产能建筑期待走向能源产销一体化

中国建材报旗下中国玻璃报道2021-12-21 12:57

■本报记者刘芳芳

1994年，德国弗莱堡出现了一栋神奇的房子——向阳屋。

向阳屋由太阳能建筑大师罗尔夫·迪希设计，整体被安装在一个圆形底座上，以太阳为焦点可以绕中轴旋转360度。白天时，房子会以每小时15度的速度追随太阳转动，让屋顶上的太阳能面板充电；当太阳下山后，房子便反向转动，回到初始位置。

最难得的是，向阳屋屋顶的双轴追踪式光伏发电板一年产生电量可达9000千瓦时，是其消耗电量的5倍。从这一角度来说，向阳屋是最早的产能建筑。

产能建筑，顾名思义，指的是所产生的能量超过其自身运行所需要能量的建筑，尤其是可再生能源的产出量，不仅能够满足建筑自身需求，还可以向外部供能。在建筑低碳节能标准不断提高的大背景下，产能建筑的崛起是大势所趋的。

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产能建筑是建筑节能最高目标

自上世纪80年代以来，中国一直在推动建筑节能发展，并取得了非常好的成绩。以采暖能耗为例，我国城镇居住建筑的采暖能耗在本世纪初达到最高，每平方米约消耗35公斤标煤，目前已经降至15公斤。

我国建筑运行能耗占社会终端能耗的三分之一以上，建筑运行阶段的碳排放占全国能源消费总量的21.9%，是能源消耗和碳排放的“大户”。在“双碳”目标的大背景下，建筑节能刻不容缓。国际欧亚科学院院士、住房和城乡建设部原副部长、中国城市科学研究会理事长仇保兴直言不讳：“建筑是所有的人都必须拥有的，中国建筑的节能是整个碳中和体系中最需要攻克的。”

尽管当前建筑节能的成效显著，但仍不足以满足现实的需要。据了解，我国建筑节能是以1980年至1981年的建筑能耗为基础。第一步节能是节能30%的标准。第二步节能是节能50%的标准。第三步节能是节能75%的标准。但中国建筑节能协会常务副秘书长邹燕青表示，按照这“三步走”的步骤，建筑行业要到2040年才能实现碳达峰目标，严重制约“双碳”目标的实现。

在此情况下，建筑行业提出了从超低能耗建筑到近零能耗建筑，再到产能建筑的“三步走”方针。其中，产能建筑是建筑节能发展的最高目标。随着近年来我国建筑节能发展日益“百花齐放”，产能建筑也逐渐进入公众视野。

从政策上来看，随着近零能耗建筑的蓬勃发展和“双碳”目标的推进，“十四五”期间，从中央到地方将对产能建筑的产业培育提供更大支持，产能建筑发展将更加有优势。

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产能建材亦有可行性

对于建材行业来说，最关注的问题是：既然有产能建筑，可否有产能建材？

“当然可以。”浙江柿子新能源科技有限公司董事长唐玉敏直截了当地表示，在“双碳”背景下，新建建筑的低耗低碳已经成为共识和标准，既有建筑同样可以通过技术实现能耗的达标和低碳。针对既有建筑的改造，应该在建筑材料上做研究，运用具有能量、足以实现自给自足的建材，不仅可以实现改造目标，还可以为其他需要提供能源。“而在这个改建过程中，以吸收太阳能能量的光电光热建材当是主要技术支撑。”

提高可再生能源的利用率是产能建筑由能源“消费者”变身“生产者”的关键。作为理想能源，人类已经在太阳能发电和光热利用方面奋斗了100多年。近几年，光伏发电越来越成为时尚能源，并逐步成为产能建材的典型代表。而将光伏发电与建筑的有机融合，使建筑在节能的基础上实现增能，有利于实现产能建筑。

随着“双碳”目标的推进，作为光伏发电的典型应用场景，光伏建筑一体化概念愈发火热。所谓光伏建筑一体化，是指将太阳能发电产品集成并作为建筑组成部分的技术。与附着在建筑物上的太阳能光伏发电系统不同，光伏建筑一体化是将电池作为建筑物外部结构的一部分，既具有发电功能，又具有建筑材料的功能。

不过，光伏发电也存在一些问题——由于在发电过程中光伏组件会产生热，发电效率也会受到影响，这也是全球光伏行业10多年来一直亟待解决的难题。针对这一问题，浙江柿子新能源科技有限公司研发了全光能系统，利用异聚态聚热板原理提炼打造了“能量调控背板”来代替原有的光伏背板，既节约成本，又让光伏组件性能得到了提升。据了解，通过不同应用场景的测试，全光能系统可提高发电10%以上，总能量是单纯光伏发电量的5倍以上，达到了太阳光的全谱利用，削峰降温的效果可使整个光伏发电系统使用寿命延长25%左右。

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产能建筑并非遥不可及

由于起步晚、发展时间短，产能建筑的实现较为困难，但并非遥不可及。

作为最先将产能建筑变为现实的国家，德国对产能建筑的研究和实践颇为深刻。以产能型公共建筑为例，由于公共建筑的高耗能问题比较突出，所以产能公共建筑的设计难度也更大。而作为世界上第一座“能源盈余”的公共建筑，德国弗莱堡市政厅每年在空调、通风和热水供给方面的基本能源需求量仅为45千瓦时/平方米，是同类现代办公建筑能源需求量的40%，其余多出来的能量则会被用于城市的电网系统。

由于国内外主流建筑模式有所区别，产能建筑之外，国内对“产能建筑群”模式的探索较为深入。在满足建筑功能需求和外观的基础上，通过各类被动式、主动式节能技术集成，充分发挥清洁能源、可再生能源和传统能源的综合利用能力，结合智能微电网、储能、输配等技术的联合应用，将建筑产生的能量超过其自身使用的盈余部分并入区域能源网络，再按需分配，最终实现建筑群“产能”的目标。

以首批“吃螃蟹”的代表省份江苏为例，南京市江北新区人才公寓是国内首个分布式光伏直流微网与住宅社区结合的示范项目。该项目借助直流供配电和储能技术，实现可再生能源的就地消纳，用于照明、储能、电动车充电、空调及其他电器设备等。从实际运行情况看，单位建筑面积用电约51千瓦时/平方米，而光伏发电为113.07千瓦时/平方米，真正实现了“能源产销一体化”。

校 对｜张 健 监 审｜韩凤凤