新技术层出不穷
如今,建筑的智能化程度越来越高,无论是公共建筑、商业建筑还是住宅,智能化技术应用越来越广泛。在达到建筑功能和满足舒适性的前提下,智慧化技术正最大化地提高建筑能效,降低建筑能耗和碳排放。
在智能化建筑快速发展的同时,被动式建筑及其相关技术备受关注。所谓被动建筑的技术路线即通过被动式手段和技术达到建筑的近零能耗,从而实现“近零能耗建筑”。无论是“近零能耗建筑”,还是“超低能耗建筑”和“零能耗建筑”,都需要首先通过被动式技术和措施,尽可能地降低建筑的供暖和空调负荷,从而降低建筑能耗,并根据需要充分利用建筑物本体及周边或外购的可再生能源。所有这些,目的都是提高建筑能效。
目前,建筑信息模型(简称“BIM”)技术作为行业第三代信息技术,已被广泛视为改造建筑业这一传统产业的战略手段。它可以帮助实现建筑信息的集成,从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结,各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中,设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作,有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。
而装配式建筑的推广,则有利于建筑设计标准化和工程管理信息化,同时有利于采用高能效的建筑围护结构和照明空调系统。如今,BIM技术应用于装配式建筑已是当今趋势。
以上这些技术,既能提高建筑能效,也能够改善建筑环境,使建筑更加绿色、健康和环保,提升建筑室内舒适性,从而提升居民的生活质量和水平。
建筑节能将与AI、区块链等“联姻”
当下,建筑节能正和云计算、大数据、人工智能和区块链等新兴技术深度融合,这也意味着建筑节能将进入一个新的阶段。
图灵奖得主吉姆·格雷(Jim Gray)曾提出,将科学研究分为四类范式,依次为实验归纳、模型推演、仿真模拟和数据密集型科学发现。其中,“数据密集型”就是基于大数据的科学研究,而大数据的研究与应用已成为智慧城区的重要组成部分。分项计量系统和能耗监测平台的大规模推广应用,以及移动网络等数据来源的补充,使得城市和建筑的大数据得到越来越多的应用和研究。建筑大数据包括建筑和机电系统在设计阶段的静态数据和运行阶段的动态数据、能耗监测数据等。随着BIM的推广应用,建筑从单一的能耗监测逐渐过渡到室内环境的综合监测,WiFi和移动终端通讯数据也有可能经过特征提取用于绿色建筑的运维管理。人工智能AI技术的应用、5G无线网的利用为大数据的来源提供可能。采用大数据分析、人工智能算法和云计算处理实时、海量和复杂结构的建筑能源数据,可以为建筑提供有效的节能方案,提高建筑能效。
起源于数字货币的区块链技术,有望成为能源互联网新生态挑战的解决方案之一。区块链是去中心化的对等网络,其运行方式是分布式集体运作。这一网络结构形态和运行方式与城区分布式能源系统在能源互联网形态下的协同自治运营模式有相似之处。例如,屋顶光伏等可再生能源系统是分散安装的,但屋顶分属不同业主,如果要由一个能源中心集中管理,需要很复杂的租赁谈判,往往存在一定难度,在城区层面上难以实现中心化的调度和优化的运行管理。而通过去中心化的协同却有可能实现可再生能源利用的最大化。
在城区层面实现能耗数据公开透明、能源管理协同自治、点对点的能源交易,同时照顾到各方利益,这些都与区块链技术的理念相吻合。区块链技术的分布式、公平性、公开性与能源互联网相一致。如果区块链技术应用于能源互联网,将会极大地推动能源互联网的发展。
建筑节能助推智慧城市发展
据发改委相关数据显示,按照目前经济发展及能源消耗水平,我国在2020年能源缺口将达8亿吨标准煤,再加上高能耗等带来的水污染、空气污染问题,无疑为我国的高质量发展带来了巨大的挑战。
回顾建筑的整个发展历程,从主动式建筑到被动式建筑,再到低能耗建筑、超低能耗建筑,最后到近零能耗建筑、零能耗建筑。可以预测,我国未来的建筑应该是采用被动式技术和高效设备及系统,并充分利用可再生能源,消耗的能源完全可由自产的能源承担,从而实现自给自足的建筑。未来的建筑还应是绿色、健康和生态的建筑,是高度智能化的建筑。
智慧城市建设的持续发展也是关键问题。作为社区、城区和城市的基本构成单元,建筑能效的提升将为城市可持续发展和生态环境改善作出有效的贡献。作为评价节能绩效的重要指标之一,建筑能效是指建筑物在实现功能、符合标准、满足需求的前提下减少实际消耗的能源量,包括建筑供暖、供冷、供热水、通风和照明所消耗的一次能源量。提升建筑能效,就是要强调建筑用能的科学性和合理性,而且要满足人的基本需求,权衡各项技术的正反面影响,核算各项技术的经济代价。可以说,建筑能效提升实际上是建筑节能的更高层次,其具体内容包括从增量节能到存量节能,从节能率到实物量的节能量计算,从重技术到重效果,从供应侧节能到需求侧节能,从单项技术应用到系统集成技术,从单一能源到复合能源的应用,从建筑节能到绿色建筑,从单体建筑节能到绿色城区节能的转换过程。
智慧城市可以定义为现有城市未来更优的状态,包括有形资产(例如交通基础设施,能源分配网络和自然资源)和无形资产(例如人力资本)的使用和利用、优化城市的智力资本和公共行政机构的组织资本。智慧城市的核心是智慧能源。通过使用能源,城市的各个子系统更加有序,城市方可做到“智慧”。由此可见,建筑节能以及建筑能效的提升,必将助推生态城区和智慧城市的可持续发展。