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智能建筑該如何發展

2015-11-02

  40%的商業和公共建筑在2018年前需要具備能參與需求側響應的功能,這是德國聯邦政府在智能建筑領域最殷切的希望。一個國家的整體能源消耗中,建筑領域幾乎占到三分之一,因此無論是節能還是減排的要求,使得人們越來越關注建筑行業的技術進步。

  在這樣的契機下,綠色建筑和智能建筑,扮演起越來越重要的角色。但在綠色建筑近年來迅速發展的過程中,也出現了不少誤區。國內許多公共建筑的節能措施近于簡單粗暴,如用電高峰對某些偏遠地區不重要建筑拉閘限電、夏季高溫一律以風扇代替中央空調,試圖通過降低人體的舒適性來達到節約能源的目的。這些舉動完全違背了建筑“以人為本”的理念,是能源轉型的一條歧途。

  反觀歐洲,先于國內幾十年走上了建筑節能改造的道路,許多二戰前乃至上百年的建筑至今都在使用,老建筑無一不通過節能改造獲得了新生。以德國為例,德國政府對建筑單位面積能耗有明確的規定,建筑根據單位面積平均能耗分級,能耗高的建筑不僅要支付高昂的能源費用,還要對低能耗建筑進行補貼。正是在政府強制性政策和鼓勵思維的雙重引導之下,德國建筑節能改造以及智能建筑蓬勃發展,出現了諸如被動式房屋的低(零)能耗建筑,響應用電高低峰的需求側響應等節能技術。

  建筑節能并非遙不可及,簡單的加裝節能閥或門窗翻新就可以實現現有建筑的能耗大幅降低,德國通過法規強制及政府補貼雙管齊下,實現了全領域建筑節能的基礎——民用建筑的改造。對于大型的公共建筑,則是通過模擬優化,尋找出最優方案,同時結合新能源,改造了許多老舊的市政廳、火車站等建筑。

  比如德國國會大廈,位于德國首都柏林市中心,毗鄰施普雷河,是德意志帝國的帝國議會,二戰之后遭到廢棄,20世紀60年代該建筑受到局部翻修,但直到兩德統一之后才完全恢復,并作為聯邦議會會址。1993年開始,德國政府對國會大廈再一次進行翻新,并新增了一個重達1200噸的透明拱頂,同時降低建筑整體能耗,并采用多項能源技術。

  國會大廈的改建中充分考慮到了生態學的重要性,這也是招標時的重要指標之一。德國政府想通過這類公共建筑來展示建筑的可持續性,要求把對環境的影響降到最低,同時鼓勵加大可再生能源的使用比例。大廈的能源系統使用了包括太陽能技術、機械通風、使用地層作為冷和熱儲藏(地熱能)、熱電聯產等多項技術。

  獨特的玻璃幕墻以及熱保溫材料大大地降低了建筑熱損耗,位于屋頂的太陽能發電設備的面積達300多平方米,兩座以植物油為燃料的熱電廠能夠提供國會大廈及其周圍議會82%的電能。在夏季,吸收式制冷機使用電廠的部分余熱來驅動,解決大廈的制冷問題。另一部分余熱被用來將地下300米深處水庫中的鹽水加熱到70攝氏度,然后泵回地下且儲存起來,用于冬季供暖。另一個位于地下60米深處的水庫用來將冬季室外的冷量存儲起來,在夏季室外氣溫較高的時候用來給大廈制冷。同時,大廈的球形拱頂也被用來解決大廈主會場的照明和通風問題。在拱頂圓洞下方還有一個雨水回收裝置,可將回收的雨水處理后供大廈使用。通過所有改建措施,國會大廈的年二氧化碳排放量由原來的約7000噸降低至現在的440噸左右,足足降低了94%。

  以政府大型公共項目為推動,采取引導的方式逐漸推廣新技術的創新,是德國政府在能源領域一貫的作風。為了更好地提高建筑能效、推廣可再生能源在建筑領域的應用,德國聯邦政府和各地方政府出臺了許多激勵補貼政策。其中既有可再生能源的市場激勵計劃,也有德國復興信貸銀行(KfW)專為建筑節能改造推出的多項資助計劃(提供超低利率貸款年利率不會超過2%)。另外,各州、市、鄉鎮政府及能源供應企業提供各種地區性的資助計劃,例如聯邦政府光伏屋頂、高速公路兩側光伏工程補貼、巴伐利亞州學校建筑節能“50/50”計劃等。以達到EnEV2009德國節能標準100(KfW100)為基本要求,達到KfW85標準的建筑,每套150m2的建筑改造完成后,聯邦和地方政府各獎勵5250歐元,共計10500歐元(獎勵標準為70歐元/m2)。達到KfW55標準的建筑,每套130m2的建筑改造完成后,聯邦和地方政府各獎勵15700歐元,共31400歐元(獎勵241.5歐元/m2)。另外,從1999年起,德國實施生態稅改革,一方面提高能源價格,另一方面將征收稅費的90%通過降低退休金交費重新返還給居民和企業,不增加民眾負擔,這種方式大大提高了社會節能意識,促進了節能技術研發,減少了能源消耗。

  這種節能意識的觀念輸送來自于很多順理成章的數據研究:一個人每天的時間當中,有多少是呆在建筑里的呢?家庭,辦公室,健身房,餐廳,圖書館……現代社會下,每個人一天能夠暴露在室外的時間屈指可數,因此,一個社會性的整體能耗約束目標呼之欲出。

  比如瑞士人極力推動和打造的2000瓦生態園區。2000瓦社會是一個全新的生活理念,世界能源嚴重的分配不平衡是這個理念源來的初衷。當許多發展中國家,如孟加拉共和國僅需500瓦左右的時候,歐洲的發達國家早已遠遠超過了2000瓦這個指標。例如在德國,2014年社會平均連續能源輸出在5500瓦左右,這意味著,要實現2000瓦社會這個夢想,德國至少要減少一半的耗能。而在美國,這個數字更是達到了驚人的12000瓦。

  2000瓦的功率乘以一年8760(24*365)小時,2000瓦社會允許的總耗能每年不得超過17520千瓦時,而這其中包括了所有的能量消耗,從吃飯到消費,從居住交通到公共設施。2000瓦社會涵蓋了個人,建筑單體,園區,城鄉到國家等所有和能源使用相關的環節。如今市面上存在著大量的綠色建筑認證標識,但其中大多體系的涉及范疇僅限于建筑單體,低碳園區和能量之城的理念還相對薄弱。2000瓦社會旗下的生態園區就剛好彌補了這個漏洞。2000瓦生態園區是一個包括定量和定性評估的雙系統。系統中的初端能源總消費量和溫室氣體排放量的目標值取決于園區的建造和使用結構,因地制宜。定性評估基于計分制度,包括管理系統,溝通與合作,供給和廢物處理,建筑單體本身和園區內交通體系在內的五個方面。

  2000瓦社會的重點并非在于節能技術的提升或是盲目地使用大量可再生能源,它強調的是一種在不影響生活質量前提下新的生活方式。而要實現這一點,不同功能特征的建筑都必須在節能的前提下更多的保證“智能”的環境服務以達到不影響人們生活舒適度的要求。

  隨著學科交叉和專業滲透的技術綜合化的發展趨勢,智能技術與建筑學科的結合產生了新型建筑節能新興技術引入建筑領域,使得建筑節能手段更加豐富可調,節能效果顯著,并深刻的改變著建筑節能的方法與手段。

  目前與建筑節能相結合的新興技術主要包括:能源可視化監控,用戶需求側響應以及樓宇自動化等。其中,能源可視化監控提供了建筑能耗的形象話展示與數字化分析,為用戶全面能源管理提供數據支持,因此是建筑節能的基礎。需求側響應側重于在用戶滿意的范圍內調節用能習慣,提高用能效率,是建筑節能的目標與約束所在。而樓宇自動化技術則是對最終的能耗設備進行自動控制,實現精細化調節,是建筑節能的具體操作層面。因此,通過“基礎層——目標約束層——操作層”的全方位的建筑節能“X”技術,使得未來的智能建筑節能手段更加多樣化,效果也更顯著。

  由此我們可以透知智能建筑在未來的廣闊前景:每個人每天的能耗總量是目標函數,對其最優化的設計將由貫穿生活環節的建筑物,非停即走的電動車,吃喝拉撒等各種生活必需品等等來完成。所謂的智能建筑,不僅僅是要節能,而是要在節能的前提下,保障人民正常的吃飯辦公聽音樂打臺球的需求,除此之外,還必然的要滿足人民不斷增長的物質和文化生活需要----這就意味著對智能的要求幾乎是雙份的。

  難點在于:明明眾口難調,行業林立,各有需求,還要在建筑的名義下和衷共濟突破彼此。但恰恰因為X的多樣和復雜,反而給這個行業帶來了無窮的機遇。一如美國的銀行及信貸行業的發達,一定程度上制約了美國互聯網金融的發展,而在中國,卻可以誕生出阿里巴巴這樣的互聯網金融巨頭,成熟細致的行業分工的國家并非總是新型行業發展的潤土。細觀國內市場,新建建筑增速減緩,既有建筑問題重重,甲方輝煌不再,家電行業受經濟轉型放緩的影響不溫不火,電力公司正經歷著電力改革,民眾節能意識有待加強,國家政策法規尚未規范,但于此同時,互聯網金融也正深刻得影響著這個國度,經濟轉型背景下的節能被無數次提起,建筑行業的轉型路漫漫其修遠兮!

  2014年,排名前十的房地產公司在占到整個房地產市場份額的15.6%且市場占比相比于2013年提高了3.7%,國內建筑行業地產公司的規模與效率都是德國所不能比擬的。在中國,地產公司規模巨大,往往能夠集各方力量解決迫切問題,隨著國內建筑行業標準的不斷嚴格和規范,新建建筑的能耗模擬或者能源優化會越來越受關注。

  然而這條節能+X的道路并非只是留給地產公司的,建筑行業轉型,電力公司是否有機會?德國華人新能源協會的青年人在暑期做了一個關于中德智能建筑領域的調研比較后認為,答案是肯定的。在德國,不少電力公司的成功案例已經向我們展示了,一個成熟而靈活的電力公司,是怎么在改革和轉型之中找尋發展創新和壯大的道路。而中國,南方電網綜合能源服務公司的成功實踐表明,電力公司能在能源轉型中及時發現市場增長點和商業模式,在新一輪電力改革之中,新型的配售電公司如何把握住改革的新風,如何挖掘用戶數據,將電力行業從只是把電從發電端輸送到用戶改變為發電端,電網,用戶三者互為聯系的整體,如何在大數據背景之下做出更準確的戰略定位和市場分析,將會決定誰是新一輪電力改革之下的勝者。

  因為智能建筑,絕不僅僅是節能和綠色,而是節能+X!


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