La dirección del desarrollo y las contramedidas de la aplicación de edificios con energía solar a la práctica de gestión (1)
1. La energía solar es una fuente de energía limpia inagotable e inagotable en el campo de las aplicaciones de construcción solar en mi país. Es una de las fuentes de energía más prometedoras que los humanos pueden esperar después del siglo XXI. La aplicación de la energía solar en edificios es un campo práctico con potencial de desarrollo para aplicaciones de energía solar en esta etapa. Los edificios modernos deben tener una serie de funciones como calefacción, aire acondicionado, suministro de agua caliente y suministro de energía (incluida la iluminación y los electrodomésticos) para satisfacer los requisitos de confort y las necesidades de uso de los residentes. El objetivo general de la investigación científica, la tecnología, el desarrollo de productos y las aplicaciones de ingeniería en el campo de las aplicaciones solares en edificios es utilizar la energía solar para reemplazar las fuentes de energía convencionales para satisfacer los requisitos funcionales de los edificios mencionados anteriormente. Con la mejora y el avance continuos de la tecnología de energía solar en el mundo, estrictamente hablando, los edificios solares deberían poder utilizar energía solar para satisfacer la mayor parte del suministro de energía requerido para el confort de los ocupantes y las funciones de uso, es decir, lograr una utilización integral de la energía solar. energía en los edificios. En la actualidad, nuestro país sólo puede utilizar parcialmente la energía solar en los edificios. Todavía hay muchos problemas que deben resolverse en términos de racionalidad y practicidad. En comparación con el nivel avanzado del mundo, todavía existe una gran brecha, especialmente en las aplicaciones prácticas de ingeniería. . En la actualidad, en el campo de las aplicaciones de construcción solar en mi país, la tecnología más madura, la más utilizada y el desarrollo industrializado más rápido son los calentadores de agua solares domésticos, seguidos de los sistemas solares de calentamiento de agua de calefacción pasiva, la calefacción solar, Se han construido proyectos de demostración integrados en edificios, pero el nivel de aplicación a gran escala es muy bajo. En general, la integración de sistemas de captación solar térmica y edificios, el uso integral de agua caliente solar, calefacción y aire acondicionado en edificios, y el uso integral de tecnologías solares térmicas y fotovoltaicas son actualmente las principales áreas de aplicación y tecnologías para edificios solares. en mi país la dirección del desarrollo.
2. El objetivo de desarrollo en el campo de la aplicación de edificios solares es alcanzar el nivel avanzado internacional, construir varios edificios de demostración para la utilización integral de la energía solar, promoverlos y popularizarlos sobre la base del establecimiento de modelos típicos. ejemplos y promover el desarrollo sostenible de la economía nacional. Este es el objetivo general de desarrollo para el campo de las aplicaciones de construcción solar en mi país en el futuro. Por lo tanto, debe implementarse paso a paso basándose en factores que influyen integralmente, como el progreso tecnológico y el nivel económico: primero completar la integración en el edificio de calentadores (sistemas) de agua solares con la tecnología más madura y las aplicaciones de ingeniería más utilizadas, luego la energía solar térmica. utilización: calefacción y aire acondicionado, y Desarrollo y aplicación de ingeniería de la utilización integral de luz, calor y energía fotovoltaica para el suministro de energía, calefacción y aire acondicionado, primero, desarrollar tecnologías individuales integradas en edificios y productos relacionados, luego construir proyectos de demostración, y Finalmente lograr la popularización de la utilización integral de edificios de energía solar.
2. Historia y situación actual de la aplicación de energía solar en la construcción en China.
1. Calentador de agua solar (sistema) El desarrollo y utilización de calentadores de agua solares en mi país comenzaron en 1958. El primer calentador de agua solar fue desarrollado por el Instituto de Diseño Arquitectónico de Beijing y utilizado en los baños públicos de la Granja Tiantanghe en Beijing. Sin embargo, se desarrolló lentamente hasta la crisis energética que azotó al mundo a finales de los años 1970, provocando la energía renovable representada por la energía solar. convertirse en carbón, alternativas a las fuentes de energía fósiles como el petróleo. A lo largo de los años, gracias al apoyo político del gobierno chino para el uso de nuevas energías y los esfuerzos diligentes de los trabajadores científicos y tecnológicos, la industria del agua caliente solar, como industria emergente, se ha desarrollado rápidamente al insistir en transformar los resultados de la investigación científica en productividad. y adherirse a la integración de la industria, la academia y la investigación. Beijing Tsinghua Sunshine Energy Development Co., Ltd., una de las "10 principales empresas chinas de innovación independiente en ciencia y tecnología (solar)" seleccionadas en esta encuesta, es un representante típico en este sentido. La empresa ganó el "Segundo Premio del Premio Nacional al Progreso en Ciencia y Tecnología", inventó el proceso patentado de recubrimiento selectivo solar AL-N-AL con derechos de propiedad intelectual independientes y creó y desarrolló la industria de colectores solares de tubos de vacío de mi país. Por lo tanto, en la Conferencia Mundial de Energía Solar de 2005, la industria de calentadores de agua solares de China se ha desarrollado rápidamente desde finales de la década de 1990, con una producción que aumentó de 3,5 millones de m2/año en 1998 a 150.000 m2/año en 2005. En 2005, la capacidad instalada total de Los calentadores de agua aumentaron de 1998 a 75 millones de m2/año en 2005. El agua caliente solar cuesta igual o menos que el agua caliente calentada por electricidad o gas/gas natural. Estos han sentado las bases para un mayor desarrollo de sistemas/calentadores de agua solares en China.
Sin embargo, durante mucho tiempo, los usuarios compraban e instalaban calentadores de agua solares después de que se construyeran las casas. Con la creciente popularidad de los calentadores de agua solares en las ciudades, gradualmente han ido surgiendo una serie de problemas y contradicciones causados por este método de uso, especialmente el impacto y daño en la apariencia de los edificios y funciones relacionadas de las casas, lo que ha causado directamente en algunas ciudades, comunidades. y La unidad ha emitido reglamentos de gestión que prohíben la instalación de calentadores de agua solares, lo que ha restringido seriamente el desarrollo posterior de los calentadores de agua solares. Por lo tanto, los calentadores/sistemas de agua solares deben integrarse en los edificios, lo que ha creado conciencia entre la academia, la industria y la industria de la construcción sobre la utilización de la energía solar, y ha sido fuertemente apoyado por agencias gubernamentales en todos los niveles, como el Fondo Nacional de Desarrollo y Reforma. Comisión, el Ministerio de la Construcción y los departamentos de construcción provinciales y municipales, y lograron avances sustanciales durante el período del "Décimo Plan Quinquenal".
Durante el período del "Décimo Plan Quinquenal", los proyectos científicos y tecnológicos nacionales y los proyectos de cooperación internacional relacionados lograron una serie de resultados importantes. Con base en el progreso tecnológico de los productos originales, mediante el rediseño del sistema, tanque de agua, componentes de soporte y control, así como el control de calidad de seguridad, confiabilidad, estabilidad y durabilidad del producto, se ha mejorado el rendimiento de los colectores solares existentes. Adaptabilidad de la integración del edificio. Colectores solares de componentes de construcción desarrollados con éxito, como paneles térmicos Xinyuan, se han construido en varios lugares, sentando un ejemplo para la implementación de la integración de edificios y acumulando experiencia, como Yunnan Lijiang Dianxi Pearl Hotel, Kunming Hongta Jindianyuan Community, Hongzhuyuan Community. en el condado de Mengzi, Yunnan, Jade Garden Community en Nanning, Green Garden Community en Changdao, Hangzhou, etc. Las "10 principales empresas chinas de innovación independiente (energía solar) en tecnología de construcción" seleccionadas en esta encuesta: Shandong Huangming Solar Energy Co., Ltd. y Kunming Xinyuan Sunshine Technology Co., Ltd. son proveedores de productos y socios de diseño y construcción de proyectos de estas. proyectos de demostración.
El proyecto nacional de investigación científica y tecnológica del "Décimo Plan Quinquenal" "Integración y demostración de tecnología completa de calefacción y refrigeración solar" también ha completado el desarrollo de un software de diseño de sistemas solares de calentamiento de agua integrados en edificios y la compilación. de atlas estándar. El posicionamiento funcional del software de diseño es servir al diseño de ingeniería, que incluye: base de datos meteorológica, base de datos de parámetros de rendimiento del colector solar/calentador de agua, base de datos gráfica basada en prácticas de construcción de edificios y cuatro bloques de funciones de cálculo de diseño de optimización. Tiene funciones como cálculo de carga, diseño de sistemas, selección de equipos y análisis de beneficios económicos, que resolverán eficazmente el problema actual de falta de parámetros básicos y bases para el diseño del sistema.
Durante el periodo del “Décimo Plan Quinquenal”, financiado por el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) y autorizado por la Administración General de Supervisión de la Calidad, Inspección y Cuarentena y la Administración Nacional de Certificación y Acreditación, dos Se establecieron centros nacionales de supervisión e inspección de calidad para calentadores de agua solares en China, respectivamente, en la Academia de Investigación de la Construcción de China (Beijing) y en el Instituto de Investigación de Inspección y Supervisión de la Calidad del Producto Provincial de Hubei (Wuhan). Desde su creación, los dos centros han completado tres años de supervisión de la calidad de los productos nacionales e inspecciones puntuales, así como importantes tareas de inspección como la certificación de productos y el arbitraje de la calidad de los productos. Han desempeñado un papel importante en la mejora de la calidad del agua y los colectores solares. productos calentadores y promover el progreso tecnológico en la industria; los parámetros de rendimiento del producto obtenidos mediante inspección centralizada también se pueden utilizar como una base importante para el diseño del sistema. Las “Especificaciones Técnicas para la Aplicación de Sistemas Solares de Agua Caliente en Edificios Civiles” financiadas por la Fundación de las Naciones Unidas (FNU) y aprobadas por el Departamento de Normas y Cuotas del Ministerio de la Construcción se implementaron oficialmente en junio de 2006 con el apoyo de la misma. También se ha publicado el Proyecto UNF. Manual Técnico del Sistema Solar de Agua Caliente. Además, se han compilado y distribuido algunos dibujos de diseño estándar. La finalización y aplicación de estas normas, especificaciones, manuales y atlas mejorarán en gran medida el nivel de diseño y construcción de los sistemas de calentamiento de agua solar integrados en edificios en mi país, haciendo que todo el proceso de los sistemas de calentamiento de agua solares integrados en edificios sea factible.
En términos de políticas y regulaciones, con la implementación formal de la Ley de Energía Renovable del 5438 de junio al 1 de octubre de 2006, varios departamentos locales han formulado sucesivamente los detalles de implementación correspondientes, incluidos aquellos relacionados con la utilización de energía solar caliente. Las regulaciones del agua han logrado grandes avances en comparación con el pasado. Algunas ciudades en algunas regiones han propuesto en forma de regulaciones locales que los nuevos edificios por debajo de cierta altura deben instalar sistemas solares de agua caliente, como Dalian, Shenzhen, etc. para regular la utilización de agua caliente solar
Sin embargo, el desarrollo de la integración en edificios de sistemas solares de agua caliente en varios lugares es desigual y existen algunos malentendidos.
La mayoría de los institutos de diseño arquitectónico y promotores inmobiliarios no prestan suficiente atención a los sistemas solares de calentamiento de agua integrados en los edificios, y algunos fabricantes de calentadores de agua solares aún se mantienen en el concepto sin invertir esfuerzos sustanciales. Hay muchas razones para esto. Una de las razones es que el mercado de calentadores de agua solares de China es actualmente altamente competitivo, pero las ventas aún son fuertes; la integración de edificios ha planteado requisitos más altos para la calidad funcional de los colectores solares. Es difícil invertir capital y tecnología en la transformación de productos o en el desarrollo de nuevos productos, y habrá falta de motivación en las condiciones actuales del mercado. La segunda razón es que los institutos profesionales de diseño arquitectónico, como organismo principal del diseño arquitectónico, básicamente no han participado en el diseño de sistemas solares de agua caliente en el pasado, no están familiarizados con los sistemas de captación solar térmica y carecen del diseño básico necesario. parámetros. Esto deja a los diseñadores abrumados y conduce a una falta de entusiasmo por diseños infundados.
La tercera razón es que la inversión inicial en sistemas solares de calentamiento de agua integrados en los edificios debe ser asumida por los promotores inmobiliarios. Si el aumento de los costes de desarrollo no puede impulsar simultáneamente las ventas de viviendas, afectará al entusiasmo de los promotores.
2. Calefacción solar y aire acondicionado Según la terminología internacional, los métodos de calefacción solar se pueden dividir en dos categorías: activos y pasivos. El tipo activo es un sistema de calefacción solar de circulación forzada compuesto por colectores solares, tuberías, ventiladores o bombas, equipos terminales de disipación de calor y dispositivos de almacenamiento de calor. El tipo pasivo se basa en la disposición razonable de la orientación del edificio y el entorno circundante, así como también. el ingenioso procesamiento del espacio interior y la forma exterior, la selección adecuada de materiales y estructuras de construcción, la recogida, el mantenimiento, el almacenamiento y la distribución de la energía solar térmica en invierno, solucionando así el problema de la calefacción de los edificios. Una casa construida utilizando los principios de la calefacción solar pasiva se llama casa solar con calefacción pasiva. Los sistemas de calefacción solar activa los completan principalmente ingenieros de HVAC, mientras que los arquitectos completan principalmente las salas solares de calefacción pasiva.
Debido a la complejidad del sistema de calefacción solar activa y al gran número de equipos, la inversión inicial y los costes de mantenimiento periódico son superiores a los de la calefacción solar pasiva. China es un país en desarrollo con un desarrollo económico relativamente atrasado. En función de las condiciones nacionales, la política adoptada en el pasado fue dar prioridad al desarrollo de la calefacción solar pasiva. En 1977, se construyó la primera casa solar con calefacción pasiva de China en el condado de Minqin, provincia de Gansu. Después de más de 20 años de arduo trabajo, China ha formado teorías y diseños con características chinas sobre la base de la introducción, digestión y absorción de las tecnologías de construcción solar del mundo a través del "Sexto Plan Quinquenal", el "Séptimo Plan Quinquenal" y "Octavo Plan Quinquenal" proyectos nacionales de ciencia y tecnología, métodos de construcción, prueba y evaluación. Limitado por el nivel económico, el desarrollo de sistemas activos de calefacción solar en mi país ha sido relativamente lento. Sólo en los últimos años se han completado algunos proyectos experimentales y de demostración, como el proyecto de calefacción solar por suelo radiante de la estación de tren de Lhasa y el edificio de oficinas. de la Compañía de Energía Solar Tsinghua. La popularidad de este tipo de sistema de calefacción solar no radica en la tecnología de calefacción por colectores en sí, sino en el alto coste de inversión. El exceso de agua caliente en primavera, verano y otoño debe solucionarse mediante tecnología de almacenamiento de energía estacional y su utilización integral en todo el año. año.
Dado que la demanda de aplicación de los acondicionadores de aire coincide con el suministro de energía solar, es decir, cuanto más caluroso sea el clima, mayor será la necesidad de utilizar aires acondicionados y, por lo tanto, mayor radiación solar. Los aires acondicionados solares son las primeras aplicaciones de energía solar en mi país. A finales de la década de 1970, la investigación en mi país sobre la aplicación de la energía solar en los edificios acababa de comenzar y muchas unidades domésticas comenzaron a dedicarse a la investigación y el desarrollo de sistemas solares de refrigeración y aire acondicionado. Entre ellos, el dispositivo experimental de refrigeración por absorción de amoníaco solar o absorción de bromuro de litio desarrollado con éxito por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, la Universidad Jiao Tong de Shanghai y el Instituto de Aire Acondicionado de la Academia de Ciencias de la Construcción de China se ha puesto en operación de prueba, proporcionando una Referencia útil para que el posterior sistema de aire acondicionado solar entre realmente en la práctica de la ingeniería.
Durante el Noveno Plan Quinquenal se completaron dos proyectos de demostración de aire acondicionado solar: el sistema de agua caliente de aire acondicionado solar diseñado por el Instituto de Investigación Energética de Guangzhou de la Academia de Ciencias de China para el edificio del Banco de Construcción en Jiangmen Ciudad, provincia de Guangdong, y el sistema de agua caliente de aire acondicionado solar construido por el Instituto de Investigación de Energía Solar de Beijing en la ciudad de Rushan, provincia de Shandong. Sistema de demostración integral para aire acondicionado y calefacción de absorción solar en los últimos años, proyectos de demostración de aire acondicionado solar como; Se han completado el edificio de oficinas del Instituto de Investigación de Energía Solar de Beijing y el parque de software Tianjin Haitai. El colector solar enfocado desarrollado por Yuanda Air Conditioning Co., Ltd. que puede proporcionar agua caliente a alta temperatura de 140 °C es un producto clave adecuado para sistemas de aire acondicionado solares. Se han completado varios proyectos piloto en el país y en el extranjero. Además, la tecnología de aire acondicionado con bomba de calor que utiliza de manera integral la energía solar y la energía geotérmica siempre ha sido un punto caliente en la investigación y el desarrollo científicos.
Los principales problemas en la aplicación de ingeniería de la tecnología de aire acondicionado solar son la alta inversión y la gran superficie de colectores solares. La popularización de esta tecnología depende del desarrollo y reducción de costes de los captadores solares de media y alta temperatura.
3. Tecnología fotovoltaica Las células solares en los edificios solares se combinan con la envolvente del edificio o los materiales de construcción. Los módulos fotovoltaicos se montan en tejados y paredes en forma de vidrio fotovoltaico o como parte de la envolvente del edificio. Los edificios solares que utilizan tecnología de generación de energía fotovoltaica conectada a la red para proporcionar consumo de energía a los edificios residenciales se han convertido en un punto caliente en la utilización de energía solar en el mundo en los últimos años. En los países desarrollados se ha construido y puesto en funcionamiento un número considerable de estos edificios solares, pero en China todavía están en sus primeras etapas. Aunque después de décadas de esfuerzos, junto con el Proyecto de Generación de Energía Fotovoltaica de Guangming implementado por el país en los últimos años para resolver el problema del suministro de energía rural en áreas remotas, la tecnología solar fotovoltaica de China ha alcanzado un alto nivel de desarrollo y escala industrial, pero debido a la fortaleza económica del país Todavía existe una gran brecha entre China y los países desarrollados en términos de integración con aplicaciones de arquitectura e ingeniería.
En la actualidad, la capacidad de producción anual de módulos solares fotovoltaicos de mi país es de 150 MW/año y la producción anual es de 100 MW/año. A finales de 2004, se habían instalado 60.000 kilovatios de células solares fotovoltaicas en todo el país, entre los cuales el proyecto de demostración de generación de energía fotovoltaica conectada a la red era el proyecto de 1 MW del Jardín Internacional y Parque de Exposiciones de Flores de Shenzhen. Debido a que la inversión inicial de este tipo de edificio es muy cara, llevará mucho tiempo promocionarlo en China.