零碳冬奧,黑科技解鎖新招式

妙盈研究院2022-02-26
#零碳#碳中和#冬奧會

‎圖源:新華網‎

‎象徵著綠色低碳的氫氣燃料火炬在冬日中熊熊燃燒。‎

‎除開競賽本身,綠色冬奧無疑是本屆冬奧會承辦中最大的亮點之一。 北京2022冬奧會實現了真正的「碳中和」賽事,這離不開100%使用可再生能源和利用碳匯實現碳抵消這兩個主要手段。 與此同時一系列低碳「黑科技」首次亮相在了奧運舞臺,例如超低能耗建築、二氧化碳跨臨界直冷製冰、碲化鎘(CdTe)發電玻璃。 看到這些新名詞是不是有點陌生,有點發懵? 那下面就讓小編帶大家瞭解一下這些名詞背後的技術,以及它們是如何承載了相關產業鏈的創新和成長。‎

‎一、超低能耗建築‎

北京冬奧會在新建場館中積極推進超低能耗示範工程。 五棵松冰球訓練館、延慶冬奧村D6居住團組、北京冬奧村賽事醫療用房均採用了超低能耗建築技術,示範面積分別為38400平方米、10731平方米和1140平方米。 根據北京奧組委介紹,這些超低能耗建築全面選擇了跨領域的節能技術,例如外牆塗料、照明、能源和設備系統。 這些技術保證其能耗水平明顯低於傳統建築。‎

‎以五棵松冰球訓練館為例,運用到的創新性技術有:‎

  1. 低碳設計。 場館採用簡潔大方的設計,有利於被動式建築節點設計的同時,減小體形係數。 通過建築布局優化,合理設置建築自然採光,通過透光幕牆、採光天窗、下沉廣場等方式,有效改善地上地下主要功能房間的天然採光效果,節約照明能耗。‎
  2. 外立面被動保溫節能。 建築外立面設置冰淩格柵,減小輻射熱。 外牆採用高性能STP真空絕熱板(導熱係數小於0.006W/mK,常規的岩棉板為0.04W/mK)。 大面積採用傳熱係數小於1.0W/(㎡K)的玻璃幕牆,玻璃採用Low-e三玻兩腔中空中間充氬氣的構造做法,型材通過斷橋設計,嚴格隔絕冷熱橋。‎
  3. 選用節能高效的暖通電氣。 空調冷源採用磁懸浮冷水機組,全空氣空調機組和新風機組設置全熱回收裝置,輸配系統採用高性能變頻風機和水泵,照明採用LED燈具。‎
  4. 新型冰場除濕系統。 冰場採用溶液除濕系統,與傳統電動轉輪除濕系統相比,節能率高達77.1%;‎
  5. 光伏建築一體化(BIPV)。 屋面安裝了600kW光伏發電系統,未來能實現年供電約70萬度,滿足冰上中心的部分用電需求。‎

‎在小編看來,超低能耗建築是由低碳設計驅動,節能性能突出的建材和電器為核心,並綜合可再生能源的使用而最終達成。 被動式超低能耗建築的政策正趨於完善,在住宅、商用建築等領域的應用將逐步由示範性項目轉變成商業性專案。 得益於此趨勢,保溫遮陽材料、高能效暖通電氣等細分領域或能產生規模效應,促成產業鏈的良性迴圈。‎

‎二、二氧化碳跨臨界直冷製冰‎

製冰機是人工冰場建設的關鍵核心,從歷屆冬奧會冰場製冰機來看,主要採用氟利昂等人工合成製冷劑技術或者氨製冷技術,前者具有嚴重的溫室效應和破壞臭氧層風險、後者具有安全隱患。 北京冬奧會首次大規模採用二氧化碳環保型製冷劑進行製冰,在「冰絲帶」國家速滑館、首都室內體育館、短道速滑訓練館、五棵松冰球館4個冰上運動場館的5個冰面上進行了應用。‎

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二氧化碳作為製冷劑,它的臭氧消耗潛能值 (ODP)為 0,全球變暖潛能值 (GWP) 為 1。 這代表它完全不會破壞臭氧層,溫室氣體排放影響也比較低。 此外,二氧化碳製冷可以顯著降低製冷系統的電力需求,節省20%—30%的電力。 在製冷過程中產生的大量高品質餘熱也可得到回收再利用,產生70°C熱水,用於生活用水和除濕再生等用途,大大降低場館的供暖、防凍、除濕、澆冰成本。 在「冰絲帶」全冰面運營模式下,僅一個場館一年就能夠節省用電200萬度,相當於約120萬棵樹實現的碳減排量。‎

‎以二氧化碳為製冷劑、冰面下直接蒸發的製冰機技術一直掌握在歐美國家企業手中。 通過產學研協同攻關,天津大學和8家單位聯合研發、設計和建造了具有自主智慧財產權的二氧化碳跨臨界直冷製冰機組。‎

‎二氧化碳作為製冷劑還有一些別的應用場景。 例如在大眾最新推出的ID系列純電動車上,選用了二氧化碳熱泵空調系統,取代原有熱敏電阻(PTC)供熱。 得益於其優良的環保性、安全性、流動換熱性和低溫制熱效果,預計很快會有更多的車企導入 。‎

‎ 圖源:Unsplash‎

‎三、碲化鎘(CdTe)發電玻璃‎

在本屆冬奧會中,國家速滑館由22條「冰絲帶」構成的獨特曲面玻璃幕牆吸引了不少人的眼球。 這些玻璃幕牆由1.2萬塊寶石藍色的碲化鎘(CdTe)發電玻璃拼接而成,不僅造型精美靈動,還能源源不斷地產生出電能,在長達數十年的生命週期中為場館持久輸送電力。‎


‎普通的玻璃,在塗抹4微米厚的CdTe光電薄膜后(相當於頭髮絲的百分之一)就能實現"變身",成為可發電的建築材料,CdTe發電玻璃具有弱光性能好、抗衰減等特點,早晚都可以發電,即便在弱光條件下也可通過光電轉化產生電能。 冬奧項目的應用吸引了外界對CdTe技術的關注,實際上,這一技術的市場前景備受認可,是近年來"跨界"研究的熱點領域。 作為BIPV(光伏建築一體化)的發電玻璃,儘管其價格要比常規的玻璃幕牆貴,但它發出的電經過一定的回收期,足以覆蓋多出來的成本,在節能環保效益之外,還體現出經濟效益,具有規模化應用的前景,可以廣泛應用在城市CBD寫字樓牆面、農村屋頂等場景。‎

‎全球能夠量產CdTe薄膜太陽能電池的企業屈指可數,行業競爭格局十分清晰。 據瞭解,目前全球能夠實現大規模量產的企業僅有美國First Solar一家,能夠穩定量產的有美國Toledo Solar和德國Calyxo兩家。 國內現在主要有三家企業能夠實現量產CdTe薄膜太陽能電池,分別是成都中建材光電,龍焱能源和中山瑞科。‎

‎參考鏈接與圖片來源:‎
‎ ‎‎Beijing 2022 sustainability – All you need to know - Olympic News: https://olympics.com/ioc/news/beijing-2022-sustainability-all-you-need-to-know‎
‎ 新華網:https://xinhuanet.com/‎
‎ Unsplash:https://unsplash.com/‎
‎ 華夏時報網:https://www.chinatimes.net.cn/‎
*封面:冬奥会会场 图/视觉中国