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    慕尼黑低碳建筑的先进技术开发与应用

    作者:倪外 出版时间:2014年01月
    摘要:

    德国低碳城市建设技术世界闻名。本文阐述了德国慕尼黑市碳减排的背景、目标和方案,分析了慕尼黑的房屋整修、高效系统开发与应用、热电联产生产、多样发电方式的联动等低碳城市建筑技术的特点和效果,并论述了慕尼黑市低碳建筑技术开发和应用经验对中国发展低碳城市的启示。

    为应对全球变暖和能源危机,保持国家竞争力,达到国际环保要求以及实现成本收益合理等多重目标,德国积极实施各类措施来促进低碳化发展。德国环境部的战略性文件强调,低碳技术是当前德国发展经济的“稳定器”,也是未来德国振兴经济的关键所在。随着德国的世界最大太阳能船“星球太阳能号”、低碳时代可“变形”的多用途电动汽车、撒哈拉沙漠世界规模最大的太阳能电厂等大型项目的投产和完工,德国在低碳经济的探索发展中已走在世界前列。这一切都离不开技术的支撑。

    慕尼黑市是德国低碳发展的一个代表。该市分析了面向未来50年低碳城市发展的背景,制定了方案和目标,特别具体分析了城市建筑的热能、电能如何在技术支持的情况下实现低碳化。

    一 慕尼黑“低碳城市”建设的背景、目标和方案

    面对欧盟环境总署提出到21世纪中期,全球至少减少50%的温室气体排放量,即人均排放量至少要低于2吨的目标,慕尼黑2008年人均CO2消耗量6.5吨的状况令该市十分担忧。由于慕尼黑市大量的CO2是由基础设施产生,其中建筑热能占50%,因此要想实现慕尼黑城市低碳化,必须要对建筑等基础设施实施减少碳排放的措施。在此基础上,由德国伍珀塔尔气候、环境、资源研究所和西门子公司,以2008~2058年50年间为跨度,联合制定了慕尼黑低碳城市发展规划。

    该规划制定了两种减排方案,分别称为“目标”和“桥梁”。“目标”提出到2058年实现近于零碳的理想。为达到理想状态,该方案对城市基础设施建设、市民生活习惯和未来科技作了积极假设,指出广泛、持续地应用高效措施,50年后碳排放量可以减少90%,即一个中等城市年人均碳排放750千克。该方案中,能源效率及碳捕获和封存能力大幅提高。“桥梁”是较保守的减排研究方案,它对未来低碳发展的预期程度较“目标”方案更低,主要从市民生活习惯的交通和热、电需求出发,指出化石燃料将继续用来满足人们日益增长的电、热需求。尽管如此,“桥梁”方案也预测,因为碳捕获和封存技术的发展,未来用煤发电也会减少大量CO2排放。50年后,慕尼黑年人均碳排放量大约1.3吨,已低于2007年气候变化第四次评估报告发表中的2050年人均CO2排放量2吨。

    尽管两种方案预期结果不同,但无论积极还是保守,都能证明到2050年,工业化国家温室气体在1990年的标准上减少80%的目标是可行的。同时,实现碳减排的指导原则是相同的:高效的能源装置;热力、电力和交通设备的整修要适应需求;对可再生能源和低碳能源大规模的转换;不期待所有能源需求都自给自足,慕尼黑将从市外进口能量,但要确保这些能量的生产方式对气候无害。

    二 基于先进技术支撑的慕尼黑“低碳建筑”发展规划

    城市基础设施是CO2最主要的生产者,在基础设施上采用低碳减排的技术对减少CO2最有可能性。慕尼黑低碳城市发展规划主要涉及了基础设施中建筑热能和综合电能。

    1.大力整修房屋,减少建筑热能需求

    现今,慕尼黑近一半的CO2由建筑热能产生。因此,通过房屋整修提高能效,特别是在被动式房屋标准(passive house standard)下执行整修,非常有利于减排。据“目标”和“桥梁”方案预测,2058年,慕尼黑对建筑采暖的热能需求比现今至少降低80%。

    “目标”和“桥梁”方案都基于两个转变,即到2058年这些转变发生后能供应大量的零碳热能。第一个转变是能源的优化,这将使建筑从能源使用者转化为生产者。它假设建筑能满足房屋本身的大部分热能需求。通过建筑外部优化来改变能源的来源,使用太阳能、光电能甚至是微型热电循环系统,都能满足热能需求。在居民和公共机构房屋的整修中,假设被动式房屋的标准可以被实施到非常细微的环节,为确保未来50年所有的建筑都是高效的,由热量造成的整修幅度将要从每年0.5%上升到2%,这意味着许多建筑商被要求对现在的建筑整修4次。整修后建筑的采暖需求从现在年均200度/平方米减少到25~35度。新建筑对采暖的需求可能会更低,因为大部分建筑是根据“加能”(plus energy)标准修建。整修措施实施到21世纪中期,慕尼黑居民住宅平均热需求将比现在减少80%~90%。规划要求大部分建筑(85%的新建筑、80%的旧建筑)都要遵循严格的标准,只有小部分因为与建筑特殊的要求冲突(比如溜冰场)或违背历史保存的常规等原因不能满足。第二个转变与采暖设施有关,低