建筑绿色低碳技术应用思考_李超.pdf

38 39“十四五”期间，我国生态文明建设进入以节能减碳为重点，促进减污与降碳协同，推动经济社会发展全面绿色转型，实现生态环境质量由量变到质变的关键时期，城镇化进程不断加快，新建建筑规模持续扩大，导致建筑领域的碳排放不断增加，高碳排放问题日益严峻。面对较大的碳减排压力，建筑领域应寻求节能环保的绿色低碳发展道路，助力“双碳”目标的实现。一、建筑行业碳排放形势严峻据相关统计数据显示，全球与建筑（包括房屋及基础设施建设）和运营相关的二氧化碳排放量占全球总排放量的 39%，其中与运营相关部分占全球总排放量的 28%，与建筑相关部分占全球总排放量的 11%。我国建筑业碳排放强度不高，但近年来快速增长，总排放量较大，居世界首位。以 2019 年为例，中国建筑业的碳排放量占全国总排放量的 22%。建筑行业的碳排放主要包括直接碳排放和间接碳排放。直接碳排放是建筑业化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放，如钢筋、水泥等建筑材料的生产（建筑材料生产阶段的碳排放占建筑业碳排放的 70%以上），以及燃气和煤炭等直接供暖产生的排放。间接碳排放是指从外部输入到建筑物的电力和热力中包含的碳 排放。二、绿色低碳建筑技术发展趋势根据国家标准绿色建筑评价标准和低碳建筑评价标准中的定义，绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑；低碳建筑是指建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量。它们之间的包含关系，大概可以近似理解为低碳建筑绿色建筑。2015 年中央城市工作会议就提出了我国新时期建筑“经济、适用、绿色、美观”的八字方针，“绿色”二字被提到了新高度。2021 年 9 月中共中央、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提出“大力发展节能低碳建筑”。国务院2030 年前碳达峰行动方案要求“加快提升建筑能效水平”。这些都对建筑的绿色降碳提出了明确要求。1.以绿色低碳的价值观为核心建筑绿色低碳技术推广应用涉及多维度、多方面内容，其间充满着复杂的联系。如果片面化地理解绿色低碳技术，将其仅仅视为花钱买一些设备或产品安装在建筑中就可以绿色环保了，那就违背了“双碳”目标的初衷。建筑的减碳技术绝不是简单的技术讲座李 超建筑绿色低碳技术应用思考“贴皮”工作，需要更加系统的技术解决方案。绿色低碳建筑最需要的是建筑师的广泛参与，去系统整合各专业，真正把低碳技术融入到项目的全过程中。2.以既有建筑更新为重点建筑行业落实双碳目标，要注重系统推进、行业互动、全链条、全生命周期的解决方案，要关注城镇未来 10 年“修建并重”到“修大于建”的转变。拆除建筑势必造成大量的碳排放，而新建建筑又会间接地刺激建材的生产和使用。在城市更新中要避免大拆大建，严控新建建筑规模，推进既有建筑低碳化改造。如深圳市建筑工程质量监督和检测实验业务楼改造，通过垂直绿化以及智能滴灌系统的应用，实现城市从“老旧”到“生态”的转变，大大降低建筑的碳排放；雄安设计中心，对原有生产厂房主体结构及外立面 90%予以保留，仅在建筑中部置入外悬挑平台，供办公人群日常休憩交流 使用。3.持续优化能源系统针对直接碳排放，通过技术措施有效降低建筑的能耗。包括“气改电”、农村的“煤改气”或“煤改电”，以及建立全电气化的光、储、直、柔建筑用能系统。比如建筑用电设备直流化、分布蓄电常态化、建筑光伏一体化等。针对热力和电力发电等建筑间接碳排放，持续研究低碳集中供暖与建筑柔性用电技术，力争解决工业与核电厂余热、可再生能源发电等与建筑需求不平衡问题，促进建筑间接碳排放清零。以在北方建立新型低碳清洁供暖系统为重点，首先通过技术创新，充分利用北方地区、沿海地区的核电、火电、工业生产余热，实现区域联网、集中供热，解决大部分北方地区供暖需求；其次大力发展黄渤海周边基于核电、火电和钢铁业的水热联产。4.推广应用智慧建筑技术以“互联网+”、物联网、云计算、大数据、人工智能等信息技术作为绿色全周期的有力支撑，建立基于 BIM 的建筑运营维护管理系统平台，提高建筑智能化、精细化管理水平，更好地满足使用者对便利性的需求，为提升居住生活品质提供支撑。搭建前期智能化设计方案的合理性模型，评估绿色能源系统的耗热量、碳排放指标、室内空气污染指数等。首先搭建完整智慧化体系构架，建设强大智慧化分析“大脑”，合理选择智慧化应用，最后利用绿色性能化模拟和 BIM进行反馈和管控，比如通过物联网和 BIM来实现空间环境参数的实测，人体健康关联的海量数据挖掘技术等。三、绿色低碳建筑技术应用前景探讨1.开展性能化设计借助各种工具软件，以建筑降碳为基本导向，综合比较不同建筑方案和关键构件的性能参数，通过不同组合方案的优化比选，制定适合具体工程的针对性技术路线，实现最佳绿色低碳效果。包括室外风环境模拟、热岛效应模拟、自然通风模拟、天然采光模拟、日照模拟、热舒适分析、全年能耗模拟、室外噪声模拟等性能模拟技术。如在建筑方案设计阶段应用室外风环境模拟，结合当地气象数据，采用计算流体力学 CFD 技术，通过不同季节典型风向、风速对建筑室外风场进行模拟分析，评估建筑形体对室外风环境的影响，预测潜在问题。对场区局部风速过大、出现涡流或者无风区的情况进行重点研究，优化总图布局、建筑形体方案，尽可能减少室外风速、涡流和无风区。38 39“十四五”期间，我国生态文明建设进入以节能减碳为重点，促进减污与降碳协同，推动经济社会发展全面绿色转型，实现生态环境质量由量变到质变的关键时期，城镇化进程不断加快，新建建筑规模持续扩大，导致建筑领域的碳排放不断增加，高碳排放问题日益严峻。面对较大的碳减排压力，建筑领域应寻求节能环保的绿色低碳发展道路，助力“双碳”目标的实现。一、建筑行业碳排放形势严峻据相关统计数据显示，全球与建筑（包括房屋及基础设施建设）和运营相关的二氧化碳排放量占全球总排放量的 39%，其中与运营相关部分占全球总排放量的 28%，与建筑相关部分占全球总排放量的 11%。我国建筑业碳排放强度不高，但近年来快速增长，总排放量较大，居世界首位。以 2019 年为例，中国建筑业的碳排放量占全国总排放量的 22%。建筑行业的碳排放主要包括直接碳排放和间接碳排放。直接碳排放是建筑业化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放，如钢筋、水泥等建筑材料的生产（建筑材料生产阶段的碳排放占建筑业碳排放的 70%以上），以及燃气和煤炭等直接供暖产生的排放。间接碳排放是指从外部输入到建筑物的电力和热力中包含的碳 排放。二、绿色低碳建筑技术发展趋势根据国家标准绿色建筑评价标准和低碳建筑评价标准中的定义，绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑；低碳建筑是指建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量。它们之间的包含关系，大概可以近似理解为低碳建筑绿色建筑。2015 年中央城市工作会议就提出了我国新时期建筑“经济、适用、绿色、美观”的八字方针，“绿色”二字被提到了新高度。2021 年 9 月中共中央、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提出“大力发展节能低碳建筑”。国务院2030 年前碳达峰行动方案要求“加快提升建筑能效水平”。这些都对建筑的绿色降碳提出了明确要求。1.以绿色低碳的价值观为核心建筑绿色低碳技术推广应用涉及多维度、多方面内容，其间充满着复杂的联系。如果片面化地理解绿色低碳技术，将其仅仅视为花钱买一些设备或产品安装在建筑中就可以绿色环保了，那就违背了“双碳”目标的初衷。建筑的减碳技术绝不是简单的技术讲座李 超建筑绿色低碳技术应用思考“贴皮”工作，需要更加系统的技术解决方案。绿色低碳建筑最需要的是建筑师的广泛参与，去系统整合各专业，真正把低碳技术融入到项目的全过程中。2.以既有建筑更新为重点建筑行业落实双碳目标，要注重系统推进、行业互动、全链条、全生命周期的解决方案，要关注城镇未来 10 年“修建并重”到“修大于建”的转变。拆除建筑势必造成大量的碳排放，而新建建筑又会间接地刺激建材的生产和使用。在城市更新中要避免大拆大建，严控新建建筑规模，推进既有建筑低碳化改造。如深圳市建筑工程质量监督和检测实验业务楼改造，通过垂直绿化以及智能滴灌系统的应用，实现城市从“老旧”到“生态”的转变，大大降低建筑的碳排放；雄安设计中心，对原有生产厂房主体结构及外立面 90%予以保留，仅在建筑中部置入外悬挑平台，供办公人群日常休憩交流 使用。3.持续优化能源系统针对直接碳排放，通过技术措施有效降低建筑的能耗。包括“气改电”、农村的“煤改气”或“煤改电”，以及建立全电气化的光、储、直、柔建筑用能系统。比如建筑用电设备直流化、分布蓄电常态化、建筑光伏一体化等。针对热力和电力发电等建筑间接碳排放，持续研究低碳集中供暖与建筑柔性用电技术，力争解决工业与核电厂余热、可再生能源发电等与建筑需求不平衡问题，促进建筑间接碳排放清零。以在北方建立新型低碳清洁供暖系统为重点，首先通过技术创新，充分利用北方地区、沿海地区的核电、火电、工业生产余热，实现区域联网、集中供热，解决大部分北方地区供暖需求；其次大力发展黄渤海周边基于核电、火电和钢铁业的水热联产。4.推广应用智慧建筑技术以“互联网+”、物联网、云计算、大数据、人工智能等信息技术作为绿色全周期的有力支撑，建立基于 BIM 的建筑运营维护管理系统平台，提高建筑智能化、精细化管理水平，更好地满足使用者对便利性的需求，为提升居住生活品质提供支撑。搭建前期智能化设计方案的合理性模型，评估绿色能源系统的耗热量、碳排放指标、室内空气污染指数等。首先搭建完整智慧化体系构架，建设强大智慧化分析“大脑”，合理选择智慧化应用，最后利用绿色性能化模拟和 BIM进行反馈和管控，比如通过物联网和 BIM来实现空间环境参数的实测，人体健康关联的海量数据挖掘技术等。三、绿色低碳建筑技术应用前景探讨1.开展性能化设计借助各种工具软件，以建筑降碳为基本导向，综合比较不同建筑方案和关键构件的性能参数，通过不同组合方案的优化比选，制定适合具体工程的针对性技术路线，实现最佳绿色低碳效果。包括室外风环境模拟、热岛效应模拟、自然通风模拟、天然采光模拟、日照模拟、热舒适分析、全年能耗模拟、室外噪声模拟等性能模拟技术。如在建筑方案设计阶段应用室外风环境模拟，结合当地气象数据，采用计算流体力学 CFD 技术，通过不同季节典型风向、风速对建筑室外风场进行模拟分析，评估建筑形体对室外风环境的影响，预测潜在问题。对场区局部风速过大、出现涡流或者无风区的情况进行重点研究，优化总图布局、建筑形体方案，尽可能减少室外风速、涡流和无风区。40 41 2.合理使用可再生能源可再生能源包括太阳能、风能、地热能等非化石能源，目前建筑领域应用最为普遍的是太阳能（分为主动式和被动式）与浅表地热能。被动式太阳能利用技术，就是利用温室效应来实现聚热。这一点对于严寒和寒冷地区而言尤其可贵。主动式则更依托设备来完成，以太阳能光热（包含平板式和真空管太阳能集热器）和太阳能光伏为主。太阳能集热器一般南向放置在建筑屋顶、外立面等易于接受日照的部位，同时要求周边不能有物体遮挡；而太阳能光伏是利用光伏半导体材料将太阳能转化为直流电的设施。浅表地热能的主要应用是地源热泵，利用地表浅层地热资源作为冷热源进行能量交换，是目前市场上效率最高的空调系统之一。供暖效率比其他供暖系统高 50%以上，制冷效率比传统空调系统高 30%50%。3.创新结构体系一方面合理采用高性能材料。高性能材料的使用可有效地减少建筑材料的使用量，从而降低建筑的碳排放量。包括高性能混凝土、高强度钢筋以及高强钢材等。另一方面合理确定结构选型。根据建筑条件，选择合适的体系可最有效的提高结构效率，实现碳排放最优。但在具体结构选型时应结合应用场景、地区及地质情况综合选用。如风雪荷载较大的地区，应慎用膜结构；