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首尔的零能源建筑之梦
发布时间:2022-05-09 09:06
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  零能源建筑的秘诀,是减少70%的能源消耗量,再通过30%的能源自主生产,来实现整座建筑的能源自主。

  在韩国首尔的世界杯公园,你可以找到记录这座古城沧桑巨变的蛛丝马迹——在工业化还未来临前,这里原本是生长着兰花和灵芝、吸引着数十万只越冬的天鹅和野鸭的兰芝岛;直到上世纪70年代末,工业化进程带来了大量生活和建筑垃圾,这里曾一度沦为垃圾山;进入1990年代,韩国不愿再为发展经济而牺牲兰芝岛的生态环境,于是启动了改造计划,用时近7年,终于在2001年建造出了世界杯公园。

  和平公园是世界杯公园五大主题公园中的一个。穿过和平公园内一草地,眼前一座不规则建筑格外惹人注意。它拥有倾斜66度角的墙面,连带自动门都采用了倾斜设计。如果从空中俯瞰,整座建筑就像一个闪着银光的巨型风车,风车的四个“旋转叶片”是整面玻璃墙。这个倾斜玻璃墙设计,在夏季可以尽可能多地隔绝日光,在冬季则能让更多的阳光洒进建筑,既保温又节省人工照明。

  除了顶部和两侧密布的太阳能板,这座名为首尔能源梦中心的建筑,还有许多可圈可点之处——占地13104平方米,有将近两个标准足球场那么大;采用了11项重要技术;获得了世界绿色建筑协会(WGBC)颁发的3项优秀建筑奖。作为韩国的零能源建筑标杆,首尔能源梦中心还承载着首尔人对未来社会与环境的绿色想象。

  15年前,首尔市提出“能源自主之梦”。2012年12月12日,首尔能源梦中心应运而生,建成开放。

  所谓零能源建筑,意味着并非使用传统化石能源来维持建筑所需的电力、热力,而是使用太阳能、地热能等清洁能源,而且建筑物不再向大气中排放温室气体。一般来说,零能源建筑设计分为被动和主动两种。首尔能源梦中心在设计上是被动式与主动式兼而有之。

  被动式建筑设计是通过建筑设计本身,而非通过利用机械设备等,达到降低能源需求的目的。首尔能源梦中心在建筑外墙和屋顶使用高效隔热材料,夏季可防止室外热量传入,冬季室内更容易保暖;安装有电动百叶窗,可通过调节叶片角度和长度来控制不同季节室内所需的热量;所有窗户均为三层玻璃窗,高气密性可将热量损失降到最低;建筑顶层还安装了热回收通风系统,能减少热量损失。

  主动式建筑设计则强调建筑本身具有较强的气候适应性和自我调节能力,运用高效设备,降低能耗的同时使用可再生能源。首尔能源梦中心整座场馆地下挖有50米深井,通过地下水循环制冷来去除热气,追加设置涡轮制冷机,按照地下温度均匀地设置了冷暖气系统,达到夏天少开冷气、冬天少开暖气的目的。建筑内还安装了LED灯光自动照明控制系统、零能源监测系统,实时观测能源的生产量和消耗量,以促进节能习惯的养成。

  此外,建筑内有个方形中庭,可最大限度地利用自然光。建筑护墙上,安装了风车状反射壁,由人造大理石材料制成的反射壁可以减少60%以上的直射光线,有助于夏天保持凉爽和节能照明。

  建在中心屋顶和室外的864块太阳能电池板,以及地热能系统所产生的电力足以满足整座场馆的照明、制冷、制热、展览所需,以及支撑多媒体厅设备的运行,甚至咖啡厅的运营。

  零能源建筑的秘诀,是减少70%的能源消耗量,再通过30%的能源自主生产,来实现整座建筑的能源自主。

  2015年联合国气候变化大会通过了《巴黎协定》,全世界近200个缔约方签署了该协定。各缔约方随后纷纷在国内立法,确保碳中和目标按计划达成。

  这当中,建筑行业的碳中和行动显得尤为重要。2021年底,由联合国环境规划署主持的全球建筑建设联盟发布了《2021年全球建筑建造业现状报告》。报告显示,2020年,建筑业消耗了全球最终能源消费量的36%,贡献了与能源相关二氧化碳排放量的37%。而韩国的建筑领域温室气体排放量的占比仅排在工业及交通运输业之后。

  韩国政府在2016年发布了《2030年降低温室气体排放路线平方米及以上的公共建筑必须取得零能源建筑证照,同面积的私人建筑可延迟到2025年以后执行该规定。

  2019年,韩国国土交通部又发布了一项针对既有建筑的《零能源建筑改造强制路线平方米的公共建筑都必须启动零能源建筑改造;到2025年,强制改造范围扩大到所有面积超过500平方米的公共建筑和面积超过1000平方米的私人建筑,超过30户的住宅小区都必须申请零能源建筑改造;到2030年,强制改造范围覆盖面积超过500平方米的所有建筑。

  2020年,韩国政府发布的《2050碳中和计划书》显示,所有新建建筑面积超过500平方米的公共、私人建筑,都需要遵循零能源建筑标准。

  对韩国来说,零能源建筑改造是推动整体能源结构从过度依赖化石燃料向清洁能源转换的重要途径。目前韩国是全球第四大煤炭进口国。2020年,化石燃料占全国能源使用量的66%,可再生能源的使用率不到6%,是所有发达国家中占比最低的。

  为了应对新冠肺炎疫情全球大流行带来的经济衰退,韩国政府2020年7月出台了一项预算约合614.3亿美元的“绿色新政”,涉及绿色基建、低碳和分布式能源、电动车和绿色产业的创新企业将优先获得投资。作为绿色基建的首要目标,零能源建筑改造是重中之重,计划到2025年,韩国将在22.5万个公共租赁空间安装可再生能源设备,让2890座校园建筑实现能源自主。

  2020年12月,韩国政府向联合国提交了《2050年长期温室气体低排放战略》。韩国总统文在寅表示计划到2030年,在2018年水平上将温室气体排放量减少40%。他说:“用可再生能源代替煤炭发电,我们会创造出新的市场、产业和工作。”

  2018年的数据显示,首尔市建筑领域的温室气体排放量占全市总排放量的68.8%,随着建筑总面积不断扩大,首尔市需要采取有效手段来改变这个现状。

  为了研究和开发零能源建筑,韩国国土交通部、首尔市政府和明知大学合作,在芦原区兴建了韩国第一个零能源建筑小区,该小区耗时4年多,投入490万美元,可供121户家庭入住,有120平方米的大户型和39~59平方米的小户型。

  小区投入使用后,明知大学等单位对所有住户的能源使用和消耗情况进行了监测。2016年11月至2017年2月的冬季,芦原零能源建筑小区的能源使用量比普通建筑低96.9%。同时,1800块太阳能板和地热泵,让整个小区每年生产的电量远超使用量。

  2018年,无论室外温度是-20℃,还是超过30℃,小区室内温度均能保持在22℃左右。2017年12月至2020年3月,小区可再生能源生产量达97.6万千瓦时,消耗量只有77万千瓦时,多出来的电量卖给了韩国电力公司。

  除此之外,因为安装了热回收通风系统和斜转窗等高效设备,小区室内空气质量要比普通小区好得多,空气中PM10、PM2.5、二氧化碳和挥发性有机物的含量均低于普通小区。该小区的孩子得过敏性皮炎和过敏性鼻炎的概率也显著低于普通小区。

  显然,零能源建筑对环境、城市发展、人类发展都是有利的。但明知大学提供的项目报告也提到,零能源建筑推广的最大挑战和阻碍在于高昂的建筑造价。经测算,芦原零能源小区的造价比普通租赁小区造价高24.5%~30%。

  对既有普通建筑进行零能源改造也是一个大工程,最少也需要对外墙、屋顶、地板、门窗等结构进行更新,安装可再生能源设备,更换传统锅炉。根据能源自主率的标准从高到低(从100%到30%),零能源建筑证照等级分为一到五级,最高级一级的改造费用最高。

  首尔市为鼓励房地产开发商投资零能源建筑,提供了零能源建筑证照财政补助。目前韩国政府提供给分散式能源安装的补贴是约3500韩元/kWp(约合18元人民币/kWp,kWp是太阳能光伏电池的峰值总功率)。不过,相比于零能源建筑改造所需的费用,这样的补助远远不够。据韩国《韩民族日报》报道,位于京畿道华城的韩国首个零能源工厂Himpel NO.3,从中央和地方政府共获得了约合66136美元的补助,但改造工程费总计高达60万美元。虽然补助只占总造价的约11%,但该工厂每年能源使用量却降低了53%。

  来自韩国生态环境建筑研究所、首尔大学及首尔理工大学的6位研究者,对将单人单户的房屋和高层公寓楼改造成光伏发电零能源建筑,作出了经济学分析。研究显示,如果光伏发电盈余电的单位价格可以达到300韩元/kWp(约合1.6元人民币/kWp),根据基础投入、维护投入、节省能耗和卖电收入等来综合计算投资回报年限,一到五级零能源建筑实现投资回报的时间,分别为38.4~109.5年。

  目前韩国共有357座取得证照的零能源建筑,其中只有8个为私人建筑。在韩国,公共建筑只占建筑总量的2.8%,要推广零能源建筑或进行零能源建筑改造,就需要鼓励私人业主积极参与,除了政府的直接补助、税收减免,还有必要借鉴德国的做法,提供低息给零能源建筑业主。

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