项目推荐书-基于生命周期评价的工业建筑太阳能采暖系统节能与减排潜力研究

1、国际铜业协会研究开发项目推荐书基于生命周期评价的工业建筑太阳项 目 名称 能采暖系统节能和减排潜力研究申报单位（盖章）辽宁工业大学主管部 门 辽宁省教育厅申报时间2011年7月一、申请立项理由（包括项目的目的、意义）预计到2020年底，全国房屋建筑面积将达 686亿m2,其中城市为261亿m2, 巨大的增量建筑会给我国的能源消费和环境保护带来更大压力。建筑节能，在满足 建筑环境要求的基础上降低运行能耗，已成为建筑可持续发展的重要课题。工业建 筑在总建筑面积中的比例不大，但其具有能源利用密度低、节能潜力大、易于规模 化使用的特点，因此，工业建筑的节能推广工作将成为建筑节能的一个新的突破口。我国传

2、统采暖系统是由热源（如燃煤锅炉、燃气油锅炉、热化电站等）、热网和室内供暖系统组成。在长期运行中存在着采暖能耗过高、高位能（如煤、燃气、油、 电等）的使用不合理、环境污染严重等问题。解决采暖的节能减排问题可以通过两 种措施：一是开发新型环保可再生能源（太阳能、地能、核能等）；二是提高供暖系 统的能源利用效率。显然， 前者是解决该问题的根本途径，而后者只能是尽可能缓 解化石能源的消耗以及其对环境的污染。在各种可再生能源中，太阳能是最重要的 基本能源。它不仅“取之不尽，用之不竭”，而且是分布广泛、无污染的清洁能源。我 国太阳能资源丰富地区约占国土面积的 96%以上，几乎覆盖了全部有采暖需求的地 区。

3、此外，太阳能还是一种经济性能源，通过低廉的运行费用、长久的使用寿命和 价格的稳定性，使得相比较高的投资费用在短期内收回。北方采暖地区的工业建筑具有采暖负荷和太阳能辐照度匹配性好、容积率适宜等特点，具有安装太阳能供热采暖系统的有利条件。将太阳能采暖和工业建筑相结合，是具有长远发展潜力的可再生能源利用技术，对于改善我国能源结构、缓解能 源短缺和保护生态环境具有重要意义。生命周期评价（LCA）是研究从原材料获得到生产、使用和报废处置等各个产 品生命期（从摇篮到坟墓）对所有可能涉及的环境潜在影响的方法。利用LCA这一有效的环境管理工具，全面的定量评价工业厂房太阳能采暖系统全生命周期的环境 影响和能耗情

4、况，对比分析其节能潜力和减排潜力，可以帮助我们深入理解太阳能采暖系统特性，评估方案优劣，并提供决策支持。以往的研究或针对太阳能采暖的特定系统部件，或以居住建筑为目标，或涉及单一环境影响类型，因此，迫切需要对工业建筑太阳能采暖系统进行全面的评价和 深入的研究。通过本课题的研究可以建立起对工业建筑太阳能采暖系统有效的模拟 方法，揭示产生环境影响和消耗能源的途径和机理，量化节能潜力和减排潜力，同 时通过对我国典型工业建筑太阳能采暖技术的调研分析，为我国工业建筑节能工作 提供数据支持和理论依据。本课题的研究同时具有重要的科学意义和广泛的使用前 景。二、国内、外技术发展现状（主要内容、技术指标、存在问题

5、、发展趋势）1、国外研究发展现状欧洲、北美对太阳采暖系统的研究已有几十年的历史，其内容和重点也在不断 更新：最初强调被动式太阳能利用技术，后来又发展形式多样的主动式太阳能利用 技术，进入21世纪后太阳能热利用的主题内容是太阳能和建筑一体化使用。1978年美国出台了国家节能政策，1990年颁布了大气清洁法案等一系 列可再生能源法律法规，要求对建筑进行进行能源审计；政府对低收人家庭提供补 助，对公共建筑进行节能拨款；对节能建筑实施减税政策。为了积极推进太阳能和 建筑一体化项目进程，1997年后开展了 “百万太阳能屋顶计划”项目，随着这一计划 的实现，太阳能技术的使用将进一步扩大，达到减少温室气体排

6、放、扩展能源选择、 创造工作岗位等目的，给美国带来了相当可观的环境效益和经济效益。欧洲实行的在建筑和城市规划中使用太阳能的欧洲宪章，对城市建设、建 筑环境、建筑材料、建筑使用等方面利用太阳能做出了具体的规定。在相关政策的 刺激下，其市场得到了较大的发展。欧洲太阳能集中供热自上世纪80年代开始研究， 目前在中欧及北欧，如瑞典、丹麦、德国、奥地利等较发达国家建立了大规模的示 范工程。生命周期评价（LCA）是一种对产品、生产工艺以及活动的环境负荷进行评价 的客观过程，它是通过对物质、能量利用以及由此造成的废物排放进行辨别和量化 来进行的，其目的在于评估能量和物质的利用，以及废物排放对环境的影响，同时

7、 寻求改善环境影响的机会，以及如何利用这种机会。为推动全球的环境管理，ISO设定了 ISO14040系列为生命周期评价标准号，制定了生命周期评价的原理及框架、 清单分析、环境影响评价，结果解释的规范和准则。在太阳能采暖领域，引入LCA作为一种有效的环境管理工具，提供了一个系统 的方法，全面的定量评价太阳能采暖系统及相关产品生产系统的冲突；此外， LCA 使得人们的关注点从建筑采暖引起的单一环境问题，转移到综合考虑所有环境问题。 国外在该领域的研究始于本世纪初，希腊学者 G Tsilingiridis等针对太阳能集热器部件进行了生命周期清单分析（LCI）,核算了集热器各个生产过程的环境负荷，并进

8、 行了数据敏感性分析；意大利学者F. Ardente等对太阳能热水生产过程进行了生命周 期分析，并和燃气热水器和电热水器进行了对比分析；美国学者 GA. Keoleian等人 利用LCA对小型别墅采用太阳能采暖系统后温室气体减排的效应进行了核算。从国外相关研究和实践可看出，发达国家对于太阳能采暖技术的研究和使用开 展了大量工作，和LCA方法也有了交叉使用，为技术革新和决策过程提供了依据。 2、国内研究发展现状相对于单纯的太阳能热水供应，我国太阳能采暖技术和工程使用水平较低，其 主要原因在于主动式太阳能采暖系统复杂、设备多、初投资和维护费用较高。随着 国家整体实力和人民生活水平的提高，建筑节能减

9、排工作的不断推进，以及太阳能 集热器等产品性能和质量的改善，自本世纪初，我国主动式太阳能采暖技术开发和 工程使用开始起步。中国太阳能建筑使用发展研究报告中指出，太阳能供热采暖是继太阳能热水之后最有可能在我国普及推广的太阳能热利用技术。在科技部“十一五”科技支撑计划中，太阳能供热采暖综合使用技术的研发和工程 示范已经成为重大科研课题。财政部、建设部的“可再生能源建筑使用示范推广项目” 对太阳能供热采暖工程使用起到了十分巨大的作用。我国目前已建成若干单体建筑 主动式太阳能采暖试点工程，分布在北京、山东、西藏、辽宁等多个省市，如北京 清华阳光办公楼、北京平谷新农村建设项目、拉萨火车站等。在技术上既有

10、蓄热和 常规能源相结合的太阳能供热采暖系统，也有太阳能和地源热泵、生物质能等其他 可再生能源详解和的综合利用系统。辽宁工业大学和锦州森博特新能源技术有限公司联合开发的跨季节蓄热太阳能 采暖工程，是国内第一个已工业厂房为对象的区域性集中太阳能供暖技术。到目前 为止，成功使用于锦州锦恒汽车安全系统有限公司6.58万平方米太阳能采暖工程，覆盖单体建筑10余个；建设完成了沈阳金杯泰丰有限公司、锦州佳得机械有限公司、 锦州康泰润滑油添加剂有限公司太阳能采暖工程、天津锐意泰克汽车电子公司太阳能采暖工程的主体部分，总采暖面积约 6万平方米。止匕外，和宁夏宁沪太阳能科技有限公司、酒泉鑫茂科技风电设备制造有BM

11、公司及万得集团达成了近15万平米的合作协议。近些年，随着LCA方法的成熟以及综合环境管理理念的深入，我国学者开展了 各个领域的生命周期研究。在建筑节能领域，清华大学、西安交通大学、天津大学 等高校的研究者，分别开展了基于 LCA的绿色建筑评估体系研究、建筑材料产品、 热泵系统及建筑垃圾管理的环境负荷核算。我国建筑节能领域的生命周期研究工作 仍处于探索阶段，在数据收集、环境影响评价权重等方面还需要深入研究。3、研究存在的问题从上述分析可见，国内外都十分关注太阳能采暖技术的推广及建筑节能减排评 价模型的发展和使用，但目前存在的诸多研究还不十分成熟，仍然有很多问题值得 研究：(1)大多数研究都是在各

12、自领域内独立开展， 如针对太阳能集热器部件、热泵部 件等，少数研究涉及采暖系统整体，得到的结论也各不相同。主要原因在于原始数 据获得困难，数据来源的差异性较大。(2)研究对象多为民用建筑特别是居住建筑的太阳能供热采暖系统，尚未见到针对工业建筑的研究报道。北方采暖地区的工业建筑具有采暖负荷和太阳能辐照度匹 配性好、容积率适宜等特点，具有安装太阳能供热采暖系统的有利条件。对工业建 筑太阳能采暖系统的节能潜力和减排潜力进行定量分析，有助于该技术的推广。(3)在建筑采暖领域开展的LCA研究多涉及一种或几种环境影响类型，如温室 气体排放、酸化等。然而环境问题是个系统工程，需将关注点从建筑采暖引起的单 一

13、环境问题，转移到综合考虑所有环境问题。虽然建筑太阳能采暖领域的生命周期评价在国外已经开展了相关研究，但由于 生命周期方法是建立在大量的数据基础之上的，如果简单的依据国外经验来决定如 何发展，或者仅仅从局部的角度看问题，所得出的结论将不可避免的偏颇。所以需 要结合我国国情，从全生命周期的角度分析工业建筑太阳能采暖系统的环境负荷和 能耗状况，全面衡量不同采暖策略的优势和不足。三、项目主要内容(具体研究内容、关键技术、创新点)1、具体研究内容针对我国典型工业建筑太阳能采暖技术，利用生命周期方法建立清单数据 库，并结合我省太阳能采暖技术水平，研究工业建筑采暖系统的全生命周期一一 建设、运行维护、能源材

14、料获得及最终处理一一对环境和资源造成的影响，对其节能潜力和减排潜力进行模拟预测，并探究工业厂房太阳能采暖系统优化的途径 和措施。具体讲，本课题的研究内容包括：(1)太阳能采暖领域生命周期方法及关键问题通过文献检索，总结建筑太阳能采暖领域使用生命周期评价的现状及存在的 关键技术问题，结合太阳能采暖过程特点，通过整合数据口径、环境影响评价权 重等因素，构建方法论相融的太阳能采暖领域生命周期评价框架。(2)我国工业建筑典型太阳能采暖系统全生命周期模型考察工业建筑典型太阳能采暖系统的设计、施工、运行、维护、原料获取、能源生产、最终处置等各个单元过程，详细讨论其的能源消耗及环境排放， 并结 合其他部门已

15、有数据，建立适合我国国情的工业建筑典型太阳能采暖系统全生命 周期分析模型。(3)工业建筑太阳能采暖技术优化研究利用建立的分析模型，以辽宁省为例，模拟工业建筑太阳能采暖系统的特性， 综合分析不同优化措施的环境一能耗指标， 提出在工业建筑中推广使用太阳能采 暖技术的模式。2、关键技术(1)太阳能采暖系统实践生命周期研究的关键问题；(2)结合我国技术水平，典型太阳能采暖过程的清单构建；(3)工业建筑典型太阳能采暖系统生命周期模型的构建。3、创新点首次结合我国技术特点，对工业建筑典型太阳能采暖系统进行全生命周期分 析，构建完整的生命周期评价模型，并量化节能潜力和减排潜力，为太阳能采暖 技术及产品的推广

16、使用提供决策支持。四、项目研究的技术路线、阶段目标、进度安排1、技术路线该项目总体技术研究路线如图1所示，以全生命周期的节能潜力和减排潜力为目标，通过对太阳能采暖领域生命周期方法及关键问题的分析， 构建我国工业 建筑典型太阳能采暖技术的全生命周期模型并进行定量分析，结合辽宁地区工业建筑能耗特点，优化太阳能采暖技术并探讨推广模式。 其中，拟构建模型的技术路线如图2所示工业建筑能耗现状工业建筑太阳能采暖现状确定典型太阳能采暖技术关键技术研究应用一 主要路线 型相关引用主要研究内容图1总体技术研究路线用户模块计算模块情景构建基本参数输入系统边界定义情景输入模拟结果显示LCI计算太阳能采暖过程构建模拟

17、结果标准化调整情景单元过程LCI单元过程 成本清单能源及材 料数据环境影响 评价模型数据模块图2拟构建模型的技术路线2、阶段目标和进度安排本课题拟于两年内完成，阶段目标和进度安排如下：2011.10-2012.4对辽宁省工业建筑节能现状进行调查，形成现状调查 报告；2012.5-2012.11:通过文献检索和问卷调查等手段，针对太阳能采暖系 统收集清单分析及数据库建立所需的基础数据，形成阶段报告；2012.12-2013.4:基于生命周期评价，形成初步工业建筑太阳能采暖系 统的节能潜力模型和减排潜力模型，编制模拟软件；2013.5-2013.10:通过实际数据，测试、修改所建立的节能潜力模型和

18、 减排潜力模型，识别工业建筑太阳能采暖系统各过程(或部件)对于节能及减排 的贡献，提出系统优化建议，形成阶段报告。五、项目的工作基础和主要设备条件(负责单位、合作单位及其分工情况和主要基础条件)1、负责单位本项目的承担单位为辽宁工业大学土木工程和建筑学院。辽宁工业大学土木 建筑工程学院在太阳能和建筑一体化领域建立了覆盖前沿研究、基础研究、使用研究、示范研究平台；建有暖通空调实验室、跨季节蓄热太阳能采暖系统实验平 台（和锦州森博特新能源有限公司合作）、建筑材料实验室、土壤源/水源热泵综 合利用实验室；在太阳能热利用技术、北方主动式太阳能建筑、可再生能源在建 筑中规模化利用等领域开展了理论和试验研究，并进行了大量的技术开发和示范 工程，成果显著，先后承担国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金、 住建部及 辽宁省教育厅等科学研究项目十余项，获得 2个发明专利，发表70多篇文章， 获得省部级奖励2项。六、预期成果内容、