打造先進的技術研發平臺 推動建筑與城市能源綠色低碳轉型
——綠色能源建筑與城市研究院創新發展紀實

◎ 本刊記者 馮翔慧

綠色能源建筑與城市研究院（以下簡稱研究院）作為光伏建筑一體化（BIPV）的技術研發平臺，致力于綠色能源建筑與城市領域的建筑設計、城市規劃、能源協同、智慧能源等研發工作，以技術研發為基礎，以創新為主體，以產業化為目的，以市場需求為紐帶，著重解決國家重大需求和社會需求基礎問題，提出創新的、前瞻性的光伏建筑一體化研究方向，促進綠色能源與綠色建筑技術水平提高，解決能源可持續發展和生態環境問題，力爭打造成為先進的光伏與建筑技術研發平臺、人才培養平臺、產業化平臺和國際化交流平臺。平臺建設方面，2022 年，經沈陽市科學技術協會批準，凌文院士與沈陽建筑大學合作建立的“綠色能源建筑與城市系統工程院士工作站”正式掛牌運行，并向中國工程院備案。經遼寧省科技廳、遼寧省發改委和遼寧省業技術研究院審批，研究院獲得“遼寧省光伏新材料與節能建筑重點實驗室”“遼寧省光伏新能源智慧建筑工程研究中心”“遼寧省產業技術研究院綠色能源建筑與城市研究所”三個省級平臺。為光伏與建筑領域的技術研發、成果轉化、產業孵化和人才培養提供了開放共享的高層次平臺。

建筑智慧能源管理與碳云平臺技術

突破核心技術，研發出光伏建筑一體化等技術產品

研究院團隊已研發出國際領先的光伏建筑一體化技術體系，進一步將光伏發電建材轉化為裝配式光伏建筑構件，建構了完整的光伏建筑一體化系統。光伏發電就地消納，讓每一棟建筑都能成為能源生產者，實現了光伏與建筑的有機結合。

光風儲智能一體化的區域性碳中和技術

團隊已取得國際領先的核心技術體系，包括玻鋁復合光伏建材技術、模塊裝配式光伏建筑構件技術、全信息數字化設計與評價技術、快速裝配式施工與維護技術、光熱利用與多能互補零碳建筑技術、建筑智慧能源管理與碳云平臺技術、光風儲智能一體化的區域性碳中和技術等七大核心技術，已具有50 項專利申請，授權38 項，形成了系統完整的知識產權保護體系。

全信息數字化設計與評價技術

研究院團隊主要研發產品為裝配式一體化光伏墻體、輕型復合光伏屋面、模塊化建筑單元。裝配式一體化光伏墻體，包括整體裝配式、框架裝配式和單元裝配式三個構造體系，從外向內由新型光伏組件層、仿生控制外循環通風器、空腔層、內保溫層、智能控制內循環新風機五部分組成，可替代傳統建筑墻體，給建筑穿上發電的外衣。光伏在發電的同時還會產生大量的熱能，該墻體采用仿生呼吸式空腔專利技術，冬季墻體空腔關閉，利用光伏熱能形成暖墻，余熱導入室內可為建筑輔助供暖；夏季空腔打開，通過煙囪效應將光伏熱量快速排出，光伏層還可以起到遮陽作用。光電光熱綜合利用，使建筑冬暖夏涼綜合節能10%以上。

輕型復合光伏屋面，采用柔性光伏技術，由柔性光伏組件與金屬屋面復合成一體化發電屋頂構件，能夠替代傳統屋面材料。柔性光伏組件具有能彎曲、重量輕的優點，單位面積荷載遠低于傳統屋面，該成果可廣泛適用于大跨度輕質屋面系統。

光熱利用與多能互補零碳建筑技術

模塊化建筑單元，在工廠內完成80%的標準化加工，包括主體鋼結構、屋頂、門窗、地面、光伏墻體、集成式裝修、電氣線路、空調系統、給排水設施等，運輸到現場后進行快速吊裝組合，完成現場建造和家具布置后，即可投入使用。該產品具有模塊化組合、無限擴展、內外裝修一體化、快速裝配，不占用土地、不破壞環境，能源自給自足的特點，可離網運行，廣泛適用于旅游開發、搶險救災、抗疫防護、健康養老等臨時建設用地和電網無法接入區域，尤其適用于邊塞島礁和邊防哨所的機動化、電氣化、智能化軍事設施。

注重成果轉化，落地項目產生巨大的示范效應

團隊已將現有研究成果應用于100 余個光伏建筑一體化示范項目，充分驗證了技術的成熟度和可行性，示范項目運行效果良好，產生了巨大的示范效應。

快速裝配式施工與維護技術

大連凱旋國際大廈災后重建BIPV 項目，為世界首座應用彩色光伏的百米高層建筑。凱旋國際大廈位于大連市金州區金馬路1 號，建筑高度98 米，功能為高層公寓及酒店。建筑呈門形，是大連金普新區的標志性建筑。2021 年8 月27 日，凱旋大廈由于火災原因外墻受到大面積損毀。災后重建工作引發了社會的強烈關注，光伏建筑一體化技術讓凱旋大廈重獲新生，成為引領城市綠色低碳發展的“未來之門”。新凱旋大廈光伏墻體面積達到3100 平方米，總裝機量247.69 千瓦，年發電量20萬度，直接經濟收益為10 萬元/年。在生態效益方面，新凱旋大廈每年可降低碳排放約110噸，相當于種植2.5萬棵樹的碳匯，實現建筑減碳30%以上！

廣東惠州潼湖科技小鎮項目

廣東惠州潼湖科技小鎮項目，為我國首座銅銦鎵硒全覆蓋式BIPV 項目。該示范建筑位于廣東省惠州市仲愷高新技術開發區潼湖科技小鎮內，總建筑面積5468.52m2，采用光伏組件作為建筑外裝飾幕墻。項目總計使用光伏組件2037 塊，總裝機容量為198.61kW，采用“自發自用、余電上網、就近高效利用”分布式發電模式，有效避免了地面電站占地大、儲能設備造價高的問題。項目建成后，年發電量為12.3 萬度，可以滿足建筑近10% 的用電需求（國家《綠色建筑評價標準》（GB／ T50378-2014）5.2.16 規定，可再生能源提供發電比例≥ 4% 就可以獲得該項的滿分10 分）。該項目BIPV 系統提供的發電比例遠大于國家標準，進一步提升了建筑的綠色發展水平。

國家能源集團BIPV 中心項目

國家能源集團BIPV 中心項目，為我國第一座全裝配式銅銦鎵硒BIPV 項目。BIPV 建筑能源集控與實驗平臺，簡稱BIPV 中心，位于北京昌平區未來科學城低碳研究院園區內。BIPV 中心長47m（主體38m），寬20m，高9m，占地面積約752.97m2，建筑面積1063.69m2。主體建筑高8.67m，東側附建一座光伏光熱效應試驗塔，高18.57m。項目東西南立面及屋頂敷設薄膜光伏組件1155 塊，總裝機容量112.60kW，預計年發電量7.5 萬度，全部自發自用，可滿足與BIPV 中心同樣大小的辦公建筑的35%～40%的用電量（國家規范辦公建筑耗電量30～70W/m2，0.24～0.56 度電/m2）。

海南陵水珊瑚宮殿商業綜合體科技示范項目

海南陵水珊瑚宮殿商業綜合體科技示范項目。項目占地23484m2，總建筑面積51777m2，功能包括商鋪、超市、影院及餐飲等，是一座全功能的商業綜合體，于2019 年11 月投運。該項目3 棟建筑物建筑外立面采用BIPV 方式建設，鋪裝面積1357m2，布置彩色光伏組件1271 塊，其中淺灰 色416 塊(70.2W）、藍 色358 塊(72W)、深灰色(鼠灰)393 塊(86W)，裝機容量88.761kW。該項目作為國內首次使用彩色光伏組件的商業綜合體，主要采用開放式橫向明框幕墻結構將組件布置在外廊欄桿位置，與普通玻璃欄桿交替混合使用。項目建成后，年發電量為4.6 萬度。

國華投資東臺海上風電運維綜合樓示范項目。項目位于江蘇省鹽城市東臺市經濟技術開發區，建筑面積2232m2，為3 層鋼筋混凝土框架填充墻結構。示范樓宇外立面全部采用BIPV 方式建設，共布置光伏組件1352 塊，其包含76 塊定制尺寸組件和兩種定制顏色（松鼠灰色、窗灰色）。此示范項目光伏發電系統總裝機容量115.3kW，理論年發電約7.6 萬度，運營模式為自發自用、余量上網。

低碳研究院二期105 單元示范項目。項目位于低碳研究院二期105 單元示范項目園區北側中試廠房區域，總建筑面積33076m2，建筑高度23.7m，耐火等級一級。105廠房僅南外立面采用BIPV 方式建設，共使用光伏組件1544 塊，其中標準組件(1200mm×600mm，97.5Wp/ 塊)1391塊，非標組件(900mm×600mm，72.3Wp/塊)153塊，裝機容量146.7kW，理論年發電量約14.4 萬度。該項目采用“光伏暖墻”設計新理念，利用冬季光伏幕墻的封閉空腔形成暖墻效應，達到建筑高效節能效果；同時在夏季利用“煙囪效應”達到光伏組件降溫的目的，提高光伏發電效果。

沈陽萬博材料研究中心分布式光伏電站項目

沈陽萬博材料研究中心分布式光伏電站項目。該項目位于沈陽市渾南區創新路156 號，光伏安裝面積9000m2，采用低壓用戶側多點并網形式。在圖書館和多功能廳的屋面安裝760kW 光伏組件，圖書館及展廳建筑面積23000m2，用電負荷為150W/m2，日用電量約2 萬度，光伏所發電量占比12%。該項目采用“自發自用，余電上網”模式，年發電量90 萬度，所發電量可為沈陽萬博材料研究中心提供綠色清潔的能源供應。該項目充分利用建筑物空間，不額外占用土地。發電系統在運行過程中無噪音、無污染排放、無光污染，光伏屋面通過太陽能組件發電，每年可節約200 噸標煤，減少二氧化碳排放400 噸。

國華大連自貿區BIPV 分布式光伏一批次項目。項目位于遼寧省大連市自貿區，包含一號工業園、二號工業園、奧闌工業園、自貿大廈、國貿中心D 及E 座辦公樓，在建筑屋面和立面安裝光伏，屋面采用單晶硅光伏組件，立面采用銅銦鎵硒光伏組件，總裝機容量約2.0968MWp，年發電量245.5368 萬度，25 年內發電總量可達到6138 萬度，減排二氧化碳51076 噸。

國華天津風電基地辦公樓項目

國華天津風電基地辦公樓。項目位于天津濱海新區小王莊，為神華小王莊四期50MW 風電項目綜合樓，建筑共3 層。在綜合樓屋頂及南立面安裝光伏組件，裝機量64.37kW，預估年發電量6.31 萬度。

推動建筑革命，為碳中和碳達峰貢獻更大力量

展望未來，研究院將進一步加強城市建筑技術創新和產品研發，推動建筑革命與能源革命，推動建筑成為能源生產者，推動城市成為能源供給者，為我國的城市建筑節能環保和綠色低碳及碳中和碳達峰貢獻更大力量。

推動建筑革命與能源革命。研究院堅決貫徹習近平總書記在二十大報告中提出的“推動綠色發展，積極穩妥推進碳達峰碳中和，立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，有計劃分步驟實施碳達峰行動，深入推進能源革命，加強煤炭清潔高效利用，加快規劃建設新型能源體系”的重要指示，大力發展綠色能源建筑與綠色能源城市事業。綠色能源建筑充分利用建筑物屋頂與立面垂直空間，不額外占用土地。發電系統在運行過程中無噪音、無污染排放、無光污染。在建筑施工過程中無噪音、粉塵、運輸車輛排放等污染。綠色能源建筑通過光伏組件每發1 度電，節省306.4 克供電煤耗，減排二氧化碳838 克、二氧化硫0.176 克、氮氧化物0.184克、煙塵顆粒物0.036克，極大緩解城市大氣污染問題（數據來源：《2020 年度火電行業環境評估報告》）。

推動建筑成為能源生產者。據相關研究預測，到2040 年建筑行業終端能源消費的增長量將占全球能源增長的三分之一。大規模推廣綠色能源建筑，可使建筑從能源消耗者變為能源生產者。所發電力直接在建筑中消耗，能夠達到電能的高效利用，有助于實現零能耗建筑甚至是能量盈余建筑。在獲得大規模應用后，將有可能實現負荷脫網甚至用戶脫網。100 兆瓦火電廠占地約為82400m2，建設投資約為3.5 億～3.8 億元，綠色能源建筑的推廣將降低電力基礎設施投入。

推動城市成為能源供給者。傳統意義上的城市是能源的消耗者，全世界80%的能源消耗集中在城市。隨著經濟發展和城鎮化的加速，城市能源需求仍在不斷增長。數據指出，2018 年全國建筑運行階段能耗為10億噸標準煤，占全國能源消耗總量的21.7%，其中，公共建筑能耗3.83億噸標準煤，占比38.3%。全國建筑運行階段碳排放21.1 億噸二氧化碳，占全國能源碳排放比重的21.9%，其中公共建筑碳排放7.84 億噸二氧化碳。這些數據表明，公共機構節約能源資源還有很大潛力。在城市中大力發展可再生能源，借助綠色能源建筑技術構建清潔、低碳、智能化的城市能源互聯網，可使城市轉型為能源供給者（數據來源：《中國建筑能耗研究報告2020》）。