碳中和背景下的新型建筑能源供应方案探究

张雪

摘要：碳达峰和碳中和是未来中国发展战略的重要目标，是实现中国经济发展可持续的关键目标。建筑领域的能源消耗非常大，过去二十年内，中国城镇化发展带动了建筑规模的快速增长，无论是建材生产和运输、建筑施工、建筑运行中所产生的能耗问题和污染问题都非常严重。基于碳中和背景，本文将重点从充分利用可再生能源、提升建筑冷热供应、能耗监控平台等方面进行分析，并提出新型建筑能源供应的有效方案，以期为碳中和背景下的新型建筑能源供应提供参考。

关键词：碳中和；新型建筑；能源供应；方案设计

DOI：10.12433/zgkjtz.20232045

一、新型建筑能源消耗的主要方式

（一）建筑能源消耗的两种方式

建筑领域中能源的消耗绝大多数存在于建筑建造和建筑运行阶段。（1）建筑建造阶段。主要耗能有建材生产耗能和建造过程耗能两部分，建材生产中会直接消耗能源产生二氧化碳，而建材应用和建造过程中，不会直接产生二氧化碳，但在建材运输等环节会间接产生污染。（2）建筑运行阶段。根据《民用建筑能耗标准》（GB/T51161-2016）的相关规定，维持建筑环境的用能和建筑内的活动用能都属于建筑运行用能。建筑运行阶段中，主要的能源消耗与住宅用途和所处的环境有关。如，城镇住宅与农村住宅能源消耗方式不同，城镇住宅侧重于天然气能源、电能的消耗，农村住宅侧重电能、化石能源的消耗。另外，在建筑运行能耗中，公共建筑的能耗更大，且多种建筑在运行过程中，都会因为直接或间接地产生能源消耗问题。

（二）建筑能源消耗的碳排放

建筑领域的温室气体排放包括建筑建造和运行中二氧化碳和非二氧化碳温室气体的排放。建筑能耗的碳排放主要与以下因素有关：（1）建筑面积。随着中国建筑领域建造速度的快速提高，开工数量和施工数量不断递增，建筑竣工和拆除面积稳步增长。据相关数据显示，目前我国建筑竣工面积每年稳定在25亿平方米、建筑拆除面积稳定在每年15亿平方米左右。大规模的建筑施工让建筑面积大量增加，无论是在建设还是拆除环节都会产生能源消耗的问题，根据《中国建筑节能年度发展研究报告2020》，中国建筑行业碳排放约占总量的40%左右，而在供暖范围不断变大的影响之下，未来中国建筑领域的碳排放量也将越来越高。（2）建筑运行。当下，中国建筑能耗总量中用电量大幅增长，单位面积平均建筑运行碳排放指标为35kg/㎡，其中公共建筑、北方采暖、农村住宅、城镇住宅的碳排放占比依次降低。现阶段，城镇住宅70%的能源均为电，尽管城市供暖的热电联产生的能源消耗比较大，但直接排放二氧化碳量比较少，而农村住宅中煤炭的使用比例较高，会直接产生大量二氧化碳。

二、碳中和对新型建筑能源管理的指导意义

气候变暖的问题已经影响到人们的生产生活，2020年全球平均气温约为14.9℃，相较于工业化前高出1.2℃，海平面明显升高的问题不容忽视。气候变暖对全球发展来说是一种自然灾害，实现节能减排势在必行。纵观我国的能源结构，以煤炭为主的能源结构效率较低，且产生较大的经济负担和能源安全问题，中国要实现绿色发展、可持续发展，就需要逐渐转向清洁能源，实现能源结构调整和经济结构转型，这也是“双碳”目标上升为国家战略的内在原因。正因为建筑能耗占据中国总体能源消耗中的很大比重，在新型建筑中进行能源管理，降低碳排放，为碳中和做出贡献也势在必行，长远看来，这种方式能降低对化石能源的依赖程度，也与全球脱煤的发展趋势相契合。根据国务院《2030年前碳达峰行动方案》的内容，提升能源的利用效能，提升非化石能源的消费比重，安全降碳，让碳达峰行动有序推进，是贯穿于社会经济发展全过程、如期完成碳达峰目标的关键内容。2021年，住房和城乡建设部发布国标《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB 55015-2021），自2022年4月1日起实施。该规范为强制性工程建设标准，涉及新建建筑、既有建筑、可再生能源系统、施工调试验收与运行管理等方方面面的内容。将建筑碳排放计算作为强制要求，对可再生能源利用要求细化，对不同类型的建筑节能率量化要求，对暖通空调系统效率和照明要求全面提高。从这项规范的发布来看，碳中和对新型建筑能源管理的深刻影响可见一斑。碳中和还将催生出更多低碳甚至零碳建筑、低碳社区和低碳农村，加速现有的建筑节能改造，优化城乡建筑用能结构。

三、新型建筑能源供应方案构建

（一）能源供应：可再生能源应用

《建筑节能与可再生能源利用通用规范》指出，应充分利用可再生能源，降低建筑化石能源消耗量。新型建筑中空调、热水和照明占到七成的建筑能耗，通过新能源解决方案，尽量用好可再生能源确有必要。

1.太阳能利用

据国家能源局数据显示，2016～2021年期间，国内光伏装机规模的年复合增长率超过30%，呈快速增长态势。2021年，国内新增分布式光伏装机29.28GW，超过新增光伏装机的50%。近年来，分布式光伏装机规模首次超过集中式光伏装机规模，分布式光伏主要是指安装在建筑物屋顶上的太阳能发电站，一方面，国家能源局发布的整县屋顶开发的政策是重要的驱动原因；另一方面，电价上行叠加能耗双控趋严，2021年10月，国家发改委发布《关于进一步深化燃煤发电上网电价市场化改革的通知》，提出实现煤电100%市场化交易，且煤电市场化交易价格浮动范围扩大至上下浮动20%，高耗能行业不受 20%限制。之后多地电力市场化交易价格较基准价上涨达20%，如江苏、浙江、安徽、湖北等省份。电价上浮使得企业经营成本增加，而在分布式光伏“自发自用、余电上网”模式下，企业可通过消纳分布式光伏产生的电量享受电价折扣，有助于降低企业经营成本。尤其是中东部发达地区，从“电从远方来”转变为“电从身边来”，不仅降低了能源费用，而且节省了远距离传输的各种投入，大大有利于用能结构优化。

2.浅层地热能利用

我国浅层地热能资源丰富，主要蕴藏在地下水、地表水、土壤岩石等地质环境之中，具有浅层、低温、恒温、可再生的特点。随着热泵设备技术的成熟应用，众多城市均开始利用地源热泵技术为建筑物供暖（冷），系统效率相对于传统空调系统约高出30%～50%，降低了建筑能耗。

（二）建筑能耗最大的单元：冷热供应

《2021中国商业建筑碳中和实施路径研究报告》指出，空调系统的电力消耗占到建筑排碳量总量的六成左右。建筑供热和建筑制冷在建筑能耗中占比巨大，通过优化技术、升级设备，降低减冷热供应的经济成本，也能带动节能减排事业发展。

1.高能效机房

高效能机房系统能提升空调系统的节能潜力，因此，合理设计机房中主机和水泵的控制方式，能更好地发挥出机房群控的潜能。冷热源机房运行效率与主机性能、控制系统和施工工艺相关，尤其是机房控制，通过精细化的控制系统，能提升15%～25%的节能效果，也能延长空调系统的使用寿命。

2.空调末端控制

空调末端控制系统包括触摸温控器、网关、阀门、表具等多种组件，在日常运行中，能通过系统配置控制空调的节能效能，在极端天气下，也能通过空调末端控制系统的优化，保障整体区域的舒适性。目前，该系统在新型建筑中的应用非常广泛，通过安装温控器、实现调动通信联网的方式，都能达到较好的节能效果。

3.南方集中供冷暖

南方集中供冷暖的问题近两年来讨论非常多，因地制宜，满足南方城市的冷热能源供应需求非常关键。江水具有冬暖夏凉的特点，该项目可以将供水温度稳定在夏季供水3.5℃、回水13℃，冬季供水42℃、回水35℃的效果，通过复合技术，提升了南方城市冷热供应的实际效果，为南方城市集中供冷暖提出了新型的解决方案。目前代表性项目有长沙梅溪湖、苏州高铁新城、南京江北新区、珠海横琴新区等区域能源站。

（三）建筑能源管理平台

建筑能源管理平台能广泛利用于各类新型建筑中，对于高能耗建筑来说，建立一套协同的建筑能源管理平台，能实现建筑物内部的照明、空调系统、给排水、变配电等工作的集中管理，提升能源的管理效能，也能降低人工成本。通过建筑能源管理平台中电力消耗监测系统，通过同比、环比分析比较和用能数据，追溯、非工作时段用能告警等问题，可及时发现不合理的能源消耗问题。另外，建筑能源管理平台还可实现远程控制空调和照明设施，检测和分析建筑物空调、照明设备的能耗问题，在满足冷热供应、照明需求的情况下尽量通过科学管控的方式降低能源消耗。

四、发展绿色节能建筑落地的难点与商业模式探讨

发展绿色节能建筑是未来的趋势，而在实际的应用过程中，推广绿色建筑发展存在极大的难题，主要原因有以下两点：一是涉及专业众多，缺少乏有效的商业推广模式。低碳或零碳建筑涉及到建筑、结构、采暖、通风、空调、给排水、电气、自动化、计算机等众多专业，且呈现专业交叉的特点，缺乏易操作商业模式。二是前期投入与排碳总量存在矛盾。由于绿色建筑采用保温性能好的门窗材料等新技术、新材料，导致建设过程中当期投入增加，投入产出比明显高于传统建筑。因此，鉴于绿色建筑成本支出较高，很多房地产开发商不愿意增加投资，致使绿色建筑施工技术不能落地，从而影响了实际的施工应用效果。

在全球资源和环境都非常紧张的关键节点，推动节能减排、实现绿色发展可持续已成为关键目标，放缓建筑能耗的增长速度，并通过采取一定的措施降低能耗，将会成为未来研究的重点。为此，可以从以下三方面入手：一是加强绿色建筑的全过程规划设计。在设计阶段充分考虑到当地的能源政策与资源优势，优先考虑可再生能源，将先进的建筑理念、技术要求及能提升居住环境适宜程度的技术、新型绿色材料等融入到绿色建筑的方案规划中，整体提升绿色建筑的竞争力，突出建筑全生命周期的成本优势，说服业主接受新型建筑供能方案。

二是因地制宜，多方力量共同确保绿色建筑范方案的落实。在新的区域规划时，由当地政府引导、各规划设计院及专家“会诊”，从源头充分考虑当地自然资源、地理优势以及城市产业的能源互补，编制低碳建筑设计导则，将土地出让的附加条件，以确保所在片区每幢新建建筑都必须按导则去做，将绿色建筑设计方案真正落实到位。另外，针对采用可再生能源、可低碳技术的工程项目，政府可以配套相应的能源费用和税收优惠，确保项目顺利落地。

三是创新商业模式。例如，由第三方投资建设区域能源站，以卖冷热的方式为建筑提供服务，这种在行业内被称为BOT模式，即由乙方融资、设计、建设、运营和维护，甲方提供具有合法产权的场所用于乙方建设冷热源站及配套所需的场地，并保证乙方为唯一供冷/热生产供应商，运营期结束后，乙方无偿将所有设备及产权移交给甲方。投资主体可以是地方城投、国有企业、民营企业等。此种模式一方面可以减轻业主在建筑初期的建设成本投入；另一方面，专业的建筑能源企业在充分考虑降低成本的同时可改进前期的方案设计和调整后期的运营，客观上可以不断提升建筑能源效率，减少碳排放。目前已经大型房地产集团、综合能源公司、解决方案型公司投入实践，通过联合设计院等相关机构，以权威机构的技术支撑和房地产集团的建筑优势、创新的商业模式，协同带动和促进建筑工程绿色发展理念落实，带动建筑行业绿色发展。

五、结语

总而言之，为了顺应碳中和的发展，打造新型建筑节能发展新模式，配套带有引导性的政策环境，充分发挥各类市场主体的积极性，才是建筑行业可持续发展的关键。

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