零碳新能源技術(shù)應(yīng)用研究
——以忻州清涼灣項(xiàng)目為例

馮曉東

（中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650051）

1 引言

綠色發(fā)展已經(jīng)成為全球的主要發(fā)展趨勢(shì)，其有助于實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，注重能源改革，始終堅(jiān)持清潔能源的運(yùn)用，全面實(shí)現(xiàn)綠色經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。截至2022 年年底，建筑行業(yè)的能源消耗占到了整體能源消耗的30%以上，其中，碳排放占到了27%，因此，建筑行業(yè)需要更加注重零碳發(fā)展。我國(guó)《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》《2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》均指出了建筑行業(yè)零碳目標(biāo)發(fā)展，并制定了一系列零碳建筑標(biāo)準(zhǔn)[1]。現(xiàn)階段的建筑行業(yè)發(fā)展要向綠色低碳建筑方向發(fā)展，降低建筑碳排放，真正做到節(jié)能與建筑質(zhì)量之間的平衡發(fā)展。

2 零碳新能源技術(shù)概述

2017 年，李艷梅[2]分析了零碳排放區(qū)示范工程的相關(guān)情況，提出以縣為單位的零碳排放區(qū)示范工程建設(shè)的相關(guān)情況。還有部分學(xué)者從技術(shù)的角度進(jìn)行了分析。2017 年，葉祖達(dá)[3]表示需要在我國(guó)法定城市規(guī)劃與建設(shè)流程上提出創(chuàng)新體制，引入動(dòng)態(tài)監(jiān)控碳排放機(jī)制，保障減碳排放目標(biāo)能夠通過(guò)法定管理體制貫徹城區(qū)建設(shè)的整個(gè)生命周期，達(dá)到正氣候效果。2021年，唐葆君[4]主要分析了APEC 成員碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)存在的相互聯(lián)系，支持科研水平的提升，真正做到大范圍技術(shù)推廣，最終實(shí)現(xiàn)能耗以及能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

3 零碳排放目標(biāo)下建筑的特征

對(duì)于零碳新能源建筑來(lái)講，主要目的在于節(jié)能減排，充分感受自然光，享受大自然的氣息，不僅能提升居住舒適度，還能很好地契合可持續(xù)發(fā)展理念。其具有自身的特點(diǎn)：

第一，關(guān)注圍護(hù)系統(tǒng)的節(jié)能指標(biāo)，以便提升建筑的環(huán)保性，具有更好的節(jié)能性，使建筑整體功能增強(qiáng)；

第二，使用新能源，充分發(fā)揮可再生資源的優(yōu)勢(shì)，使其利用率不斷提升；

第三，在運(yùn)營(yíng)階段需要做到零碳化，以保障建筑設(shè)計(jì)更加合理；

第四，保障合理的碳排放量[5]。

4 零碳新能源技術(shù)應(yīng)用的必要性

4.1 安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)

目前，在應(yīng)用零碳新能源技術(shù)的過(guò)程中，大部分建筑會(huì)運(yùn)用光伏發(fā)電，將其安裝在屋頂或外墻外側(cè)，找到陽(yáng)光充足的適合位置，借助陽(yáng)光的作用就能夠完成發(fā)電，且不會(huì)產(chǎn)生任何污染，相對(duì)于傳統(tǒng)的發(fā)電方式不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，且更加安全，同時(shí)，全面提升了建筑空間使用效率，更具經(jīng)濟(jì)性[6]，還能夠促進(jìn)建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

4.2 節(jié)能、能源消耗小

在建筑項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程中，運(yùn)用零碳新能源技術(shù)能最大限度地節(jié)約資源，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)，還能避免出現(xiàn)過(guò)多的溫室氣體，緩解全球變暖的趨勢(shì)，避免過(guò)多不可再生資源的使用，真正做到節(jié)能。

5 案例分析

5.1 忻州清涼灣項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目位于忻州市忻府區(qū)，建設(shè)內(nèi)容包括新建游客接待前廳、特色演藝劇場(chǎng)、文化展示中心、溫泉療養(yǎng)SPA、互動(dòng)體驗(yàn)商業(yè)、旅居主題客棧等，占地面積約13 萬(wàn)m2，總建筑面積約10 萬(wàn)m2。

5.2 忻州清涼灣項(xiàng)目原始能源方案

由表1 總結(jié)可知，以2 萬(wàn)m2的建筑面積內(nèi)的能源消耗數(shù)據(jù)分析了生活用水、空調(diào)制冷以及地暖采暖以及溫泉熱水等方面能源消耗量，其中，空調(diào)制冷的負(fù)荷量最大，達(dá)到了3 377 kW。

表1 忻州清涼灣項(xiàng)目2 萬(wàn)m2 采集數(shù)據(jù)

5.3 忻州清涼灣項(xiàng)目零碳新能源技術(shù)應(yīng)用

5.3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

該項(xiàng)目主要能源需求為：溫泉水恒溫、衛(wèi)生熱水、冬季采暖以及夏季制冷。能源方案思路：采用地?zé)峋峁?0 ℃的溫泉熱水，通過(guò)熱泵設(shè)備提溫至45 ℃、50 ℃等，以滿足不同的需求，回灌溫泉水約30 ℃，可利用另一套熱泵設(shè)備進(jìn)行熱量提取，用于建筑供熱供冷與衛(wèi)生熱水。其次，利用空氣源熱泵進(jìn)行能源補(bǔ)充與備用，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)智慧能源系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)零碳排放的能源高效利用系統(tǒng)。

5.3.2 先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用

地?zé)嶂苯永梅绞接?0%～70%的熱利用效率，剩余的熱能則伴隨地?zé)崴毓嗟降叵禄蛘咧苯优欧诺阶匀画h(huán)境中，不但浪費(fèi)資源而且造成熱污染。地?zé)崽菁?jí)利用是指根據(jù)地?zé)崃黧w的不同溫度進(jìn)行地?zé)嶂鸺?jí)利用，這樣最大限度地利用了地?zé)豳Y源，因此，梯級(jí)利用技術(shù)擁有廣闊的前景。

利用互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程調(diào)控技術(shù)提升末端智慧供能，消除過(guò)度供能、冷熱不均。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組建智慧能源物聯(lián)網(wǎng)，在供能過(guò)程中收集各個(gè)用熱點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)收集管道和室內(nèi)加裝的各類無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心，實(shí)現(xiàn)智慧調(diào)控。

6 忻州清涼灣項(xiàng)目零碳新能源技術(shù)應(yīng)用策略

6.1 建筑本體技術(shù)

零碳新能源技術(shù)在忻州清涼灣項(xiàng)目設(shè)計(jì)的最初階段能夠做到與當(dāng)?shù)丨h(huán)境相契合，在建設(shè)過(guò)程中能夠進(jìn)行建筑體型系數(shù)的控制，且注重建筑外圍面積的減少，依靠巧妙的構(gòu)思全面地運(yùn)營(yíng)建筑自遮陽(yáng)策略，還能降低能源消耗，提升運(yùn)營(yíng)用能效率。運(yùn)用建筑本體技術(shù)，堅(jiān)持以下兩個(gè)目標(biāo)。

第一，提高建筑節(jié)能率。選擇適合的門窗材料，注重高密封材料的運(yùn)用，保障材料選擇的適合性以及科學(xué)性，注重傳熱系數(shù)的降低，進(jìn)行有效的節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)忻州清涼灣項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)[7]。

第二，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。在進(jìn)行忻州清涼灣項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，結(jié)合各個(gè)專業(yè)，做到集成設(shè)計(jì)，全面協(xié)調(diào)涉及的工作，處理好設(shè)備以及管線之間的關(guān)系，借助先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，提升忻州清涼灣項(xiàng)目的氣密性。

6.2 建筑微生態(tài)技術(shù)

要靈活運(yùn)用微生態(tài)技術(shù)，借助微生物技術(shù)進(jìn)行建設(shè)指導(dǎo)，合理運(yùn)用屋面綠化等措施，做到優(yōu)化忻州清涼灣項(xiàng)目的微生態(tài)，使整個(gè)環(huán)境得到改善。在進(jìn)行忻州清涼灣項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，還要進(jìn)行資源的合理配置，使整個(gè)建筑具有更高的微生態(tài)系統(tǒng)性能，還要進(jìn)行雨水量的回收控制，提高資源利用率。要注重輔助高效節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用，借助先進(jìn)的技術(shù)提升建筑用電效率[8]。

6.3 強(qiáng)化外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能

注重建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗能優(yōu)化，借助零碳新能源方案，關(guān)注外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。對(duì)于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，消耗能源的主要部分是外墻、門窗和屋頂。其中，墻體應(yīng)能真正發(fā)揮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱作用，全面展現(xiàn)其保溫作用。除此之外，在屋頂建設(shè)時(shí)也需要結(jié)合科學(xué)的措施，全面提升建筑保溫效果。

6.4 門窗節(jié)能的措施

傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目的建筑外墻已經(jīng)很難滿足現(xiàn)階段對(duì)低碳的要求。最常見(jiàn)的傳統(tǒng)外墻是玻璃幕墻，容易出現(xiàn)冷熱橋現(xiàn)象。在忻州清涼灣項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程中，可以對(duì)幕墻玻璃進(jìn)行升級(jí)，采用雙層幕墻設(shè)計(jì)，以便提升其隔熱性能。雙層玻璃幕墻還有其他的一些優(yōu)勢(shì)，主要總結(jié)如下。

第一，隔熱性好。借助于幕墻的作用能夠在冬季保持舒適的室溫，夏季的時(shí)候還能夠隔熱，真正實(shí)現(xiàn)了冬暖夏涼。

第二，良好的隔音功能，能夠很好地隔離噪聲，還有助于提升其環(huán)保性能[9]。

第三，增加自然采光，可以保障忻州清涼灣項(xiàng)目建筑具有良好的采光。應(yīng)用時(shí)要確保滿足遮陽(yáng)系統(tǒng)的具體要求，保持室內(nèi)溫度差異不大，優(yōu)化整個(gè)建筑的室內(nèi)環(huán)境。

6.5 熱水和電能供應(yīng)

忻州清涼灣項(xiàng)目零碳設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要全面考慮熱水以及電能的供應(yīng)。忻州清涼灣項(xiàng)目在建設(shè)初期，為了全面滿足熱水以及供電的需求，建設(shè)了生物質(zhì)熱電廠，在生物質(zhì)的作用下得到日常所需的熱水，還要注重太陽(yáng)能以及其他可再生資源的應(yīng)用，建立完善的微型電網(wǎng)，依靠核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源自供應(yīng)，保障在自給自足的基礎(chǔ)上解決傳統(tǒng)能源大量消耗的問(wèn)題。

6.6 綠化屋頂設(shè)計(jì)

結(jié)合濾膜、保濕毯、隔根膜及綜合防水層等措施，得到具有高性能的屋頂綠化體系，保障系統(tǒng)處于烈日下時(shí)能夠展現(xiàn)出較強(qiáng)的斷熱以及冷卻作用，最終使建筑獲得最佳的節(jié)能減排效果。

7 結(jié)語(yǔ)

零碳的出現(xiàn)主要基于低碳，其發(fā)展也是以低碳為基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)零碳，所以，我們需要注重低碳向零碳的過(guò)渡。對(duì)于忻州清涼灣項(xiàng)目，需要先設(shè)置低碳目標(biāo)，在優(yōu)化方案之后實(shí)現(xiàn)零碳。現(xiàn)階段，零碳建筑還處于初期階段，很多的零碳建筑設(shè)計(jì)還處于摸索的階段，在其發(fā)展的過(guò)程中會(huì)受到諸多因素的阻礙，如觀念、科學(xué)水平、成本、管理制度等，但是隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以及技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，建設(shè)過(guò)程中越來(lái)越多地注重清潔能源的使用。未來(lái)建筑發(fā)展的趨勢(shì)即為零碳建筑，最終實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的全面優(yōu)化。