一、世界能源高效型城镇
世界油价网综合评价出世界10个能源利用最为高效型的城市,这些城市在不同方面代表了能源高效型城镇的特征,这些城市所实施的能源和城市建设政策也是能源高效型城镇战略的典型政策,下文通过解析这些案例,进一步对能源高效型城镇的内涵和战略进行分析。
1.雷克雅未克(Rekavik),冰岛
雷克雅未克和冰岛其他地区一样,主要依靠可再生的水电能和地热能来为城市供热,供电以及为其12万市民实现热水供应。奈斯亚威里尔地热站为大雷克雅未克地区提供了所有的供暖和热水供应服务。这座城市计划在2050年底实现“化石能源零依赖”,并且计划使用水电能来补充这一能源缺口。在2000年代中期,雷克雅未克开始全面使用氢燃料公共汽车作为其公共交通工具。从这些机动车里排放出的唯一“污染物”是纯净水。虽然冰岛是一个很小的国家,但其能源高效型城镇的发展计划使其处于世界的领先地位。
图3-3 雷克雅未克位于北极圈内,拥有丰富的地热资源和水电资源,能够因地制宜的利用当地的能源条件为城市进行有效的供能
能源有效型措施
·能源结构调整,因地制宜利用当地丰富地热、水电能等可再生能源
·公共交通工具革新,全面使用氢能源公共汽车
2.温哥华,加拿大
图3-4 温哥华水电资源丰富,能够因地制宜的发展本地的各类可再生能源为城市功能。同时,温哥华良好的公共交通系统也推动其能源高效型城市发展
2012年,温哥华市制定了要在2020年底成为世界上最绿色环保的城市的行动规划。水电能已经在温哥华总能源供应中占有90%,而其余的10%包括了风能、太阳能和波浪能等可再生能源。同时,有将近250里的自行车道和骑行共享项目已经被纳入了温哥华的公共交通系统中。温哥华也是北美主要城市中有最低人均二氧化碳排放量的城市之一。
能源有效型措施
·能源结构调整,因地制宜利用当地丰富的水电能、太阳能、风能等可再生能源
·积极建设发展自行车道、公共自行车系统,降低居民出行的交通能源消耗
3.哥本哈根,丹麦
哥本哈根市被认为是在清洁技术方面世界最领先的城市之一,拥有一个大型的海上风能发电厂和世界闻名的自行车友好街道(每天有超过三分之一的居民骑自行车出行)。哥本哈根的城市发展目标之一就是在到2025年成为世界上第一个“碳中和”城市。绿色屋顶已经在哥本哈根市普遍应用,这样的绿色屋顶不仅能够帮助屋顶隔热,还能让降水更快的被吸收,减少下水道和排水沟的压力。
图3-5 哥本哈根有着世界闻名的自行车街道环境,自行车占居民交通出行比例的1/3,被誉为自行车王国
能源有效型措施
·能源结构调整,积极利用海上风能等可再生能源
·建设自行车出行友好的城市街道和城市空间,减少居民出行交通能源消耗
·积极进行城市建筑物的各类隔热等节能改造措施
4.奥斯陆,挪威
奥斯陆供热系统中80%的能源来自于可再生能源——主要是来自垃圾废物中的生物天然气(甲烷)。在未来的10年,奥斯陆计划将这一数据提高至100%。这座城市也使用“智能灯光系统”来根据天气和交通情况来自动调节灯光输出强度,这很大的提升了城市的能源有效性。奥斯陆也计划在2030年将二氧化碳排放减少50%,而整个挪威计划在2050年实现“碳中和”。奥斯陆也开启了其名为“巨大的成功”的自行车和汽车共享计划。成千上万辆电动汽车已经开始享受“停车免费,免税费,可进入的公共交通的预留车道”的鼓励政策。
图3-6 奥斯陆采用了户外街道的只能灯光调节系统来提高能源有效性,包括路灯等照明灯光设施可以根据当天的天气、交通等环境因素进行智能的自动调节,从而减少能源使用
能源有效型措施
·能源结构调整,完善的垃圾回收系统,利用垃圾中的生物天然气进行供能
·使用智能灯光系统等对公共服务设施进行节能革新,减少能源消耗
·对电力能源汽车在停车、税费上给予优惠,并给予优先路权,激励新能源汽车的使用
·积极推动自行车出行和汽车共乘出行,减少出行交通能耗
5.伦敦,英国
自2000年代中期开始,伦敦开始向能源高效型城镇升级发展方向迈进。伦敦的2007年气候变化行动规划中计划将其25%的产能转变为更高效的本地能源,同时也在未来的20年将二氧化碳排放减少60%。这一规划也为居民提供了改善其家庭能源有效性的激励政策,同时也对机动车实行严厉的重税政策——特别针对SUV等大排量汽车(对电动汽车和混合能源汽车免征相应税费)。此外,英格兰地区有全世界排名前25位的经营型海上风能站的其中10座。
图3-7 伦敦征收严格的拥堵税,特别针对大排量、高能耗汽车征收重税,以经济政策鼓励低能耗机动车、电力汽车等的使用;伦敦政府也积极也为私人住宅节能改造提供财政、技术、政策等一系列支持
能源有效型措施
·对城市私人住宅建筑节能改造提供一系列资金、技术、政策的支持
·在城市中心区征收拥堵税,利用经济政策杠杆减少机动车,减少出行交通能耗
·对大排量、高能耗汽车征收重税,以经济政策鼓励低能耗机动车、电力汽车等的使用
6.马尔默,瑞典
图3-8 马尔默积极发展核能,核能是其最主要的城市能源构成。利用城市再开发和棕地改造项目来推进能源革新,改造后的西港区不仅实现了能源高效型城市发展,也成为了城市著名旅游区
瑞典大部分能源来自于核能,并且瑞典在2008年至2012年期间将化石能源消耗量降低了25%。瑞典第三大城市马尔默已经将一个旧造船厂——西港造船厂改造成能够服务1万居民和2万工作人员的住宅区——全部都由100%的当地生产的来自风能、太阳能和水能的可再生能源进行供能。这一城市试验计划与垃圾回收管理、最小化交通需求和增加生物多样性的等措施一起能够在未来增加这座城市的能源有效性。
能源有效型措施
·能源结构调整,对核能有良好的利用和开发,成为城市最主要的能源供应
·积极利用城市再开发、棕地改造项目实现可再生能源100%供应的改革
·城市最小化交通需求管理,减少出行交通能源消耗
7.波士顿、旧金山、波特兰和纽约,美国
在2013年美国的能源有效型经济委员会的评比中有四座城市名列榜首。这项评比关注了能源有效性的关键领域,包括交通政策,当地政府行动,覆盖社区的行动计划、公共事业建设和建筑政策等。每座城市都以满分100分进行评分,波士顿以其覆盖社区的各类项目和包括“波士顿更新计划”在内的公共事业发展获得到76.75分,名列榜单首位。
图3-9 美国能源有效经济委员会评比,美国各大城市相应的能源有效性排名分布
旧金山在美国最绿色环保城市中也经常名列榜首。这座城市回收了77%的垃圾废物,在总土地利用中保留了20%的绿地,同时在推行电力能源汽车的使用上也非常领先。在2001年,旧金山的居民通过了“1亿美元债券计划”来资助包括太阳能电池板和风力涡轮机在内的可再生能源发展项目。
图3-10 旧金山
能源有效型措施
·利用政策、财税杠杆机制推行电力能源汽车的使用
·对太阳能、风能等可再生能源发展项目进行财政支持
图3-11 波特兰
波特兰一直都是美国环境最友好的城市之一。这座城市的居民有着很好的环境意识,这使得自行车能够在城市内广泛使用。波特兰已经使用了LED灯光系统替代了传统的路灯系统,并且已经制定了在未来实现100%使用可再生能源的城市发展目标。
能源有效型措施
·使用LED智能灯光调节系统替代传统路灯,在市政设施上进行节能改造
·推广自行车的使用,减少居民出行交通能耗
纽约庞大、复杂的方格路网看起来不是一个能够进行可再生能源使用的地方,但是纽约却在2013年的能源高效型城镇评比中获得了第三名。纽约在覆盖社区的发展计划、建筑政策、公共事业建设和公共福利项目、能源数据的可获得性上都处于领先地位。纽约的地下铁和公共交通系统长久以来世界闻名,并且这座城市计划在2017年将其垃圾废物回收率提高一倍。
图3-12 纽约
能源有效型措施
·社区尺度的节能项目推广和居民节能意识发展
·完整的能源数据库,为当地指定能源有效型政策或规划提供支撑
二、“波士顿更新计划”
波士顿更新计划是建设能源高效型城镇的典型案例之一,是波士顿市政府和其合作机构通过各种创新措施来提高能源使用的有效性和发展替代能源设施服务等方法,来帮助波士顿的居民、商业部门和其他机构进行节能,节省经济成本和增加就业岗位的发展计划。波士顿更新计划的目标包括:(1)通过提高能源有效性和发展其他替代能源设施在2017年实现减少200MW的电力需求;(2)在2015年实现25MW产能量的太阳能发电装置的安装使用;(3)在2012年实现在1990年温室气体排放水平上减少7%,在2050年实现减少80%。这一计划包括了以下各项措施:
(1)激励居民进行波士顿整体建筑能源有效性改造:提供免费的家庭能源使用和改造潜力评估服务;免费的建筑空气密闭性节能改造服务;为全市家庭建筑节能改造提供75%资金覆盖或者最高到2000美元的隔热改造资助。
(2)为低收入和多户住宅提供资金资助机会进行家庭住宅节能改造:使用地方纳税人的财政支持提高能源使用效率的机制;提供从改造到维护的免费的节能改造技术支持(评估出最不节能的用户并提供支持);对相应能源有效型发展项目的资金支持;对建筑太阳能热水项目的资助。
马萨诸塞低收入多户家庭能源改造项目
Massachusetts Low Income Multifamily Energy Retrofit Program(LIMF)
目标群体:低收入、多户家庭
天然气:
·建筑密闭性改造升级(空气绝缘,隔热)服务及资助
·加热系统升级服务及资助
·控制系统升级服务及资助
·家庭热水系统升级服务及资助
电力:
·建筑内部灯光照明节能改造,冰箱更换,窗户更换服务及资助
·公共区域(储藏室、楼梯、门厅)内部和外部灯光照明节能升级服务及资助
·电力供热建筑可能获得密闭性改造升级服务及资助
评估:
·完整的建筑外壳,供暖系统和热水系统的评估
·天然气节省成本和成本效益分析评估(标准为节省每千卡能源的改造成本不超过15.00美元)
·电力节能改造的成本效益分析(所有的项目必须在5~7年内产生回报)
太阳能热水资助项目
Solar Hot Water Financing Program
目标群体:
·有相应支付能力、大型多户家庭
·有大规模热水使用负载的建筑(如:洗澡、洗衣、家务、食品处理等)
·有很高的能源使用消耗,但又不能转变为天然气功能的建筑
激励因子:
·安装的家庭能获得联邦税收优惠
·安装成本——提供贷款支持
·非税收优惠——国家现金资助
·节约能源,减少家庭能源成本
资料来源:波士顿市政府网站
图3-13 波士顿太阳能热水系统
(3)波士顿更新策略计划——技术和数据支持:追踪能源有效性方面的进步并给出策略建议,从各部门到社区、建筑层面的多样能源使用单元追踪,通过对相应数据的深度挖掘指定能源有效性发展目标;发展相应的城市辅助支持系统,从居民层面到工作项目、整体计划系统的管理支持;有针对性的能源有效性(节能)的宣传和网络建设;设立“创绿”实验来实现包括制定地区能源计划和其他技术措施的支持。
图3-14 波士顿能源有效性更新计划策略计划体系
资料来源:波士顿市政府网站
改造案例:莱顿沃斯顿公寓节能改造
Retrofit Case:Leiden Apartment Energy-Efficient Retrofit
背景:
·在波士顿更新计划中,对布莱顿沃斯顿的公寓的提供了锅炉房改造的资金、技术等一系列支持
·这是一个有60多租户的老房屋,下图显示了对其进行锅炉房改造后的相应能耗使用变化
成效:
·改造后约节约了37%的锅炉房能耗
图3-15 莱顿沃斯顿公寓节能改造前后节能效益对比
三、剑桥市可持续设计实验
美国马萨诸塞州的剑桥市通过与斯坦福大学合作,建立起了能源高效型城镇模拟分析系统,为政府制定不同的能源高效型城镇政策提供了科学可靠依据。该系统设计本身也体现了学者们对于能源高效型城镇的认知和实施策略。
斯坦福大学可持续设计实验室研发出能源高效型城镇模拟分析系统模型工具,通过该模型,城市设计者和建筑师可以在设计一个新的城市或者社区的过程中使用这个工具来计算设计方案中整体建筑群的能源使用和排放,而不再只是设计独栋的绿色建筑。他们可以测算比较不同方案下居民在室内和室外的舒适度,以及居民将会愿意步行出行而不是驾车出行的可能性。
斯坦福大学建筑技术项目可持续设计实验室主任Christoph F.Reinhart)认为“对于研究者来讲将城市的可持续性进行模型化是一个巨大的挑战,但是随着地理信息系统(geographic information sstems)的出现,我们一下子可以获取海量的公共数据库,它们能给我们大量的y建筑物相关信息。”将这些数据和已开发的模型工具结合起来计算建筑物能耗,教授和斯坦福大学建筑技术项目组的博士们已在开发能够帮助实现城市能源有效型、环境友好型、同时也是对居民有吸引力的发展。
1.城市太阳能潜能可视化
作为该模型方法的第一次实验,研究者们开发了一个太阳能地图来分析马萨诸塞州的剑桥市屋顶安装太阳能光伏(PV)系统的潜能。与剑桥市政府合作之下,Reinhart教授和研究生J.Alstan首先基于可获取的公共GIS数据做了一个剑桥市的详细的地形模型,包括了建筑类型、足迹、外表皮材料、建筑年代等。他们也从一个公共自助的LiDAR调查中获得了数据,(LiDAR-光测探和测距)。这些测量值提供了关于每个屋顶的形状(有角的屋顶因为有阴影所以不适合安装太阳能光伏装置),周边建筑、树、山丘等可能阻碍或者反射太阳光的存在状况。
借鉴了历史天气数据,研究者们确定了剑桥市典型年份的每小时气温测定值以及天气情况(阴天或晴天)。根据每栋建筑物屋顶的材料情况,他们估算了屋顶能够获得多少热量——一个能够获得准确结果的关键因素,因为太阳能光伏系统在越热的环境中越低效。之后他们使用DAYSIM工具(由Reinhart教授研发的太阳光分析软件,现在已在全球范围内使用)分析了剑桥市3D模型的表面每年的获得太阳辐射值。根据这些结果,他们建立了有17000个屋顶的在线地图,每个屋顶都由小的不同颜色的色块组成,而不同的色块表示屋顶的每个部分有“极好”/“好”/“差”/“没有”的太阳能潜能。
使用这个在线太阳能地图,居民和其他使用者可以输入街道地址,找出适合太阳能面板安装的最佳屋顶面积,计算安装的实际花费(包括了联邦税和地方州税),确定每年的节省费用和回报时间,以及找出安装能够减少的每年二氧化碳排放量。
剑桥市的太阳能地图
Solar Potential Map in Cambridge City
屏幕截图显示了使用马萨诸塞州剑桥市的太阳能地图的一项分析的样本结果。色块表示每个屋顶每个特定区域的太阳能利用潜能。左边的面板显示了一个特定的地址安装一个太阳能装置的最佳规模和相应的花费,产生回报的时间,以及其他的财务信息。其他的显示选项提供了技术和环境信息。这个在线系统由Mapdell研发,这是拥有技术专利的斯坦福大学的衍生公司,现在正在和世界上其他城市和地区合作来为他们的城市区域实现太阳能地图的制作。
图3-16 剑桥市太阳能地图
2.城市整体可持续性
Reinhart教授提出“仅仅是在一些屋顶上安装太阳能光伏装置”是不能够使得城市可持续的。为了实现真正的可持续,一座城市必须有低的能源消耗和二氧化碳排放,并且一定是人们愿意居住的地方。Reinhart教授和他的同事们因此构建了“umi”,一个可以处理可持续性多个方面问题的模型工具,建筑师和城市规划师能够通过很熟悉和简单操作使用的模拟软件来使用这个模型工具。通过使用一个叫做犀牛(Rhinoceros)的电脑辅助设计模型平台,umi的使用者首先为他们已经存在或者正在设计中的城市或社区制作一个3D模型,然后,他们使用加载在犀牛软件上的熟悉的模拟程序来分析定义的城市背景在四个关键指标上表现如何:能源消耗,交通,室内光环境,室外舒适度。
对于模型的“能源板块”,umi使用了一个叫做“能源加”(EnergyPlus)的模拟工具来计算每栋建筑的能源消耗,同时考虑了其他建筑物、树等邻里物体的影响。在这个为波士顿发展规划而进行的分析中,Reinhart教授和Jakubiec首先建立了下面的这个图形。第二幅图的显色表示了换算为“千瓦特/每小时,每平方米,每年”的能源使用的强度。结合每栋建筑的每小时分析结果,他们建立了图表里的曲线,这些曲线显示了1月1日到12月31日期间每天总体电力的消耗,天然气的小号以及相应的二氧化碳的排放。
UMI社区能耗使用分析
Analysis of community energy consumption based on umi
·这一图表显示了使用umi能源模块来分析社区模型的结果,这一分析计算了每栋建筑的能源消耗,同时考虑了阴影和其他邻近建筑物、树木和其他物体的影响。
·图中的曲线标示这个社区一整年的每小时电力消耗、天然气消耗和相应的二氧化碳排放。其中一个值得注意的特征是在夏季出现电力消耗和二氧化碳排放的峰值。一个减少这些峰值的可能方法是改造在上图中的高能耗建筑。但是在密集的城市区域,规划师可以考虑其他方法,例如,重新布局一些建筑物,改变建筑物之间的距离,或者改变商业建筑和居住建筑的比例,因为这些建筑在不同的时段中使用。使用umi,规划师可以尝试不同的选择方案来为整个社区找到能源最有效的规划方案。
图3-17 UMI社区使用能耗分析
四、剑桥大学EECi
能源高效型城镇计划(EECi)是剑桥大学发起的一个涵盖建成环境、交通和城市用地等跨学科的研究计划。项目的目的在于通过在建筑技术、交通技术、地区电力系统、城市规划和城市设计领域的相关研究,来增强英国处理减少能源需求和城市中的环境影响问题。
能源高效型城镇计划(EECi)已经发展了有力的新方法和手段来帮助实践者和政策制定者来应对“实现能源有效性”的关键挑战。它围绕着建筑、交通的能源有效性技术的实施和可行性,以及城市的能源供应技术两个重要方向来进行工作。首先,能源高效型城镇计划(EECi)已经将概率模型首次扩展应用到城市和国家尺度。第二,研究者们使用了最先进技术方法将在广泛的社会经济、物质以及管制因素背景下能源消耗的不确定性进行了量化。
图3-18 剑桥大学能源有效型项目结构示意
图片来源:剑桥大学能源高效型城市项目EECi_Booklet
能源高效型城镇计划(EECi)的许多活动都是内在相连的(图3-18),而这些活动集合在一起对伦敦的威斯特敏斯市的建筑、交通和能源供应进行了综合分析。威斯特敏斯市的模拟实践表现了能源高效型城镇计划(EECi)期望能够对当地的能源使用、温室气体排放和空气污染的综合评估来帮助决策者改善建筑、建筑群、交通技术、燃料以及地区发电方式的政策和规划,来帮助减少能源需求和降低能源消耗对环境的影响。
1.城市尺度上建立能源消耗模型
能源高效型城镇计划(EECi)的研究者们面对的一个关键问题是:一个综合的评估建筑、交通以及能源供应的方法是否能够帮助政府提高实现能源高效型城镇发展的决策能力。因此,在2013年,能源高效型城镇计划(EECi)研发了一个新的城市尺度的能源和污染排放的模拟工具来支持能源政策和城市规划的决策。CiMo(城市模型)是一个高分辨率的探索工具,可以提供城市尺度上空间差异的每小时的能源需求,工业,污染排放以及空气质量的物理模型。
城市整体能耗分布分析
·处于伦敦中心的威斯特敏斯市因其建筑类型、交通服务以及人口的多样性,被选取来进行首次CiMo的应用实践。威斯特敏斯市有超过20万人的居住人口以及超过60万人的工作人口,还有大约270万的机动车每天行驶在该市的道路上。这一项目将能源高效型城镇计划(EECi)在建筑、交通以及能源模型等不同领域的研究者的努力结合起来。项目引起了对能源消耗在城市的空间分布,温室气体排放的相对成本,城市内的空气污染,能源使用的消耗以及排污“热点地区”等的新认识。
·如图3-19所示,结合了地区建筑和交通分析的高分辨率图像:伦敦的威斯特敏斯市。这个项目是最早公开的自下而上的、被用来预测城市尺度上每小时能源使用和污染排放的综合工程模型的应用之一。
图3-19 城市整体能耗分布分析
城市建筑能耗分布分析
·威斯特敏斯市的建筑分析最近取得了几项进展:英国每栋建筑的物理特征可以通过文献和统计资料来查阅,以及威斯特敏斯市内每栋建筑的3D模型可以从地理数据库中获得。这些进展使得每栋建筑可以通过一个物理模型来表现。能源高效型城镇计划(EECi)的研究者使用了剑桥大学达尔文高性能电脑群来执行此项对威斯特敏斯市内10万个样本建筑的每年每小时的能源模拟。CiMo在同时考虑了影响每栋建筑的工程和经济参数的情况下,实现了建筑改造及分布式发电的可能性的空间表达。
·如图3-20所示,威斯特敏斯市的建筑分析:依据房屋面积的年建筑终端使用热量。基线预测已经很好的比较了小普查区域的集中式天然气和电力消耗数据。
图3-20 城市建筑能耗分布分析
城市交通能耗分布分析
·交通分布依据威斯特敏斯市区机动车道路轨迹及其规模、燃料、技术和速度数据上建立起来的小时模型。对机动车类型,当日时间和地段的交通流分析在自动交通计数器,路边的感应器,连接的汽车内卫星导航系统以及汽车轨迹最终等技术和设备的支持下能够实现。研究者们将传统的动力系统,有特定的时空-地点交通模式的混合电力机动车的模型结合起来,从街道尺度到整体城市尺度来测定能源使用和污染排放的分布。
·如图3-21所示,威斯特敏斯市的交通分析:道路路段尺度上的每位乘客的机动车年燃料能耗量。基本案例研究成果是在自治市镇尺度上很好的比较了能源使用和污染排放的情况。
图3-21 城市交通能耗分布分析
资料来源:剑桥大学能源高效型城镇项目EECi_Booklet资料
2.城市尺度的建筑能源分析
能源高效型城镇计划(EECi)研发了一个新模型来帮助决策者评估能源改造方案。这个模型工具使得大的城市尺度的房地产开发项目的能源成本效益分析得以实现。城市尺度的建筑节能改造项目的标准电脑模型存在两个缺陷。(1)在一个大的房地产开发项目中,能源使用的模式将会在不同类型的建筑中变化:标准模型不能够完全捕捉到这个效用;(2)这些变化表现处于不确定的状态,例如房屋使用者的行为习惯可能因为改造而发生变化。例如,如果房屋使用者可以花比之前低的花费成本来对房间供热,他们就可能试图一直打开恒温器进行最大化的供热。
能源有效性计划(EECi)使用了一个统计方法来将随机性量化——克服上文中的这些问题。他们研发了一个贝叶斯分层框架,可以之后嵌入应用在新的模型中:城市尺度的随机家庭能源SUSDEM模型。
“绿色方案”计划:基于SUSDEM模型的建筑节能改造方案评估
·SUSDEM模型是一个“自下而上”的工具将详细数据,专家知识和能源模拟结合在一起它首先在评估了特定建筑群的能源使用效率潜能,例如二十世纪六七十年代建造的公寓。从这里开始,这个工具的预测尺度上升到城市地区尺度。SUSDEM被建立起来帮助西部城市住房信贷基金来估算他们的房地产项目的改造潜力信贷基金计划了一个大型的多样化的社会住房房地产投资组合方案。它的15000个住宅分散在英国大曼彻斯特的索尔福德市,如图3-2所示。
图3-22 索尔福德市节能改造项目社区
资料来源:剑桥大学能源高效型城市项目EECi_Booklet资料
·“绿色方案”计划由西部城市住房信贷基金与英国政府合作成立。家庭能源使用者可以获得贷款来支持私人建筑节能改造,例如双层玻璃,阁楼绝缘,隔热,冷凝式锅炉,墙壁绝缘隔热以及建筑防风等节能措施。这些贷款将通过在之后的能源账单中增加收费来偿还。能源高效型城镇计划(EECi)的研究者们将信贷基金的住房聚合在一起进行了分组,例如1914年的山地房屋,或者1964~1979年的公寓等。研究者们使用贝叶斯技术方法对每个分组进行了评估,考虑了安装成本,未来能源价格等不确定的变量,量化了在“绿色计划”中可获得的每项改造措施的节能效用。
·研究结果带来了关于“绿色计划”的双重消息,这一计划对社会住房的潜在影响是有·限的:历史上,这一部门比私人房东已经更快的安装了标准节能装置,但是更高的花费,更高影响的装置将会需要更好的资金补贴。结果表明,增加的二氧化碳减少、热舒适环境的改善等社会收益的货币化价值可能超过了资金补助的成本。
伦敦地区非居住房屋的天然气消耗量分布
·如图3-23所示,显示了伦敦地区的非居住建筑的平均天然气消耗量的空间分布这些结果可以帮助当地政府制定科学、合理的能源有效型发展政策,以及排查出地区高能耗热点区域和建筑
图3-23 伦敦地区非居住房屋的天然气消耗量分布
资料来源:剑桥大学能源高效型城镇项目EECi_Booklet资料
·这些结果通过贝叶斯传统自动回归模型的空间邻近计算而获得
3.建筑改造投资分析:定制模型
通常来讲,最不节能的建筑最难以实现改造的成本效益平衡。能源高效型城镇团队(EECi)为非标准的建筑定制出了能源使用模拟模型来帮助确定改造方案。有时候有能耗问题的建筑是一栋遗产建筑。其他的可能是非标准使用的当代建筑。例如,间歇性大量使用电子设备的实验室等。理论上,现存的模拟工具包应该是可以定义出最有效的节能改造措施组合。但在实践上,它们通常在很短的时间内就失败了,其原因是这些改造方案很难在非标准使用的建筑物上进行配置。
当这样建筑物由一个组织机构所有时,机构可以付费来对这样特别建筑的能源需求进行评估,并给出最优的建筑节能改造方案。一个这样的非常规建筑来自伦敦裘园的皇家植物公园(图3-24),这是一个国际知名的科学研究机构以及伦敦的重要旅游地。在这里,Rebecca Ward将由能源高效型城镇计划(EECi)研发的工具进行了应用,为裘园制定了减少能源使用消耗和温室气体排放的建筑改造方案。
图3-24 威尔士王妃温室,皇家植物公园,伦敦裘园
图片来源:剑桥大学能源高效型城镇项目EECi_Booklet资料
新模型是如何支持建筑节能改造决策的?
·在裘园使用的一个由Adam Rysanek研发的新工具——DeBERA,或者叫做不关联建筑能源改造评估者。这项工具通过使用一个飞常规的定制模型来预测建筑能源的使用。DeBERA创新的将建筑物理特性和经济模型结合起来。使用者可以选择任何改造措施的组合方案,以及制定出在变化的经济情景中未来10年的财务预测,例如在高的或者低的能源价格情景下。决策者将从DeBERA中能够提出各种情景进行快速的模拟分析中作出合理的判断而受益(图3-25)。
·为了帮助裘园的管理者进行节能改造决策,Rebecca Ward从分析单栋建筑物着手。她使用模拟工具来对每栋建筑的主要能源消耗模式进行了连接模拟——电器,设备和灯光供热和供电等。裘园温室的模拟结果捕捉到了其建筑物上的一个不寻常的关键点:蒸腾热流——一个为植物生存的重要过程。而现有的模型无法在温室中模拟出蒸腾热流,因此,Rebecca研发了一个全新的、独立的模型。
·为了分析乔德雷尔研究实验室的能源状况,能源有效型计划(EECi)的一个叫做需求负载再现器的工具被应用并发挥了重要的作用。DELORES(下图的模型I)是一个模拟建筑实际使用的随机模型。它计算并描绘出了每小时的内部热量收益和电力需求。这一功能对分析实验室的灯光和设备使用非常重要,因为实验室的设备在不规律的间隔中进行着高强度的使用。
·Rebecca发现几个重要的能源和成本节省可以实现。对于温室气体来讲,减少空气泄露的措施对于自然遗产结构来说是最有效的。减少50%空气泄露可以减少超过20%的能源消耗。对于实验室建筑,Rebecca确定了能够通过对通风柜的改造能够节省15%的能源消耗,减少灯光的使用能减少5%的能源消耗。此外,Rebecca也发现了在裘园建筑群中安装分布式能源供应系统的会有很好的节能效果。
图3-25 裘园节能建筑改造模型策略体系
资料来源:剑桥大学能源高效型城镇项目EECi_Booklet资料