我國第一幢綜合利用太陽能建筑示范工程

我國第一幢綜合利用太陽能建筑示范工程摘要：2003年建成的北京市大興區(qū)天普工業(yè)園的一幢建筑面積8000m2的綜合利用新能源的生態(tài)建筑示范工程，經過近一年的運行后，于2004年6月全面通過驗收，被專家評議為“我國第一幢綜合利用太陽能解決能源問題的建筑示范工程”。這座太陽能建筑含有政府立項的三個科研項目。一項是北京市科委奧運科技專項，題目為《新能源綜合利用建筑研究示范》，另兩項是國家科技部“十五”科技攻關項目，題目為《50kWp大型屋頂光伏并網示范電站》和《大型太陽能空調示范系統(tǒng)》。關鍵字：太陽能太陽能建筑示范工程0概述2003年建成的北京市大興區(qū)天普工業(yè)園的一幢建筑面積8000m2的綜合利用新能源的生態(tài)建筑示范工程，經過近一年的運行后，于2004年6月全面通過驗收，被專家評議為“我國第一幢綜合利用太陽能解決能源問題的建筑示范工程”。這座太陽能建筑含有政府立項的三個科研項目。一項是北京市科委奧運科技專項，題目為《新能源綜合利用建筑研究示范》，另兩項是國家科技部“十五”科技攻關項目，題目為《50kWp大型屋頂光伏并網示范電站》和《大型太陽能空調示范系統(tǒng)》。承擔項目的單位有中科院廣州能源所、中科院電工所、北京天普太陽能工業(yè)有限公司、北京中科能源高科技有限公司和全國節(jié)能協會。她們各自發(fā)揮自己的強項技術優(yōu)勢，強強聯合，團結協作，促進了三個科技項目有機結合和系統(tǒng)集成，達到太陽能建筑較高的整體水平。整幢建筑由太陽能提供采暖空調、熱水和部分電力，達到低能耗、零排污的效果；1200m2太陽集熱器和50kWp太陽電池組件與建筑一體化結合；控制系統(tǒng)自動化、網絡化、無人值守，并實現遠程數據采集、監(jiān)控。建筑物室內環(huán)境舒適，光環(huán)境、聲環(huán)境和空氣質量得以改善。該示范建筑為北京奧運會建筑及全國綠色生態(tài)建筑提供了寶貴的經驗，成為全國太陽能與建筑結合的科普宣傳窗口，中央和地方的眾多媒體已做了大量報道，國內外眾多人士參觀訪問，發(fā)揮了很好的示范作用。下面是示范樓的三項科研項目完成情況和專家組驗收意見介紹。1《新能源綜合利用建筑研究示范》這是北京市科委組織的奧運科技專項，由北京天普太陽能工業(yè)有限公司承擔。1.1完成情況1.1.1節(jié)能建筑設計及建筑能源系統(tǒng)。新能源示范建筑是一座具有公寓住宅、餐飲娛樂、游泳健身、展覽會議、辦公商務活動等多功能的綜合樓，五層框架結構，地下一層，附半地下游泳池，總建筑面積8000m2，按建筑節(jié)能設計規(guī)范設計，充分體現新能源和節(jié)能的思想，建筑墻板采用190mm輕質陶?；炷量招膲w，加貼厚度60mm的泡沫塑料板外墻保溫，屋頂北坡屋面采用200mm聚苯板保溫，外窗采用低耗能玻璃窗。建筑采暖及空調負荷比普通建筑分別降低40%和28%。采暖空調末端采用地板輻射供冷/熱，夏季供冷溫度20℃/25℃，冬季供熱溫度40℃/35℃。1.1.2建筑能源系統(tǒng)組成。為滿足示范樓冬季采暖溫度19±2℃，夏季25±2℃的指標要求，能源系統(tǒng)由太陽集熱器陳列、太陽能溴化鋰制冷機組、水源熱泵機組、蓄能水池和自動控制系統(tǒng)等幾部分組成。這個系統(tǒng)為天普公司協助中科院廣州能源所完成。示范樓辦公用電部分由50kWp太陽能光伏并網屋頂發(fā)電系統(tǒng)提供，這部分工作以中科院電工所為主，天普公司協作完成。生活熱水系統(tǒng)，全部由安裝在南墻的真空集熱器提供。1.1.3幾項技術創(chuàng)新大型太陽集熱器模塊與建筑斜屋面一體化。結合供采暖和制冷空調的熱源由采光面積1200m2的太陽真空管集熱器提供，真空管集熱器由U型管和熱管兩種組成，將32支真空管半包灌固于硬質聚氨酯泡沫基板中，構成每片4m2的無邊框集熱器模塊，將近300塊模塊無間隙地附貼在斜屋面上。這一工程安裝后已通過兩年考驗。雙端出口的真空管集熱器與建筑南墻一體化結合。示范樓生活熱水由鑲嵌于南墻上的太陽真空管熱水器供應。該熱水器由72個模塊組成，每個模塊采用直徑102mm、長度3.6m的5支半包灌固于聚氨酯泡沫板內。它的特點是雙端開口的螺旋直通儲熱式，不設置水箱，生產熱水與儲存熱水兼于一身，沒有機架和邊框，又能給建筑立面提供外觀裝飾美。日產45℃熱水10t?？蓾M足示范樓24小時熱水供應。1.1.4太陽陽光板和真空集熱器。示范樓一樓中庭屋頂采用被動式太陽房原理，安裝太陽玻璃管式空氣集熱器255m2，中庭南墻安裝150m2太陽空氣集熱器，形成熱緩沖中庭，起到保溫節(jié)能作用，夏季陽光頂玻璃管內的空氣流動，能迅速帶走熱量，降低屋頂溫度和室內冷負荷，冬季輔助加熱室內溫度，降低室內建筑熱負荷。1.1.5大容量地下儲熱水池。示范樓配置的地下儲能水池容積1200m3，冬季儲熱水、夏季儲制冷水。由于儲能水池建于地下，水容量大減少了儲能的耗散，對建筑采暖空調起調節(jié)作用。通過儲能水池對太陽能的儲存中轉，集熱器全年工作，跨季節(jié)儲能，太陽集熱器利用率大大提高。1.2專家組驗收意見太陽能示范樓在運行一年之后于2004年5月20日通過北京市科委組織的專家驗收。驗收意見為“該項目是我國第一個綜合利用太陽能來解決建筑用能問題的建筑示范工程，實現了太陽能的合理利用，可再生能源系統(tǒng)的利用節(jié)約了建筑能源費用支出，降低了常規(guī)能源的消耗，具有較好的推廣價值。”“新能源示范大樓建筑面積8000m2，集成利用了太陽能光熱、光電、自然采光、通風和建筑節(jié)能技術，充分利用建筑屋頂、南立面安裝太陽熱水器、光伏電池板，實現了建筑與太陽能利用結合有益的嘗試。”“新能源示范大樓的設計采用了低溫熱水驅動的溴化鋰吸收式制冷機生產夏季空調冷水，設置了儲能水池調節(jié)負荷，安裝了水源熱泵補充冬夏季太陽采暖空調負荷，采用了真空管空氣集熱器在夏季組織通風、冬季產生熱空氣來解決中廳的熱環(huán)境問題，有效地解決了太陽在建筑空調和熱水供應中的利用問題，有顯著的示范作用，為今后的太陽能與建筑結合利用提供了豐富的借鑒經驗?！靶履茉词痉稑前惭b的50kWp太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與南向玻璃窗、墻面、屋頂融為一體，實現了并網運行和智能檢測、控制，是我國目前與建筑結合裝機容量最大的并網電站工程，示范工程系統(tǒng)在技術上有一定的創(chuàng)新，提供了非常寶貴的經驗”。2《50kWp大型屋頂光伏并網示范電站》國家科技部“十五”科技攻關計劃項目，主持單位：中科院電工所。2.1完成情況2.1.150kWp太陽能電池組件與建筑一體化結合，最大化地利用建筑向陽面，設計了6種不同角度分別在示范樓的樓頂中庭鋼球網架、樓頂花園屋面（替代屋頂）、挑檐及建筑物前庭玻璃幕墻和弧形陽光南窗玻璃。采用的光伏組件包括常見的單晶硅和多晶硅光伏組件，還有國內應用不多的半透明和不透明的多結非晶硅光電池、硅帶電池和光電轉換效率高的硒銦銅光伏電池，以及國際上最新開發(fā)出的與建筑材料相結合的建筑一體化電池組件。在光伏電池玻璃幕墻采用了半透明的組件封裝技術，既滿足了發(fā)電的需要，同時也滿足了采光的需要。在50kWp光伏組件中，屋頂占3/5，玻璃幕墻占2/5。其中晶體硅占73%，非晶硅、硒銦銅電池等占27%。所有光伏組件與建筑完美結合；突出了光伏組件與建筑屋面的雙功效性能，展示了最新光伏發(fā)電技術和安裝技術的多樣性。2.1.2示范電站展示了幾種不同設計思路光伏并網逆變器，有單臺功率較大的20kW集中型逆變器，還有直接與光伏電池組件配套使用的250W光伏逆變器模塊。2.1.3示范電站建立了一套監(jiān)控系統(tǒng)，實時記錄和存儲相關數據。為了滿足向公眾展示的需要，電站監(jiān)測系統(tǒng)使用一塊大屏幕LED顯示屏，實時顯示電站參數（電流、電壓、當前功率、當日發(fā)電量及累計發(fā)電量）和環(huán)境參數（室內溫度、室外溫度、風速、太陽輔射能）2.1.4電站的總體電效率高，供電質量高，安全保護措施完善，運行穩(wěn)定可靠，2003年11月并入黃村鎮(zhèn)公共電網，運行情況良好。當月發(fā)電2500kW·h。估計年發(fā)電量40000kW·h。3專家組驗收意見太陽能光伏示范電站通過了由科學院高技術研究與發(fā)展局組織的專家驗收委員會驗收。驗收意見如下：“并網光伏電站充分考慮了光伏技術與建筑物結合的特點，研究開發(fā)出兼顧光伏發(fā)電和采光性能的玻璃幕墻，實現了光伏組件與建筑的一體化；采用了9種不同材料和封裝工藝的光伏組件，設計了6種不同的安裝角度，為實驗研究不同光伏組件、不同安裝方式的光伏系統(tǒng)發(fā)電性能提供了條件。對與建筑相結合的并網光伏系統(tǒng)推廣起到很好的示范作用。”“該課題研究開發(fā)出20kW集中型并網光伏電站用逆變器樣機，采用了不同種類的光伏組件或不同角度的光伏組件分別連接輸入、分別進行最大功率跟蹤控制的多支路式并網逆變器，小型并網模塊技術；設計開發(fā)出并網光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)”?！肮夥痉峨娬景惭b了數據采集系統(tǒng)，詳細記錄系統(tǒng)的運行數據，對科學的評估并網光伏系統(tǒng)的技術和經濟特性提供了基礎數據”。4《大型太陽能空調示范系統(tǒng)》它是科技部“十五”重點科技攻關計劃項目，由中科院高技術局組織，中科院廣州能源所主持。4.1完成情況這是新能源示范采暖空調的主要供能系統(tǒng)。該系統(tǒng)由與建筑南屋面有機結合的1200m2高效真空管集熱器，200kW太陽能溴化鋰吸收式制冷機組，輔助能源400kW水源熱泵，1200m3儲能水池和遠程數據采集、監(jiān)控系統(tǒng)組成。建筑空調末端采用地板輻射供冷/暖，夏季供冷溫度20℃/25℃，冬季供熱溫度40℃/35℃。冬季采暖期間，優(yōu)先利用太陽能為儲能水池蓄熱，當水溫低于33℃或者處于用電低谷期啟動水源熱泵向儲能水池供熱。設定室內溫度低于18℃或高于20℃時，供能水泵開啟或關閉自動運行。夏季制冷空調期間，優(yōu)先啟動溴化鋰吸收式制冷機，為儲熱水池蓄冷，當水溫高于18℃或者處于用電低谷期，啟動水源熱泵向儲能水池供冷，保持水池水溫。設定室溫高于27℃，或低于23℃時，供能水泵自動開啟或關閉。經過夏、秋、冬三季的運行測試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠、高效，冬夏季節(jié)集熱效率分別達到20%和40%以上，太陽制冷機的制冷能力最高達到了266kW，COP最高超過了0.8，系統(tǒng)總的制冷效率可高達33%，系統(tǒng)以制冷機冷卻水向游泳池加熱，即冷熱并供時系統(tǒng)總的熱利用效率為92%。實踐證明，本系統(tǒng)能夠滿足示范大樓的空調和采暖要求。