零碳新能源技术应用研究——以忻州清凉湾项目为例

冯晓东

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，昆明 650051）

1 引言

绿色发展已经成为全球的主要发展趋势，其有助于实现能源结构的优化，注重能源改革，始终坚持清洁能源的运用，全面实现绿色经济快速发展。截至2022 年年底，建筑行业的能源消耗占到了整体能源消耗的30%以上，其中，碳排放占到了27%，因此，建筑行业需要更加注重零碳发展。我国《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030 年前碳达峰行动方案》《城乡建设领域碳达峰实施方案》均指出了建筑行业零碳目标发展，并制定了一系列零碳建筑标准[1]。现阶段的建筑行业发展要向绿色低碳建筑方向发展，降低建筑碳排放，真正做到节能与建筑质量之间的平衡发展。

2 零碳新能源技术概述

2017 年，李艳梅[2]分析了零碳排放区示范工程的相关情况，提出以县为单位的零碳排放区示范工程建设的相关情况。还有部分学者从技术的角度进行了分析。2017 年，叶祖达[3]表示需要在我国法定城市规划与建设流程上提出创新体制，引入动态监控碳排放机制，保障减碳排放目标能够通过法定管理体制贯彻城区建设的整个生命周期，达到正气候效果。2021年，唐葆君[4]主要分析了APEC 成员碳排放与经济增长存在的相互联系，支持科研水平的提升，真正做到大范围技术推广，最终实现能耗以及能源结构的优化。

3 零碳排放目标下建筑的特征

对于零碳新能源建筑来讲，主要目的在于节能减排，充分感受自然光，享受大自然的气息，不仅能提升居住舒适度，还能很好地契合可持续发展理念。其具有自身的特点：

第一，关注围护系统的节能指标，以便提升建筑的环保性，具有更好的节能性，使建筑整体功能增强；

第二，使用新能源，充分发挥可再生资源的优势，使其利用率不断提升；

第三，在运营阶段需要做到零碳化，以保障建筑设计更加合理；

第四，保障合理的碳排放量[5]。

4 零碳新能源技术应用的必要性

4.1 安全环保、经济性强

目前，在应用零碳新能源技术的过程中，大部分建筑会运用光伏发电，将其安装在屋顶或外墙外侧，找到阳光充足的适合位置，借助阳光的作用就能够完成发电，且不会产生任何污染，相对于传统的发电方式不会产生有害气体，且更加安全，同时，全面提升了建筑空间使用效率，更具经济性[6]，还能够促进建筑行业实现节能环保。

4.2 节能、能源消耗小

在建筑项目的建设过程中，运用零碳新能源技术能最大限度地节约资源，避免出现资源浪费，还能避免出现过多的温室气体，缓解全球变暖的趋势，避免过多不可再生资源的使用，真正做到节能。

5 案例分析

5.1 忻州清凉湾项目简介

该项目位于忻州市忻府区，建设内容包括新建游客接待前厅、特色演艺剧场、文化展示中心、温泉疗养SPA、互动体验商业、旅居主题客栈等，占地面积约13 万m2，总建筑面积约10 万m2。

5.2 忻州清凉湾项目原始能源方案

由表1 总结可知，以2 万m2的建筑面积内的能源消耗数据分析了生活用水、空调制冷以及地暖采暖以及温泉热水等方面能源消耗量，其中，空调制冷的负荷量最大，达到了3 377 kW。

表1 忻州清凉湾项目2 万m2 采集数据

5.3 忻州清凉湾项目零碳新能源技术应用

5.3.1 优化设计思路

该项目主要能源需求为：温泉水恒温、卫生热水、冬季采暖以及夏季制冷。能源方案思路：采用地热井提供40 ℃的温泉热水，通过热泵设备提温至45 ℃、50 ℃等，以满足不同的需求，回灌温泉水约30 ℃，可利用另一套热泵设备进行热量提取，用于建筑供热供冷与卫生热水。其次，利用空气源热泵进行能源补充与备用，结合物联网智慧能源系统，最终实现零碳排放的能源高效利用系统。

5.3.2 先进技术应用

地热直接利用方式有50%～70%的热利用效率，剩余的热能则伴随地热水回灌到地下或者直接排放到自然环境中，不但浪费资源而且造成热污染。地热梯级利用是指根据地热流体的不同温度进行地热逐级利用，这样最大限度地利用了地热资源，因此，梯级利用技术拥有广阔的前景。

利用互联网远程调控技术提升末端智慧供能，消除过度供能、冷热不均。通过物联网技术组建智慧能源物联网，在供能过程中收集各个用热点的实时数据，同时收集管道和室内加装的各类无线传感器的数据，将这些数据发送至控制中心，实现智慧调控。

6 忻州清凉湾项目零碳新能源技术应用策略

6.1 建筑本体技术

零碳新能源技术在忻州清凉湾项目设计的最初阶段能够做到与当地环境相契合，在建设过程中能够进行建筑体型系数的控制，且注重建筑外围面积的减少，依靠巧妙的构思全面地运营建筑自遮阳策略，还能降低能源消耗，提升运营用能效率。运用建筑本体技术，坚持以下两个目标。

第一，提高建筑节能率。选择适合的门窗材料，注重高密封材料的运用，保障材料选择的适合性以及科学性，注重传热系数的降低，进行有效的节能设计，实现忻州清凉湾项目的预期目标[7]。

第二，实现各专业的协同设计。在进行忻州清凉湾项目建设时，结合各个专业，做到集成设计，全面协调涉及的工作，处理好设备以及管线之间的关系，借助先进的科学技术，提升忻州清凉湾项目的气密性。

6.2 建筑微生态技术

要灵活运用微生态技术，借助微生物技术进行建设指导，合理运用屋面绿化等措施，做到优化忻州清凉湾项目的微生态，使整个环境得到改善。在进行忻州清凉湾项目建设时，还要进行资源的合理配置，使整个建筑具有更高的微生态系统性能，还要进行雨水量的回收控制，提高资源利用率。要注重辅助高效节能设备的应用，借助先进的技术提升建筑用电效率[8]。

6.3 强化外围护结构保温性能

注重建筑外围护结构耗能优化，借助零碳新能源方案，关注外围护结构的优化。对于外围护结构，消耗能源的主要部分是外墙、门窗和屋顶。其中，墙体应能真正发挥围护结构的隔热作用，全面展现其保温作用。除此之外，在屋顶建设时也需要结合科学的措施，全面提升建筑保温效果。

6.4 门窗节能的措施

传统建筑项目的建筑外墙已经很难满足现阶段对低碳的要求。最常见的传统外墙是玻璃幕墙，容易出现冷热桥现象。在忻州清凉湾项目的建设过程中，可以对幕墙玻璃进行升级，采用双层幕墙设计，以便提升其隔热性能。双层玻璃幕墙还有其他的一些优势，主要总结如下。

第一，隔热性好。借助于幕墙的作用能够在冬季保持舒适的室温，夏季的时候还能够隔热，真正实现了冬暖夏凉。

第二，良好的隔音功能，能够很好地隔离噪声，还有助于提升其环保性能[9]。

第三，增加自然采光，可以保障忻州清凉湾项目建筑具有良好的采光。应用时要确保满足遮阳系统的具体要求，保持室内温度差异不大，优化整个建筑的室内环境。

6.5 热水和电能供应

忻州清凉湾项目零碳设计过程中，还需要全面考虑热水以及电能的供应。忻州清凉湾项目在建设初期，为了全面满足热水以及供电的需求，建设了生物质热电厂，在生物质的作用下得到日常所需的热水，还要注重太阳能以及其他可再生资源的应用，建立完善的微型电网，依靠核心技术实现能源自供应，保障在自给自足的基础上解决传统能源大量消耗的问题。

6.6 绿化屋顶设计

结合滤膜、保湿毯、隔根膜及综合防水层等措施，得到具有高性能的屋顶绿化体系，保障系统处于烈日下时能够展现出较强的断热以及冷却作用，最终使建筑获得最佳的节能减排效果。

7 结语

零碳的出现主要基于低碳，其发展也是以低碳为基础，最终实现零碳，所以，我们需要注重低碳向零碳的过渡。对于忻州清凉湾项目，需要先设置低碳目标，在优化方案之后实现零碳。现阶段，零碳建筑还处于初期阶段，很多的零碳建筑设计还处于摸索的阶段，在其发展的过程中会受到诸多因素的阻碍，如观念、科学水平、成本、管理制度等，但是随着人们环保意识的增强，以及技术水平的不断进步，建设过程中越来越多地注重清洁能源的使用。未来建筑发展的趋势即为零碳建筑，最终实现生态环境的全面优化。