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吳劍林:節能技術的進步要以人為本

時間:2020-04-14 18:44來源:《現代物業·新業主》 作者:文/成忻 點擊:
吳劍林博士,現任中國建筑科學研究院高性能建筑研究中心副主任,同時擔任中美清潔能源聯合研究中心(CERC)建筑節能項目課題負責人,主要負責設計和實施近零能耗建筑的試點建設,并制訂相關設計、調試、驗收、運營管理的標準和規范,也是中國近零能源建筑技術標

 

  原載于《現代物業·設施管理》2019年12期
 

  吳劍林博士,現任中國建筑科學研究院高性能建筑研究中心副主任,同時擔任中美清潔能源聯合研究中心(CERC)建筑節能項目課題負責人,主要負責設計和實施近零能耗建筑的試點建設,并制訂相關設計、調試、驗收、運營管理的標準和規范,也是中國近零能源建筑技術標準的主要編輯之一。

  吳劍林的主要關注領域為能源建設、近零能耗建筑、可持續建筑、建筑節能、運營策略和優化,以及能源審計和改造,在建筑行業有著10余年的研究和技術顧問經驗。

  在過去的5年中,吳劍林還參加了中瑞綠色低碳城市倡議項目,為多個城市提供建設和實施城市綠色建筑行動計劃和建筑能源證書制度的方法;先后擔任多個可持續建筑咨詢項目的項目經理,涉及建筑能源和環境模擬建模的整體過程、建筑性能監測和評估以及建筑材料和設備的全生命期評估等領域,其主導的多個項目參與了中國綠色建筑和健康建筑評價標識、LEED和WELL認證。

  美國綠色建筑委員會(USGBC)主辦的Green build中國綠色建筑峰會于2019年10月22日-24日在上海舉辦,來自12個國家和地區的600余名參會者分享了綠色建筑領域的知識、技術、經驗與觀點。在峰會期間,吳劍林博士接受了《現代物業》的專訪,介紹了建筑被動式節能技術及其特點、“零碳建筑”與“凈零能耗建筑”等新概念,以及既有建筑節能改造等問題的最新進展。
 


吳劍林
 

  《現代物業》:建筑被動式節能技術目前在我國建筑行業應用的情況是什么樣的?

  吳劍林:被動式技術和被動式節能是兩個不同的概念。建筑節能從技術的分類上可以分為被動式技術和主動式技術,兩種技術之間的差別在于設備是否有能源消耗,諸如風機、水泵、冷熱機組。

  對于被動式節能技術的狹義定義,中國城市科學研究會與其他綠色建筑研究機構都做出過相應案例分析。例如以中國獲得綠色建筑評價標識的項目為數據基礎,可以歸類一些技術的應用情況,相關機構也發布過類似報告。

  被動式節能技術主要分為以下幾大類:

  第一是通風,主要涉及室外風環境優化和室內自然通風。自然通風應用得最廣,不管是居住建筑還是公共建筑都會涉及。

  第二是自然采光。從居住建筑的角度來看,自然采光方面在節能規范方面有著很明確的要求。例如“窗地比”,就是為了保證滿足最低采光要求,不同氣候區有不同的比例要求,從1/5~1/6不等,F在也會有一些更為高級的采光方式,比如使用導光管將室外光線引入室內不利于采光的區域,但這種方式目前還未大范圍普及。

  第三是保溫隔熱。保溫隔熱在南方和北方有著較大的差異。北方地區主要通過在建構主體使用保溫板來達到保溫隔熱的效果,這也是現行節能審查驗收的要求,南方地區的建筑則強調隔熱。而以云南昆明為代表的溫和地區,年溫差較小、室外溫度的年變化較為平緩,通常利用建筑墻體自保溫,在墻體內部摻雜材料使得墻體本身具備相應的保溫和隔熱功能。綜合來看,在保溫隔熱方面各地的審查驗收都有相關要求,對相關技術的落地等也有具體的細則。

  第四是門窗。門窗的傳熱系數、遮陽系數,以及窗戶的水密性、氣密性與抗風壓等級等在節能規范中都有相關要求。

  第五是遮陽。遮陽可以分為結構性遮陽和可調節遮陽設備。其中結構性遮陽需要在建筑設計時創造條件實施。

  除以上之外,氣密性是一個和被動式技術相關的新概念。建筑要保持通風基本需求,但是在供冷供熱下不能無組織通風,特別是外部空氣污染較為嚴重或外部氣溫較低時,不能讓室外空氣隨意進入室內,否則會帶來建筑環境污染和能耗增加。氣密性這一概念剛引入國內不久,相關規范也剛制定出來,目前市場應用較少。

  在推廣和接受程度上,自然通風采光等方面在中國自古以來已有習慣,保溫隔熱在建筑行業的接受度和認同度很高。高性能門窗等產品涉及較高的投入,部分用戶會選擇價位較低的產品。此外內容需要進一步的推廣普及。
 

  《現代物業》:與主動式節能技術相比,被動式節能技術的主要特點是什么?

  吳劍林:被動式技術的落地實施一般在土建階段,在項目運營期就已經完成投入,所以后期改造困難、成本也較大,一次性是其主要特點。此外由于是被動式技術,所以在運營中不具備調節能力,難以像主動式設備通過增減相關出力達到節能目的。被動式技術由于后期改動的可能性很小,所以在建設前期就需要充分考慮根據建筑特點和功能進行設計。

  需要強調的是被動式節能是主動式節能的基礎,如果沒有被動式技術的相關考慮,在后期運營中僅僅通過主動式技術達到建筑節能目的是很困難的。
 

  《現代物業》:目前許多在建設階段使用節能技術的建筑,由于缺乏相關運營人員,造成在建筑投入運營后節能效果欠佳,甚至相關設備被廢棄,對此要如何看待?

  吳劍林:首先被動式技術在后期使用中并不需要運營,一次性投入后就可以達到效果,所以不存在太多被棄用的現象。被動式技術如前面所述,除了門窗遮陽是否開啟和開啟比例之外,自然采光、保溫隔熱這些領域與物業管理沒有太大的關系,技術無需外部干預自身可以達到節能效果。

  關于主動式的設備設施達不到預期的節能效果,原因可能有以下五個方面:

  第一是運營人員的水平,包括知識結構和技術能力,是否有能力接收并使用設備。綠色建筑領域的相關管理具有一定的科技含量,如果物業管理人員的培養缺位也達不到預期效果。

  第二在于系統設計。由于系統設計的復雜性和操作切換的要求,相對復雜的設置讓使用人員只能保證發揮其基本功能,而沒有精力再考慮是否可以達到設計的節能效果。

  第三是操作程序,如果設備的操作運行比較復雜,廠家與設計方提供的資料不齊全,就難以指導運營維護人員操作,久而久之只能放棄使用。

  第四是激勵手段,這一點與物業管理企業能力和運營人員的水平就沒有太大關系了。假如業主方正常的年費用是100萬元,物業管理方節約了20%,那么業主方將其中的50%也就是10萬元獎勵給物業管理方,此類的獎勵措施將會激勵企業實現更好的節能效果。

  第五是監測監管,如果沒有有效的監管機制和手段,節能設備是否使用就無法獲知,如此也可能導致運營人員干脆不使用。
 

  《現代物業》:如今開始興起“零碳建筑”或者“凈零建筑”,這種建筑不消耗能源嗎?我們該如何理解這些概念?

  吳劍林:“零碳”和“零能耗”是兩個概念,零碳是基于排放的角度來判斷,所以兩者有所不同。

  零能耗的概念相對簡單。一種零能耗是外部不輸入能源,完全靠自給自足。另一種零能耗屬于凈零能耗,與外界有能量的交換,自身能源供給不足從外界獲取能量,產能多余時就往外輸出,在一個完整年內將輸出的能量與獲取的能量進行核對,如果產能大于用能就達到了“凈零能耗”。

  零碳的概念相對復雜。在建筑的運營階段,能源消耗和水資源消耗會導致碳排放,產生的廢棄物也會消耗碳排放指標。碳排放也應追溯到建材的生產運輸階段,下延跟蹤到建筑拆除階段——“碳”是一個更復雜的全生命期的概念。

  除了在碳排放占比最高的建筑運營期間最大幅度降低能源消耗有難度之外,零碳的復雜性還在于,首先中國現定的標準還屬于大框架,缺乏執行細則;其次中國還沒有形成完善的碳排放數據庫,難以去準確量化影響;最后就是中國的零碳較難實現,建材本身含有碳的消耗,特別是最常見的混凝土有隱含碳,F在提倡的木結構是一個實現低碳/零碳建筑的途徑,由此可見零碳是更為復雜的概念。零碳理論上也可以打造,但是需要統一的方法、完整的數據庫。
 

  《現代物業》:是否所有的建筑都可以進行改造變成“凈零建筑”?

  吳劍林:改造成為凈零建筑的難度很大,F在一些新建建筑中有一部分達到了凈零能耗,但這跟建筑的功能、類型有關,也與其所屬的氣候區有關系。一般而言,北方地區比南方地區、低層建筑比高層建筑更易于達到凈零能耗建筑。

  而建設完成之后進行改造難度就較大了。建筑節能改造是一個特別復雜的話題,如果將凈零能耗作為建筑節能改造的目標的話,通常意味著對能源系統要做更高的要求。從國外已有的先進經驗來看,需要前瞻性地將改造目標固定,可一次性或分多步驟逐步實現。實際上由于建筑已投入使用,在不對使用人員干擾的情況下實現騰退為施工留出空間是最大的難題。而國內部分建筑由于歷史遺留問題會產生產權不清等狀況,無法找到對接主體。

  住宅區的改建往往會因為涉及業主過多而更加復雜,目前部分小區住宅樓加裝電梯都難以獲得住戶百分之百同意,外立面改造涉及政府審批。所以目前國內北京等城市對住宅小區的改造需要政府推動。該領域較國外相對滯后的原因之一是意識不到位,涉及改造的資金、成本巨大,每個住戶對社區改造的想法不一致,有人認為要均攤、有人認為要按使用頻次高低區別計價等。另一個原因是目前能源費用較低,居民消費結構中每個月的水電費支出占比較低,感覺不到節能改造的必要性,自身無迫切需求。
 

低層建筑更容易達成凈零能耗
低層建筑更容易達成凈零能耗
 

  《現代物業》:您是否有凈零建筑在新建項目中應用的案例?

  吳劍林:這類案例是有一些的,比如我們團隊做的一些近零凈零能耗的項目。

  目前零能耗的案例有低層居住建筑,在零能耗實現方面,除了發電供建筑本體,還可以利用周邊資源,比如協調使用周邊和場地內光伏發電,也屬于零能耗。此外還有一些層數較低的公共建筑。我們目前在北京有一個未來建筑實驗平臺,部分建筑要達到零能耗以及產能建筑的目標。
 

中國建研院通州未來建筑實驗平臺。本項目作為探索未來居住建筑技術的研究平臺,展望2020-2035-2050年的居住建筑形態,以零能耗+健康+智能為主要關注點,打造集科研、展示、體驗多種功能為一體的居住建筑實驗平臺,引領中國未來建筑技術發展,擴大社會認知和國際影響。
 

  《現代物業》:凈零建筑和零能耗在應用落地過程中會面臨很多問題。去實踐凈零建筑還有哪些工作需要做?如何有計劃地推進?

  吳劍林:正常的情況是先從技術研究等基礎層面開始,再逐漸結合社會經濟狀況落地實施。但由于這些技術和理念通常是從國際合作中汲取的,國內的做法是技術引入后尋找示范項目。建設完成后,主管部門及研究機構對示范效果進行分析,最后再進行進一步推廣。

  所以從技術層面而言,科研院所需要做好相關技術支撐,找到工程中出現問題的原因與解決方案。從產業角度,產品的高質量不是一蹴而就的,需要有市場需求作為支撐,有足夠的利潤空間和市場空間,企業才會投入研發并不斷提高產品質量,而這需要一個不斷總結、不斷提高的過程,才能形成良性發展的模式。政府層面則需要引導,在中央主管部門沒有明確的指導性文件的情況下,需要發揮地方政府積極性。
 

  《現代物業》:從業主或者居民的角度,有哪些事情是可以做的?

  吳劍林:在業主或居民層面要從零碳、零能耗等領域做引導。要看到居民對室內空氣等環境質量的提升有著切實需求,可以從這方面入手。如之前所述的建筑,提高建筑氣密性,外部污染物就不會滲透太多,但是室內空氣是需要流通的,這時就需要熱回收新風機組等設備。在冬季室外污染嚴重的時期,通過設備通風能得到干凈的空氣,獲得更好的生活質量,并且可以同時達到建筑節能的目的。
 

  《現代物業》:從整體的城市角度出發,實施城市綠色建筑行動計劃,您認為著眼點應該放在何處?

  吳劍林:中國的城市綠色建筑行動都是政府主導的,而且基于中長期規劃目標,分解到每年來逐步推進。該模式主要由政府主導,社會參與度有限。

  國外有不同經驗。比如在中瑞能效標識合作項目中,借鑒瑞士建筑能效分級標識制度,不同的建筑根據其性能或能效等級分成不同級別,通過相關程序推動等級較低建筑進行節能改造。目前正在成都市進行試點,建立地方的建筑能效評級系統。該系統建設完成后政府進行節能改造就相對容易,可以實現合理節能量,也可以有效分配資金。
 

  《現代物業》:從您剛開始接觸高性能建筑、城市節能等領域,到現在這其中的發展變化有哪些?您感觸比較深的是什么?

  吳劍林:我在國內從事相關工作不到10年時間,相對較短,在這期間通過項目服務與國際合作,感覺圍繞建筑性能目標來開展相關工作的重要性。逐步擺脫國內合規性設計,采用性能化設計、一體化設計方法,多方提早參與,根據性能目標進行方案優化,發揮技術工作者的主觀能動性,為建筑群和城市量身定制方案。

  以目前國際合作更加聚焦在瑞士的迷你房、德國的被動房、美國凈零能耗建筑等方面,更加具象化,有非常明確的學習目標。
 

  《現代物業》:您認為下一階段我國的建筑節能主要的工作重點應該放在哪方面?

  吳劍林:中國正在從高速發展往高質量發展推進,需要考慮如何滿足人民對美好生活的追求。應高質量地發展綠色建筑,并逐步推進更高性能的近零能耗等建筑。

  以往建筑節能重點工作在新建建筑領域,現在要更重視存量建筑改造工作,而且到了非做不可的程度。目前建筑領域的減排壓力非常大,應立即行動確保完成減排目標。比如一些先進省市,最近幾年在超低/凈零能耗建筑方面進行試點示范,并提供財政獎勵資金。目前北京市正在醞釀對既有建筑進行超低能耗建筑改造支持。

  此外,建筑節能的內容發生了變化,比如出現了集中采暖南移等現象。節能必須要以人為本,考慮舒適度不斷變化提升的新形勢。能源節約不是孤立的,只有和使用者的實際需求結合才能實現目標,相關的付出也更有價值。
 

  本次采訪得到了美國綠色建筑委員會(USGBC)、綠色事業認證公司(GBCI)北亞區的幫助


 

(責任編輯:django)
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