新疆首個(gè)零能耗建筑如何自給自足？

新疆首個(gè)零能耗建筑屋頂和南立面都安裝了發(fā)電玻璃。夏季，光照充足時(shí)建筑每天可發(fā)電300多度，富余的綠電可以為周邊建筑和電動(dòng)汽車靈活供電。圖為建筑模型。

新疆首個(gè)零能耗建筑位于烏魯木齊市西八家戶路，由新疆建筑科學(xué)研究院建設(shè)，建筑面積1130平米。項(xiàng)目遵循“被動(dòng)優(yōu)先，主動(dòng)優(yōu)化”的原則，集納了太陽能光伏發(fā)電、地源熱泵、空氣源熱泵、新風(fēng)熱回收、建筑能耗監(jiān)測(cè)、智能控制、裝配式結(jié)構(gòu)、設(shè)置氣密層等23項(xiàng)高科技節(jié)能新技術(shù)。

2024年12月5日12時(shí)，室外溫度零下6℃，位于西八家戶路的新疆首個(gè)零能耗建筑室內(nèi)墻上的溫度器顯示為24℃。這里的熱能來源于地表下150米深的淺層地?zé)崮堋?/span>

主動(dòng)節(jié)能，讓房子“綠起來”

向天“借”電、向地“借”熱。在冬季采暖期，這座1130平方米的房屋可以借助太陽能、地?zé)崮芗翱諝饽芸稍偕茉磳?shí)現(xiàn)全屋用電、供熱自給自足。

除去建筑自耗電能，房屋每年可發(fā)電1121千瓦時(shí)，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤13噸，減排二氧化碳34.32噸。

建筑產(chǎn)能≥終端能耗，實(shí)現(xiàn)了真正意義的“零能耗”。經(jīng)過7個(gè)多月的運(yùn)營(yíng)，這座具有示范意義的智慧建筑其本身的可再生能源產(chǎn)能已完全大于建筑的全部用能。

外面的冷氣進(jìn)不來，里面的熱氣出不去，如何讓房屋一年四季溫暖如春呢？這座外觀并不起眼的三層小樓應(yīng)用了23項(xiàng)“黑科技”技術(shù)。

新疆首個(gè)零能耗建筑于今年4月18日投入使用，采用地源熱泵+空氣源熱泵雙能源系統(tǒng)，為建筑提供冷、熱能源，通過余熱回收系統(tǒng)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷預(yù)熱，提升空氣品質(zhì)。

新疆建筑科學(xué)研究院設(shè)計(jì)事業(yè)部總建筑師谷成說：“考慮到溫度越低，空氣源熱泵耗電量越大，冬天便采用地源熱泵供暖，在設(shè)計(jì)的時(shí)候我們就考慮到新疆的氣候條件，兩種供熱方式交替使用。”

什么是淺層地?zé)崮?？這是指蘊(yùn)藏于地下200米以內(nèi)的巖土體、地下水和地表水中的熱能，具有分布廣、儲(chǔ)量大、可再生及就近利用等優(yōu)點(diǎn)，主要可用于建筑取暖制冷等方面，是一種更“干凈”的清潔能源。在一樓能源站機(jī)房，冷熱源設(shè)備整齊排布，數(shù)十條供回水管道縱橫交錯(cuò)。

“地源熱泵系統(tǒng)，通俗理解，就是將土壤當(dāng)做一個(gè)容器、一個(gè)儲(chǔ)熱體?！惫瘸烧f，地源熱泵就相當(dāng)于是一個(gè)“搬運(yùn)工”，夏季將室內(nèi)熱量吸收，通過管道儲(chǔ)存到地下土壤中，冬季再將熱量“取”出來，實(shí)現(xiàn)冬季制熱、夏季制冷。

地?zé)崮堋安亍钡眠@么深，如何把它發(fā)掘出來為人們所用？“整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的建設(shè)，有點(diǎn)像‘挖井’，需要將地下的熱量通過井道導(dǎo)入到供暖系統(tǒng)中。”谷成說，在施工過程設(shè)置了15口井，直徑在15厘米，深度約150米，然后再插入管子，并在管子里注水，使之循環(huán)。同時(shí)還會(huì)設(shè)置溫度傳感器，監(jiān)測(cè)土壤溫度。當(dāng)監(jiān)測(cè)溫度與土壤原始溫度出現(xiàn)較大偏差，可進(jìn)行空氣源熱泵系統(tǒng)補(bǔ)熱。

項(xiàng)目設(shè)置了分布式光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)，屋頂和南立面都安裝了發(fā)電玻璃。夏季，由于光照充足，建筑每天可發(fā)電300余千瓦時(shí)，富余的綠電可以為周邊建筑和電動(dòng)汽車靈活供電，冬季受氣候影響，每天可發(fā)電100余千瓦時(shí)。

被動(dòng)節(jié)能，給房子披件棉襖

項(xiàng)目通過外墻保溫系統(tǒng)、密封性處理、無熱橋節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等技術(shù)，盡量減少熱交換。該棟建筑外墻采用保溫隔熱、節(jié)能效果更好的保溫層，傳熱系數(shù)僅為傳統(tǒng)建筑的三分之一。門窗和墻體的每一處接縫，也都貼上了防水隔汽膜、防水透氣膜，提高建筑氣密性，從而讓室內(nèi)外完全隔絕開。

12月5日12時(shí)，室外溫度零下6℃，位于西八家戶路新疆首個(gè)零能耗建筑室內(nèi)墻上的溫度器顯示為24℃。這里的熱能，來源于地表下150米深的淺層地?zé)崮堋?/span>

谷成說：“窗戶、墻體、門設(shè)計(jì)的時(shí)候都有秘訣，就像是給房子披上了件棉襖，達(dá)到被動(dòng)節(jié)能的良好效果?！?/span>

傳統(tǒng)的房屋在有一定氣壓的情況下，每小時(shí)換氣次數(shù)一般在2次到3次，而零能耗建筑換氣次數(shù)為1次。換氣少了，保溫性自然大大提高。除此以外，無熱橋也是節(jié)約能耗的一個(gè)重要因素。“熱橋”，顧名思義就是熱量傳導(dǎo)時(shí)走的橋梁，熱橋常常出現(xiàn)在門窗連接處、磚質(zhì)墻體與混凝土樓板連接處，無熱橋設(shè)計(jì)的基本原則是通過適當(dāng)添加絕熱層，阻斷不同材料連接處的熱橋。

這樣的建筑會(huì)不會(huì)比較憋悶？室內(nèi)的溫度、氣流如何調(diào)節(jié)呢？谷成解釋，由于建筑物的密封性好，為了防止室內(nèi)空氣污染，保證有新鮮空氣的不斷流入，新風(fēng)熱交換系統(tǒng)可以把室內(nèi)的空氣抽出去，把室外的空氣抽進(jìn)來。為防止熱空氣或冷空氣的流入，交流器自動(dòng)設(shè)置加熱和加冷功能，在冬天，交換進(jìn)來的新鮮空氣也是暖風(fēng)。

新疆建筑科學(xué)研究院技術(shù)中心副主任孔維亮說，目前該院通過零能耗建筑綜合能源管理平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑能耗、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、可再生能源系統(tǒng)及建筑碳排放，對(duì)運(yùn)行實(shí)時(shí)能耗及綜合能耗進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)，保證系統(tǒng)合理運(yùn)行。通過數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為新疆零能耗建筑技術(shù)的應(yīng)用和規(guī)?；茝V提供技術(shù)支撐。

近年來，新疆以裝配式建筑、綠色建筑切入低碳新賽道，推動(dòng)科技創(chuàng)新、數(shù)字賦能，大力推進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，加速形成建設(shè)領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力。為推動(dòng)新疆城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，新疆啟動(dòng)了《新疆建筑領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和發(fā)展路徑和對(duì)策研究》課題，并建設(shè)了新疆零能耗示范項(xiàng)目。