生能源、尤其是区内可再生能源就显得尤为重要。生态城具有较为丰富的太阳能资源，水平面上的年平均日太阳辐照量14.42 MJ/m2，倾斜表面上的年平均日太阳辐照量16.35 MJ/m2，属于II类资源丰富区，为太阳能在生态城建筑中的应用提供了良好的自然资源基础条件。目前，生态城内居住建筑太阳能热水系统安装率100%；公共及工业建筑有生活热水需求的也均采用了太阳能热水系统。地热能资源是生态城最重要的可再生能源之一，具有易开发、利用效率高等特点。根据中新生态城的工程地质和水文地质条件特点，生态城浅层地热资源开发比较适合利用地埋管地源热泵系统，该地区可循环利用的浅层地热能可达1.69×105kW[1]。生态城作为国家级可再生能源建筑应用示范城市，其太阳能热水系统和地源热泵系统应用示范工程取得良好的示范效果，可再生能源建筑应用技术水平不断提升。

1 生态城可再生能源示范项目建设情况

生态城共有43个可再生能源建筑应用示范项目，示范技术类型为太阳能光热技术和地源热泵技术两种技术形式。其中18个示范项目同时采用太阳能光热技术和地源热泵技术，23个示范项目只采用太阳能光热技术，2个项目只采用地源热泵技术，示范项目总建筑面积为262.3万m2，折合可再生能源应用面积为 200.8 万 m2。

1.1 太阳能热水系统应用现状

生态城41个太阳能热水系统应用示范项目（25个公共建筑，16个居住建筑），共安装了太阳能集热器面积30456.7 m2，集热器类型包括平板型太阳能集热器、全玻璃真空管型太阳能集热器和U型管式真空管太阳能集热器。示范项目的建筑类型涵盖了住宅建筑、宾馆建筑、办公建筑、学校建筑及宿舍类建筑等。建筑类型分布如图1所示。

图1 项目建筑类型分布

截止目前，除了上述列入生态城可再生能源示范项目的太阳能热水工程外，生态城在建和已建成太阳能热水建筑应用项目120余个，建筑面积约为528.8万m2，远超过了可再生能源建筑应用示范城市要求的示范面积，为推动生态城建筑节能和绿色建筑发展、实现可持续发展做出了积极贡献。

生态城建筑太阳能热水系统形式主要有集中供热水系统、集中-分散供热水系统和分散供热水系统三种形式。其中公共建筑均采用集中式供热水系统形式（25个）；居住建筑考虑收费管理问题采用集中-分散供热水系统（9个）、分散供热水系统形式（1个）或采用集中-分散系统与分散系统相结合的供热水形式（6个）。如图2所示。

图2 不同系统形式的工程实例占比

1.2 地源热泵系统应用现状

生态城鼓励使用地源热泵系统开发利用浅层地热能，生态城地源热泵技术示范项目均为土壤源热泵系统，包括能2个能源站集中式供（冷）热系统（图3）和13个分散式地源热泵供（冷）热系统两种形式。

图3 源站集中式供（冷）热地源热泵项目

生态城建设区域集中供冷供热能源站，推进可再生能源技术规模化发展，有利于集中优化控制和维护管理，并采用蓄冷（热）技术，削峰填谷，效益显著。其中生态城动漫园二号能源站的供能面积为20.54万m2，吉宝区域供热供冷能源站的供能面积为14.53万m2。

能源站集中式供（冷）热系统特点：

1）采用大容量机组代替小容量机组，系统负荷率高，机组性能系数高；

2）建设能源站占地少，减少设备冗余，节省建筑空间；

3）集中优化控制和维护管理，降低管理运行费用；

4）可集中利用蓄冷（热）技术，削峰填谷，降低运行成本。

1.3 生态城能源管理平台建设情况

生态城能源管理平台是以实时信息集成为基础，满足生态城能源管理需求，贴合生态城智慧城市建设目标的智能化管理平台。该平台于2013年10月组织开展建设，2015年10月建设完成，历时两年时间，能源管理范围覆盖了建筑、交通、产业、市政等主要用能领域。该平台是国内第一个关注区域能源可再生能源占比、追踪能源规划落地情况的能源管理平台。该平台对生态城区域内的风能、太阳能光伏、地源热泵、太阳能热水等多种可再生能源利用及常规能源使用情况进行实时监测，并通过数据收集、追踪和分析，实现对区域内可再生能源使用占比追踪、绿色技术效果评价和节能减排成果推广展示。通过各项目可再生能源专题中各系统关键指标对可再生能源系统产品性能分析，制定可再生能源产品准入目录，严禁低效率产品在生态城使用。并从采集数据中挖掘可再生能源系统运行方案中存在问题，并提出优化方案，真正起到提高建筑及园区能源管理水平、提高可再生能源利用效率，降低建筑综合能耗的作用。

2 配套能力建设

2.1 资金管理办法

生态城重点调研了深圳、重庆、南京、宁波等23个国内主要城市此项补贴的管理办法，并参考了美国、英国、瑞典等发达国家在可再生能源建筑应用方面较好的作法，结合《财政部、住房和城乡建设部关于印发可再生能源建筑应用城市示范实施方案的通知》（财建[2009]305号）的要求，制定了《中新天津生态城可再生能源建筑应用专项资金管理办法》。《资金管理办法》明确了专项资金的分配原则、补贴方式、申报要求和审查办法。补助标准为太阳能热水系统的示范工程，按集热板面积补助，标准为600元/平方米；地源热泵系统的示范工程，按地源热泵井数补助，标准为7900元/井。该种补助方法按照太阳能热水和地源热泵的设备规模给以补助，不以建筑使用面积为标准，确保财政补助与设备成本投入的合理比例，确保补助工作的公平，并将补助资金补给可再生能源设备维护维修的责任部门，保证相关设施的长期运行。

2.2 配套政策

1）可再生能源建筑应用管理办法

为了落实天津生态城绿色建筑100%的目标，推进生态城绿色建筑评价工作和可再生能源建筑应用示范项目建设，确保示范项目验收工作的顺利实施。中新天津生态城管理委员会发布了《关于开展天津生态城绿色建筑评价及可再生能源示范项目验收工作的通知》（津生发[2012]25号），将可再生能源建筑应用项目纳入建设行政审批流程。

为推进天津生态城可再生能源在建筑领域规划应用，切实开展可再生能源建筑应用城市示范工作，规范示范项目管理。中新天津生态城管理委员会发布了《中新天津生态城推进可再生能源建筑应用实施办法》，《实施办法》要求新建建筑利用太阳能供应生活热水的，利用太阳能产生的热量不低于建筑生活热水消耗热量70%（目前这一指标要求达到80%）；新建建筑利用热泵（地埋管地源热泵、污水源热泵、地热水/热泵等）供暖（供冷）的，热泵安装容量不低于建筑供暖（制冷）设计负荷的50%。并将可再生能源应用专项设计纳入到施工图审查中；在进行工程竣工验收时，应当对可再生能源应用部分进行专项验收。

2）编制生态城太阳能热水系统应用管理办法

为加快推进生态城太阳能热水系统的应用，促进节能减排，实现太阳能热水系统的可再生能源贡献率达到5.11%的总体规划目标。为此生态城制定了《中新天津生态城太阳能热水系统建筑应用暂行管理办法》。《管理办法》从系统设计管理、施工管理、验收管理、运行管理、奖励政策及监督管理等方面做了相关规定，要求太阳能热水系统的设计、施工及验收应纳入建筑工程基本建设程序，并与建筑主体工程的规划设计、施工安装、竣工验收同步进行，与建筑主体同步交付使用。

2.3 能力建设

1）编制生态城可再生能源应用专项规划

结合可再生资源发展现状，对生态城太阳能及浅层地能资源分布和可利用情况、应用可再生能源的需求情况等进行充分论证，制定了《中新天津生态城可再生能源应用规划（2012-2020）》，贯彻推进可再生能源20%目标。《规划》根据生态城的资源条件和需求进行了分类、分项和分级的能耗预测和分析，并对各类可再生能源进行了充分的供求分析，其预测和分析方法合理，明确了可再生能源应用的总体目标[2]。并提出因地制宜推进太阳能、浅层地热能、海水源热泵、生物质能、风能等可再生能源在建筑领域的应用。《规划》对推动生态城可再生能源应用和建设节能、经济、环保的能源供应体系具有重要的指导意义，对全国同类生态园区可再生能源应用也具有示范作用。

2）编制太阳能热水系统导则和图集

生态城依据国家标准，结合天津地区实际情况，编制了《中新天津生态城太阳能热水系统建筑一体化设计导则》。《设计导则》要求将太阳能热水系统纳入建筑工程设计，与建筑工程统一规划、同步设计、同步施工，与建筑工程同时投入使用，并规定了生态城太阳能热水系统设计参数，以指导太阳能热水系统选型和系统设计。同时达到太阳能热水系统与建筑和环境和谐统一，使其在建筑上得到更合理、更广泛的应用。为方便设计人员及施工人员正确理解、掌握和使用《设计导则》，特编制了安装图集《中新天津生态城太阳能热水系统建筑一体化安装图集》，图集中以图片和文字说明的方式介绍了适用生态城的太阳能热水系统类型，特别介绍了系统特点、设计要求、控制要求等内容。为更好的实现太阳能热水系统与建筑一体化设计，图集给出了太阳能集热器安装在建筑屋面、阳台、墙面等部位典型的建筑构造详图，可供设计人员直接选用。《设计导则》和《安装图集》的编制能够确保生态城建筑太阳能热水系统安全可靠、性能稳定及其节能效果，为太阳能热水系统在生态城建筑应用推广提供了可靠的技术保障。

3 节能效益及环境效益

通过对生态城可再生能源示范项目进行能效测评，示范项目采用太阳能光热技术为建筑提供生活热水和利用地源热泵技术作为建筑的冷热源能够有效降低建筑能耗，节能效益显著，同时减少消耗常规能源带来的环境污染。其中41个太阳能热水示范项目，共安装太阳能集热器面积30456.7 m2，经测算得出每年可节约5382.0吨标煤。20个地源热泵示范项目，共打换热井4649口，经测算每年可节约2165吨标煤。示范项目每年节约标煤量、CO2减排量，SO2减排量，粉尘减排量如表1所示。

表1 生态城可再生能源建筑应用示范项目节能减排量

4 经验总结

可再生能源的应用对生态城缓解能源紧张、改善能源结构、提高能源利用效率、建设资源节约型和环境友好型社会等方面做出了积极贡献。同时完成了一批技术先进适用、运行稳定可靠、推广价值高的示范项目，并初步形成了针对可再生能源建筑应用比较完善的法规政策、技术标准、应用模式、能力建设体系等，对于同类地区开展可再生能源建筑应用具有良好的示范作用，真正实现天津生态城“能实行、能复制、能推广”的目标。

1）完善太阳能建筑一体化技术体系。编制太阳能热水系统建筑一体化设计导则和图集，规范中新天津生态城建筑太阳能热水系统一体化的设计，确保建筑太阳能热水系统安全可靠、性能稳定。

2）建设能源管理平台。监测平台对生态城区域内的可再生能源利用及常规能源使用情况进行实时监测，以不断提升区域能源利用水平，促进区域能效优化，实现能源全生周期管理和可持续应用。

3）合同能源管理鼓励机制。对于大型集中太阳能热水系统和地源热泵系统项目，引入专业化的管理团队，保证系统安全、高效运行，提高可再生能源利用率。

4）完善产品备案管理制度。建立生态城太阳能热水系统建筑一体化产品目录，积极采用产品质量及售后服务好的技术及产品，为保证选用产品高效可靠。

5）建立可再生能源宣传培训机制。通过培训提升物业管理水平，保证可再生能源利用系统稳定高效运行，提高民众对可再生能源利用的认知水平，推进可再生能源建筑应用快速健康发展。