绿色建筑多功能能源系统应用分析

绿色建筑多功能能源系统应用分析

孟蕾

中国市政工程华北设计研究总院有限公司， 天津 300381

摘要：绿色建筑具有与自然友好、节能高效的特点，与场地、气候、自然能源与资源等要素紧密整合，在有效满足各种使用功能的同时，可创造出与自然和谐的工作和生活空间。多功能能源系统是一种与环境保护相容协调的总能系统，体现了多能源综合与多功能输出一体化整合的理念，是能源动力系统发展的主流方向和前沿，也是可再生能源在建筑中经济高效、规模化应用的重要形式。

关键词：绿色建筑；多功能能源系统；应用

引言：

建筑物是复杂的系统，它的每一个组成部分对总的能源需求都有影响，所以它们应被当作一个整体加以考虑。建筑“表皮”不单是内部与外部的分界线，也是一种具有多功能的界面。通过建筑设计一体化不仅可将单独的多功能建筑构件整合成一体化建筑多功能能源系统，还可提高系统的综合效率，保证建筑节能和环境目标的实现，保证“通风”，“供暖”、“日照”、“阳光”和“人工照明”的控制与整个建筑的全部能源和运行策略相一致。为此，本文就针对绿色建筑多功能能源系统应用展开分析。

一、绿色建筑能源多功能能源系统的概述

绿色建筑多功能能源系统的机理，体现在绿色建筑形成的过程中，其通过建筑部件和整体环境要素的整合设计，把能源意识、环境意识、生态意识融入其中，通过完善部件间的物质流、能量流和信息流，通过建筑多功能能源系统的架构，构成一个有机的网络系统，并促成这一系统能够依靠自身的结构和功能，实现朝着既定目标的自控制、自调节的循环。随着能源技术、信息技术等的发展，这种内在机制也就越多样、越综合，却也越可靠和有机。绿色建筑多功能能源系统，为建筑提供的是其根据不同的气候环境、用能需求，而可随机调整的能源系统机制；对其集成机理的分析，是通过多种能源形式的相互补充、多种用能末端的有机协调，而构成的一种可持续发展的建筑能源系统机制，强调多一些循环，少一些输入与输出，将建筑能源系统作为相对闭合的生态系统循环，把能源的投入减少到最低限度，而把系统的效能提高到最大程度，同时将其融入自然生态系统循环之中，维持自然-社会复合生态系统的可持续发展。

二、绿色建筑多功能能源系统的应用模式

针对建筑能源的多种形式，建筑用能的多元需求，绿色建筑、建筑节能技术的发展，对绿色建筑能源系统集成形式进行了归纳与分析，提出了几种基于成熟技术的绿色建筑多功能能源系统模式。

1.可再生能源互补集成的绿色建筑多功能能源系统

可再生能源具有能量密度低，往往与地域以及季节和时间密切相关，通过建筑本体与建筑能源系统集成设计，可将其合理的融入建筑的能源供应系统。其中最为常见的有太阳能辅助热泵供暖制冷系统、太阳能与生物质能耦合供暖系统，太阳能与风能集成互补供电及被动式通风供暖降温系统等。

2.可再生能源耦合化石能源的建筑供能系统

建筑通过充分利用自然能源，可再生能源间的集成互补，可获得高性能，即低能耗、低排放、基本的健康及舒适。但单纯依靠可再生能源，会增加系统的成本，降低系统的可靠性，为此，现阶段通常需要耦合一定的化石能源，以弥补可再生能源的不足。通常这时需要首先确定可再生能源与化石能源补充之间的逻辑关系，然后是二者的集成互补性，第三是在系统控制中得到体现。对于高密度的城区，单纯依靠建筑能源和城区内的可再生能源，很难完全解决建筑的用能需求。所以需要可再生能源耦合化石能源的建筑供能系统，其可最大限度的利用可再生能源，提高供能系统的稳定性，降低化石能源的消耗，实现了可再生能源的规模化利用。

3.楼宇电热冷联产燃气总能系统

楼宇电热冷联产燃气总能系统，只有在联供系统的余热得到了充分完善的回收利用，它的节能经济性才能很好地体现出来，这就要求冷热电联供系统的能量输出和应用场合的负荷需求相吻合。对于居民区、办公场所或商业场所来讲，由于余热只用于建筑制冷、采暖或提供生活热水，并且此种场合的冷、热、电负荷需求不断变化，不仅全年不同季节会有很大不同，一天内不同时段也都在不断变化。这要求系统的能量输应随着末端负荷需求的变化而变化，且二者需尽量保持一致。在供能侧，冷热电联供系统是由不同的能量产生/转换部件组成，系统提供的各种能量在质和量上有着很大的差异；在用能侧，用户对各种能量有着不同的需求，且具有不同时性，这使得冷热电联供系统的输出必须兼顾时间性和多样性。从这个角度，三联产-联供系统本身的多源输入、多源输出就具有较大的调节、调控和保证能力，结合具体的最优化控制策略，可予以系统整体的实现。

三、绿色建筑多功能能源系统的应用分析

1.系统集成设计与优化

从系统集成设计的层面，光伏辐射板作为多功能构件，其在设计过程中，需要多重考虑，如光伏辐射板的倾角，涉及到不同季节的产能；而蓄能井的多少、间距及联管方式，会涉及到系统蓄能和释能的时间及整体容量；多源热泵若采用常规低温差的热泵，系统的优势也将受到限制。综合上述，系统的集成设计需要从系统的需求，各个构件的特性及彼此间的集成互补等多层面进行考虑。在系统集成的过程中，第一应做好建筑能源的系统分析，特别是可利用的自然冷热源；第二通过光伏辐射板与建筑围护结构的耦合，优化建筑的被动式设计，降低其总体负荷需求；第三通过高效的多源热泵等主动设备，辅助满足剩余的负荷需求。

2.系统性能的关联规律

（1）建筑本体性能与建筑运行能耗相关联，具有良好性能的建筑围护结构和被动式设计等，可最大化的利用自然能源与资源，降低建筑的用能需求，也提高建筑在无供冷暖设备下的相对舒适性，为主动供能系统的设计提供了良好的基础，也提升了建筑能源的系统性及整体性；（2）多种能源输入与多种用能方式相关联，通过建筑本体的良好设计，可充分建筑能源，同时为其它多种可再生能源的输入提供了条件，但其与建筑的用能方式息息相关，此外系统的协同控制，可降低各种所谓“无用”的能源或资源的随意排放，提升系统的整合程度和环境友好性能；（3）设计-运行-评价相关联，通过模拟分析的设计，良好的控制系统，结合系统运行数据的评价，可形成全过程的系统效率保障体系，从而提升建筑能源系统的持续性。

结语：

总之，能源系统被越来越多地用来平衡供需矛盾，减少用于备用容量和高峰负荷供应的费用。综合建筑能源管理系统能减少10～20%的能耗。为提高能源系统的整体性能，通常可将多个独立的能源系统形式进行整合，进行集成互补，形成能源总线系统，即将各个单独的建筑用能需求作为一个节点，通过将所有节点连接，形成网络，节点与网络的链接关系，具有双向属性，既可下载也可以上传，这样将形成多源和多末端系统，提高了系统整体的综合性能。

参考文献：

[1]韩巍,多能源互补的多功能能源系统及其集成机理[J].2014.

[2]周毅,苏砚平,复合式能源系统在建筑节能方面的应用效果[J].2015.