中新网10月13日电(记者 石睿) 今年3月,“博鳌近零碳示范区”升级为“博鳌零碳示范区”,实现了从“近零碳”到“零碳”的重要跨越,成为中国首个以更新改造模式实现区域整体零碳运行的样本。

示范区建立了可再生能源利用、建筑绿色化改造、交通绿色化改造、新型电力系统建设、物资循环利用、水资源循环利用、园林景观生态化改造、运营智慧化相结合的“八位一体”区域降碳布局,其中,建筑碳排放占示范区总碳排放的近70%,建筑绿色化改造是示范区实现零碳的关键一步。

“博鳌零碳示范区”内,改造建筑主要包括博鳌亚洲论坛国际会议中心及酒店(下称亚论酒店)、东屿岛大酒店、新闻中心,总面积达16.3万平方米。最早建成的亚论酒店已经营业22年,设计之时并未有节能规范要求,年耗电量超千万千瓦时,同时天然气年使用量约44万立方米。

中国建筑科学研究院碳中和研究院高级工程师、建筑绿色化改造技术负责人卢笛在日前召开的“零碳建筑·全电未来——建筑用能电气化研讨会”上透露,建筑绿色化改造之后,示范区内建筑实现100%电气化,每年减少碳排放5250吨,减碳量占示范区总碳排放量40%,对零碳示范区的实现起到至关重要的作用。

示范区建筑绿色化改造的成果全面满足并超出创建方案要求,不过,卢笛认为还有优化的空间,“从‘双碳’角度长远的思考,建筑的绿色低碳化是一个不断实践、不断优化的过程,建筑绿色低碳的实现需要全过程管控,高质量运行。”

博鳌亚洲论坛大酒店(中新社记者 骆云飞 摄)

“世界上还未有先例”的零碳实践

2022年1月,住房和城乡建设部与海南省政府决定利用三年时间(2022—2024年)共同创建“博鳌近零碳示范区”,示范区启动运行一年后,更名为“博鳌零碳示范区”,意味着示范区实现全域零碳运行。

作为中国首个国家级零碳示范区,示范区的建立不仅仅是为了一个区域的零碳实践,更重要的目标是形成可复制、可推广的经验,探索建立具有国际先进性的标准,发挥好示范引领作用。

全世界范围内,城市碳排放占全球总量的71%~76%,中国约有70%的碳排放来自城市建成区,城市建成区是绿色减碳更新改造、实现“碳中和”的“核心战场”。

据了解,“博鳌零碳示范区”的选址曾有三个备选方案,选定东屿岛的重要原因是其属于城市建成区,具备与城市建成区碳排放关系密切的建筑、交通、居民等要素。示范区的零碳探索,可以作为城市建成区绿色降碳改造问题的微观模型,为全球城市绿色低碳发展提供了有效的实现路径。

东屿岛属于热带海洋性气候,在高温、高湿、高盐的环境下,对既有建筑和建成区域进行绿色化改造提升,同时保护既有区域特色及建筑风貌、不能大拆大建,满足上述要求的零碳示范区建设,目前在世界上还没有可借鉴的先例。

另一大挑战是部分建筑规划设计年代较早。示范区内最早建成的亚论酒店于2001年设计、2003年开业,年耗电量约1009万千瓦时,天然气年使用量约44万立方米,节能水平低于2005年实施的中国第一部公共建筑节能设计综合性国家标准《公共建筑节能设计标准》。

东屿岛大酒店、新闻中心均是2014年设计、2016年开业,其中东屿岛大酒店年耗电量约718万千瓦时,天然气年使用量约20万立方米;新闻中心建筑面积最小,约为5500平方米,博鳌亚洲论坛年会期间用于媒体办公、其余时间为游客中心、商业用途,年耗电量约69万千瓦时。

卢笛坦言,改造前,示范区建筑存在节能理念缺乏、措施单一,设备及控制系统陈旧老化;以及能源结构传统、燃气使用量大,基本无可再生能源应用等问题。

他进一步介绍,改造前示范区建筑总能源消耗为2062万千瓦时/年(以电计),总二氧化碳排放近1.1万吨/年,建筑碳排放占岛内总碳排放近70%。因此,建筑绿色化改造需同时满足节能、减碳、降费、环境品质提升等多方需求。

改造原则是低扰动、微介入

卢笛分析,示范区位于琼海市,属于热带海洋性气候,能耗主要来自于空调的使用,以2019年亚论酒店能耗数据模拟结果显示,酒店建筑能耗中一半以上来自于空调系统,因此,降低空调能耗为建筑节能降碳重点。

能源费用方面,结合2019年亚论酒店逐日峰谷电费(计量值)分析,峰时用电费用约占总电费56.3%,电力使用的“削峰填谷”有助于降低用电成本;总燃气成本中锅炉占比近85%,厨房占比为15.5%,而天然气碳排放因子为定值,且天然气费用逐年上涨,从长远角度,天然气的使用不利于节能、减碳、降费,因此,提高电能替代燃气比例也是重点。

根据东屿岛改造提升关键指控指标,建筑绿色化改造有三项目标,一是建筑整体运行能耗下降约50%;二是电能替代燃气比例大于90%;三是主要改造设备能效等级由三级升为一级。

卢笛介绍,示范区内建筑绿色化改造原则是低扰动、微介入的正向绿色设计,具体有三点,其一,尊重东屿岛地域文化及现状空间特色,用较轻的动作,实现更大的节能效果;其二,将既有建筑的历史风貌与绿色低碳的先进适宜改造技术有机融合;其三,构建亚热带海岛建筑特色鲜明的自然的建筑美学模式。

基于上述思路,建筑绿色化改造要因地制宜应对热带气候,除了增设遮阳设施、更换双层中空Low-e门窗等围护结构性能提升技术,光伏百叶、光伏连廊、“光伏+防水+隔热”一体化屋面等措施,可以实现遮阳降温与发电的协同功效。

设备设施升级也是建筑绿色化改造的重点。亚论酒店建设时无节能规范要求,设备亟须升级,具体来看,酒店将空调系统升级为两台高能效水冷磁悬浮变频离心式冷水机组和一台高能效变频热回收离心式冷水机组,冷凝热回收作为热水给水预热系统,有效结合制冷机房和生活热水;同时,优化制冷机房管路,将输配系统调整为一级泵变频变流量系统,有效降低空调系统输配能耗。

建筑电气化替代与绿电全覆盖,则是示范区实现零碳目标的重要技术。示范区建筑取消了原有的燃气锅炉,采用生活热水热泵机组提供生活热水;取消厨房燃气炊事设备,替换为高效能电炊事炉灶;采用电阻式蒸汽发生器完成中央洗衣房蒸汽工作,在提升能效的同时,实现了建筑零化石能源使用。

“为什么改造方案设定目标时没有将电能替代燃气比例定为100%?主要考虑亚论酒店洗衣房需要燃气蒸汽熨烫,后来通过技术手段改造,示范区内建筑实现100%电气化。亚论酒店、东屿岛大酒店达到超低能耗水平,新闻中心达到近零能耗水平。”卢笛进一步介绍。

不断实践、不断优化的过程

从改造效果来看,结合建筑及周边光伏发电,建筑年总能耗较改造前下降1017万千瓦时/年,建筑能耗下降49.3%,每年减少碳排放5250吨,减碳量占全岛总碳排放量40%,对零碳示范区的实现起到至关重要的作用。

“博鳌零碳示范区”建筑绿色化改造的成果全面满足并超出创建方案要求,不过,卢笛认为还有优化的空间。他提到,酒店类建筑,尤其是位于夏热冬暖地区的酒店,同时存在大量供冷和生活热水的需求,是不是可能设置综合系统处理?能否提升效率?

他进一步分析,亚论酒店制冷机组用了双冷凝器设置,可以给生活热水预热;东屿岛大酒店的空气源热泵做了双蒸发器,废冷可以供给空调,但实际运行中系统运行策略高度依赖当日空调与生活热水负荷,涉及多控制系统协同调节,控制复杂,需要对炊事和生活热水系统设计计算。

“目前,行业中炊事与生活热水系统能耗的逐时计算仍有欠缺,从‘双碳’角度长远的思考,整栋建筑的动态能耗计算、光伏与储能系统的设计计算、综合能源系统设计都非常需要炊事与生活热水系统的动态能耗的计算,这是非常重要的研究方向。”

卢笛最后强调,“建筑的绿色低碳化是一个不断实践、不断优化的过程,建筑绿色低碳的实现需要全过程管控,高质量运行。”