吴剑林:节能技术的进步要以人为本

原载于《现代物业·新业主》2019年12期
 

  吴剑林博士,现任中国建筑科学研究院高性能建筑研究中心副主任,同时担任中美清洁能源联合研究中心(CERC)建筑节能项目课题负责人,主要负责设计和实施近零能耗建筑的试点建设,并制订相关设计、调试、验收、运营管理的标准和规范,也是中国近零能源建筑技术标准的主要编辑之一。

  吴剑林的主要关注领域为能源建设、近零能耗建筑、可持续建筑、建筑节能、运营策略和优化,以及能源审计和改造,在建筑行业有着10余年的研究和技术顾问经验。

  在过去的5年中,吴剑林还参加了中瑞绿色低碳城市倡议项目,为多个城市提供建设和实施城市绿色建筑行动计划和建筑能源证书制度的方法;先后担任多个可持续建筑咨询项目的项目经理,涉及建筑能源和环境模拟建模的整体过程、建筑性能监测和评估以及建筑材料和设备的全生命期评估等领域,其主导的多个项目参与了中国绿色建筑和健康建筑评价标识、LEED和WELL认证。

  美国绿色建筑委员会(USGBC)主办的Green build中国绿色建筑峰会于2019年10月22日-24日在上海举办,来自12个国家和地区的600余名参会者分享了绿色建筑领域的知识、技术、经验与观点。在峰会期间,吴剑林博士接受了《现代物业》的专访,介绍了建筑被动式节能技术及其特点、“零碳建筑”与“净零能耗建筑”等新概念,以及既有建筑节能改造等问题的最新进展。
 

吴剑林:节能技术的进步要以人为本
吴剑林
 

  《现代物业》:建筑被动式节能技术目前在我国建筑行业应用的情况是什么样的?

  吴剑林:被动式技术和被动式节能是两个不同的概念。建筑节能从技术的分类上可以分为被动式技术和主动式技术,两种技术之间的差别在于设备是否有能源消耗,诸如风机、水泵、冷热机组。

  对于被动式节能技术的狭义定义,中国城市科学研究会与其他绿色建筑研究机构都做出过相应案例分析。例如以中国获得绿色建筑评价标识的项目为数据基础,可以归类一些技术的应用情况,相关机构也发布过类似报告。

  被动式节能技术主要分为以下几大类:

  第一是通风,主要涉及室外风环境优化和室内自然通风。自然通风应用得最广,不管是居住建筑还是公共建筑都会涉及。

  第二是自然采光。从居住建筑的角度来看,自然采光方面在节能规范方面有着很明确的要求。例如“窗地比”,就是为了保证满足最低采光要求,不同气候区有不同的比例要求,从1/5~1/6不等。现在也会有一些更为高级的采光方式,比如使用导光管将室外光线引入室内不利于采光的区域,但这种方式目前还未大范围普及。

  第三是保温隔热。保温隔热在南方和北方有着较大的差异。北方地区主要通过在建构主体使用保温板来达到保温隔热的效果,这也是现行节能审查验收的要求,南方地区的建筑则强调隔热。而以云南昆明为代表的温和地区,年温差较小、室外温度的年变化较为平缓,通常利用建筑墙体自保温,在墙体内部掺杂材料使得墙体本身具备相应的保温和隔热功能。综合来看,在保温隔热方面各地的审查验收都有相关要求,对相关技术的落地等也有具体的细则。

  第四是门窗。门窗的传热系数、遮阳系数,以及窗户的水密性、气密性与抗风压等级等在节能规范中都有相关要求。

  第五是遮阳。遮阳可以分为结构性遮阳和可调节遮阳设备。其中结构性遮阳需要在建筑设计时创造条件实施。

  除以上之外,气密性是一个和被动式技术相关的新概念。建筑要保持通风基本需求,但是在供冷供热下不能无组织通风,特别是外部空气污染较为严重或外部气温较低时,不能让室外空气随意进入室内,否则会带来建筑环境污染和能耗增加。气密性这一概念刚引入国内不久,相关规范也刚制定出来,目前市场应用较少。

  在推广和接受程度上,自然通风采光等方面在中国自古以来已有习惯,保温隔热在建筑行业的接受度和认同度很高。高性能门窗等产品涉及较高的投入,部分用户会选择价位较低的产品。此外内容需要进一步的推广普及。
 

  《现代物业》:与主动式节能技术相比,被动式节能技术的主要特点是什么?

  吴剑林:被动式技术的落地实施一般在土建阶段,在项目运营期就已经完成投入,所以后期改造困难、成本也较大,一次性是其主要特点。此外由于是被动式技术,所以在运营中不具备调节能力,难以像主动式设备通过增减相关出力达到节能目的。被动式技术由于后期改动的可能性很小,所以在建设前期就需要充分考虑根据建筑特点和功能进行设计。

  需要强调的是被动式节能是主动式节能的基础,如果没有被动式技术的相关考虑,在后期运营中仅仅通过主动式技术达到建筑节能目的是很困难的。
 

  《现代物业》:目前许多在建设阶段使用节能技术的建筑,由于缺乏相关运营人员,造成在建筑投入运营后节能效果欠佳,甚至相关设备被废弃,对此要如何看待?

  吴剑林:首先被动式技术在后期使用中并不需要运营,一次性投入后就可以达到效果,所以不存在太多被弃用的现象。被动式技术如前面所述,除了门窗遮阳是否开启和开启比例之外,自然采光、保温隔热这些领域与物业管理没有太大的关系,技术无需外部干预自身可以达到节能效果。

  关于主动式的设备设施达不到预期的节能效果,原因可能有以下五个方面:

  第一是运营人员的水平,包括知识结构和技术能力,是否有能力接收并使用设备。绿色建筑领域的相关管理具有一定的科技含量,如果物业管理人员的培养缺位也达不到预期效果。

  第二在于系统设计。由于系统设计的复杂性和操作切换的要求,相对复杂的设置让使用人员只能保证发挥其基本功能,而没有精力再考虑是否可以达到设计的节能效果。

  第三是操作程序,如果设备的操作运行比较复杂,厂家与设计方提供的资料不齐全,就难以指导运营维护人员操作,久而久之只能放弃使用。

  第四是激励手段,这一点与物业管理企业能力和运营人员的水平就没有太大关系了。假如业主方正常的年费用是100万元,物业管理方节约了20%,那么业主方将其中的50%也就是10万元奖励给物业管理方,此类的奖励措施将会激励企业实现更好的节能效果。

  第五是监测监管,如果没有有效的监管机制和手段,节能设备是否使用就无法获知,如此也可能导致运营人员干脆不使用。
 

  《现代物业》:如今开始兴起“零碳建筑”或者“净零建筑”,这种建筑不消耗能源吗?我们该如何理解这些概念?

  吴剑林:“零碳”和“零能耗”是两个概念,零碳是基于排放的角度来判断,所以两者有所不同。

  零能耗的概念相对简单。一种零能耗是外部不输入能源,完全靠自给自足。另一种零能耗属于净零能耗,与外界有能量的交换,自身能源供给不足从外界获取能量,产能多余时就往外输出,在一个完整年内将输出的能量与获取的能量进行核对,如果产能大于用能就达到了“净零能耗”。

  零碳的概念相对复杂。在建筑的运营阶段,能源消耗和水资源消耗会导致碳排放,产生的废弃物也会消耗碳排放指标。碳排放也应追溯到建材的生产运输阶段,下延跟踪到建筑拆除阶段——“碳”是一个更复杂的全生命期的概念。

  除了在碳排放占比最高的建筑运营期间最大幅度降低能源消耗有难度之外,零碳的复杂性还在于,首先中国现定的标准还属于大框架,缺乏执行细则;其次中国还没有形成完善的碳排放数据库,难以去准确量化影响;最后就是中国的零碳较难实现,建材本身含有碳的消耗,特别是最常见的混凝土有隐含碳。现在提倡的木结构是一个实现低碳/零碳建筑的途径,由此可见零碳是更为复杂的概念。零碳理论上也可以打造,但是需要统一的方法、完整的数据库。
 

  《现代物业》:是否所有的建筑都可以进行改造变成“净零建筑”?

  吴剑林:改造成为净零建筑的难度很大。现在一些新建建筑中有一部分达到了净零能耗,但这跟建筑的功能、类型有关,也与其所属的气候区有关系。一般而言,北方地区比南方地区、低层建筑比高层建筑更易于达到净零能耗建筑。

  而建设完成之后进行改造难度就较大了。建筑节能改造是一个特别复杂的话题,如果将净零能耗作为建筑节能改造的目标的话,通常意味着对能源系统要做更高的要求。从国外已有的先进经验来看,需要前瞻性地将改造目标固定,可一次性或分多步骤逐步实现。实际上由于建筑已投入使用,在不对使用人员干扰的情况下实现腾退为施工留出空间是最大的难题。而国内部分建筑由于历史遗留问题会产生产权不清等状况,无法找到对接主体。

  住宅区的改建往往会因为涉及业主过多而更加复杂,目前部分小区住宅楼加装电梯都难以获得住户百分之百同意,外立面改造涉及政府审批。所以目前国内北京等城市对住宅小区的改造需要政府推动。该领域较国外相对滞后的原因之一是意识不到位,涉及改造的资金、成本巨大,每个住户对社区改造的想法不一致,有人认为要均摊、有人认为要按使用频次高低区别计价等。另一个原因是目前能源费用较低,居民消费结构中每个月的水电费支出占比较低,感觉不到节能改造的必要性,自身无迫切需求。
 

吴剑林:节能技术的进步要以人为本
低层建筑更容易达成净零能耗
 

  《现代物业》:您是否有净零建筑在新建项目中应用的案例?

  吴剑林:这类案例是有一些的,比如我们团队做的一些近零净零能耗的项目。

  目前零能耗的案例有低层居住建筑,在零能耗实现方面,除了发电供建筑本体,还可以利用周边资源,比如协调使用周边和场地内光伏发电,也属于零能耗。此外还有一些层数较低的公共建筑。我们目前在北京有一个未来建筑实验平台,部分建筑要达到零能耗以及产能建筑的目标。
 

吴剑林:节能技术的进步要以人为本

中国建研院通州未来建筑实验平台。本项目作为探索未来居住建筑技术的研究平台,展望2020-2035-2050年的居住建筑形态,以零能耗+健康+智能为主要关注点,打造集科研、展示、体验多种功能为一体的居住建筑实验平台,引领中国未来建筑技术发展,扩大社会认知和国际影响。
 

  《现代物业》:净零建筑和零能耗在应用落地过程中会面临很多问题。去实践净零建筑还有哪些工作需要做?如何有计划地推进?

  吴剑林:正常的情况是先从技术研究等基础层面开始,再逐渐结合社会经济状况落地实施。但由于这些技术和理念通常是从国际合作中汲取的,国内的做法是技术引入后寻找示范项目。建设完成后,主管部门及研究机构对示范效果进行分析,最后再进行进一步推广。

  所以从技术层面而言,科研院所需要做好相关技术支撑,找到工程中出现问题的原因与解决方案。从产业角度,产品的高质量不是一蹴而就的,需要有市场需求作为支撑,有足够的利润空间和市场空间,企业才会投入研发并不断提高产品质量,而这需要一个不断总结、不断提高的过程,才能形成良性发展的模式。政府层面则需要引导,在中央主管部门没有明确的指导性文件的情况下,需要发挥地方政府积极性。
 

  《现代物业》:从业主或者居民的角度,有哪些事情是可以做的?

  吴剑林:在业主或居民层面要从零碳、零能耗等领域做引导。要看到居民对室内空气等环境质量的提升有着切实需求,可以从这方面入手。如之前所述的建筑,提高建筑气密性,外部污染物就不会渗透太多,但是室内空气是需要流通的,这时就需要热回收新风机组等设备。在冬季室外污染严重的时期,通过设备通风能得到干净的空气,获得更好的生活质量,并且可以同时达到建筑节能的目的。
 

  《现代物业》:从整体的城市角度出发,实施城市绿色建筑行动计划,您认为着眼点应该放在何处?

  吴剑林:中国的城市绿色建筑行动都是政府主导的,而且基于中长期规划目标,分解到每年来逐步推进。该模式主要由政府主导,社会参与度有限。

  国外有不同经验。比如在中瑞能效标识合作项目中,借鉴瑞士建筑能效分级标识制度,不同的建筑根据其性能或能效等级分成不同级别,通过相关程序推动等级较低建筑进行节能改造。目前正在成都市进行试点,建立地方的建筑能效评级系统。该系统建设完成后政府进行节能改造就相对容易,可以实现合理节能量,也可以有效分配资金。
 

  《现代物业》:从您刚开始接触高性能建筑、城市节能等领域,到现在这其中的发展变化有哪些?您感触比较深的是什么?

  吴剑林:我在国内从事相关工作不到10年时间,相对较短,在这期间通过项目服务与国际合作,感觉围绕建筑性能目标来开展相关工作的重要性。逐步摆脱国内合规性设计,采用性能化设计、一体化设计方法,多方提早参与,根据性能目标进行方案优化,发挥技术工作者的主观能动性,为建筑群和城市量身定制方案。

  以目前国际合作更加聚焦在瑞士的迷你房、德国的被动房、美国净零能耗建筑等方面,更加具象化,有非常明确的学习目标。
 

  《现代物业》:您认为下一阶段我国的建筑节能主要的工作重点应该放在哪方面?

  吴剑林:中国正在从高速发展往高质量发展推进,需要考虑如何满足人民对美好生活的追求。应高质量地发展绿色建筑,并逐步推进更高性能的近零能耗等建筑。

  以往建筑节能重点工作在新建建筑领域,现在要更重视存量建筑改造工作,而且到了非做不可的程度。目前建筑领域的减排压力非常大,应立即行动确保完成减排目标。比如一些先进省市,最近几年在超低/净零能耗建筑方面进行试点示范,并提供财政奖励资金。目前北京市正在酝酿对既有建筑进行超低能耗建筑改造支持。

  此外,建筑节能的内容发生了变化,比如出现了集中采暖南移等现象。节能必须要以人为本,考虑舒适度不断变化提升的新形势。能源节约不是孤立的,只有和使用者的实际需求结合才能实现目标,相关的付出也更有价值。
 

  本次采访得到了美国绿色建筑委员会(USGBC)、绿色事业认证公司(GBCI)北亚区的帮助


 

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