多能互补型超低能耗绿色建筑能源供应研究

刘凯 丁晓欣 王鑫

摘  要：超低能耗绿色建筑作为未来建筑的发展方向，极大改变了当前建筑业结构，并受到各地政府的高度关注和迅速推广。通过分析当前绿色建筑能耗存在的问题;以严寒地区为例，利用eQUEST对建筑能耗模拟分析，确定超低能耗建筑节能效果明显。为保证超低能耗绿色建筑节能目标的顺利实施，提出多能互补型超低能耗建筑的能源供应，以及关键技术措施的设计和施工进行介绍。将建筑节能降耗工作逐步从措施导向转为效果导向，利用数据说明建筑节能降耗的实质性内容。

关键词：超低能耗;绿色建筑;能耗模拟

中图分类号：TU201.5                           文献标志码：A               文章编号：1672-0105（2020）01-0062-05

Research on Energy Supply of Multi-energy Complementary Ultra-low Energy Green Building

LIU Kai1，2， DING Xiao-xin1，2， WANG Xin3

（1.College of Economics and Management， Jilin Jianzhu University， Jilin， Changchun， 130118， China; 2.Jilin Province Green Construction and Management Research Center， Jilin， Changchun， 130114， China;3.School of Municipal and Environmental Engineering Jilin Institute of Architecture and Technology， Jilin， Changchun， 130114， China）

Abstract：  As a development direction of future buildings， ultra-low-energy green buildings have greatly changed the current construction industry structure， and have been highly concerned and rapidly promoted by local governments. By analyzing the current problems of energy consumption of green buildings; taking the cold region as an example， using eQUEST to simulate the building energy consumption， it is determined that the energy-saving effect of ultra-low-energy buildings is obvious. In order to ensure the smooth implementation of energy-saving targets for ultra-low-energy green buildings， the energy supply of multi-energy complementary ultra-low-energy buildings and the design and construction of key technical measures are introduced in the paper. The construction energy conservation and consumption reduction work will gradually shift from the measure orientation to the effect orientation， and the data will be used to illustrate the substantial content of building energy conservation and consumption reduction.

Key Words：  ultra-low energy consumption; green building; energy consumption

0  前言

節能减排是目前国家为应对当前国家施行可持续性发展战略的重要举措，针对节能环保新型发展策略，各行业寻求转型。建筑业作为支柱性行业，更需要为当前节能减排做出突出业绩[1-2]。现今对于推进建筑节能的进程中[3-4]，建筑业的能耗已经处于6L/m2之下，随着节能减排工作的持续推进，将能很快实现存量建筑全面能耗低于3L/m2的目标，其中，绿色建筑因其对气候、环境、资源、经济和文化等特点综合考虑，同时通过对建筑全寿命期考量，从而引起在全国各地区范围内的强烈响应。当前建筑业能源消耗量及我国房屋建筑面积变化如表1、图1所示。

就目前建筑发展过程中建筑能耗主要存在问题为：

第一，突出建筑造型，忽视能耗的重要度。现阶段对于建筑的外形的盲目追求，一味地使用新奇独特的外观构造对于建筑资源的浪费，由此对于社会环境以及经济造成的负担不容小觑[5-6]。

第二，现阶段以建筑构造来讲，对于建筑体型系数、外墙构造及屋顶围护结构、热源的供应以及能源运输等各个问题，未就建筑工程的系统性，全局性，全面性和全方位进行考虑。片面的追求单一性效果，而忽视就整个建筑的寿命周期来讲节能降耗的可持续性。而由此产生的能耗增加以及能源损失对于整个建筑行业实现节能减排绿色可持续性发展是十分不利的。

第三，新能源利用，缺少全局性考虑[7]。虽然超低能耗建筑在前期投资比较大，超过一般性建筑，但是考虑到节能降耗的综合效益以及建筑较长的寿命周期运行成本，选择超低能耗绿色建筑才是当下建筑业发展的必由之路。

第四，对于部分采用新能源设计的节能建筑的用能机制不成熟，并且缺乏相应的用能机制约束，为获取补贴，强加设计新能源系统;缺乏相应的监管措施，致使我国各类建筑节能减排的目的久久不能實现。

综上所述，这些问题的存在对我国建筑业实行节能减排工作极其不利，且随着社会进步，建筑规模加大，能源危机，环境治理等问题的突出，建筑节能降耗的重要性会进一步加重[8-9]。再者，人们对室内环境品质、舒适度的要求越来越高，新型建筑功能多元化，结构复杂化的增加，这就需要将建筑节能降耗工作逐步从措施导向转为效果导向，利用数据说明建筑节能降耗的实质性内容。

1  建筑能耗影响因素

根据系统思维对建筑内外部能耗影响因素进行归纳，总结建筑内外部影响能源消耗的因素如表2所示。

2  能源供应措施

2.1 新型能源供应种类

依据超低能耗绿色建筑项目实施环境，可以对其实行的能源供应如表3所示。

2.2 具体能源供应方式

（1）太阳能光伏发电系统

太阳能光伏发电系统除满足夏季在制取热水时，还可以供应建筑照明等设备运行能耗[10]。过渡季节，太阳能系统制取的热量在满足生活热水的情况下，将剩余的热量全部排入地下用来补充冬季的热损失，从而调节土壤全年的热平衡。太阳能光伏发电原理如图2所示。

（2）地源热泵系统

地源热泵系统在夏季时，则需要启动全热回收地源热泵主机，以满足超低能耗建筑空调冷负荷，全热回收机组热量回收，满足免费热水负荷[11]。冬季时，当太阳能不能满足热水需求时，则会启动全热回收地源热泵的主要功能以用来获取热水，满足冬季的取暖需求。地埋管地源热泵系统工作原理如图3所示。

（3）带热回收新风系统

由于建筑保温及气密性能大幅提高，则为满足室内环境的卫生要求，需要提供新风，同时新风系统承担室内湿负荷（潜热负荷）[12-15]。室内气流组织采用置换新风的通风方式，新风量须满足30m3/（h·p），由于增加了新风能耗，需对排风进行热回收[16-18]。选用环都拓普牌KPG020-XJ全热回收型新风除湿机机组，处理风量为2000m3/h。带热回收的新风系统工作原理如图4所示。

（4）毛细管网系统

严寒地区宜以地源热泵为热源，并采用低温辐射供暖方式。本项目采用毛细管末端辐射系统（图5）供暖供冷技术。用水做热媒的毛细管使用弹性塑料，因为换热面积很大，换热均匀，即使在热交换表面与室内空气间温差非常小的情况下也能产生较大的能量交换，这是毛细管网不可替代的优势。本项目夏季室内设计温度为26℃，冷水均温与室内温差为7℃，即冷水均温为19℃就能满足房间的制冷需求，故供冷供回水温度为18℃/20℃;冬季室内设计温度为20℃，热水温度与室内温差为11℃，热水均温为31℃就能满足房间的制热需求，故供暖供回水温度为30℃/32℃。

3  建筑能耗模拟分析

以我国严寒地区长春市气象条件为例，通过设置室外气象基本参数、室内设计参数、围护结构参数、内扰设置、设备设置、运行时间以及各项技术经济指标[19-20]。利用eQUEST对超低能耗建筑能耗模拟分析，超低能耗绿色建筑全年耗电量[132118kwh]，参照建筑物（节能65%）全年耗电量[483976kwh]，具体分析结果如表4、图6、表5、图7所示。

依据建筑节能公式计算可以得到：

[建筑节能率=1-超低能耗建筑节能65%建筑=1-132 118483 976=72.7%]

依据建筑节能公式计算得出超低能耗绿色建筑的建筑节能率为[72.7%]，同比相较于节能65%建筑，在其当前节能基础上更节省72.7%;对比80—90年代的建筑能耗节能达到90.4%，效果甚为可观。

4  主要成就

第一，节能节省供暖费。与常规建筑相比（节能65%），在同等舒适度的前提下，超低能耗建筑节能71.7暖年运行成本10091元。如果我们能在寒冷地区推广建设200万平方米的超低能耗建筑，就能节能71.7%和1640万元的年运行费用。

第二，产能建筑及其效益。据监测，风光互补并网发电系统的安装日均发电量为100度，可弥补春秋两季日均能耗21度和最低能耗。剩余的电力可以出售。并以此作为项目收益，弥补作为超低能耗前期投入较大的缺点。

第三，运行超低能耗建筑每年减少能耗469 144kwh，可节省标煤168.89吨，减少污染排放1.7吨烟尘，450吨二氧化碳，3.4吨二氧化硫，1.2吨氮氧化物。充分实现节能减排，绿色发展的新兴工业化道路。

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（责任编辑：许元）