綠色高效節(jié)能低碳建筑把建筑變?yōu)槟茉垂S談上海交大中意綠色能源實(shí)驗(yàn)室能源技術(shù)

綠色高效節(jié)能低碳建筑把建筑變?yōu)槟茉垂S談上海交大中意綠色能源實(shí)驗(yàn)室能源技術(shù)

第一次革命創(chuàng)造了密集的中心城市，并從上面開始。第二次革命創(chuàng)造了巨大的房地產(chǎn)和工業(yè)區(qū)。第三次革命將所有建筑物都變成了住房和小型工廠。杰里米·里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書中為我們描繪了一個(gè)宏偉的藍(lán)圖:數(shù)以億計(jì)的人們將在自己家里、辦公室里、工廠里生產(chǎn)出自己的綠色能源,并在“能源互聯(lián)網(wǎng)”上與大家分享……我們知道,各類建筑是消耗能源的大戶,歐美發(fā)達(dá)國家建筑用能占社會(huì)總能耗的40%以上,我國建筑能耗占社會(huì)總能耗27.6%。而北京、上海等大城市,每年夏季建筑空調(diào)用電占全社會(huì)用電負(fù)荷40～50%。那么,能否如《第三次工業(yè)革命》書中所述,把建筑由能耗大戶變成生產(chǎn)能源的工廠呢?最近建成的上海交通大學(xué)綠色能源樓(實(shí)驗(yàn)室)進(jìn)行了大膽地試驗(yàn)和嘗試。1.實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)綠色能源樓由意大利環(huán)境、國土與海洋部資助,是一座以“綠色能源”結(jié)合建筑應(yīng)用為特色的綠色低碳建筑。中意綠色能源實(shí)驗(yàn)室依托于該建筑,于2012年5月同時(shí)建成。實(shí)驗(yàn)室的主要目標(biāo):研究高效、環(huán)保且具有可持續(xù)發(fā)展特點(diǎn)的新一代建筑用能模式和新型建筑能源系統(tǒng)與設(shè)備,實(shí)現(xiàn)建筑用能環(huán)節(jié)的低碳排放,同時(shí)構(gòu)筑國際化的綠色可持續(xù)能源技術(shù)的研究平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室建有太陽能空調(diào)(吸附、吸收和除濕空調(diào))、熱泵系統(tǒng)(地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵、以及以二氧化碳自然工質(zhì)為冷媒的熱泵能源中心)、冷熱電聯(lián)產(chǎn)、高效集熱器、光熱幕墻、生物質(zhì)能發(fā)電、風(fēng)光互補(bǔ)、智能電網(wǎng)、樓宇能源管理系統(tǒng)技術(shù)以及零能耗住宅、智能家居等實(shí)驗(yàn)條件,并獲得了綠色建筑LEED金牌認(rèn)證,被業(yè)界認(rèn)為是目前國際上功能最全、技術(shù)最全面的綠色建筑能源系統(tǒng)研究平臺(tái)。利用上述技術(shù),建筑本身也能變成能源工廠,最大程度滿足建筑的電力、冷、熱需求。2.基于生物質(zhì)氣的熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)以及存在的問題電力是現(xiàn)代生活的基礎(chǔ)。綠色能源樓的電力供應(yīng)主要依靠與建筑結(jié)合的可再生能源電力解決。包括屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)、建筑周邊場地風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及基于生物質(zhì)氣的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等。光伏電力、風(fēng)力發(fā)電以及聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)出的電力通過一套控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電力的儲(chǔ)存和分配,最大特點(diǎn)是能夠有效克服太陽能光伏、風(fēng)力發(fā)電等波動(dòng)性大的不足,實(shí)現(xiàn)在10%～100%大范圍負(fù)荷變化情況下的高效能量轉(zhuǎn)換。典型天氣條件下,這些綠色電力能夠滿足大樓的基本用電負(fù)荷,大樓用電較少的情況下,還能將電力輸出到校園局域電網(wǎng),供其他用戶使用。3.綠色能源樓的太陽能轉(zhuǎn)化和能量蓄存調(diào)節(jié)技術(shù)我們知道,傳統(tǒng)的住宅能耗中空調(diào)、采暖和熱水占了65%～80%,利用可再生能源來解決這些需求,或者提高空調(diào)、供熱設(shè)備的效率是未來建筑能源技術(shù)的必由之路。建筑結(jié)合太陽能供熱與制冷:太陽能是各類建筑最方便、最直接應(yīng)用的可再生能源,其特點(diǎn)是分布廣泛,使用清潔,但也存在能量密度不高,受晝夜、季節(jié)和天氣變化等影響存在不連續(xù)性和波動(dòng)性等不足。但通過高效太陽能轉(zhuǎn)化利用和能量蓄存調(diào)節(jié)技術(shù),可以有效將太陽能轉(zhuǎn)化為可供建筑利用的冷量和熱量。綠色能源樓中采用了四種太陽能集熱器,充分把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?用于冬季采暖、夏季空調(diào)、四季生活熱水等。充分利用環(huán)境自然能源的高效熱泵技術(shù):通過熱泵技術(shù),可有效將存在于環(huán)境空氣、土壤和江河湖泊等冷量和熱量用于建筑環(huán)境采暖和空調(diào),是提高建筑能效的重要途徑,也是建筑綠色能源技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容。綠色能源樓整合了各種先進(jìn)熱泵技術(shù),包括:(1)土壤源熱泵,可充分利用土壤的熱容調(diào)節(jié)作用,實(shí)現(xiàn)冷量和熱量的季節(jié)性蓄存和利用,提高采暖和空調(diào)的舒適性,改善能源利用效率;(2)河水源熱泵則能夠利用地表河水的熱容,提高空調(diào)和采暖系統(tǒng)的能效;(3)空氣源熱泵如我們目前廣泛使用的各種空調(diào)裝置一樣,能夠?qū)h(huán)境空氣中的熱量和冷量通過熱泵搬送到建筑環(huán)境內(nèi)部實(shí)現(xiàn)空調(diào)和采暖;(4)太陽能輔助CO2熱泵,它采用CO2作為工質(zhì),能夠在冬季低溫環(huán)境下保持較高的制熱效率,同時(shí)能夠充分利用太陽能輔助供熱和制冷,從而大幅提高能效。4.傳統(tǒng)處理方法綠色能源樓還突出了廢棄物能源化處理的概念。一般情況下,各類建筑或者建筑社區(qū)會(huì)產(chǎn)生大量的固體垃圾。傳統(tǒng)處理方法是集中儲(chǔ)運(yùn)后填埋或焚燒。綠色能源建筑則采用了分布式廢棄物能源化處理的方法,通過就地化處理,極大減少了廢棄物的交通運(yùn)輸和集中處理費(fèi)用。這種分布式處理技術(shù),有效把廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)能源,再通過上述的冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù),最終把廢棄物變成了可為建筑利用的電力、冷量和熱量。5.“零能耗”原則要把未來的建筑變?yōu)槟茉垂S,第一步要實(shí)現(xiàn)的是建筑的“零能耗”,即指建筑使用過程消耗的能源與建筑自身生產(chǎn)的能源能夠基本平衡。如果生產(chǎn)的能量超過了建筑自身消耗的能量,則能夠?qū)崿F(xiàn)能源輸出,即“產(chǎn)能建筑”。中意綠色能源樓的一套示范公寓按照“零能耗”原則進(jìn)行了建設(shè)。其特點(diǎn)是:(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)盡可能做到與氣候特征和供熱空調(diào)特點(diǎn)相符合;(2)建筑構(gòu)造方面盡可能利用被動(dòng)太陽能建筑的思想,實(shí)現(xiàn)自然采光,被動(dòng)采暖和強(qiáng)化通風(fēng);(3)屋頂安裝太陽能集熱器,向陽的建筑里面安裝太陽能光熱幕墻,提供全年生活熱水,夏季空調(diào)和冬季采暖;(4)屋頂光伏并網(wǎng)電力系統(tǒng);(5)節(jié)能燈具和高效熱泵;(6)與太陽能供熱空調(diào)適應(yīng)的小溫差換熱末端;(7)全熱回收和太陽能新風(fēng)除濕。我們的實(shí)踐表明,上述技術(shù)的適當(dāng)組合,完全可以實(shí)現(xiàn)零能耗建筑。特別是,隨著建筑能效標(biāo)準(zhǔn)的提高和可再生能源建筑結(jié)合應(yīng)用技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和成熟度提高,零能耗甚至是產(chǎn)能建筑距離我們的生活越來越近。6.冷、熱、電問題隨著可再生能源技術(shù)、建筑節(jié)能技術(shù)的快速發(fā)展,以及信息技術(shù)與能源技術(shù)的高度融合,基于建筑的智能能源網(wǎng)會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。智能能源網(wǎng)主要以建筑的冷、熱、電需求為目標(biāo),通過構(gòu)建多源化的冷源、熱源和電源,利用信息技術(shù)和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色能源生產(chǎn)