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    建筑低碳能源与“互联网+”
    时间:2016-01-19 09:55 来源:中国智慧结构网 作者:管理员 点击:
     2013年我国一次能源消费总量37.5亿吨标准煤,居世界第一。建筑能耗约占我国社会能耗的1/3,而随着社会的发展,这一比例将不断上升。
     针对建筑节能领域,源牌一直以来围绕以下三个方向进行研究与实践。一是降低建筑能源需求,二是充分利用可再生资源,三是建筑能源的科学管理。

     降低建筑能源需求

     提高能源使用效率是目前最普遍的建筑节能手段,但建筑节能应在规划阶段就应融合进节能的理念,能源规划的作用日益凸显。此外,降低能源需求还应注重提高能源的转换效率。
     (1)有效规划低碳能源。低碳能源规划主要指的是对现有资源的利用,采用更加合理的方式解决建筑的一部分功能需求,从而实现建筑低碳化。在宏观上,可以通过整个区域综合资源规划的方法,即针对一个城市或区域,首先分析其外围能够提供什么样的能源接入(如大电网、蒸汽热网、天然气),再分析其内部是否有能挖掘的可利用资源(如太阳能、风能、浅层地热能等),最后再结合区域内建筑的具体需求(冷、热、电能),将这三者综合考虑,以排碳最低为最终目标,对能源使用方式进行设计和规划。
针对相对微观的建筑本体,则应充分考虑建筑节能设计,可以因地制宜选用合理风水布置、保温墙体、双向呼吸玻璃幕墙、节能门窗、遮阳系统、导光纤维照明应用等这些被动建筑节能方式,充分利用天然资源,从而降低建筑的能源需求。
     (2)提高能源转换效率。传统的矿物质能源使用方式,是建设大型电厂,通过高压输配到各个城市的变电站,经过调节、变压、分配,再输送到各个建筑中,直接使用或再经设备转化成冷、热能,满足人们的生活需求。即使采用目前最先进的技术系统,这种方式的综合效率也不超过40%。因此,要实现节能减排,提高能源从生产到消耗中间过程的转换效率是必由之路。在建筑领域,与之对应的解决方案是冷热电三联供为代表的分布式能源,以及以集中供冷供热为特征的区域能源系统。
       分布式能源其核心解决思路是能源的就地消纳与梯级利用。以冷热电三联供为例,在小片区域或者单体建筑中,单独设立能源站对一次能源进行加工转化,并将其转化过程中的不同产品,给予不同方式的有效利用。如燃气内燃机系统,采用天然气作资源,燃烧过程中产生的高温烟气部分转化为高品味的电能,中温部分通过溴化锂吸收式制冷主机为用户提供空调,低温部分则直接供用户采暖和生活热水。这种方式实现能源的梯级利用,可实现一次能源的综合利用率达80%以上。发展“热—电—冷”三联供技术,技术层面已成熟,但推广应用需政策配套以及合适的建筑群周边条件,才能发挥较好的经济效益。
       在一些没有条件发电的建筑群中,由于建筑能耗的60%以上发生在空调和采暖系统上。业态的差异导致其空调负荷存在同时使用系数远远低于1的情况,则可以采用规模化的区域供冷、供热方式系统的降低空调系统的装机容量,减少能源消耗和碳排放。
     (3)提高能源使用效率。对于建筑物的主要用能系统,通过技术手段提高能源的使用效率,其带来的节能效益是显而易见的。目前围绕这一方面有着多种技术,如新型空调技术、建筑智能控制技术、高效率的空调机组以及LED照明等。由于空调和采暖系统是用能大户,因此研究节约建筑能耗,空调采暖技术尤为重要,应重视该领域的低碳建筑技术开发和应用。

       充分利用可再生资源

       采用风能、太阳能、浅层地热能以及其他可再生、非矿物质能源,来替代以煤为代表的矿物质能源,来减少建筑运行中用能造成的排放,是能源行业以及建筑低碳化的必然趋势。
      (1)地(水)源热泵系统。地(水)源热泵是实现低品位热能向高品位热能转移的冷暖两用空调系统,从能源角度来说,它主要利用常温土壤、地表水或地下水中的能源制冷和供暖,而这些能源来源于太阳能,所以它是一种利用可再生能源的技术,其高效、节能等特点已经被社会广泛认同。但其应用受到地理条件和水文地质的影响较大,成为制约地源热泵应用的主要障碍,同时气候条件也是影响其节能性能的因素之一。
      (2)太阳能光伏发电系统。太阳能光伏系统也有着较好的节能价值,绿色设计理念对太阳能建筑来说尤为重要。建筑应该从设计开始就将太阳能系统考虑为建筑不可分割的一个组成部分,将太阳能外露部件与建筑立面进行有机结合,实现太阳能与建筑材料一体化。园区建设中若建筑形式普遍占地大、楼层低、容积率不高,则具有良好的应用太阳能光伏的条件。
      (3)风电的新应用。近些年我国能源结构中,煤炭的比例从80%多下降到60%多,有很大一部分原因是风电的大规模发展。但值得一提的是大多数风场都位于我国西部和北方,经济发展相对落后于南方与东部沿海地区,因此其用电负荷也较小,导致大量风力发电产生的电力没有得到有效利用,从而产生“弃风现象”。这无论对于风电的投资还是其产生的能源都是极大的浪费。因此可适当考虑一些新的方式,对这些地区发出的电力加以更为合理的应用。

       科学管理建筑能源

       科学管理建筑能源包含蓄能空调技术、建立建筑能效基准、加强建筑节能事后监管以及建筑能效测评,也应当作为实现建筑能源低碳化的重要研究方向之一。
      (1)蓄能空调技术
        可再生能源往往是具有间歇性特征的,而电能一般来说是不能储存的,即使能实现一定程度上的储存,以目前的技术成本也非常高,往往得不偿失,但是建筑能源需求中的冷和热是有办法实现储存的。在夜间空调负荷相对较低,电力负荷同样较低的情况下,通过技术手段和相应设备可将电能转变为冷和热储存起来,白天再释放使用,这样的方式就叫做蓄能空调技术。蓄能空调技术已经成为我国电力需求侧管理行之有效的重要技术手段之一。各级政府和电力系统高度重视并不断推出优惠政策,引导社会企、事业单位广泛采用,指导用户科学用电、合理用能,其最主要的功能是实现电力移峰填谷,具有良好的社会效益和经济效益。
      (2)建立各类建筑能耗基准
       建筑能耗基准是判定和分析能源利用效率水平高低的重要依据。与欧美发达国家相比,我国建筑能耗基准方面的工作基础较差,建筑能耗及建筑基本情况等基础数据严重匮乏。所幸业内各界已认识到建筑基础数据的重要性,目前相关的建筑节能和信息统计工作已连续开展多年,目前已经取得一定成果。
      (3)能源监测和行为节能
        面向政府及主管部门的能源管理系统(又称能源监管系统或能耗监管平台等)是政府节能主管部门的监管体系的核心以及长效监管机制的保障。该系统作为区域级建筑的能耗监测、统计、分析的平台基础,为相关部门开展能源审计、能耗统计提供科学充分的数据;同时,还可以利用该系统实现能效公示、能耗定额等功能,提高管理水平。

        建筑能源与“互联网+

        光伏发电、风电等新能源发电都有一个共同的特点,那就是间歇式运行,这就使得发电与用电难以配备。因此针对微观的建筑本身,发展基于物联网和互联网的楼宇自控系统,高度集成建筑中涉及到的一切能源消耗终端并进行管理监控,是“互联网+”浪潮中对楼控集成商的开放集成和解决方案整合能力的考验。传统的楼宇自动化控制能够自动控制建筑物内的机电设备,通过软件、系统地管理相互关联的设备,发挥设备的优势和潜力,最终达到优化运行、降低能源消耗、减少维护人员的劳动强度等目标。“互联网+”浪潮下的楼宇自动控制系统,则将带来进一步提高系统集成度、能源管理主动化和云服务等需求。
        要实现第三次能源革命,宏观层面还需要通过基于互联网络通讯技术,构筑宏观的智慧低碳能源网,管理区域、城市、国家乃至全球能源互联网,将无数分散的发电、储电、供电、用电有机结合起来,让供能和用能信息透明并自动配备,实现能源最合理的使用。
         到那时,至少在占全社会总能耗50%以上的建筑和交通领域将率先实现能源的零碳化应用,众多建筑都将成为一座座微型电站,无数个微型电站用能源总线联系起来,就构成了一张张高效的低碳能源网。人类的能源消费结构将被彻底颠覆,对环境的保护能力将得到空前提高,可供人类持续生存发展下去的新能源结构将带来人类社会的又一次跨越。

    作者单位:
    叶水泉    杭州国电能源环境设计研究院
    姚    望    杭州源牌环境科技有限公司

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