零碳新能源技術應用研究
——以忻州清涼灣項目為例

馮曉東

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，昆明 650051）

1 引言

綠色發展已經成為全球的主要發展趨勢，其有助于實現能源結構的優化，注重能源改革，始終堅持清潔能源的運用，全面實現綠色經濟快速發展。截至2022 年年底，建筑行業的能源消耗占到了整體能源消耗的30%以上，其中，碳排放占到了27%，因此，建筑行業需要更加注重零碳發展。我國《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》《2030 年前碳達峰行動方案》《城鄉建設領域碳達峰實施方案》均指出了建筑行業零碳目標發展，并制定了一系列零碳建筑標準[1]?，F階段的建筑行業發展要向綠色低碳建筑方向發展，降低建筑碳排放，真正做到節能與建筑質量之間的平衡發展。

2 零碳新能源技術概述

2017 年，李艷梅[2]分析了零碳排放區示范工程的相關情況，提出以縣為單位的零碳排放區示范工程建設的相關情況。還有部分學者從技術的角度進行了分析。2017 年，葉祖達[3]表示需要在我國法定城市規劃與建設流程上提出創新體制，引入動態監控碳排放機制，保障減碳排放目標能夠通過法定管理體制貫徹城區建設的整個生命周期，達到正氣候效果。2021年，唐葆君[4]主要分析了APEC 成員碳排放與經濟增長存在的相互聯系，支持科研水平的提升，真正做到大范圍技術推廣，最終實現能耗以及能源結構的優化。

3 零碳排放目標下建筑的特征

對于零碳新能源建筑來講，主要目的在于節能減排，充分感受自然光，享受大自然的氣息，不僅能提升居住舒適度，還能很好地契合可持續發展理念。其具有自身的特點：

第一，關注圍護系統的節能指標，以便提升建筑的環保性，具有更好的節能性，使建筑整體功能增強；

第二，使用新能源，充分發揮可再生資源的優勢，使其利用率不斷提升；

第三，在運營階段需要做到零碳化，以保障建筑設計更加合理；

第四，保障合理的碳排放量[5]。

4 零碳新能源技術應用的必要性

4.1 安全環保、經濟性強

目前，在應用零碳新能源技術的過程中，大部分建筑會運用光伏發電，將其安裝在屋頂或外墻外側，找到陽光充足的適合位置，借助陽光的作用就能夠完成發電，且不會產生任何污染，相對于傳統的發電方式不會產生有害氣體，且更加安全，同時，全面提升了建筑空間使用效率，更具經濟性[6]，還能夠促進建筑行業實現節能環保。

4.2 節能、能源消耗小

在建筑項目的建設過程中，運用零碳新能源技術能最大限度地節約資源，避免出現資源浪費，還能避免出現過多的溫室氣體，緩解全球變暖的趨勢，避免過多不可再生資源的使用，真正做到節能。

5 案例分析

5.1 忻州清涼灣項目簡介

該項目位于忻州市忻府區，建設內容包括新建游客接待前廳、特色演藝劇場、文化展示中心、溫泉療養SPA、互動體驗商業、旅居主題客棧等，占地面積約13 萬m2，總建筑面積約10 萬m2。

5.2 忻州清涼灣項目原始能源方案

由表1 總結可知，以2 萬m2的建筑面積內的能源消耗數據分析了生活用水、空調制冷以及地暖采暖以及溫泉熱水等方面能源消耗量，其中，空調制冷的負荷量最大，達到了3 377 kW。

表1 忻州清涼灣項目2 萬m2 采集數據

5.3 忻州清涼灣項目零碳新能源技術應用

5.3.1 優化設計思路

該項目主要能源需求為：溫泉水恒溫、衛生熱水、冬季采暖以及夏季制冷。能源方案思路：采用地熱井提供40 ℃的溫泉熱水，通過熱泵設備提溫至45 ℃、50 ℃等，以滿足不同的需求，回灌溫泉水約30 ℃，可利用另一套熱泵設備進行熱量提取，用于建筑供熱供冷與衛生熱水。其次，利用空氣源熱泵進行能源補充與備用，結合物聯網智慧能源系統，最終實現零碳排放的能源高效利用系統。

5.3.2 先進技術應用

地熱直接利用方式有50%～70%的熱利用效率，剩余的熱能則伴隨地熱水回灌到地下或者直接排放到自然環境中，不但浪費資源而且造成熱污染。地熱梯級利用是指根據地熱流體的不同溫度進行地熱逐級利用，這樣最大限度地利用了地熱資源，因此，梯級利用技術擁有廣闊的前景。

利用互聯網遠程調控技術提升末端智慧供能，消除過度供能、冷熱不均。通過物聯網技術組建智慧能源物聯網，在供能過程中收集各個用熱點的實時數據，同時收集管道和室內加裝的各類無線傳感器的數據，將這些數據發送至控制中心，實現智慧調控。

6 忻州清涼灣項目零碳新能源技術應用策略

6.1 建筑本體技術

零碳新能源技術在忻州清涼灣項目設計的最初階段能夠做到與當地環境相契合，在建設過程中能夠進行建筑體型系數的控制，且注重建筑外圍面積的減少，依靠巧妙的構思全面地運營建筑自遮陽策略，還能降低能源消耗，提升運營用能效率。運用建筑本體技術，堅持以下兩個目標。

第一，提高建筑節能率。選擇適合的門窗材料，注重高密封材料的運用，保障材料選擇的適合性以及科學性，注重傳熱系數的降低，進行有效的節能設計，實現忻州清涼灣項目的預期目標[7]。

第二，實現各專業的協同設計。在進行忻州清涼灣項目建設時，結合各個專業，做到集成設計，全面協調涉及的工作，處理好設備以及管線之間的關系，借助先進的科學技術，提升忻州清涼灣項目的氣密性。

6.2 建筑微生態技術

要靈活運用微生態技術，借助微生物技術進行建設指導，合理運用屋面綠化等措施，做到優化忻州清涼灣項目的微生態，使整個環境得到改善。在進行忻州清涼灣項目建設時，還要進行資源的合理配置，使整個建筑具有更高的微生態系統性能，還要進行雨水量的回收控制，提高資源利用率。要注重輔助高效節能設備的應用，借助先進的技術提升建筑用電效率[8]。

6.3 強化外圍護結構保溫性能

注重建筑外圍護結構耗能優化，借助零碳新能源方案，關注外圍護結構的優化。對于外圍護結構，消耗能源的主要部分是外墻、門窗和屋頂。其中，墻體應能真正發揮圍護結構的隔熱作用，全面展現其保溫作用。除此之外，在屋頂建設時也需要結合科學的措施，全面提升建筑保溫效果。

6.4 門窗節能的措施

傳統建筑項目的建筑外墻已經很難滿足現階段對低碳的要求。最常見的傳統外墻是玻璃幕墻，容易出現冷熱橋現象。在忻州清涼灣項目的建設過程中，可以對幕墻玻璃進行升級，采用雙層幕墻設計，以便提升其隔熱性能。雙層玻璃幕墻還有其他的一些優勢，主要總結如下。

第一，隔熱性好。借助于幕墻的作用能夠在冬季保持舒適的室溫，夏季的時候還能夠隔熱，真正實現了冬暖夏涼。

第二，良好的隔音功能，能夠很好地隔離噪聲，還有助于提升其環保性能[9]。

第三，增加自然采光，可以保障忻州清涼灣項目建筑具有良好的采光。應用時要確保滿足遮陽系統的具體要求，保持室內溫度差異不大，優化整個建筑的室內環境。

6.5 熱水和電能供應

忻州清涼灣項目零碳設計過程中，還需要全面考慮熱水以及電能的供應。忻州清涼灣項目在建設初期，為了全面滿足熱水以及供電的需求，建設了生物質熱電廠，在生物質的作用下得到日常所需的熱水，還要注重太陽能以及其他可再生資源的應用，建立完善的微型電網，依靠核心技術實現能源自供應，保障在自給自足的基礎上解決傳統能源大量消耗的問題。

6.6 綠化屋頂設計

結合濾膜、保濕毯、隔根膜及綜合防水層等措施，得到具有高性能的屋頂綠化體系，保障系統處于烈日下時能夠展現出較強的斷熱以及冷卻作用，最終使建筑獲得最佳的節能減排效果。

7 結語

零碳的出現主要基于低碳，其發展也是以低碳為基礎，最終實現零碳，所以，我們需要注重低碳向零碳的過渡。對于忻州清涼灣項目，需要先設置低碳目標，在優化方案之后實現零碳?，F階段，零碳建筑還處于初期階段，很多的零碳建筑設計還處于摸索的階段，在其發展的過程中會受到諸多因素的阻礙，如觀念、科學水平、成本、管理制度等，但是隨著人們環保意識的增強，以及技術水平的不斷進步，建設過程中越來越多地注重清潔能源的使用。未來建筑發展的趨勢即為零碳建筑，最終實現生態環境的全面優化。