碳中和背景下的新型建筑能源供應(yīng)方案探究

張雪

摘要：碳達(dá)峰和碳中和是未來中國發(fā)展戰(zhàn)略的重要目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展可持續(xù)的關(guān)鍵目標(biāo)。建筑領(lǐng)域的能源消耗非常大，過去二十年內(nèi)，中國城鎮(zhèn)化發(fā)展帶動(dòng)了建筑規(guī)模的快速增長，無論是建材生產(chǎn)和運(yùn)輸、建筑施工、建筑運(yùn)行中所產(chǎn)生的能耗問題和污染問題都非常嚴(yán)重。基于碳中和背景，本文將重點(diǎn)從充分利用可再生能源、提升建筑冷熱供應(yīng)、能耗監(jiān)控平臺(tái)等方面進(jìn)行分析，并提出新型建筑能源供應(yīng)的有效方案，以期為碳中和背景下的新型建筑能源供應(yīng)提供參考。

關(guān)鍵詞：碳中和；新型建筑；能源供應(yīng)；方案設(shè)計(jì)

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(lǐng)域中能源的消耗絕大多數(shù)存在于建筑建造和建筑運(yùn)行階段。（1）建筑建造階段。主要耗能有建材生產(chǎn)耗能和建造過程耗能兩部分，建材生產(chǎn)中會(huì)直接消耗能源產(chǎn)生二氧化碳，而建材應(yīng)用和建造過程中，不會(huì)直接產(chǎn)生二氧化碳，但在建材運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)會(huì)間接產(chǎn)生污染。（2）建筑運(yùn)行階段。根據(jù)《民用建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51161-2016）的相關(guān)規(guī)定，維持建筑環(huán)境的用能和建筑內(nèi)的活動(dòng)用能都屬于建筑運(yùn)行用能。建筑運(yùn)行階段中，主要的能源消耗與住宅用途和所處的環(huán)境有關(guān)。如，城鎮(zhèn)住宅與農(nóng)村住宅能源消耗方式不同，城鎮(zhèn)住宅側(cè)重于天然氣能源、電能的消耗，農(nóng)村住宅側(cè)重電能、化石能源的消耗。另外，在建筑運(yùn)行能耗中，公共建筑的能耗更大，且多種建筑在運(yùn)行過程中，都會(huì)因?yàn)橹苯踊蜷g接地產(chǎn)生能源消耗問題。

（二）建筑能源消耗的碳排放

建筑領(lǐng)域的溫室氣體排放包括建筑建造和運(yùn)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(guān)：（1）建筑面積。隨著中國建筑領(lǐng)域建造速度的快速提高，開工數(shù)量和施工數(shù)量不斷遞增，建筑竣工和拆除面積穩(wěn)步增長。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前我國建筑竣工面積每年穩(wěn)定在25億平方米、建筑拆除面積穩(wěn)定在每年15億平方米左右。大規(guī)模的建筑施工讓建筑面積大量增加，無論是在建設(shè)還是拆除環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生能源消耗的問題，根據(jù)《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2020》，中國建筑行業(yè)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(lǐng)域的碳排放量也將越來越高。（2）建筑運(yùn)行。當(dāng)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(yùn)行碳排放指標(biāo)為35kg/㎡，其中公共建筑、北方采暖、農(nóng)村住宅、城鎮(zhèn)住宅的碳排放占比依次降低。現(xiàn)階段，城鎮(zhèn)住宅70%的能源均為電，盡管城市供暖的熱電聯(lián)產(chǎn)生的能源消耗比較大，但直接排放二氧化碳量比較少，而農(nóng)村住宅中煤炭的使用比例較高，會(huì)直接產(chǎn)生大量二氧化碳。

二、碳中和對新型建筑能源管理的指導(dǎo)意義

氣候變暖的問題已經(jīng)影響到人們的生產(chǎn)生活，2020年全球平均氣溫約為14.9℃，相較于工業(yè)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(fā)展來說是一種自然災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排勢在必行。縱觀我國的能源結(jié)構(gòu)，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)效率較低，且產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和能源安全問題，中國要實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展，就需要逐漸轉(zhuǎn)向清潔能源，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，這也是“雙碳”目標(biāo)上升為國家戰(zhàn)略的內(nèi)在原因。正因?yàn)榻ㄖ芎恼紦?jù)中國總體能源消耗中的很大比重，在新型建筑中進(jìn)行能源管理，降低碳排放，為碳中和做出貢獻(xiàn)也勢在必行，長遠(yuǎn)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(fā)展趨勢相契合。根據(jù)國務(wù)院《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》的內(nèi)容，提升能源的利用效能，提升非化石能源的消費(fèi)比重，安全降碳，讓碳達(dá)峰行動(dòng)有序推進(jìn)，是貫穿于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展全過程、如期完成碳達(dá)峰目標(biāo)的關(guān)鍵內(nèi)容。2021年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布國標(biāo)《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB 55015-2021），自2022年4月1日起實(shí)施。該規(guī)范為強(qiáng)制性工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，涉及新建建筑、既有建筑、可再生能源系統(tǒng)、施工調(diào)試驗(yàn)收與運(yùn)行管理等方方面面的內(nèi)容。將建筑碳排放計(jì)算作為強(qiáng)制要求，對可再生能源利用要求細(xì)化，對不同類型的建筑節(jié)能率量化要求，對暖通空調(diào)系統(tǒng)效率和照明要求全面提高。從這項(xiàng)規(guī)范的發(fā)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(qū)和低碳農(nóng)村，加速現(xiàn)有的建筑節(jié)能改造，優(yōu)化城鄉(xiāng)建筑用能結(jié)構(gòu)。

三、新型建筑能源供應(yīng)方案構(gòu)建

（一）能源供應(yīng)：可再生能源應(yīng)用

《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》指出，應(yīng)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(diào)、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(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2016～2021年期間，國內(nèi)光伏裝機(jī)規(guī)模的年復(fù)合增長率超過30%，呈快速增長態(tài)勢。2021年，國內(nèi)新增分布式光伏裝機(jī)29.28GW，超過新增光伏裝機(jī)的50%。近年來，分布式光伏裝機(jī)規(guī)模首次超過集中式光伏裝機(jī)規(guī)模，分布式光伏主要是指安裝在建筑物屋頂上的太陽能發(fā)電站，一方面，國家能源局發(fā)布的整縣屋頂開發(fā)的政策是重要的驅(qū)動(dòng)原因；另一方面，電價(jià)上行疊加能耗雙控趨嚴(yán)，2021年10月，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)市場化改革的通知》，提出實(shí)現(xiàn)煤電100%市場化交易，且煤電市場化交易價(jià)格浮動(dòng)范圍擴(kuò)大至上下浮動(dòng)20%，高耗能行業(yè)不受 20%限制。之后多地電力市場化交易價(jià)格較基準(zhǔn)價(jià)上漲達(dá)20%，如江蘇、浙江、安徽、湖北等省份。電價(jià)上浮使得企業(yè)經(jīng)營成本增加，而在分布式光伏“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式下，企業(yè)可通過消納分布式光伏產(chǎn)生的電量享受電價(jià)折扣，有助于降低企業(yè)經(jīng)營成本。尤其是中東部發(fā)達(dá)地區(qū)，從“電從遠(yuǎn)方來”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半姀纳磉厑怼保粌H降低了能源費(fèi)用，而且節(jié)省了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)母鞣N投入，大大有利于用能結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2.淺層地?zé)崮芾?/p>

我國淺層地?zé)崮苜Y源豐富，主要蘊(yùn)藏在地下水、地表水、土壤巖石等地質(zhì)環(huán)境之中，具有淺層、低溫、恒溫、可再生的特點(diǎn)。隨著熱泵設(shè)備技術(shù)的成熟應(yīng)用，眾多城市均開始利用地源熱泵技術(shù)為建筑物供暖（冷），系統(tǒng)效率相對于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)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(yīng)

《2021中國商業(yè)建筑碳中和實(shí)施路徑研究報(bào)告》指出，空調(diào)系統(tǒng)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(yōu)化技術(shù)、升級設(shè)備，降低減冷熱供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)成本，也能帶動(dòng)節(jié)能減排事業(yè)發(fā)展。

1.高能效機(jī)房

高效能機(jī)房系統(tǒng)能提升空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力，因此，合理設(shè)計(jì)機(jī)房中主機(jī)和水泵的控制方式，能更好地發(fā)揮出機(jī)房群控的潛能。冷熱源機(jī)房運(yùn)行效率與主機(jī)性能、控制系統(tǒng)和施工工藝相關(guān)，尤其是機(jī)房控制，通過精細(xì)化的控制系統(tǒng)，能提升15%～25%的節(jié)能效果，也能延長空調(diào)系統(tǒng)的使用壽命。

2.空調(diào)末端控制

空調(diào)末端控制系統(tǒng)包括觸摸溫控器、網(wǎng)關(guān)、閥門、表具等多種組件，在日常運(yùn)行中，能通過系統(tǒng)配置控制空調(diào)的節(jié)能效能，在極端天氣下，也能通過空調(diào)末端控制系統(tǒng)的優(yōu)化，保障整體區(qū)域的舒適性。目前，該系統(tǒng)在新型建筑中的應(yīng)用非常廣泛，通過安裝溫控器、實(shí)現(xiàn)調(diào)動(dòng)通信聯(lián)網(wǎng)的方式，都能達(dá)到較好的節(jié)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(yīng)需求非常關(guān)鍵。江水具有冬暖夏涼的特點(diǎn)，該項(xiàng)目可以將供水溫度穩(wěn)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(fù)合技術(shù)，提升了南方城市冷熱供應(yīng)的實(shí)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(xiàng)目有長沙梅溪湖、蘇州高鐵新城、南京江北新區(qū)、珠海橫琴新區(qū)等區(qū)域能源站。

（三）建筑能源管理平臺(tái)

建筑能源管理平臺(tái)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(xié)同的建筑能源管理平臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)部的照明、空調(diào)系統(tǒng)、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(tái)中電力消耗監(jiān)測系統(tǒng)，通過同比、環(huán)比分析比較和用能數(shù)據(jù)，追溯、非工作時(shí)段用能告警等問題，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合理的能源消耗問題。另外，建筑能源管理平臺(tái)還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制空調(diào)和照明設(shè)施，檢測和分析建筑物空調(diào)、照明設(shè)備的能耗問題，在滿足冷熱供應(yīng)、照明需求的情況下盡量通過科學(xué)管控的方式降低能源消耗。

四、發(fā)展綠色節(jié)能建筑落地的難點(diǎn)與商業(yè)模式探討

發(fā)展綠色節(jié)能建筑是未來的趨勢，而在實(shí)際的應(yīng)用過程中，推廣綠色建筑發(fā)展存在極大的難題，主要原因有以下兩點(diǎn)：一是涉及專業(yè)眾多，缺少乏有效的商業(yè)推廣模式。低碳或零碳建筑涉及到建筑、結(jié)構(gòu)、采暖、通風(fēng)、空調(diào)、給排水、電氣、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等眾多專業(yè)，且呈現(xiàn)專業(yè)交叉的特點(diǎn)，缺乏易操作商業(yè)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(shù)、新材料，導(dǎo)致建設(shè)過程中當(dāng)期投入增加，投入產(chǎn)出比明顯高于傳統(tǒng)建筑。因此，鑒于綠色建筑成本支出較高，很多房地產(chǎn)開發(fā)商不愿意增加投資，致使綠色建筑施工技術(shù)不能落地，從而影響了實(shí)際的施工應(yīng)用效果。

在全球資源和環(huán)境都非常緊張的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，推動(dòng)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展可持續(xù)已成為關(guān)鍵目標(biāo)，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(huì)成為未來研究的重點(diǎn)。為此，可以從以下三方面入手：一是加強(qiáng)綠色建筑的全過程規(guī)劃設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段充分考慮到當(dāng)?shù)氐哪茉凑吲c資源優(yōu)勢，優(yōu)先考慮可再生能源，將先進(jìn)的建筑理念、技術(shù)要求及能提升居住環(huán)境適宜程度的技術(shù)、新型綠色材料等融入到綠色建筑的方案規(guī)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(yōu)勢，說服業(yè)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(shí)。在新的區(qū)域規(guī)劃時(shí)，由當(dāng)?shù)卣龑?dǎo)、各規(guī)劃設(shè)計(jì)院及專家“會(huì)診”，從源頭充分考慮當(dāng)?shù)刈匀毁Y源、地理優(yōu)勢以及城市產(chǎn)業(yè)的能源互補(bǔ)，編制低碳建筑設(shè)計(jì)導(dǎo)則，將土地出讓的附加條件，以確保所在片區(qū)每幢新建建筑都必須按導(dǎo)則去做，將綠色建筑設(shè)計(jì)方案真正落實(shí)到位。另外，針對采用可再生能源、可低碳技術(shù)的工程項(xiàng)目，政府可以配套相應(yīng)的能源費(fèi)用和稅收優(yōu)惠，確保項(xiàng)目順利落地。

三是創(chuàng)新商業(yè)模式。例如，由第三方投資建設(shè)區(qū)域能源站，以賣冷熱的方式為建筑提供服務(wù)，這種在行業(yè)內(nèi)被稱為BOT模式，即由乙方融資、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營和維護(hù)，甲方提供具有合法產(chǎn)權(quán)的場所用于乙方建設(shè)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(chǎn)供應(yīng)商，運(yùn)營期結(jié)束后，乙方無償將所有設(shè)備及產(chǎn)權(quán)移交給甲方。投資主體可以是地方城投、國有企業(yè)、民營企業(yè)等。此種模式一方面可以減輕業(yè)主在建筑初期的建設(shè)成本投入；另一方面，專業(yè)的建筑能源企業(yè)在充分考慮降低成本的同時(shí)可改進(jìn)前期的方案設(shè)計(jì)和調(diào)整后期的運(yùn)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(jīng)大型房地產(chǎn)集團(tuán)、綜合能源公司、解決方案型公司投入實(shí)踐，通過聯(lián)合設(shè)計(jì)院等相關(guān)機(jī)構(gòu)，以權(quán)威機(jī)構(gòu)的技術(shù)支撐和房地產(chǎn)集團(tuán)的建筑優(yōu)勢、創(chuàng)新的商業(yè)模式，協(xié)同帶動(dòng)和促進(jìn)建筑工程綠色發(fā)展理念落實(shí)，帶動(dòng)建筑行業(yè)綠色發(fā)展。

五、結(jié)語

總而言之，為了順應(yīng)碳中和的發(fā)展，打造新型建筑節(jié)能發(fā)展新模式，配套帶有引導(dǎo)性的政策環(huán)境，充分發(fā)揮各類市場主體的積極性，才是建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

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