1烟台地区地貌与气候特点

山东省烟台市位于山东半岛中部，全市辖区内土地面积13?746.47?km ² ，全市海岸线曲长702.5?km，海岛曲长206.62?km，地形多为低山丘陵，丘陵、山地、平原占比分别为39.7?%、36.62?%、20.78?%，剩余2.90?%为洼地。

烟台市光照资源丰富，年平均日照为2?698.4?h，太阳辐射总量年平均值为5?224.4?MJ/m ² ，内陆地区和沿海地区年平均风速分别为3~4?m/s和4~6?m/s。

2烟台地区零碳建筑核心技术

2.1?建筑节能技术

零碳建筑节能技术主要体现在建筑本体节能设计、围护结构材料、零碳建筑施工及装修3个方面。

2.1.1?零碳建筑节能设计

零碳建筑节能设计策略主要体现在规划设计体系、建筑设计体系以及建筑遮阳等方面。

规划设计体系主要包括在与建筑所处相适应位置的建筑选址，建筑选址直接影响建筑的热湿环境与采暖空调系统能耗。例如：在平原地区，应将建筑规划在植被和现状建筑等遮蔽物的南侧；在坡地丘陵区，应将建筑规划在太阳辐射更为充分的南侧山坡；烟台地区夏季主导风向为东南季风，宜将建筑规划在水体的西北侧，充分利用自然通风。另外，在进行建筑规划时，应充分考虑建筑的太阳辐射适应性，建筑的朝向应选择可更多获得太阳辐射热的方向，降低冬季采暖负荷。烟台地区建筑最佳朝向为南向+20°，可采用的朝向为南向–30°~30°。

建筑设计体系主要包括建筑物体形系数、平面布局、内部空间与窗墙比。在满足相关节能标准对建筑物体形系数要求的基础上，优先采用集中式的基本形式，其次为线式，最后为组团式。零碳建筑的适宜平面布局形式依次为圆形、正方形、三角形、长方形。采用平面布局时应将热需求相似的房间集中布置，并且南向有利于维持室内热环境，另外还应将采暖房间划分为小空间。建筑内部空间设计应优先采用A字形中庭剖面形式，利用热压通风进行夏季散热，其次宜采用垂直形，最后为V字形。

建筑遮阳设计主要是在冬季对太阳辐射得热影响较小的基础上，最大限度地阻止夏季太阳热辐射，减低夏季空调制冷负荷。根据相关文献研究，建筑遮阳效果可调式遮阳设施＞综合式遮阳设施＞水平式遮阳设施＞垂直式遮阳设施，在零碳建筑设计中应优先采用可调式遮阳设施，不建议使用固定百叶窗式与挡板式遮阳设施。

另外，在建筑设计方面还应注意采用面宽进 深、层高层数控制等，在满足使用功能的前提下，尽量提高建筑的节能率，降低建筑的能耗，并且充分利用自然通风与冬季太阳辐射得热。条件允许时可利用下列措施增强内部天然采光和自然通风。（1）设置中庭、下沉式庭院（广场）、采光天窗、采光井等措施，增强天然采光和自然通风效果。（2）设置导光管、反光板（镜）、集光导光装置、棱镜玻璃窗等天然采光设施，通过反射、折射等导入和传输自然光。（3）利用设置建筑挑檐、导风墙、捕风窗、通风道、自然通风器、无动力风帽等诱导方式，增强自然通风。

2.1.2?围护结构材料

围护结构材料主要包括门窗节能材料、节能墙体材料、节能屋面材料等。不同气候条件，对门窗的性能要求也不同，烟台市属于寒冷地区，根据设计标准规定，烟台地区外窗传热系数K≤1.0?W/（m ² ·K），外窗太阳的热系数SHGC冬季≥0.45，夏季≤0.30，满足冬季利用太阳得热为主，兼顾夏季隔热的需求。根据烟台地区气候特点，节能玻璃、型材、密封材料、五金件等的选择宜通过以下途径提高门窗节能性能。（1）优先考虑新兴非金属型材，如塑料、木质和聚氨酯等，综合考虑复合型材。采用聚氨酯等高效保温材料和增加腔体的方式提升型材的保温性能，表1。（2）玻璃配置宜采用中空复合真空的玻璃配置。（3）构造设计上，优先采用无亮子典型窗型，降低整体传热系数，提高保温性能。（4）密封材料推荐采用具有耐候、耐热、耐低温等性能的材料，五金系统以提高整窗的气密性为主。（5）根据项目特点选择高性能可调节的围护结构。

表1?聚氨酯复合材料与其他门窗材料性能

2.1.3?施工及装修

零碳建筑的施工及装修主要包括建筑结构体系、建筑装修和施工。具体为采用高强度结构、混凝土大空间、工业化预制装配式和砌筑等建筑结构体系；采用设计施工一体化、工业化集成建筑装修技术；采用新型节材钢筋、可循环利用等建筑施工技术。

2.2?新能源与可再生能源利用技术

新能源与可再生能源技术主要包括离网太阳能发电技术、光储直柔技术、风力发电与建筑一体化和生物质能源等。

2.2.1?离网太阳能发电技术

离网太阳能发电系统包括由太阳电池组件、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、直流负载和交流负载等构件。

在有光照的情况下，太阳能将方阵转换为电能，再利用太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照的情况下，由蓄电池组通过太阳能充放电控制器给直流负载供电，同时还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器转换成交流电，给交流负载供电，如图1所示。

图1?离网太阳能发电系统示意

2.2.2?光储直柔技术

光储直柔在建筑中通过直流母线连接分布式光伏、储能和可调用电负荷实现电功率柔性控制，包括太阳能光伏、储能、直流和柔性用电4项技术和光伏发电、直流配电、双向充电、柔性控制4个阶段。光储直柔建筑具备网源荷储等基本要素，对内可显著改善建筑供电性能、提高电源品质、降低能量损耗，促进建筑自身节能，提高建筑用电体验，提升建筑接入和消纳光伏；对外基于虚拟电厂运行优化策略，可最大限度地聚合调动光储直柔负荷可调节能力，参与电网互动甚至提供电力辅助服务；可缓解负荷逐年增长压力，缩小电力负荷峰谷差，提升电网安全稳定水平，促进电网从源随荷动向源荷互动转变（图2）。

图2?光储直柔配电系统示例

2.2.3?风力发电与建筑一体化技术

风力发电一体化技术通过特殊的设计手段将风力发电级安装在建筑中，从而利用风力发电机为建筑提供能量，如图3所示。

图3?风力发电系统结构示意

烟台市风能丰富，年平均风速为8.7?m/s，有效风能密度大于200?W/m2，海岛上可达300?W/m2。风速大于3?m/s和6?m/s的小时数分别为6?000?h和3?500?h以上。风力发电与建筑一体化可采用独立的风力发电技术，更建议有条件时采用在时间上能够与风力发电互补的风光互补系统。风光互补系统利用太阳能、风能的互补特征联合发电，可以获得比较稳定的总输出，提高供电系统的稳定性和可靠性；还可以保证在同样供电的情况下，能够大幅降低储能蓄电池的容量，如图4所示。

图4?风光互补系统结构示意

2.2.4?生物质能源技术

生物质能是国际公认的“零碳”能源，也是《中 华人民共和国可再生能源法》明确规定的清洁可再生能源，近年来，随着碳减排以及乡村振兴工作的全面开展，生物质能源越来越受到重视与支持。

烟台市生物质资源相对丰富，农村主要种植物有苹果、梨树、樱桃、板栗、小麦、花生、红薯和玉米等。目前仅栖霞市苹果种植面积就超过666? km ² ，平均每亩苹果地能够修剪200?kg枝条，更新的苹果树、杂木、树皮、农作物秸秆、花生壳、树根、杂树枝等种植各种农作物及其废弃物，都可以被加工成生物质压块、颗粒，为生物质清洁采暖提供天然原材。

据统计，烟台市每年产出农作物、林业废弃物82万t，为满足生物质资源就近回收、就近加工、就近使用，实现农林废弃物资源化，烟台市规划在各乡镇建设18~20个生物质成型燃料加工点，满足周边乡镇及农村采暖需要，如图5所示。

图5?不同采暖方式成本

2.3?建筑储能蓄能技术

零碳建筑可再生能源发电应合理选用“风电+储能”“光伏+储能”“风电+光伏+储能”等方 式。在储能方面，小型零碳建筑中的短期储能宜采用充放电的电化学电池储能（即蓄电池），中型零碳建筑最适合的模式是热储能，中大型零碳建筑应根据自身场地条件合理选择抽水、压缩空气、电化学电池等储能方式。另外，在高层建筑中利用重力储能设置电梯能量回馈装置，将一部分机械能转化为电能，降低建筑能耗。零碳建筑最主要的储能方式是热储能，热储能的应用范围较广，目前建筑领域常用的储能方式有显热储能和潜热储能两种方式，常温显热存储如水蓄热（冷）、结构蓄热和土壤耦合换热器（地埋管）蓄热。目前新兴“卡诺电池”储能方式，采用热泵送电存储技术，可将多余的可再生电力进行存储，其工作流程如图6所示。常用显热储热方式还有季节性水蓄热、结构蓄热等，季节性水蓄热可分为水箱蓄热TTES、深坑蓄热PTES、水–砾石蓄热WGPS、地埋管蓄热DTES、钻孔蓄热BTES及地下含水层蓄热ATES等多种方式。潜热蓄热则是通过材料相变储存更多热量，如利用水潜热和冰蓄冷相变。

图6?泵送电存储技术流程概念示意

3零碳建筑机电系统能效提升关键技术

3.1?太阳能利用系统

太阳能的利用则需在建筑设计阶段采用太阳能光热光伏一体化系统。太阳能利用系统中的太阳能集热器、太阳能光伏组件设计使用寿命应分别不小于15年和25年，其中多晶硅、单晶硅、薄膜电池组件首年内的衰减率应分别不大于2.5?%、3?%、5?%，之后每年衰减率应不大于0.5?%。太阳能热利用系统的集热效率应符合表2的规定。

3.2?采暖空调系统

利用空调系统的冷热源时，应进行性能参数优化和方案比选，综合考虑投资与运行经济等因素，并宜符合以下规定。暖通空调系统应利用自然资源，空调冷源应首选自然冷源，并采用相适应的系统及设备；供暖热源应首选余热、废热，采取能源梯级利用措施。采暖空调系统应设置辅助冷热源，优先选用可再生 能源。

烟台地区海水源丰富，可考虑将海水源热泵作为空调冷热源。可再生能源采暖，冬季宜采用低温供暖系统，提高热源利用效率。

夏季宜采用高温制冷系统，提高冷源利用效率，并宜采用高效新风除湿技术。应考虑多能互补集成优化，并兼顾生活热水需求等措施。新风系统宜采取预冷、预热，可直接预冷、预热，也可间接预冷、预热。

3.3?新风系统

零碳建筑新风系统宜首先采用自然通风系统或无动力风帽排风技术，综合考虑全年运行的经济性并采用高效热回收装置。另外零碳建筑新风系统应采取防冻及防结霜措施。新风热回收装置制冷工况热交换效率应大于70?%，制热工况热交换效率应大于75?%；排风量与新风量的比值宜在0.9~1.1。新风系统宜设置新风旁通管。

3.4?热水系统

零碳建筑应优先采用太阳能热水器系统。根据相关规范及产品性能报告，空气源热泵热水器的热效率为燃气热水器的4.35倍，为电热水器的3.76倍，一次能源利用率为燃气热水器的1.41倍，为电热水器的3.57倍。因此，太阳能热水系统应优先采用空气源热泵热水系统作为辅助热源。在碳排放方面，燃气热水器、电热水器与空气源热泵热水器的年碳排放量分别约为372?kg、1?030?kg与311?kg。空气源热泵热水器最低，其次为燃气热水器，电热水器最高，空气源热泵热水器的碳排放分别为燃气热水器的83.6?%、电热水器的30.2?%。

4结束语

零碳建筑是建筑领域实现碳中和目标的最终发展目标，零碳建筑的实施应该始于建筑场地规划、建筑方案，重在设计、建造及运维，终于建筑拆除与回收。在零碳建筑实施的各个阶段都应适应气候特征与场地条件，因地制宜地选择相适应的技术措施与手段。