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以绿色观念和技术创新助推建筑碳中和

2021-06-30 75 次浏览

近日“清华大学建筑节能研究中心”发布的《中国建筑节能年度发展研究报告2020》显示:2018年中国民用建筑建造相关的碳排放总量约为18亿tCO2,中国建筑运行的化石能源消耗相关的碳排放为21亿tCO2。根据数据推算,我国建筑碳排放量超过全国的40%。

由于建筑碳排放比重大,而且很多领域的碳排放虽不计入建筑碳排放,但依然与建筑紧密相关,我国的建筑业承担着实现“碳中和”的巨大任务。建筑“碳中和”的实现需要绿色建筑伦理的思考结合建造方式上的技术创新加以实现。

建筑节能

国务院参事仇保兴认为,要实现绿色建筑全生命周期节能、节省、节排,需要通过采取气候适应性建筑、正能建筑、碳负面清单等一系列绿色建筑措施,促进城市减碳。在碳达峰阶段,他希望能实现大部分城市人均碳达峰;到碳中和关键期,做到电力系统碳中和、一半城市碳中和;到碳中和决胜期,所有的城市都实现碳中和,交通系统实现碳中和。

要实现建筑碳中和,要从两个方面加以助力:

一方面是开源,让建筑与可再生能源有机结合;比如建筑的屋顶、立面就可以跟太阳能光伏有机结合,利用建筑物载体产生能源;如果太阳能、地热或者空气源热泵等一系列综合能源都能利用起来,那么建筑就可以把建筑能耗降到了一个很低的数字,建筑就会成为一个能量产出体,也就是产能建筑。

建筑碳中和

以光能为例,我国可在广大农村地区推广以屋顶光伏为核心的新型农村能源系统。山西省芮城县的试点显示,每户农民家庭的屋顶上都可架设一定数量的光伏设备,每户发电可达每年2.2万千瓦时,内部采用直流配电,优先自发自用。所产生的电能除满足做饭、采暖、生活热水等生活用能外,还可以供交通工具充电、农机具农产品加工,此外,还能外送1万千瓦时剩余电能。每户投资仅为10~12万元,具有很好的推广前景。中国工程院院士、清华大学建筑学院教授江亿介绍,“利用卫星高分图片,已识别出我国农村区域建筑屋顶区域面积达273亿平方米,保守估计可安装光伏20亿千瓦,年发电量可达2.95万亿千瓦时,可占未来我国电力总量的23%,由此可见我国农村建筑屋顶的光伏开发潜力”。

另一方面要节流,提高能效,把原来不太科学、不太先进的方法改成一个更好的方法,把原来相对落后陈旧的设备变成一些高效的新型节能装备,也就是在满足功能条件下减少能源消耗。

绿色经济

例如电加热是可以采暖的,但目前我国百分之六七十以上的电可能都还来自于火力发电,火力发电的效率也就是30-40%。也就是化石燃料燃烧产生的热量只有30-40%的能量才能够转化为电能,这样重新把电再变换热,实际上效率就更低了,那么如果改用热泵来采暖,消耗相对少的电力就能产生更多的热量,就获得能量的倍增效应。

谈到热泵,它是空调系统的一个逆向循环。传统空调系统在制冷的时候是看它降温制冷的效果,而热泵的逆向循环要向高温的热源放热,如果把放热控制好,产生的热量就可以为我所用,这个时候我们就把它叫做热泵。热泵有一个根本的评价指标,叫制热系数,这个取决于高温热源跟低温热源的差额状况。像长江中下游等夏热冬冷地区,冬天一般温度也在零下10度以上,建筑环境中需要供暖的温度也就二十几度,需要升温的幅度也不是太高,那么热泵的应用效果就很好。

制热系数就是热泵产生的热量跟消耗电量的一个比率。比如COP达到3或者4,就意味着消耗一份电能,可以产生4份或者3份的热量出来,这样就达到一个节能的目的,可以大量减少对电力的消耗。这个从能量守恒来讲,似乎就不守恒了,它实际上是从建筑周边环境中吸收了低品位的热能,通过逆向循环压缩产生了高温。如果热泵的低温热源从空气中获取,叫空气源热泵;如果是从地下获取,就做地热能热泵;当然也可以从太阳能来获取,也有太阳能热泵的做法。

现在也有专家认为,未来建筑有可能是要向直流系统方向转换。现在的建筑,空调可以直流的,冰箱也有好多变频的,所谓的变频到最后都是直流电来驱动的;我们日常用的一些电器设备,剃须刀、手机等都是直流的,如果少一个直流和交流逆变转换的环节,会减少能源损耗,这也是一个很好的发展方向。