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低碳时代下的建筑新貌

2022-09-13 14:37:00 【关闭】 【打印】

  在北京亦庄蓝领公寓项目(以下简称“蓝领公寓”)施工现场,一个个房间像积木一样被塔吊拼接在一起,没有普通工地的噪音和扬尘,甚至连工人都很少见。这座高9层、32米、建筑面积12万平米,整体装配率92%的项目,是北京市AAA级超高装配率模块化示范工程,建成后将为产业技术工人提供1810间住房。其中,1504间为模块化箱式房屋,是目前中国最高最大的模块化建筑群。

  2022年服贸会期间,中建科技集团有限公司(以下简称“中建科技”)设立展台,通过蓝领公寓、装配式建筑智能工厂等绿色创新服务案例,为观众带来沉浸式体验,展示出低碳时代未来城市建筑的新面貌。

北京亦庄蓝领公寓项目是中国最高最大的模块化建筑群,在建筑减碳方面成效显著

  模块化建筑实现绿色低碳

  2021年底,中国建筑节能协会发布《中国建筑能耗与碳排放研究报告(2021)》显示,2019年中国建筑全过程碳排放总量占全国碳排放的比重过半。显而易见,在完成“双碳”目标的过程中,建筑业举足轻重。

  中建科技绿色发展研究中心总经理齐贺介绍,建筑行业碳排放,一部分是生产运输和建造过程所致,另一部分是运行阶段的排放。而模块化建筑的出现为减碳提供了一大有效路径。

  与传统建造方式相比,模块化建造更加绿色、低碳、环保。以蓝领公寓为例,在施工建造时,每个房间作为一个模块单元,房间的机电、管线、家具等90%在工厂完成预制生产。建造过程中可节水70%并实现零污水排放,减少80%的建筑垃圾,节电70%,可循环材料利用率达到90%。建筑运行期间主要通过采用高性能保温隔热屋面、节能门窗、太阳能电池板等被动式节能措施,叠加对可再生能源的利用,实现建筑“零能耗”。

  中建科技是全国最大投资建设集团—中建集团开展科技创新与实践的“技术平台、投资平台、产业平台”,自2015年成立以来,把发展装配式和绿色建筑作为主要目标,形成了一系列材料、智能化、低碳等方面的独有技术体系,是建筑工业化领域的“国家高新技术企业”“住建部装配式建筑头部企业”,连续两年获国务院国资委“科改示范企业”标杆。

  齐贺表示,早在2004年开始,住建部把发展绿色建筑列为主要目标。“虽然当时还没有减碳的明确说法,但客观上很多手段都促进了碳减排。在‘双碳’目标提出后,许多技术都向减碳方向调整,评价标准也更加清晰。”

  2022年8月18日,科学技术部联合九部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022-2030年)》。《方案》要求,推进绿色低碳城镇、乡村、社区建设、运行等环节绿色低碳技术体系研究,加快突破建筑高效节能技术,建立新型建筑用能体系。突破绿色低碳建材、建筑电气化、智能建造等关键技术,促进建筑节能减碳标准提升和全过程减碳。

  住房城乡建设部数据显示,截至2022年上半年,中国新建绿色建筑面积占新建建筑的比例已经超过90%,全国新建绿色建筑面积已经由2012年的400万平方米增长至2021年的20亿平方米。目前,中国已全面实现新建建筑节能。此外,据央视网报道,截至2021年,全国累计实施公共建筑节能改造面积2.95亿平方米,由此每年可节约标煤115万吨,实现碳减排230万吨。

中建科技自主研发的能源环境和碳排放监测平台

  “光储直柔”技术大有可为

  2021年1月,中建科技与清华大学深圳国际研究生院合作,组成以中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任江亿为研发团队带头人的“未来城市联合实验室(以下简称‘实验室’)”,深耕“光储直柔”技术,共建产学研科技创新平台。“光伏发电、储能、直流配电、柔性用电”—齐贺解释,“光储直柔”概念是把现有的多项技术整合到一起,使能源更充分地利用起来,通过系统控制实现建筑用能零碳化。

  江亿认为,中国建筑运行实现零碳目标有三大任务:一是取消直接碳排放,全面推行电气化;二是建成零碳新型电力系统;三是建立零碳热源系统。要实现这三大任务,就需要能源结构从以化石能源为主调整为以零碳能源为主。“光储直柔”建筑正是发展零碳能源的重要支柱。目前,“光储直柔”已经被写入国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中,科技部也将其列入“十四五”重点科技专项来研究。

  全球首个运行的“光储直柔”建筑、位于深汕特别合作区的中建绿色产业园是实验室实践成果之一。办公楼400多平方米的屋顶上,大量太阳能光伏发电装置齐齐排列,其生产的能源存储在锂电池储能设备中,并通过柔性用电管理系统向8个办公区、2500平方米建筑面积内的空调、照明、汽车充电桩和直流电器供电。办公区内,经过改造的直流电热水器、冰箱、咖啡机、手机充电器一应俱全,与普通设备相比耗电量更低。据统计,中建绿色产业园运行一年,节电超10万千瓦时、节约标准煤超33吨、减少碳排放超47%。

  建筑用能占全国能源的40%以上,体量巨大。“供需不匹配一直是清洁能源的痛点,一旦没光照或者风等环境条件,就不发电了,不受人类控制。”齐贺说,“光储直柔”技术把大量城市建筑做成一个柔性荷载,充分利用分布式光伏产生的绿色电力,使建筑运行免受发电能力波动的影响。

  迄今为止,实验室已完成与“光储直柔”技术体系有关的发明专利申报10项、实用新型专利1项、软件著作权2项,产品注册6项,获得省市级科研课题支持5项。

  齐贺透露,目前中建科技已得到深圳市批复,选取“光储直柔”示范试点并建设运营。“我们计划与南方电网、深圳碳排放交易所等机构进行合作,判断‘光储直柔’技术具体碳减排量。”另外,在此示范点还将验证,是否可将“光储直柔”技术产生的电力切入电力行业,以此产生经济效益,推动低碳建筑产业的更大发展。

  数智化成果描绘未来之城

  上海璀璨城市综合楼是上海市首个零能耗永久性模块化建筑。集合模块化、零能耗、光伏建筑一体化等多种绿色建筑技术为一体,并搭载了中建科技自主研发的能源环境和碳排放监测平台,对各个分项用电数据和关键室内环境指标进行监测,并对项目的碳排放情况进行动态监测管理。

  与基于人类行为的传统管理系统不同,建筑要根据发电情况进行自我调节,这就要求平台精准分析建筑内所有用电设备特性,保障其正常运转。

  长远来看,此系统的意义不仅局限于部分建筑,对于整个行政区域的能源管理都大有裨益。齐贺设想:“如果一个城市所有建筑的BIM都收入数据库,再与地图信息进行匹配,任一时间段内所有建筑群的用电量一目了然。结合天气预报,电力系统可以准确预测光伏发电的情况,在区域内平衡电力供应。”

  以应届生身份入行的齐贺,经历了建筑业从绿色到低碳的转变。“这些年明显感受到国家自主科创能力不断增强”,他感叹,“2015年的时候,我们整合的很多设备、材料都是欧美产,现在则大部分是中国制造,哪怕是最尖端的技术,国产产品占比也越来越大。”

  与此同时,国家出台的政策正在落地。“国家正在布局通过金融工具支持建筑低碳化,建筑低碳从政策性行为转变为市场化行为指日可待。”齐贺对此抱有很大信心。他表示,在“双碳”背景下,国家也为房地产领域转型提供方向。“在新建建筑越来越少的情况下,更多针对的是建筑的改造及功能性的提升。作为建筑企业,应该在原有实力基础上修炼内功,向着国家指明的道路大步迈进。”

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