嶺南地區(qū)近零能耗建筑技術(shù)探究

蔣士磊，劉長飛，肖 潭

（廣東石油化工學(xué)院建筑工程學(xué)院，廣東 茂名 525000）

1 引言

2020 年我國提出了“雙碳”目標(biāo)。據(jù)資料顯示，由建筑耗能產(chǎn)生的碳排放占全球溫室氣體排放的25%，建筑業(yè)按高能耗建筑與高碳排放的發(fā)展趨勢，難以于限定時間實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。在此背景下，因地制宜地發(fā)展近零能耗建筑成為建筑節(jié)能減排，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和綠色低碳社會的重要手段。

嶺南地區(qū)夏季持續(xù)時間較長，夏季高溫高濕，空調(diào)系統(tǒng)的使用頻率很高，空調(diào)系統(tǒng)的能耗占據(jù)了建筑能耗的很大一部分。近零能耗居住建筑是指在全年周期內(nèi)，建筑物的能源需求非常低，幾乎可以實現(xiàn)自給自足的能源供應(yīng)，不需要過多的額外能源供應(yīng)。近零能耗居住建筑的建造成本相對較高，但是通過長期高效的節(jié)能措施和能源成本控制策略，可以實現(xiàn)建筑全生命周期總能耗和總碳排放最低的目標(biāo)，進而實現(xiàn)總成本較低的目標(biāo)。

2 被動式節(jié)能技術(shù)

2.1 外墻隔熱和遮陽技術(shù)

在嶺南地區(qū)的建筑中，外墻隔熱是一項非常重要的被動式節(jié)能措施。采用隔熱材料來減少室內(nèi)外熱量的交換可以有效降低能耗。在嶺南地區(qū)，常用的隔熱材料包括巖棉、聚苯板等，這些材料具有良好的隔熱性能，可以有效減少室內(nèi)外溫度的傳導(dǎo)。

另一方面，遮陽技術(shù)也是非常重要的一項節(jié)能措施。在嶺南地區(qū)的建筑中，由于夏季炎熱，合理使用遮陽設(shè)施可以降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)的使用。常見的遮陽設(shè)施包括百葉窗、遮陽篷等，這些設(shè)施可以阻擋陽光的直射，減少室內(nèi)的熱量吸收。

2.2 自然采光與光導(dǎo)照明技術(shù)

在嶺南地區(qū)的建筑中，采光與遮陽技術(shù)是非常重要的被動式節(jié)能措施。合理利用自然光可以減少對人工照明的需求，從而降低能耗。在設(shè)計建筑時，可以采用大面積的窗戶和天窗，以增加室內(nèi)的自然光照。此外，還可以使用反射材料來提高室內(nèi)的光照亮度。

光導(dǎo)照明技術(shù)是利用導(dǎo)光管或?qū)Ч饫w維直接將室外聚光器收集的太陽光傳輸?shù)桨滋煨枰庹盏牡胤剑芰總鬏斝瘦^高。這種照明方式極大地保留了太陽光的原始自然屬性，相比于普通人造光源更有助于人體健康，光導(dǎo)照明技術(shù)在推進節(jié)能減排等方面具有深遠意義。

2.3 自然通風(fēng)技術(shù)

嶺南地區(qū)夏季炎熱多雨、太陽輻射強烈，居住建筑全年的降溫需求很大，自然通風(fēng)是一項零能耗的高效降溫技術(shù)，為確保良好的室內(nèi)通風(fēng)效果，建筑主要朝向，自然通風(fēng)開口面積應(yīng)滿足要求且方便調(diào)節(jié)。同時應(yīng)合理利用建筑遮陽構(gòu)件減少太陽輻射，同時將室外適宜狀態(tài)下的新風(fēng)引入室內(nèi)降溫及補充室內(nèi)新風(fēng)，從而實現(xiàn)建筑與周圍環(huán)境的能源和物質(zhì)交換、構(gòu)成和諧的建筑熱生態(tài)系統(tǒng)和風(fēng)生態(tài)系統(tǒng)。

2.4 熱橋與熱損失控制技術(shù)

熱橋是指建筑中導(dǎo)熱性能較高的部位，容易導(dǎo)致能量的損失，最大限度地提高建筑保溫隔熱性能和氣密性，可以有效地降低建筑供暖供冷需求的建筑。近零能耗建筑作為一種極低能耗的建筑，勢必對其圍護結(jié)構(gòu)熱工性能和氣密性的設(shè)計提出了更高的要求。無熱橋設(shè)計是被動式建筑設(shè)計的五大準(zhǔn)則之一，是近零能耗建筑實現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)的氣密性、保溫效果和避免熱橋現(xiàn)象發(fā)生，減少熱橋的發(fā)生，降低建筑能耗的重要手段。

3 主動式節(jié)能技術(shù)

3.1 高效空調(diào)與制冷技術(shù)

在夏季，嶺南地區(qū)的室內(nèi)溫度較高，需要使用空調(diào)和制冷設(shè)備來降低室內(nèi)溫度。高效空調(diào)技術(shù)可以通過采用節(jié)能型空調(diào)設(shè)備、優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和控制，以及增加建筑的隔熱和遮陽措施等方式來降低空調(diào)能耗。此外，還可以采用地源熱泵技術(shù)，利用地下的地?zé)崮軄硖峁┲评湫Ч瑴p少對傳統(tǒng)空調(diào)的依賴。

3.2 智能控制與能源管理系統(tǒng)

智能控制與能源管理系統(tǒng)可以通過傳感器、自動化控制和人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)對建筑能源的智能化管理和優(yōu)化。例如，可以根據(jù)室內(nèi)外溫度、濕度和人員活動情況等因素，自動調(diào)整空調(diào)和照明設(shè)備的運行狀態(tài)，以達到節(jié)能的目的。此外，還可以通過能源監(jiān)測和分析，對能源消耗進行實時監(jiān)控和優(yōu)化，提高能源利用效率。

3.3 高效照明系統(tǒng)

照明是建筑中重要的能耗來源之一。在嶺南地區(qū)的居住建筑中，可以采用高效照明系統(tǒng)來降低能耗。例如，可以使用LED 燈具代替?zhèn)鹘y(tǒng)的白熾燈和熒光燈，戶外照明可以采用太陽能燈，從而有效降低能耗。此外，還可以結(jié)合智能控制系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)光照情況自動調(diào)整照明亮度，避免能源的浪費。

3.4 新風(fēng)熱回收技術(shù)

近零能耗建筑采用高度氣密設(shè)計，自然通風(fēng)難以滿足室內(nèi)人員新風(fēng)需求，機械通風(fēng)系統(tǒng)成為保證新風(fēng)質(zhì)量的重要手段。新風(fēng)熱回收技術(shù)能夠有效節(jié)能，它利用排風(fēng)對新風(fēng)進行預(yù)處理，在夏季進行預(yù)冷除濕，從而減少處理新風(fēng)所需能量。

研究發(fā)現(xiàn)，在北京、上海和廣州，僅在夏季使用新風(fēng)熱回收設(shè)備，就可以減少建筑能耗14%～23%。這說明新風(fēng)熱回收在節(jié)能降碳中具有重要作用，與自然通風(fēng)相比，可有效節(jié)約能源。

3.5 高效熱水供應(yīng)技術(shù)

在冬季，嶺南地區(qū)的居民需要使用熱水來滿足生活需求。可以采用高效熱水供應(yīng)技術(shù)來降低能耗。例如，可以使用太陽能熱水系統(tǒng)，減少對傳統(tǒng)燃氣或電能的依賴。此外，還可以采用熱泵技術(shù)，利用熱泵將室外的熱能轉(zhuǎn)移到水中，提高能源利用效率。

4 可再生能源利用及儲能技術(shù)

4.1 太陽能利用技術(shù)

在嶺南地區(qū)，夏季陽光充足，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以有效地將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。太陽能熱水系統(tǒng)也可以利用太陽能熱量來加熱水，滿足居民的熱水需求。在建筑設(shè)計中，可以將太陽能光伏板和太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化設(shè)計，如將光伏板安裝在建筑外墻或屋頂上，以最大限度地利用太陽能資源。此外，嶺南地區(qū)有較長的海岸線，利用太陽能發(fā)電電解海水制氫技術(shù)在建筑節(jié)能降碳方面也具有較大潛力。

4.2 風(fēng)能利用技術(shù)

嶺南地區(qū)的山地和丘陵地形以及較長的海岸線，使得該地區(qū)具有豐富的風(fēng)能資源。風(fēng)能利用技術(shù)可以通過風(fēng)力發(fā)電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。在嶺南地區(qū)的建筑設(shè)計中，可以將風(fēng)力發(fā)電機與建筑一體化設(shè)計，利用建筑的結(jié)構(gòu)和風(fēng)道來提高風(fēng)能的捕捉效率。此外，風(fēng)能也可以用于建筑的通風(fēng)和制冷，通過自然通風(fēng)和風(fēng)扇等設(shè)備來降低室內(nèi)溫度，減少對空調(diào)的依賴。

4.3 地源熱泵技術(shù)

地源熱泵是一種利用地下熱能進行供暖和制冷的技術(shù)。在嶺南地區(qū)，地下溫度相對穩(wěn)定，可以利用地源熱泵系統(tǒng)來降低空調(diào)和供暖的能耗。在建筑設(shè)計中，可以將地源熱泵系統(tǒng)與建筑一體化設(shè)計，如將地源熱泵系統(tǒng)的地下管道布置在建筑的地基中，利用地下熱能進行能量交換。地源熱泵技術(shù)的優(yōu)化和地下熱能的開采和利用效率還需要進一步研究。

4.4 生物質(zhì)能利用技術(shù)

生物質(zhì)能是一種可再生能源，包括木材、秸稈、沼氣等。在嶺南地區(qū)，生物質(zhì)能可以用于供暖和熱水生產(chǎn)。生物質(zhì)能利用技術(shù)可以通過生物質(zhì)能熱水系統(tǒng)將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為熱能、電能，滿足居民的供暖和熱水需求。在生物質(zhì)燃料發(fā)電方面，國內(nèi)目前生物質(zhì)燃料開發(fā)利用程度還很低，每年商品形式的生物質(zhì)能僅幾千萬噸（以標(biāo)準(zhǔn)煤計），生物質(zhì)能的供應(yīng)鏈和利用系統(tǒng)也需要優(yōu)化，以提高生物質(zhì)能的利用效率和環(huán)境友好性。

4.5 儲能技術(shù)

近零能耗建筑廣泛利用電池、熱水儲存和相變材料等儲能技術(shù)，將可再生能源產(chǎn)生的能量通過儲存進行時間匹配，以滿足建筑不同時間點的能量需求。儲能技術(shù)在近零能耗建筑中的應(yīng)用方式主要有電池儲能系統(tǒng)、熱能儲存、超級電容器、熱水儲存池。此外，近些年有學(xué)者提出，利用與建筑集成的可再生能源電解制氫供氫能源汽車使用，同時將氫能源汽車作為分布式儲能設(shè)備，在負荷高峰時段為建筑供能。

5 展望

5.1 建筑材料與技術(shù)的創(chuàng)新

建筑材料和技術(shù)的創(chuàng)新是實現(xiàn)近零能耗建筑的關(guān)鍵。研究和開發(fā)具有良好隔熱、保溫性能的新型建筑材料，如高效隔熱材料、相變材料等，以提高建筑物的保溫性能。高效節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，研究和推廣，如太陽能光伏發(fā)電、太陽能熱水器、地源熱泵等，以提高建筑物的能源利用效率。綠色建筑設(shè)計理念的應(yīng)用，研究和推廣綠色建筑設(shè)計理念，以提高建筑物的整體能效。

5.2 多能互補與綜合利用技術(shù)

多能互補與綜合利用技術(shù)是實現(xiàn)近零能耗建筑的重要手段。研究和開發(fā)多能互補系統(tǒng)，如太陽能與風(fēng)能的互補利用，太陽能與地源熱泵的互補利用等，以提高能源的綜合利用效率。儲能技術(shù)的研究，研究和開發(fā)高效的能量儲存技術(shù)，如熱儲能技術(shù)、電池儲能技術(shù)、氫儲能技術(shù)等，以平衡能源供需，提高能源利用效率。能源互聯(lián)網(wǎng)的研究，研究和推廣能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)建筑之間、建筑與電網(wǎng)之間的能源互聯(lián)互通，以提高能源的綜合利用效率。

5.3 智能化與自適應(yīng)控制技術(shù)

智能建筑控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)，實現(xiàn)建筑設(shè)備的智能化控制，以提高能源利用效率。自適應(yīng)節(jié)能技術(shù)的研究和開發(fā)，實現(xiàn)建筑設(shè)備的自動調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同季節(jié)和使用需求，提高能源利用效率。智能能源管理系統(tǒng)的研究和開發(fā)，實現(xiàn)能源的智能監(jiān)測、分析和管理，以提高能源利用效率。

5.4 社會經(jīng)濟與政策支持研究

社會經(jīng)濟與政策支持研究是實現(xiàn)近零能耗建筑的重要保障。研究社會經(jīng)濟因素對近零能耗建筑的影響，如用戶需求、市場認可度等，以促進近零能耗建筑的普及和推廣。研究和制定相關(guān)政策法規(guī)，如能源節(jié)約法、綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)等，以提供政策支持和激勵措施，促進近零能耗建筑的發(fā)展。研究和建立經(jīng)濟支持機制，如財政補貼、稅收優(yōu)惠等，以提供經(jīng)濟支持，促進近零能耗建筑的投資和發(fā)展。