多能互補型超低能耗綠色建筑能源供應研究

劉凱 丁曉欣 王鑫

摘? 要：超低能耗綠色建筑作為未來建筑的發(fā)展方向，極大改變了當前建筑業(yè)結構，并受到各地政府的高度關注和迅速推廣。通過分析當前綠色建筑能耗存在的問題;以嚴寒地區(qū)為例，利用eQUEST對建筑能耗模擬分析，確定超低能耗建筑節(jié)能效果明顯。為保證超低能耗綠色建筑節(jié)能目標的順利實施，提出多能互補型超低能耗建筑的能源供應，以及關鍵技術措施的設計和施工進行介紹。將建筑節(jié)能降耗工作逐步從措施導向轉為效果導向，利用數(shù)據(jù)說明建筑節(jié)能降耗的實質性內(nèi)容。

關鍵詞：超低能耗;綠色建筑;能耗模擬

中圖分類號：TU201.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-0105（2020）01-0062-05

Research on Energy Supply of Multi-energy Complementary Ultra-low Energy Green Building

LIU Kai1，2， DING Xiao-xin1，2， WANG Xin3

（1.College of Economics and Management， Jilin Jianzhu University， Jilin， Changchun， 130118， China; 2.Jilin Province Green Construction and Management Research Center， Jilin， Changchun， 130114， China;3.School of Municipal and Environmental Engineering Jilin Institute of Architecture and Technology， Jilin， Changchun， 130114， China）

Abstract：? As a development direction of future buildings， ultra-low-energy green buildings have greatly changed the current construction industry structure， and have been highly concerned and rapidly promoted by local governments. By analyzing the current problems of energy consumption of green buildings; taking the cold region as an example， using eQUEST to simulate the building energy consumption， it is determined that the energy-saving effect of ultra-low-energy buildings is obvious. In order to ensure the smooth implementation of energy-saving targets for ultra-low-energy green buildings， the energy supply of multi-energy complementary ultra-low-energy buildings and the design and construction of key technical measures are introduced in the paper. The construction energy conservation and consumption reduction work will gradually shift from the measure orientation to the effect orientation， and the data will be used to illustrate the substantial content of building energy conservation and consumption reduction.

Key Words：? ultra-low energy consumption; green building; energy consumption

0? 前言

節(jié)能減排是目前國家為應對當前國家施行可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措，針對節(jié)能環(huán)保新型發(fā)展策略，各行業(yè)尋求轉型。建筑業(yè)作為支柱性行業(yè)，更需要為當前節(jié)能減排做出突出業(yè)績[1-2]?，F(xiàn)今對于推進建筑節(jié)能的進程中[3-4]，建筑業(yè)的能耗已經(jīng)處于6L/m2之下，隨著節(jié)能減排工作的持續(xù)推進，將能很快實現(xiàn)存量建筑全面能耗低于3L/m2的目標，其中，綠色建筑因其對氣候、環(huán)境、資源、經(jīng)濟和文化等特點綜合考慮，同時通過對建筑全壽命期考量，從而引起在全國各地區(qū)范圍內(nèi)的強烈響應。當前建筑業(yè)能源消耗量及我國房屋建筑面積變化如表1、圖1所示。

就目前建筑發(fā)展過程中建筑能耗主要存在問題為：

第一，突出建筑造型，忽視能耗的重要度。現(xiàn)階段對于建筑的外形的盲目追求，一味地使用新奇獨特的外觀構造對于建筑資源的浪費，由此對于社會環(huán)境以及經(jīng)濟造成的負擔不容小覷[5-6]。

第二，現(xiàn)階段以建筑構造來講，對于建筑體型系數(shù)、外墻構造及屋頂圍護結構、熱源的供應以及能源運輸?shù)雀鱾€問題，未就建筑工程的系統(tǒng)性，全局性，全面性和全方位進行考慮。片面的追求單一性效果，而忽視就整個建筑的壽命周期來講節(jié)能降耗的可持續(xù)性。而由此產(chǎn)生的能耗增加以及能源損失對于整個建筑行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排綠色可持續(xù)性發(fā)展是十分不利的。

第三，新能源利用，缺少全局性考慮[7]。雖然超低能耗建筑在前期投資比較大，超過一般性建筑，但是考慮到節(jié)能降耗的綜合效益以及建筑較長的壽命周期運行成本，選擇超低能耗綠色建筑才是當下建筑業(yè)發(fā)展的必由之路。

第四，對于部分采用新能源設計的節(jié)能建筑的用能機制不成熟，并且缺乏相應的用能機制約束，為獲取補貼，強加設計新能源系統(tǒng);缺乏相應的監(jiān)管措施，致使我國各類建筑節(jié)能減排的目的久久不能實現(xiàn)。

綜上所述，這些問題的存在對我國建筑業(yè)實行節(jié)能減排工作極其不利，且隨著社會進步，建筑規(guī)模加大，能源危機，環(huán)境治理等問題的突出，建筑節(jié)能降耗的重要性會進一步加重[8-9]。再者，人們對室內(nèi)環(huán)境品質、舒適度的要求越來越高，新型建筑功能多元化，結構復雜化的增加，這就需要將建筑節(jié)能降耗工作逐步從措施導向轉為效果導向，利用數(shù)據(jù)說明建筑節(jié)能降耗的實質性內(nèi)容。

1? 建筑能耗影響因素

根據(jù)系統(tǒng)思維對建筑內(nèi)外部能耗影響因素進行歸納，總結建筑內(nèi)外部影響能源消耗的因素如表2所示。

2? 能源供應措施

2.1 新型能源供應種類

依據(jù)超低能耗綠色建筑項目實施環(huán)境，可以對其實行的能源供應如表3所示。

2.2 具體能源供應方式

（1）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)除滿足夏季在制取熱水時，還可以供應建筑照明等設備運行能耗[10]。過渡季節(jié)，太陽能系統(tǒng)制取的熱量在滿足生活熱水的情況下，將剩余的熱量全部排入地下用來補充冬季的熱損失，從而調節(jié)土壤全年的熱平衡。太陽能光伏發(fā)電原理如圖2所示。

（2）地源熱泵系統(tǒng)

地源熱泵系統(tǒng)在夏季時，則需要啟動全熱回收地源熱泵主機，以滿足超低能耗建筑空調冷負荷，全熱回收機組熱量回收，滿足免費熱水負荷[11]。冬季時，當太陽能不能滿足熱水需求時，則會啟動全熱回收地源熱泵的主要功能以用來獲取熱水，滿足冬季的取暖需求。地埋管地源熱泵系統(tǒng)工作原理如圖3所示。

（3）帶熱回收新風系統(tǒng)

由于建筑保溫及氣密性能大幅提高，則為滿足室內(nèi)環(huán)境的衛(wèi)生要求，需要提供新風，同時新風系統(tǒng)承擔室內(nèi)濕負荷（潛熱負荷）[12-15]。室內(nèi)氣流組織采用置換新風的通風方式，新風量須滿足30m3/（h·p），由于增加了新風能耗，需對排風進行熱回收[16-18]。選用環(huán)都拓普牌KPG020-XJ全熱回收型新風除濕機機組，處理風量為2000m3/h。帶熱回收的新風系統(tǒng)工作原理如圖4所示。

（4）毛細管網(wǎng)系統(tǒng)

嚴寒地區(qū)宜以地源熱泵為熱源，并采用低溫輻射供暖方式。本項目采用毛細管末端輻射系統(tǒng)（圖5）供暖供冷技術。用水做熱媒的毛細管使用彈性塑料，因為換熱面積很大，換熱均勻，即使在熱交換表面與室內(nèi)空氣間溫差非常小的情況下也能產(chǎn)生較大的能量交換，這是毛細管網(wǎng)不可替代的優(yōu)勢。本項目夏季室內(nèi)設計溫度為26℃，冷水均溫與室內(nèi)溫差為7℃，即冷水均溫為19℃就能滿足房間的制冷需求，故供冷供回水溫度為18℃/20℃;冬季室內(nèi)設計溫度為20℃，熱水溫度與室內(nèi)溫差為11℃，熱水均溫為31℃就能滿足房間的制熱需求，故供暖供回水溫度為30℃/32℃。

3? 建筑能耗模擬分析

以我國嚴寒地區(qū)長春市氣象條件為例，通過設置室外氣象基本參數(shù)、室內(nèi)設計參數(shù)、圍護結構參數(shù)、內(nèi)擾設置、設備設置、運行時間以及各項技術經(jīng)濟指標[19-20]。利用eQUEST對超低能耗建筑能耗模擬分析，超低能耗綠色建筑全年耗電量[132118kwh]，參照建筑物（節(jié)能65%）全年耗電量[483976kwh]，具體分析結果如表4、圖6、表5、圖7所示。

依據(jù)建筑節(jié)能公式計算可以得到：

[建筑節(jié)能率=1-超低能耗建筑節(jié)能65%建筑=1-132 118483 976=72.7%]

依據(jù)建筑節(jié)能公式計算得出超低能耗綠色建筑的建筑節(jié)能率為[72.7%]，同比相較于節(jié)能65%建筑，在其當前節(jié)能基礎上更節(jié)省72.7%;對比80—90年代的建筑能耗節(jié)能達到90.4%，效果甚為可觀。

4? 主要成就

第一，節(jié)能節(jié)省供暖費。與常規(guī)建筑相比（節(jié)能65%），在同等舒適度的前提下，超低能耗建筑節(jié)能71.7暖年運行成本10091元。如果我們能在寒冷地區(qū)推廣建設200萬平方米的超低能耗建筑，就能節(jié)能71.7%和1640萬元的年運行費用。

第二，產(chǎn)能建筑及其效益。據(jù)監(jiān)測，風光互補并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的安裝日均發(fā)電量為100度，可彌補春秋兩季日均能耗21度和最低能耗。剩余的電力可以出售。并以此作為項目收益，彌補作為超低能耗前期投入較大的缺點。

第三，運行超低能耗建筑每年減少能耗469 144kwh，可節(jié)省標煤168.89噸，減少污染排放1.7噸煙塵，450噸二氧化碳，3.4噸二氧化硫，1.2噸氮氧化物。充分實現(xiàn)節(jié)能減排，綠色發(fā)展的新興工業(yè)化道路。

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（責任編輯：許元）