低碳建筑技术思考与实践

叶水泉

（杭州国电能源环境设计研究院，杭州 310030）

低碳建筑技术思考与实践

叶水泉

（杭州国电能源环境设计研究院，杭州 310030）

介绍了我国化石能源与经济发展的基本现状，论述了加快低碳经济、低碳建筑发展的必要性，提出低碳建筑发展是一项保护自然环境、全民参与的系统工程。结合工程实践，介绍了低碳建筑技术的价值和应用情况，在实践过程中应防止建筑领域盲目高技术、高投入的“低碳化”；结合生态保护、建筑风水设计，选择合理的建筑围护结构和机电技术，回归人与自然的和谐发展才是低碳建筑的科学发展之路。从低碳建筑技术层面就杭州加快低碳城市建设提出了建议。

低碳建筑；建筑节能；热泵蓄能耦合；物联网

人类能源消费过度依赖于化石能源，造成环境污染，导致全球气候变暖、冰山融化、海平面上升、沙漠化日益扩大等现象不断出现，自然灾害频繁发生。减少温室气体的排放，治理大气环境，防止污染已成为人类共识，世界各国都在寻求新的能源发展战略。

在我国，随着经济社会的发展，化石能源消费同样高速增长。自1949年新中国成立到1990年，大约用了40年时间达到年消耗煤炭1×109t的水平。而达到年消耗2×109tce，也就是第2个1×109tce增量的实现仅用了14年的时间，第3个1×109tce增量只用了5年时间。与之相对应的电力发展也同样高速。自新中国成立到1987年，全国建成发电装机总容量100 GW共用了38年时间，而实现第2个新增100 GW仅用了7年时间，第3个100 GW只用了5年时间，第4个100 GW用了4年时间，第5个100 GW用了不到2年。2007年后，每新建100 GW的发电能力耗时不到1年。至2009年底，我国发电装机总容量超出900 GW，位居世界第二。一方面，30年改革开放我们取得了巨大的经济成就；另一方面，这些成就的取得却主要依赖于能源高消耗、环境高污染、劳动力低价格、产品高出口的经济发展模式。2009年世界金融危机再次警示：现有产业结构和经济发展方式已难以为继，经济发展必须遵循科学规律。在新的发展形势下，中国政府发布了《关于积极应对气候变化的决议》，及时提出要立足国情发展低碳经济，要建设低碳型工业、建筑和交通体系，创造以低碳排放为特征的新的经济增长模式，促进经济发展向高能效、低能耗、低污染、低排放模式转型，为实现我国经济社会可持续发展提供新的不竭动力。

1 低碳建筑思考与对策研究

根据美国环保总署2008年报告，在温室气体排放中，建筑业占38%以上，这个比例在城市更高，大约60%的碳排放源于建筑。统计数据显示，中国每建成1 m2房屋，约释放0.8 t碳。联合国政府间气候专门委员会评估报告认为，低碳建筑是减少温室气体排放“最具性价比”的领域，将引领未来城市建设的新趋势。顾名思义，低碳建筑是指在建筑材料与设备制造、施工建设和建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量。其主要技术路线是减少建筑能源消耗、提高各类能源在建筑寿命期中使用效率以及大力开发利用可再生新能源。

建筑能源消耗和提高能源使用效率均属于建筑节能范畴，是一项涉及政治、经济、社会生活等各方面，与社会大众的价值观、文化理念、生活方式、社会公平、工程技术等多方面密切相关的全社会行动。

在中国，首先政府必须高度重视，通过宣传、教育和表率作用，提高全民节能意识；其次，建立完善的建筑节能法律、法规和技术标准体系，对全社会进行有效约束；最后，要学会与自然和谐相处并不断创新技术，注重生态环境的保护和规划设计。建筑设计中应对建筑外围护结构、遮阳结构、日照与采光、自然通风、隔声降噪、室内空气质量、建筑材料等进行合理布局；建筑机电系统应正确选择采暖通风空调、变配电、绿色照明、基于能源精确计量管理的楼宇自动控制、给排水及水资源的合理利用、建筑智能化等机电技术。由此可见，低碳建筑是一项全民参与的复杂的系统工程。

建筑通常分为民用建筑和工业建筑，其中民用建筑又分为居住建筑和公共建筑。以杭州市为例，2006年民用建筑总消耗电量为3.18 TWh，占全社会总用电量的24.2%；而对应的空调用电负荷和用电量分别为1.2 GW和1.07 TWh，分别占全社会当年用电最大负荷及总用电量的49.5%和6.7%。另有资料表明，2006年杭州市居住建筑单位建筑面积年耗电量约为30 kWh/m2，而公共建筑单位建筑面积的年耗电量为70～300 kWh/m2，是居住建筑的2～10倍，公共建筑节能潜力明显大于居住建筑。杭州市建筑能源消耗呈如下特点：

（1）建筑用电量占社会总用电量24.2%，计及其他能源消耗，建筑能耗约占社会总能耗30%，与全国平均水平同步，其节能潜力巨大。

（2）从建筑空调用电情况可以看出：①空调用电是造成城市夏季高峰用电紧张的主要原因；②建筑空调用电负荷与用电量占全社会最大用电负荷和总用电量的百分比相差悬殊，说明了杭州市大量建筑采用了效率不高的分散式小型分体空调；③大量建筑照明、待机能耗等被白白浪费。

（3）公共建筑节能潜力远大于居住建筑，建筑能源以电力、燃油和燃气为主，基本没有涉及新能源。

由此可见，低碳经济的关键在低碳城市，低碳城市的关键在低碳建筑，低碳建筑的关键在于保持良好的生态。充分利用建筑风水，合理设计建筑形态和围护结构，尽量利用自然能源减少建筑能源需求。当前，建筑节能的主要矛盾是公共建筑节能，其次是住宅、工业建筑。采用合理技术措施均衡电力需求，积极开发使用新能源，重视建筑运行维护，积极推进合同能源管理等，将成为低碳建筑发展的新模式。

2 低碳建筑技术实践与探索

目前，一些广受关注的低碳建筑常用技术如表1所示。应该充分考虑建筑物所在地的气候区域、建筑生态环境、建筑物功能定位、当地能源政策以及当地人文习俗等，综合设计选择使用。下面以建筑机电技术为例，介绍几个典型项目的节能成效。

项目1。上海世博中心位于黄浦江边，是2010年上海世博园区核心永久建筑之一，总建筑面积1.42×105m2，夏季空调冷负荷13 000 kW，冬季热负荷8 860 kW，采用江水源热泵+冰（水）蓄冷技术。选用RUNPAQ纳米导热复合盘管蓄冰装置10台，蓄冷量7 200 Rth；水蓄冷利用900 m3消防水池，蓄冷量1 900 Rth。2010年2月项目安装调试完成并投入运行，经比较，项目减少制冷装机容量30%，减少制冷用冷却塔，全年节水6.7×104t，节约运行费用305万元，夏季转移高峰电力880 kW，年转移高峰电量1.9 GWh，年直接节煤6 800 t，减排烟气2.1×108m3、二氧化碳3.4×104t。该项目是目前国内唯一获得绿色三星和美国LEED双证的大型公共建筑，为“城市让生活更美好”的世博主题增光添彩。

项目2。安徽合肥大剧院位于合肥市政务文化新区科技绿轴西侧，建筑面积6×104m2，主要由戏剧厅、音乐厅、多功能厅等部分组成。该项目的特点是生态节能，设计中严格按照国家公共建筑节能设计标准进行，一是外墙采用双真空玻璃膜墙；二是屋盖采用加厚岩棉金属体系，起到良好的保温隔热隔音效果；三是舞台余热回收技术，将舞台、灯光产生的大量热能回收，用于剧场空气除湿，提高空气品质；四是采用太阳能热水系统，满足大剧院日常管理和演出时的生活热水；五是采用太阳能光伏系统，将太阳能有效转化为电能以满足剧院灯光照明需求；六是光导管系统，导入自然光，以解决地下车库和阴暗房间白天的工作照明，节约用电；七是空调冷热源采用热泵蓄能耦合技术，利用天鹅湖的天然蓄热散热功能作为热泵的热汇，建筑物夏季空调冷负荷5 515 kW，冬季热负荷4 842 kW。采用湖、水源热泵+冰蓄冷系统，选用RUNPAQ纳米导热复合盘管蓄冰装置4台，蓄冰量8 900 Rth。与常规空调相比减少制冷装机容量30%，省去制冷用冷却塔，年节约水2.5×104t。夏季转移高峰电力500 kW，年转移高峰电量1.5 GWh，节约运行电费约110万元。冬季水源热泵运行节煤3 300 t，减排烟气1×108m3、二氧化碳1.6×104t。该项目被评为国家建设部“建筑节能试点示范项目”。

表1 低碳建筑常用技术

3 促进杭州低碳城市建设的几点建议

基于对低碳城市和低碳建筑的思考与实践，杭州市率先建设低碳城市具有得天独厚的有利条件，低碳建筑是其最重要的抓手之一。为杭州市低碳建筑更加科学快速发展，建议加快推进以下工作。

（1）根据国家建筑节能、绿色建筑、新能源应用等方面的法规体系，制订相应实施细则，建立与之配套的科学实用的检测、评估、管理、监督体系，以提高建筑节能工作的执行力，引领建筑节能工作走在全国前列。

（2）建立建筑能耗报告、分析、评比公示制度。强制要求新建筑装设能量分项计量管理系统，对原有建筑制定计划，逐步加装能量分项计量管理系统，不断提高建筑运行维护水平。

（3）研究制定更加合理的能源消费价格政策，实行超标准消耗能源加价或低于标准消耗能源给予补贴，提高企事业单位推进建筑节能工作的积极性。

（4）加大电力峰谷差价，制定用电优惠政策，鼓励建筑空调系统帮助电网进行移峰填谷，减少夏季高峰用电压力。如杭州市近3年公共建筑年均增长2.88×106m2，采用以上技术每年至少可减少100 MW的电力需求，占全市年电力增长的43%，可节省电力投资10多亿元，同时减少变电站占地面积，缓和用地拆迁矛盾。

（5）制订相关政策，鼓励单体建筑大于1×105m2或单个项目大于2×105m2的建筑综合体，采用区域供冷或分布式能源热电冷三联供技术。

（6）鼓励钱塘江两岸沿江建筑采用江水源热泵为建筑物提供冷热源服务，可参照国家有关可再生能源政策，给予经济补助。

（7）利用各类经济开发区建筑屋面规模成群优势，实现光伏发电的集约化发展。建议政府租用园区建筑屋面引进新能源投资者，争取国家补助，大规模建设太阳能发电系统。

（8）修订政府及事业单位水电费预算管理办法，鼓励以合同能源管理模式对既有公共建筑进行节能改造和管理运行委托。

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［1］仇保兴.绿色建筑（2010）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2010：40-52.

［2］刘月琴.基于物联网的办公楼能耗监测数据分析［R］.杭州：杭州源牌环境科技有限公司2009年研究报告.

Thinking and practice of low⁃carbon building technology

YE Shui⁃quan
（Hangzhou State Power Energy Environment Design&Research Institute，Hangzhou 310030，China）

This paper presents the basic status of fossil ener⁃gy and economic development in China，discusses the necessity of speeding up the development of low⁃carbon economy and building，puts forward that low⁃carbon building is a systemic project which is unified with nature protection and all⁃people participation；Com⁃bined with engineering practice，the value and application of low⁃carbon building technology are introduced.In practice，high⁃tech and high⁃input low⁃carbon should be avoided in construction field；Combined with ecological protection and geomancy design，choos⁃ing reasonable building envelop and electromechanical technology and returning to the harmonious development of man and nature is the scientific development road of low⁃carbon building；Finally，from technology level，the author makes suggestions on accelerat⁃ing the development of low⁃carbon building in Hangzhou.

low⁃carbon building；energy saving building；coupled heat⁃pump and energy⁃storage；internet of things technology

TK018；TU111.195

C

1009-1831（2010）06-0002-03

2010-08-26