1?項目概況及建設(shè)目標(biāo)大同能源館位于嚴(yán)寒C地區(qū)的大同市國際能源革命科技創(chuàng)新園內(nèi)，總建筑面積為28899.94m2，其中地上建筑面積為17716.71m2，地下建筑面積為11183.23m2。地上3層，地下1層，1層和地下1層局部設(shè)有夾層。建筑高度為23.7m，建筑結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。地上部分主要包括展廳、辦公室、設(shè)備用房等；地下部分主要包括展廳、配套服務(wù)用房等。本項目創(chuàng)新采用展館類超低能耗建筑技術(shù)、BIPV光伏建筑一體化技術(shù)、全直流建筑技術(shù)、微電網(wǎng)技術(shù)、CIM數(shù)字孿生技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)、視覺識別技術(shù)以及5G技術(shù)等，建筑節(jié)能率達(dá)到90%以上，充分利用太陽能，能源自給自足，源網(wǎng)荷儲內(nèi)部匹配，交直流柔性互換，與電網(wǎng)友好互動，達(dá)到未來產(chǎn)能展館建筑、全直流建筑目標(biāo)。該項目是國內(nèi)首例產(chǎn)能展館建筑、國內(nèi)首例規(guī)模最大的全直流建筑、國內(nèi)規(guī)模最大的“自然空調(diào)”——地道風(fēng)應(yīng)用示范項目、山西省首例落地的超低能耗建筑、“被動式超低能耗建筑、健康建筑、LEEDv4BD+C（建筑設(shè)計與施工）金級認(rèn)證、綠建三星”四標(biāo)認(rèn)證的項目。2?產(chǎn)能建筑主要技術(shù)方案產(chǎn)能建筑主要采取3個基本技術(shù)措施。（1）盡量提高建筑節(jié)能率。嚴(yán)格控制合理窗墻比，盡量將保溫隔熱性能及氣密性做到最佳。（2）將建筑能耗降到最低。（3）利用可再生能源作為消費能源。為實現(xiàn)本項目產(chǎn)能建筑目標(biāo)，首先考慮將本項目打造成節(jié)能率高達(dá)90%以上的超低能耗建筑，然后通過全直流設(shè)備及其他高能效設(shè)備，充分利用可再生能源（地道風(fēng)、光伏建筑一體化、光導(dǎo)管等）及機房余熱，搭建交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)嚴(yán)寒地區(qū)展館建筑的零碳排放及產(chǎn)能建筑目標(biāo)。2.1?超低能耗建筑性能化、精細(xì)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本項目創(chuàng)新采用展館類超低能耗建筑技術(shù)，建筑節(jié)能率達(dá)到90%以上。本項目為展館建筑，相較于常規(guī)公共建筑，該建筑運行時，人員密度大（0.3p/m2），展覽設(shè)備散熱量大（約60~80W/m2），且具有間歇運行特點。超低能耗建筑由于設(shè)置了高性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)原因，冬季無須提供大量的熱量就能滿足采暖舒適性的要求，導(dǎo)致室內(nèi)散熱設(shè)備等熱擾因素對冷熱需求的影響占比擴大。針對項目特點，突破嚴(yán)寒地區(qū)常規(guī)被動式超低能耗建筑250mm厚及以上外保溫的普遍作法，采用性能化設(shè)計、精細(xì)化模擬方法，結(jié)合項目自身展館建筑特點及經(jīng)濟性，確定性能化圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，并保證建筑節(jié)能率90%以上。通過模擬不同外保溫厚度對冷熱負(fù)荷的影響及經(jīng)濟性分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)保溫厚度達(dá)到150mm以后，保溫厚度的增加，對降低建筑熱需求的影響越來越小，夏季反而不利于建筑夜間散熱，造成夏季冷負(fù)荷的增加。本項目最終的性能化設(shè)計外圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案見表1。表1?主要圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案（W/（m2·K））2.2?BIPV建筑光伏一體化設(shè)計本項目采用BIPV建筑光伏一體化技術(shù)，光伏總裝機容量916kW，年總發(fā)電量123.54萬kWh，為建筑提供清潔能源。BIPV技術(shù)兼顧建筑美學(xué)與發(fā)電功能，建筑屋面采用發(fā)電效率高的單晶硅組件，尺寸根據(jù)立面菱形格柵的兩條平行邊延伸至屋面，形成屋面光伏板的格柵邊框。而3層?xùn)|、南、西3個立面采用了啞光銀灰色效果的碲化鎘薄膜電池，以滿足建筑立面的格柵裝飾效果。2.3?全直流建筑及微電網(wǎng)設(shè)計本項目采用直流供配電技術(shù)，以直流母線直驅(qū)直連，省去交直流轉(zhuǎn)換，提高能量轉(zhuǎn)換效率。項目實現(xiàn)了建筑照明、插座、展示大屏、充電樁、數(shù)據(jù)中心、暖通空調(diào)系統(tǒng)全直流供電，并實現(xiàn)了光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)的全直流接入；直流供配電架構(gòu)采用多段母線，提高了建筑直流供配電系統(tǒng)的可靠性、靈活性、安全性。并進(jìn)一步構(gòu)建了建筑級交直流混合柔性微電網(wǎng)。建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)及建筑內(nèi)直流負(fù)荷構(gòu)成直流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)通過雙向變流器接入交流配電室低壓側(cè)，構(gòu)成交直流混合微電網(wǎng)。實現(xiàn)可再生能源靈活接入，負(fù)荷靈活調(diào)控，能源自給自足，與外部電網(wǎng)友好交互。通過建筑內(nèi)部源網(wǎng)荷儲一體化協(xié)同運行，實現(xiàn)能源生產(chǎn)與消費就地平衡。降低對外部能源的需求，提高建筑內(nèi)部能源利用效率。交直流混合柔性微電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。圖1?交直流混合柔性微電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)2.4?充分利用淺層地?zé)崮?、空氣能及機房余熱

對項目資源進(jìn)行系統(tǒng)分析與研究，創(chuàng)新采用地道風(fēng)技術(shù)、空氣源熱泵技術(shù)及余熱回收技術(shù)，充分利用可再生能源及機房余熱，降低建筑能耗。針對展館類超低能耗建筑新風(fēng)負(fù)荷大、新風(fēng)預(yù)熱等難點問題，本項目充分利用淺層地?zé)豳Y源，創(chuàng)新性提出了蟻穴通風(fēng)與地道風(fēng)相結(jié)合的設(shè)計；利用超低溫空氣源熱泵和蓄熱電鍋爐建立嚴(yán)寒地區(qū)復(fù)合供暖系統(tǒng)，為嚴(yán)寒地區(qū)清潔供暖提供新思路；本項目回收穩(wěn)定數(shù)據(jù)機房余熱作為展館建筑辦公區(qū)域的熱源。2.4.1土壤–空氣換熱器（地道風(fēng)）系統(tǒng)解決嚴(yán)寒C區(qū)新風(fēng)預(yù)熱問題本項目為展館建筑，人員密度大（0.3p/m2），新風(fēng)需求大，帶來大量新風(fēng)負(fù)荷的同時，新風(fēng)預(yù)熱問題成為一大難題。新風(fēng)預(yù)熱方式若采用熱水預(yù)熱方式，熱源由園區(qū)電鍋爐提供。該方式冬季一旦運行，不可間斷，不節(jié)能。電預(yù)熱方式，系統(tǒng)上雖調(diào)節(jié)靈活，相對節(jié)能一些，但本項目新風(fēng)需求量大，且位于嚴(yán)寒地區(qū)，新風(fēng)預(yù)熱負(fù)荷非常大，若考慮電預(yù)熱，將會帶來建筑配電系統(tǒng)增容問題及電耗過高問題。為解決上述問題，大同能源館采用土壤–空氣換熱器（地道風(fēng)）新風(fēng)熱回收系統(tǒng)。通過模擬分析計算，共鋪設(shè)6根、每根長度為150m、直徑為1.2m的地道風(fēng)管道，室外新風(fēng)經(jīng)地道風(fēng)管道預(yù)冷、預(yù)熱后進(jìn)入空氣處理機組，與排風(fēng)熱交換、并經(jīng)處理后送入室內(nèi)。該系統(tǒng)是目前國內(nèi)最大的地道風(fēng)應(yīng)用項目，徹底解決了嚴(yán)寒C區(qū)冬季新風(fēng)預(yù)熱問題及過渡季室內(nèi)余熱無法散出的問題。地道風(fēng)系統(tǒng)如圖2所示。地道風(fēng)管道剖面、平面布置如圖3所示。圖2?地道風(fēng)系統(tǒng)示意圖3?地道風(fēng)管道剖面、平面布置本建筑地道風(fēng)設(shè)計以滿足冬季預(yù)熱功能為主，并兼顧春、夏季降溫的要求。地道風(fēng)系統(tǒng)主要考慮4種運行模式。（1）冬季室外空氣經(jīng)地道風(fēng)系統(tǒng)混凝土管道預(yù)熱升溫8~10?℃后，無需進(jìn)行常規(guī)新風(fēng)預(yù)熱，可直接進(jìn)入熱回收新風(fēng)機組，與排風(fēng)熱交換后直接送入室內(nèi)，降低了新風(fēng)能耗。（2）在供暖初期或者末期、下午出現(xiàn)需供冷時段，室外空氣經(jīng)地道風(fēng)系統(tǒng)后送入室內(nèi)，進(jìn)行降溫。（3）在制冷初期，新風(fēng)經(jīng)地道風(fēng)系統(tǒng)降溫后，送入室內(nèi)；利用天然冷源為建筑降溫，節(jié)省電耗。（4）當(dāng)夏季白天室外溫度高于室內(nèi)溫度時，室外空氣經(jīng)過地道風(fēng)預(yù)冷后送入室內(nèi)，如室內(nèi)溫度無法通過地道風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)調(diào)節(jié)至舒適水平，再打開冷水盤管閥門，對預(yù)冷后的新風(fēng)進(jìn)一步冷卻處理后送入室內(nèi)。2.4.2?超低溫空氣源熱泵和蓄熱電鍋爐復(fù)合供暖系統(tǒng)被動式超低能耗建筑由于良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、密閉性設(shè)計及建造工藝，有效地降低或去除了建筑冷熱需求，此時傳統(tǒng)的暖通空調(diào)熱源形式往往過大、過于復(fù)雜，靈活性不足，已經(jīng)無法滿足被動式超低能耗建筑的需求及零碳園區(qū)產(chǎn)能建筑建設(shè)需求。本項目熱源摒棄傳統(tǒng)熱源供給形式，采用超溫空氣源熱泵+蓄熱電鍋爐的形式，且優(yōu)先使用超低溫空氣源熱泵供熱，蓄熱電鍋爐作為極端天氣備用熱源。利用超低溫空氣源熱泵和蓄熱電鍋爐建立嚴(yán)寒地區(qū)復(fù)合供暖系統(tǒng)，白天超低溫空氣源熱泵運行，電鍋爐作為輔助熱源，晚上極寒時段，利用蓄熱電鍋爐保持低溫運行。超低溫?zé)岜迷诘蜏刂茻釙r保持高COP，比普通熱泵機組高出15?%，在–25?℃時仍可運行。消納建筑自身光伏發(fā)電量的同時，為嚴(yán)寒地區(qū)清潔供暖提供新思路。2.4.3?數(shù)據(jù)機房余熱回收利用針對建筑內(nèi)部分空間供暖空調(diào)運行模式不同的情況，本項目對供暖空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)設(shè)計及控制，并回收穩(wěn)定數(shù)據(jù)機房余熱作為展館建筑辦公區(qū)域的熱源。本項目安裝了帶余熱回收及自然冷源利用的熱管背板空調(diào)系統(tǒng)，收集利用地下2層數(shù)據(jù)機房內(nèi)的余熱，進(jìn)一步降低冬季采暖負(fù)荷?？照{(diào)方案整體為全氟系統(tǒng)，通過熱管背板為機房IT設(shè)備供冷，無水進(jìn)入機房。機房熱量回收供暖，在采暖季節(jié)時，機房的熱量通過熱回收模塊傳遞至供暖水，向大同能源館的供暖系統(tǒng)提供45~50℃的熱水，實現(xiàn)余熱回收。室外氣溫較低，如果不啟動熱回收模式，則采用自然冷源模式運行，室外機僅啟動風(fēng)機即可為機房供冷，冷媒完全依靠重力循環(huán)，不需要泵驅(qū)動冷媒循環(huán)。在夏季非供暖季節(jié)，機房熱量通過室外機排至室外大氣中。數(shù)據(jù)機房余熱回收利用原理如圖4所示。圖4?數(shù)據(jù)機房余熱回收利用原理2.5?其他技術(shù)措施（1）本項目冷源采用超低溫空氣源熱泵+冷水機組的形式。根據(jù)開展時負(fù)荷情況，選擇機組的供冷模式。展廳大空間區(qū)域采用熱回收式組合式空調(diào)機組，辦公、配套服務(wù)用房采用熱回收式新風(fēng)機組+風(fēng)機盤管，機組顯熱回收效率≥75?%。（2）本項目在部分房間設(shè)置了導(dǎo)光筒，充分利用自然采光技術(shù)解決房間無外窗的問題，以減少照明設(shè)備能耗。（3）在建筑各層設(shè)置可開啟外窗并在建筑中庭頂部設(shè)置可開啟天窗，充分利用自然通風(fēng)技術(shù)解決過渡季節(jié)房間過熱問題，以減少通風(fēng)設(shè)備能耗。（4）照明設(shè)備均采用LED節(jié)能燈具，以減少照明設(shè)備能耗。3?結(jié)束語