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智能建筑該如何發(fā)展

2015-11-02

  40%的商業(yè)和公共建筑在2018年前需要具備能參與需求側(cè)響應的功能,這是德國聯(lián)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(jié)能還是減排的要求,使得人們越來越關注建筑行業(yè)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(fā)展的過程中,也出現(xiàn)了不少誤區(qū)。國內(nèi)許多公共建筑的節(jié)能措施近于簡單粗暴,如用電高峰對某些偏遠地區(qū)不重要建筑拉閘限電、夏季高溫一律以風扇代替中央空調(diào),試圖通過降低人體的舒適性來達到節(jié)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(zhuǎn)型的一條歧途。

  反觀歐洲,先于國內(nèi)幾十年走上了建筑節(jié)能改造的道路,許多二戰(zhàn)前乃至上百年的建筑至今都在使用,老建筑無一不通過節(jié)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(guī)定,建筑根據(jù)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(jié)能改造以及智能建筑蓬勃發(fā)展,出現(xiàn)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(cè)響應等節(jié)能技術。

  建筑節(jié)能并非遙不可及,簡單的加裝節(jié)能閥或門窗翻新就可以實現(xiàn)現(xiàn)有建筑的能耗大幅降低,德國通過法規(guī)強制及政府補貼雙管齊下,實現(xiàn)了全領域建筑節(jié)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(yōu)化,尋找出最優(yōu)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(zhàn)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(tǒng)一之后才完全恢復,并作為聯(lián)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(tài)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(xù)性,要求把對環(huán)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(tǒng)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(lián)產(chǎn)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?shù)奶柲馨l(fā)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(qū)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(xiàn)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(chuàng)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(lián)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(jié)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(xiāng)鎮(zhèn)政府及能源供應企業(yè)提供各種地區(qū)性的資助計劃,例如聯(lián)邦政府光伏屋頂、高速公路兩側(cè)光伏工程補貼、巴伐利亞州學校建筑節(jié)能“50/50”計劃等。以達到EnEV2009德國節(jié)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(lián)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(lián)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(tài)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(yè),不增加民眾負擔,這種方式大大提高了社會節(jié)能意識,促進了節(jié)能技術研發(fā),減少了能源消耗。

  這種節(jié)能意識的觀念輸送來自于很多順理成章的數(shù)據(jù)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(xiàn)代社會下,每個人一天能夠暴露在室外的時間屈指可數(shù),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(tài)園區(qū)。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(fā)展中國家,如孟加拉共和國僅需500瓦左右的時候,歐洲的發(fā)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(xù)能源輸出在5500瓦左右,這意味著,要實現(xiàn)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(shù)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(qū),城鄉(xiāng)到國家等所有和能源使用相關的環(huán)節(jié)。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(qū)和能量之城的理念還相對薄弱。2000瓦社會旗下的生態(tài)園區(qū)就剛好彌補了這個漏洞。2000瓦生態(tài)園區(qū)是一個包括定量和定性評估的雙系統(tǒng)。系統(tǒng)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(qū)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(tǒng),溝通與合作,供給和廢物處理,建筑單體本身和園區(qū)內(nèi)交通體系在內(nèi)的五個方面。

  2000瓦社會的重點并非在于節(jié)能技術的提升或是盲目地使用大量可再生能源,它強調(diào)的是一種在不影響生活質(zhì)量前提下新的生活方式。而要實現(xiàn)這一點,不同功能特征的建筑都必須在節(jié)能的前提下更多的保證“智能”的環(huán)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(yè)滲透的技術綜合化的發(fā)展趨勢,智能技術與建筑學科的結合產(chǎn)生了新型建筑節(jié)能新興技術引入建筑領域,使得建筑節(jié)能手段更加豐富可調(diào),節(jié)能效果顯著,并深刻的改變著建筑節(jié)能的方法與手段。

  目前與建筑節(jié)能相結合的新興技術主要包括:能源可視化監(jiān)控,用戶需求側(cè)響應以及樓宇自動化等。其中,能源可視化監(jiān)控提供了建筑能耗的形象話展示與數(shù)字化分析,為用戶全面能源管理提供數(shù)據(jù)支持,因此是建筑節(jié)能的基礎。需求側(cè)響應側(cè)重于在用戶滿意的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)用能習慣,提高用能效率,是建筑節(jié)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(xiàn)精細化調(diào)節(jié),是建筑節(jié)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(jié)能“X”技術,使得未來的智能建筑節(jié)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(shù),對其最優(yōu)化的設計將由貫穿生活環(huán)節(jié)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(jié)能,而是要在節(jié)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(zhì)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(diào),行業(yè)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(yè)帶來了無窮的機遇。一如美國的銀行及信貸行業(yè)的發(fā)達,一定程度上制約了美國互聯(lián)網(wǎng)金融的發(fā)展,而在中國,卻可以誕生出阿里巴巴這樣的互聯(lián)網(wǎng)金融巨頭,成熟細致的行業(yè)分工的國家并非總是新型行業(yè)發(fā)展的潤土。細觀國內(nèi)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(yè)受經(jīng)濟轉(zhuǎn)型放緩的影響不溫不火,電力公司正經(jīng)歷著電力改革,民眾節(jié)能意識有待加強,國家政策法規(guī)尚未規(guī)范,但于此同時,互聯(lián)網(wǎng)金融也正深刻得影響著這個國度,經(jīng)濟轉(zhuǎn)型背景下的節(jié)能被無數(shù)次提起,建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型路漫漫其修遠兮!

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

  然而這條節(jié)能+X的道路并非只是留給地產(chǎn)公司的,建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型,電力公司是否有機會?德國華人新能源協(xié)會的青年人在暑期做了一個關于中德智能建筑領域的調(diào)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(jīng)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(zhuǎn)型之中找尋發(fā)展創(chuàng)新和壯大的道路。而中國,南方電網(wǎng)綜合能源服務公司的成功實踐表明,電力公司能在能源轉(zhuǎn)型中及時發(fā)現(xiàn)市場增長點和商業(yè)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(shù)據(jù),將電力行業(yè)從只是把電從發(fā)電端輸送到用戶改變?yōu)榘l(fā)電端,電網(wǎng),用戶三者互為聯(lián)系的整體,如何在大數(shù)據(jù)背景之下做出更準確的戰(zhàn)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(jié)能和綠色,而是節(jié)能+X!


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