碳中和背景下的新型建筑能源供應方案探究

張雪

摘要：碳達峰和碳中和是未來中國發展戰略的重要目標，是實現中國經濟發展可持續的關鍵目標。建筑領域的能源消耗非常大，過去二十年內，中國城鎮化發展帶動了建筑規模的快速增長，無論是建材生產和運輸、建筑施工、建筑運行中所產生的能耗問題和污染問題都非常嚴重。基于碳中和背景，本文將重點從充分利用可再生能源、提升建筑冷熱供應、能耗監控平臺等方面進行分析，并提出新型建筑能源供應的有效方案，以期為碳中和背景下的新型建筑能源供應提供參考。

關鍵詞：碳中和；新型建筑；能源供應；方案設計

DOI：10.12433/zgkjtz.20232045

一、新型建筑能源消耗的主要方式

（一）建筑能源消耗的兩種方式

建筑領域中能源的消耗絕大多數存在于建筑建造和建筑運行階段。（1）建筑建造階段。主要耗能有建材生產耗能和建造過程耗能兩部分，建材生產中會直接消耗能源產生二氧化碳，而建材應用和建造過程中，不會直接產生二氧化碳，但在建材運輸等環節會間接產生污染。（2）建筑運行階段。根據《民用建筑能耗標準》（GB/T51161-2016）的相關規定，維持建筑環境的用能和建筑內的活動用能都屬于建筑運行用能。建筑運行階段中，主要的能源消耗與住宅用途和所處的環境有關。如，城鎮住宅與農村住宅能源消耗方式不同，城鎮住宅側重于天然氣能源、電能的消耗，農村住宅側重電能、化石能源的消耗。另外，在建筑運行能耗中，公共建筑的能耗更大，且多種建筑在運行過程中，都會因為直接或間接地產生能源消耗問題。

（二）建筑能源消耗的碳排放

建筑領域的溫室氣體排放包括建筑建造和運行中二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體的排放。建筑能耗的碳排放主要與以下因素有關：（1）建筑面積。隨著中國建筑領域建造速度的快速提高，開工數量和施工數量不斷遞增，建筑竣工和拆除面積穩步增長。據相關數據顯示，目前我國建筑竣工面積每年穩定在25億平方米、建筑拆除面積穩定在每年15億平方米左右。大規模的建筑施工讓建筑面積大量增加，無論是在建設還是拆除環節都會產生能源消耗的問題，根據《中國建筑節能年度發展研究報告2020》，中國建筑行業碳排放約占總量的40%左右，而在供暖范圍不斷變大的影響之下，未來中國建筑領域的碳排放量也將越來越高。（2）建筑運行。當下，中國建筑能耗總量中用電量大幅增長，單位面積平均建筑運行碳排放指標為35kg/㎡，其中公共建筑、北方采暖、農村住宅、城鎮住宅的碳排放占比依次降低。現階段，城鎮住宅70%的能源均為電，盡管城市供暖的熱電聯產生的能源消耗比較大，但直接排放二氧化碳量比較少，而農村住宅中煤炭的使用比例較高，會直接產生大量二氧化碳。

二、碳中和對新型建筑能源管理的指導意義

氣候變暖的問題已經影響到人們的生產生活，2020年全球平均氣溫約為14.9℃，相較于工業化前高出1.2℃，海平面明顯升高的問題不容忽視。氣候變暖對全球發展來說是一種自然災害，實現節能減排勢在必行。縱觀我國的能源結構，以煤炭為主的能源結構效率較低，且產生較大的經濟負擔和能源安全問題，中國要實現綠色發展、可持續發展，就需要逐漸轉向清潔能源，實現能源結構調整和經濟結構轉型，這也是“雙碳”目標上升為國家戰略的內在原因。正因為建筑能耗占據中國總體能源消耗中的很大比重，在新型建筑中進行能源管理，降低碳排放，為碳中和做出貢獻也勢在必行，長遠看來，這種方式能降低對化石能源的依賴程度，也與全球脫煤的發展趨勢相契合。根據國務院《2030年前碳達峰行動方案》的內容，提升能源的利用效能，提升非化石能源的消費比重，安全降碳，讓碳達峰行動有序推進，是貫穿于社會經濟發展全過程、如期完成碳達峰目標的關鍵內容。2021年，住房和城鄉建設部發布國標《建筑節能與可再生能源利用通用規范》（GB 55015-2021），自2022年4月1日起實施。該規范為強制性工程建設標準，涉及新建建筑、既有建筑、可再生能源系統、施工調試驗收與運行管理等方方面面的內容。將建筑碳排放計算作為強制要求，對可再生能源利用要求細化，對不同類型的建筑節能率量化要求，對暖通空調系統效率和照明要求全面提高。從這項規范的發布來看，碳中和對新型建筑能源管理的深刻影響可見一斑。碳中和還將催生出更多低碳甚至零碳建筑、低碳社區和低碳農村，加速現有的建筑節能改造，優化城鄉建筑用能結構。

三、新型建筑能源供應方案構建

（一）能源供應：可再生能源應用

《建筑節能與可再生能源利用通用規范》指出，應充分利用可再生能源，降低建筑化石能源消耗量。新型建筑中空調、熱水和照明占到七成的建筑能耗，通過新能源解決方案，盡量用好可再生能源確有必要。

1.太陽能利用

據國家能源局數據顯示，2016～2021年期間，國內光伏裝機規模的年復合增長率超過30%，呈快速增長態勢。2021年，國內新增分布式光伏裝機29.28GW，超過新增光伏裝機的50%。近年來，分布式光伏裝機規模首次超過集中式光伏裝機規模，分布式光伏主要是指安裝在建筑物屋頂上的太陽能發電站，一方面，國家能源局發布的整縣屋頂開發的政策是重要的驅動原因；另一方面，電價上行疊加能耗雙控趨嚴，2021年10月，國家發改委發布《關于進一步深化燃煤發電上網電價市場化改革的通知》，提出實現煤電100%市場化交易，且煤電市場化交易價格浮動范圍擴大至上下浮動20%，高耗能行業不受 20%限制。之后多地電力市場化交易價格較基準價上漲達20%，如江蘇、浙江、安徽、湖北等省份。電價上浮使得企業經營成本增加，而在分布式光伏“自發自用、余電上網”模式下，企業可通過消納分布式光伏產生的電量享受電價折扣，有助于降低企業經營成本。尤其是中東部發達地區，從“電從遠方來”轉變為“電從身邊來”，不僅降低了能源費用，而且節省了遠距離傳輸的各種投入，大大有利于用能結構優化。

2.淺層地熱能利用

我國淺層地熱能資源豐富，主要蘊藏在地下水、地表水、土壤巖石等地質環境之中，具有淺層、低溫、恒溫、可再生的特點。隨著熱泵設備技術的成熟應用，眾多城市均開始利用地源熱泵技術為建筑物供暖（冷），系統效率相對于傳統空調系統約高出30%～50%，降低了建筑能耗。

（二）建筑能耗最大的單元：冷熱供應

《2021中國商業建筑碳中和實施路徑研究報告》指出，空調系統的電力消耗占到建筑排碳量總量的六成左右。建筑供熱和建筑制冷在建筑能耗中占比巨大，通過優化技術、升級設備，降低減冷熱供應的經濟成本，也能帶動節能減排事業發展。

1.高能效機房

高效能機房系統能提升空調系統的節能潛力，因此，合理設計機房中主機和水泵的控制方式，能更好地發揮出機房群控的潛能。冷熱源機房運行效率與主機性能、控制系統和施工工藝相關，尤其是機房控制，通過精細化的控制系統，能提升15%～25%的節能效果，也能延長空調系統的使用壽命。

2.空調末端控制

空調末端控制系統包括觸摸溫控器、網關、閥門、表具等多種組件，在日常運行中，能通過系統配置控制空調的節能效能，在極端天氣下，也能通過空調末端控制系統的優化，保障整體區域的舒適性。目前，該系統在新型建筑中的應用非常廣泛，通過安裝溫控器、實現調動通信聯網的方式，都能達到較好的節能效果。

3.南方集中供冷暖

南方集中供冷暖的問題近兩年來討論非常多，因地制宜，滿足南方城市的冷熱能源供應需求非常關鍵。江水具有冬暖夏涼的特點，該項目可以將供水溫度穩定在夏季供水3.5℃、回水13℃，冬季供水42℃、回水35℃的效果，通過復合技術，提升了南方城市冷熱供應的實際效果，為南方城市集中供冷暖提出了新型的解決方案。目前代表性項目有長沙梅溪湖、蘇州高鐵新城、南京江北新區、珠海橫琴新區等區域能源站。

（三）建筑能源管理平臺

建筑能源管理平臺能廣泛利用于各類新型建筑中，對于高能耗建筑來說，建立一套協同的建筑能源管理平臺，能實現建筑物內部的照明、空調系統、給排水、變配電等工作的集中管理，提升能源的管理效能，也能降低人工成本。通過建筑能源管理平臺中電力消耗監測系統，通過同比、環比分析比較和用能數據，追溯、非工作時段用能告警等問題，可及時發現不合理的能源消耗問題。另外，建筑能源管理平臺還可實現遠程控制空調和照明設施，檢測和分析建筑物空調、照明設備的能耗問題，在滿足冷熱供應、照明需求的情況下盡量通過科學管控的方式降低能源消耗。

四、發展綠色節能建筑落地的難點與商業模式探討

發展綠色節能建筑是未來的趨勢，而在實際的應用過程中，推廣綠色建筑發展存在極大的難題，主要原因有以下兩點：一是涉及專業眾多，缺少乏有效的商業推廣模式。低碳或零碳建筑涉及到建筑、結構、采暖、通風、空調、給排水、電氣、自動化、計算機等眾多專業，且呈現專業交叉的特點，缺乏易操作商業模式。二是前期投入與排碳總量存在矛盾。由于綠色建筑采用保溫性能好的門窗材料等新技術、新材料，導致建設過程中當期投入增加，投入產出比明顯高于傳統建筑。因此，鑒于綠色建筑成本支出較高，很多房地產開發商不愿意增加投資，致使綠色建筑施工技術不能落地，從而影響了實際的施工應用效果。

在全球資源和環境都非常緊張的關鍵節點，推動節能減排、實現綠色發展可持續已成為關鍵目標，放緩建筑能耗的增長速度，并通過采取一定的措施降低能耗，將會成為未來研究的重點。為此，可以從以下三方面入手：一是加強綠色建筑的全過程規劃設計。在設計階段充分考慮到當地的能源政策與資源優勢，優先考慮可再生能源，將先進的建筑理念、技術要求及能提升居住環境適宜程度的技術、新型綠色材料等融入到綠色建筑的方案規劃中，整體提升綠色建筑的競爭力，突出建筑全生命周期的成本優勢，說服業主接受新型建筑供能方案。

二是因地制宜，多方力量共同確保綠色建筑范方案的落實。在新的區域規劃時，由當地政府引導、各規劃設計院及專家“會診”，從源頭充分考慮當地自然資源、地理優勢以及城市產業的能源互補，編制低碳建筑設計導則，將土地出讓的附加條件，以確保所在片區每幢新建建筑都必須按導則去做，將綠色建筑設計方案真正落實到位。另外，針對采用可再生能源、可低碳技術的工程項目，政府可以配套相應的能源費用和稅收優惠，確保項目順利落地。

三是創新商業模式。例如，由第三方投資建設區域能源站，以賣冷熱的方式為建筑提供服務，這種在行業內被稱為BOT模式，即由乙方融資、設計、建設、運營和維護，甲方提供具有合法產權的場所用于乙方建設冷熱源站及配套所需的場地，并保證乙方為唯一供冷/熱生產供應商，運營期結束后，乙方無償將所有設備及產權移交給甲方。投資主體可以是地方城投、國有企業、民營企業等。此種模式一方面可以減輕業主在建筑初期的建設成本投入；另一方面，專業的建筑能源企業在充分考慮降低成本的同時可改進前期的方案設計和調整后期的運營，客觀上可以不斷提升建筑能源效率，減少碳排放。目前已經大型房地產集團、綜合能源公司、解決方案型公司投入實踐，通過聯合設計院等相關機構，以權威機構的技術支撐和房地產集團的建筑優勢、創新的商業模式，協同帶動和促進建筑工程綠色發展理念落實，帶動建筑行業綠色發展。

五、結語

總而言之，為了順應碳中和的發展，打造新型建筑節能發展新模式，配套帶有引導性的政策環境，充分發揮各類市場主體的積極性，才是建筑行業可持續發展的關鍵。

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