低碳建筑技術(shù)思考與實踐

葉水泉

（杭州國電能源環(huán)境設(shè)計研究院，杭州 310030）

低碳建筑技術(shù)思考與實踐

葉水泉

（杭州國電能源環(huán)境設(shè)計研究院，杭州 310030）

介紹了我國化石能源與經(jīng)濟發(fā)展的基本現(xiàn)狀，論述了加快低碳經(jīng)濟、低碳建筑發(fā)展的必要性，提出低碳建筑發(fā)展是一項保護自然環(huán)境、全民參與的系統(tǒng)工程。結(jié)合工程實踐，介紹了低碳建筑技術(shù)的價值和應用情況，在實踐過程中應防止建筑領(lǐng)域盲目高技術(shù)、高投入的“低碳化”；結(jié)合生態(tài)保護、建筑風水設(shè)計，選擇合理的建筑圍護結(jié)構(gòu)和機電技術(shù)，回歸人與自然的和諧發(fā)展才是低碳建筑的科學發(fā)展之路。從低碳建筑技術(shù)層面就杭州加快低碳城市建設(shè)提出了建議。

低碳建筑；建筑節(jié)能；熱泵蓄能耦合；物聯(lián)網(wǎng)

人類能源消費過度依賴于化石能源，造成環(huán)境污染，導致全球氣候變暖、冰山融化、海平面上升、沙漠化日益擴大等現(xiàn)象不斷出現(xiàn)，自然災害頻繁發(fā)生。減少溫室氣體的排放，治理大氣環(huán)境，防止污染已成為人類共識，世界各國都在尋求新的能源發(fā)展戰(zhàn)略。

在我國，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，化石能源消費同樣高速增長。自1949年新中國成立到1990年，大約用了40年時間達到年消耗煤炭1×109t的水平。而達到年消耗2×109tce，也就是第2個1×109tce增量的實現(xiàn)僅用了14年的時間，第3個1×109tce增量只用了5年時間。與之相對應的電力發(fā)展也同樣高速。自新中國成立到1987年，全國建成發(fā)電裝機總?cè)萘?00 GW共用了38年時間，而實現(xiàn)第2個新增100 GW僅用了7年時間，第3個100 GW只用了5年時間，第4個100 GW用了4年時間，第5個100 GW用了不到2年。2007年后，每新建100 GW的發(fā)電能力耗時不到1年。至2009年底，我國發(fā)電裝機總?cè)萘砍?00 GW，位居世界第二。一方面，30年改革開放我們?nèi)〉昧司薮蟮慕?jīng)濟成就；另一方面，這些成就的取得卻主要依賴于能源高消耗、環(huán)境高污染、勞動力低價格、產(chǎn)品高出口的經(jīng)濟發(fā)展模式。2009年世界金融危機再次警示：現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟發(fā)展方式已難以為繼，經(jīng)濟發(fā)展必須遵循科學規(guī)律。在新的發(fā)展形勢下，中國政府發(fā)布了《關(guān)于積極應對氣候變化的決議》，及時提出要立足國情發(fā)展低碳經(jīng)濟，要建設(shè)低碳型工業(yè)、建筑和交通體系，創(chuàng)造以低碳排放為特征的新的經(jīng)濟增長模式，促進經(jīng)濟發(fā)展向高能效、低能耗、低污染、低排放模式轉(zhuǎn)型，為實現(xiàn)我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供新的不竭動力。

1 低碳建筑思考與對策研究

根據(jù)美國環(huán)?？偸?008年報告，在溫室氣體排放中，建筑業(yè)占38%以上，這個比例在城市更高，大約60%的碳排放源于建筑。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國每建成1 m2房屋，約釋放0.8 t碳。聯(lián)合國政府間氣候?qū)ｉT委員會評估報告認為，低碳建筑是減少溫室氣體排放“最具性價比”的領(lǐng)域，將引領(lǐng)未來城市建設(shè)的新趨勢。顧名思義，低碳建筑是指在建筑材料與設(shè)備制造、施工建設(shè)和建筑物使用的整個生命周期內(nèi)，減少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量。其主要技術(shù)路線是減少建筑能源消耗、提高各類能源在建筑壽命期中使用效率以及大力開發(fā)利用可再生新能源。

建筑能源消耗和提高能源使用效率均屬于建筑節(jié)能范疇，是一項涉及政治、經(jīng)濟、社會生活等各方面，與社會大眾的價值觀、文化理念、生活方式、社會公平、工程技術(shù)等多方面密切相關(guān)的全社會行動。

在中國，首先政府必須高度重視，通過宣傳、教育和表率作用，提高全民節(jié)能意識；其次，建立完善的建筑節(jié)能法律、法規(guī)和技術(shù)標準體系，對全社會進行有效約束；最后，要學會與自然和諧相處并不斷創(chuàng)新技術(shù)，注重生態(tài)環(huán)境的保護和規(guī)劃設(shè)計。建筑設(shè)計中應對建筑外圍護結(jié)構(gòu)、遮陽結(jié)構(gòu)、日照與采光、自然通風、隔聲降噪、室內(nèi)空氣質(zhì)量、建筑材料等進行合理布局；建筑機電系統(tǒng)應正確選擇采暖通風空調(diào)、變配電、綠色照明、基于能源精確計量管理的樓宇自動控制、給排水及水資源的合理利用、建筑智能化等機電技術(shù)。由此可見，低碳建筑是一項全民參與的復雜的系統(tǒng)工程。

建筑通常分為民用建筑和工業(yè)建筑，其中民用建筑又分為居住建筑和公共建筑。以杭州市為例，2006年民用建筑總消耗電量為3.18 TWh，占全社會總用電量的24.2%；而對應的空調(diào)用電負荷和用電量分別為1.2 GW和1.07 TWh，分別占全社會當年用電最大負荷及總用電量的49.5%和6.7%。另有資料表明，2006年杭州市居住建筑單位建筑面積年耗電量約為30 kWh/m2，而公共建筑單位建筑面積的年耗電量為70～300 kWh/m2，是居住建筑的2～10倍，公共建筑節(jié)能潛力明顯大于居住建筑。杭州市建筑能源消耗呈如下特點：

（1）建筑用電量占社會總用電量24.2%，計及其他能源消耗，建筑能耗約占社會總能耗30%，與全國平均水平同步，其節(jié)能潛力巨大。

（2）從建筑空調(diào)用電情況可以看出：①空調(diào)用電是造成城市夏季高峰用電緊張的主要原因；②建筑空調(diào)用電負荷與用電量占全社會最大用電負荷和總用電量的百分比相差懸殊，說明了杭州市大量建筑采用了效率不高的分散式小型分體空調(diào)；③大量建筑照明、待機能耗等被白白浪費。

（3）公共建筑節(jié)能潛力遠大于居住建筑，建筑能源以電力、燃油和燃氣為主，基本沒有涉及新能源。

由此可見，低碳經(jīng)濟的關(guān)鍵在低碳城市，低碳城市的關(guān)鍵在低碳建筑，低碳建筑的關(guān)鍵在于保持良好的生態(tài)。充分利用建筑風水，合理設(shè)計建筑形態(tài)和圍護結(jié)構(gòu)，盡量利用自然能源減少建筑能源需求。當前，建筑節(jié)能的主要矛盾是公共建筑節(jié)能，其次是住宅、工業(yè)建筑。采用合理技術(shù)措施均衡電力需求，積極開發(fā)使用新能源，重視建筑運行維護，積極推進合同能源管理等，將成為低碳建筑發(fā)展的新模式。

2 低碳建筑技術(shù)實踐與探索

目前，一些廣受關(guān)注的低碳建筑常用技術(shù)如表1所示。應該充分考慮建筑物所在地的氣候區(qū)域、建筑生態(tài)環(huán)境、建筑物功能定位、當?shù)啬茉凑咭约爱數(shù)厝宋牧曀椎?，綜合設(shè)計選擇使用。下面以建筑機電技術(shù)為例，介紹幾個典型項目的節(jié)能成效。

項目1。上海世博中心位于黃浦江邊，是2010年上海世博園區(qū)核心永久建筑之一，總建筑面積1.42×105m2，夏季空調(diào)冷負荷13 000 kW，冬季熱負荷8 860 kW，采用江水源熱泵+冰（水）蓄冷技術(shù)。選用RUNPAQ納米導熱復合盤管蓄冰裝置10臺，蓄冷量7 200 Rth；水蓄冷利用900 m3消防水池，蓄冷量1 900 Rth。2010年2月項目安裝調(diào)試完成并投入運行，經(jīng)比較，項目減少制冷裝機容量30%，減少制冷用冷卻塔，全年節(jié)水6.7×104t，節(jié)約運行費用305萬元，夏季轉(zhuǎn)移高峰電力880 kW，年轉(zhuǎn)移高峰電量1.9 GWh，年直接節(jié)煤6 800 t，減排煙氣2.1×108m3、二氧化碳3.4×104t。該項目是目前國內(nèi)唯一獲得綠色三星和美國LEED雙證的大型公共建筑，為“城市讓生活更美好”的世博主題增光添彩。

項目2。安徽合肥大劇院位于合肥市政務(wù)文化新區(qū)科技綠軸西側(cè)，建筑面積6×104m2，主要由戲劇廳、音樂廳、多功能廳等部分組成。該項目的特點是生態(tài)節(jié)能，設(shè)計中嚴格按照國家公共建筑節(jié)能設(shè)計標準進行，一是外墻采用雙真空玻璃膜墻；二是屋蓋采用加厚巖棉金屬體系，起到良好的保溫隔熱隔音效果；三是舞臺余熱回收技術(shù)，將舞臺、燈光產(chǎn)生的大量熱能回收，用于劇場空氣除濕，提高空氣品質(zhì)；四是采用太陽能熱水系統(tǒng)，滿足大劇院日常管理和演出時的生活熱水；五是采用太陽能光伏系統(tǒng)，將太陽能有效轉(zhuǎn)化為電能以滿足劇院燈光照明需求；六是光導管系統(tǒng)，導入自然光，以解決地下車庫和陰暗房間白天的工作照明，節(jié)約用電；七是空調(diào)冷熱源采用熱泵蓄能耦合技術(shù)，利用天鵝湖的天然蓄熱散熱功能作為熱泵的熱匯，建筑物夏季空調(diào)冷負荷5 515 kW，冬季熱負荷4 842 kW。采用湖、水源熱泵+冰蓄冷系統(tǒng)，選用RUNPAQ納米導熱復合盤管蓄冰裝置4臺，蓄冰量8 900 Rth。與常規(guī)空調(diào)相比減少制冷裝機容量30%，省去制冷用冷卻塔，年節(jié)約水2.5×104t。夏季轉(zhuǎn)移高峰電力500 kW，年轉(zhuǎn)移高峰電量1.5 GWh，節(jié)約運行電費約110萬元。冬季水源熱泵運行節(jié)煤3 300 t，減排煙氣1×108m3、二氧化碳1.6×104t。該項目被評為國家建設(shè)部“建筑節(jié)能試點示范項目”。

表1 低碳建筑常用技術(shù)

3 促進杭州低碳城市建設(shè)的幾點建議

基于對低碳城市和低碳建筑的思考與實踐，杭州市率先建設(shè)低碳城市具有得天獨厚的有利條件，低碳建筑是其最重要的抓手之一。為杭州市低碳建筑更加科學快速發(fā)展，建議加快推進以下工作。

（1）根據(jù)國家建筑節(jié)能、綠色建筑、新能源應用等方面的法規(guī)體系，制訂相應實施細則，建立與之配套的科學實用的檢測、評估、管理、監(jiān)督體系，以提高建筑節(jié)能工作的執(zhí)行力，引領(lǐng)建筑節(jié)能工作走在全國前列。

（2）建立建筑能耗報告、分析、評比公示制度。強制要求新建筑裝設(shè)能量分項計量管理系統(tǒng)，對原有建筑制定計劃，逐步加裝能量分項計量管理系統(tǒng)，不斷提高建筑運行維護水平。

（3）研究制定更加合理的能源消費價格政策，實行超標準消耗能源加價或低于標準消耗能源給予補貼，提高企事業(yè)單位推進建筑節(jié)能工作的積極性。

（4）加大電力峰谷差價，制定用電優(yōu)惠政策，鼓勵建筑空調(diào)系統(tǒng)幫助電網(wǎng)進行移峰填谷，減少夏季高峰用電壓力。如杭州市近3年公共建筑年均增長2.88×106m2，采用以上技術(shù)每年至少可減少100 MW的電力需求，占全市年電力增長的43%，可節(jié)省電力投資10多億元，同時減少變電站占地面積，緩和用地拆遷矛盾。

（5）制訂相關(guān)政策，鼓勵單體建筑大于1×105m2或單個項目大于2×105m2的建筑綜合體，采用區(qū)域供冷或分布式能源熱電冷三聯(lián)供技術(shù)。

（6）鼓勵錢塘江兩岸沿江建筑采用江水源熱泵為建筑物提供冷熱源服務(wù)，可參照國家有關(guān)可再生能源政策，給予經(jīng)濟補助。

（7）利用各類經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建筑屋面規(guī)模成群優(yōu)勢，實現(xiàn)光伏發(fā)電的集約化發(fā)展。建議政府租用園區(qū)建筑屋面引進新能源投資者，爭取國家補助，大規(guī)模建設(shè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

（8）修訂政府及事業(yè)單位水電費預算管理辦法，鼓勵以合同能源管理模式對既有公共建筑進行節(jié)能改造和管理運行委托。

：

［1］仇保興.綠色建筑（2010）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：40-52.

［2］劉月琴.基于物聯(lián)網(wǎng)的辦公樓能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)分析［R］.杭州：杭州源牌環(huán)境科技有限公司2009年研究報告.

Thinking and practice of low?carbon building technology

YE Shui?quan
（Hangzhou State Power Energy Environment Design&Research Institute，Hangzhou 310030，China）

This paper presents the basic status of fossil ener?gy and economic development in China，discusses the necessity of speeding up the development of low?carbon economy and building，puts forward that low?carbon building is a systemic project which is unified with nature protection and all?people participation；Com?bined with engineering practice，the value and application of low?carbon building technology are introduced.In practice，high?tech and high?input low?carbon should be avoided in construction field；Combined with ecological protection and geomancy design，choos?ing reasonable building envelop and electromechanical technology and returning to the harmonious development of man and nature is the scientific development road of low?carbon building；Finally，from technology level，the author makes suggestions on accelerat?ing the development of low?carbon building in Hangzhou.

low?carbon building；energy saving building；coupled heat?pump and energy?storage；internet of things technology

TK018；TU111.195

C

1009-1831（2010）06-0002-03

2010-08-26