新疆首個零能耗建筑如何自給自足？

新疆首個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汽車靈活供電。圖為建筑模型。

新疆首個零能耗建筑位于烏魯木齊市西八家戶路，由新疆建筑科學研究院建設(shè)，建筑面積1130平米。項目遵循“被動優(yōu)先，主動優(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、新風熱回收、建筑能耗監(jiān)測、智能控制、裝配式結(jié)構(gòu)、設(shè)置氣密層等23項高科技節(jié)能新技術(shù)。

2024年12月5日12時，室外溫度零下6℃，位于西八家戶路的新疆首個零能耗建筑室內(nèi)墻上的溫度器顯示為24℃。這里的熱能來源于地表下150米深的淺層地熱能。

主動節(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、地熱能及空氣能可再生能源實現(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，每年可節(jié)約標準煤13噸，減排二氧化碳34.32噸。

建筑產(chǎn)能≥終端能耗，實現(xiàn)了真正意義的“零能耗”。經(jīng)過7個多月的運營，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“黑科技”技術(shù)。

新疆首個零能耗建筑于今年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)對新風進行預(yù)冷預(yù)熱，提升空氣品質(zhì)。

新疆建筑科學研究院設(shè)計事業(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)計的時候我們就考慮到新疆的氣候條件，兩種供熱方式交替使用。”

什么是淺層地熱能？這是指蘊藏于地下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、儲量大、可再生及就近利用等優(yōu)點，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。在一樓能源站機房，冷熱源設(shè)備整齊排布，數(shù)十條供回水管道縱橫交錯。

“地源熱泵系統(tǒng)，通俗理解，就是將土壤當做一個容器、一個儲熱體?！惫瘸烧f，地源熱泵就相當于是一個“搬運工”，夏季將室內(nèi)熱量吸收，通過管道儲存到地下土壤中，冬季再將熱量“取”出來，實現(xiàn)冬季制熱、夏季制冷。

地熱能“藏”得這么深，如何把它發(fā)掘出來為人們所用？“整個地源熱泵系統(tǒng)的建設(shè)，有點像‘挖井’，需要將地下的熱量通過井道導入到供暖系統(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)。同時還會設(shè)置溫度傳感器，監(jiān)測土壤溫度。當監(jiān)測溫度與土壤原始溫度出現(xiàn)較大偏差，可進行空氣源熱泵系統(tǒng)補熱。

項目設(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，富余的綠電可以為周邊建筑和電動汽車靈活供電，冬季受氣候影響，每天可發(fā)電100余千瓦時。

被動節(jié)能，給房子披件棉襖

項目通過外墻保溫系統(tǒng)、密封性處理、無熱橋節(jié)點設(shè)計等技術(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，室外溫度零下6℃，位于西八家戶路新疆首個零能耗建筑室內(nèi)墻上的溫度器顯示為24℃。這里的熱能，來源于地表下150米深的淺層地熱能。

谷成說：“窗戶、墻體、門設(shè)計的時候都有秘訣，就像是給房子披上了件棉襖，達到被動節(jié)能的良好效果。”

傳統(tǒng)的房屋在有一定氣壓的情況下，每小時換氣次數(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)約能耗的一個重要因素。“熱橋”，顧名思義就是熱量傳導時走的橋梁，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)計的基本原則是通過適當添加絕熱層，阻斷不同材料連接處的熱橋。

這樣的建筑會不會比較憋悶？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，把室外的空氣抽進來。為防止熱空氣或冷空氣的流入，交流器自動設(shè)置加熱和加冷功能，在冬天，交換進來的新鮮空氣也是暖風。

新疆建筑科學研究院技術(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實時監(jiān)測建筑能耗、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、可再生能源系統(tǒng)及建筑碳排放，對運行實時能耗及綜合能耗進行集中監(jiān)測，保證系統(tǒng)合理運行。通過數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析，制定相關(guān)標準，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，推動科技創(chuàng)新、數(shù)字賦能，大力推進建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級，加速形成建設(shè)領(lǐng)域新質(zhì)生產(chǎn)力。為推動新疆城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達峰、碳中和目標，新疆啟動了《新疆建筑領(lǐng)域碳達峰碳中和發(fā)展路徑和對策研究》課題，并建設(shè)了新疆零能耗示范項目。