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双碳目标的绿色机场建设

来源:明航基建 王晓鸿

我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。截至2018年底,我国建筑全寿命周期能耗总量是21.47亿吨标准煤,占全国能源消费总量的46.5%(建材的生产能耗占23.8%,施工能耗占1%,建筑运行能耗占21.7%),机场工程作为传统基建的主力和新基建的载体,绿色机场建设任重道远。

1、绿色机场内涵的双碳解读

绿色机场内涵包含资源节约、环境友好、运行高效和健康舒适四个方面。资源节约是指降低资源需求,节约成本,提高资源利用率,优先采用可再生资源,包括节地、节能、节水和节材,都与减碳息息相关。环境友好包括环境适航与环境和谐,环境适航是减少净空环境、电磁环境等对机场安全运行的影响;环境和谐机场的建设运行不对场区周边区域造成显著的负面环境影响,如航空噪声、大气环境、生态破坏等。近距离跑道在节地的同时可以最大限度地缩小噪声的影响范围,进而有效减少运行能耗和碳排放。运行高效是航空器、设施设备运行高效和流程高效,表现为向旅客和用户提供高效的航空运输服务,减少飞机等待、滑行、起飞的等待时间、滑行距离等,提高设施设备的运行效率;民航蓝天保卫战、建筑设备管理系统、交通便捷和便利的公共服务设施及电动车配套设施等有效减少碳排放的内容。健康舒适,自然通风、天然采光、围护结构热工性能的提高、场地空间绿化等改善微气候、美化环境、固碳的多重措施出发,降低热岛强度等,都可以有效提高健康舒适性,减少运行能耗和碳排放。

2、机场绿色改扩建

2018年底,我国合计有6.7×1010m2的既有建筑,其中60%是不节能的建筑,机场绿色改造扩容是机场建设永恒的主题、也是双碳目标实现的重要组成部分。绿色改造的规划与建筑、结构与材料、给排水、暖通空调、电气、施工管理和运行管理非常重要。1)机场和多种交通方式的汇集提高了换乘效率,也提高了资源利用的集约化程度;合理规划航站区、飞行区布局。2)航站楼建筑改造的实质是尽可能利用现有建筑结构和空间,使之与航站楼流程需求紧密结合,以尽可能小的代价,在满足各项功能需求基础上实现航站楼建筑寿命的延续。3)采用工厂化、标准化、装配化设计,钢结构和轻质外墙减少老加新引起的荷载变化、最大限度减少相应位置的建筑加固。既提高施工速度,又避免对运行区产生影响。改造部分应采用装配式建筑设计,减少砌筑、焊接等湿作业和动火作业。钢结构采用工厂加工、现场拼装。4)将建筑改造与绿色改造相结合,降低建筑能耗。既有建筑朝向和体系系数因素无法改变,但门窗、屋面、外墙的构造形式将直接影响到既有建筑能耗的大小。5)暖通设备系统包括设备的利旧与更新、原有管线的利用、改造范围以及临建方案的合理性,应从多方位、多角度分析,同时平衡设计、施工、建筑效果等各方面的关系,注重建筑、结构、机电各专业的综合合理性。6)停车场采取植草砖、矿渣砖、卵石、碎石等多孔材料形成透水铺面,利于地表水回渗。车库地下采用草坡绿化,可分解和吸收部分车辆废气,甚至降低车库内环境温度减少热岛效应。7)既有建筑改造完成后,运营管理也很重要,能源审计和碳排放核查、合同能源管理等模式都能够减少能耗和碳排放。

3、从零碳建筑到零碳机场

零碳机场的概念来源于零碳城市、零碳建筑,零碳建筑又称净零碳建筑(Zero Carbon Buildings,ZCB),是在建筑全寿命期减少碳排放和增加碳汇实现建筑的零碳排放。零碳建筑是充分利用建筑本体节能措施和可再生能源资源,使可再生能源二氧化碳年减碳量大于等于建筑全年二氧化碳排放量的建筑,零碳机场的概念也可类推,要实现机场“双碳”目标,应从规划设计阶段植入零碳理念,并从碳化、减碳和碳汇等路径逐步实现。

1)资源系统之零碳化,材料的耐用性降低了全寿命期的总用量,降低了碳排放量。资源节约中“节能、节材、节水”与碳排放直接相关,资源“利用量、利用率”大小代表了碳排放的大小涉及建筑结构规则性、造型要素、建材运距和等级、绿色建材使用量、暖通设备能效指标、可再生能源利用比例等。节能环保、清洁生产、清洁能源、生态环境、绿色服务等产业,全生命周期管理、绿色供应链管理、资源再生循环利用、再制造及再生原料和再制造产品等理念方法都利于降低碳排放。

2)能源系统之零碳化,实现能源总量和强度的“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变,提升非化石能源占一次能源消费的比例,大力发展太阳能、氢能等清洁能源。根据能耗指标可分为超低能耗、近零能耗、零能耗,通过限定建筑围护系统和设备参数节能设计、可以实现建筑及运营低碳化、零碳化。首先用能结构调整实现用能全部电气化;然后发展清洁能源、可再生能源改变用电方式,实现用电零碳化,同时减少新建和改建过程使用建材导致的碳排放;最后通过增加绿化、吸收二氧化碳等新材料等碳汇措施来平衡能源使用造成的碳排放。

3)交通系统之零碳化,交通领域的碳排放占全国终端碳排放的15%,不仅是空气污染的主要源头,还产生了大量碳排放。绿色交通的主要目的是减少碳排放、降低环境污染、缓解交通拥堵,尤其是减少燃油等高污染车辆的使用;发展新能源汽车、氢气动力车与公共交通节约道路资源、减少碳排放;提倡使用清洁干净的燃料和车辆等。轨道交通具有运量大、效率高、能耗低、污染少、省用地、优化布局、带动产业发展等明显的低碳经济特征,大力发展城市轨道交通将有效满足净零碳城市建设对城市交通减排的要求。

4)节流式减碳,通过被动式节能技术降低建筑使用阶段能耗,锁住建筑内在环境温度,减少能量的流失,从而减轻对气候的负担。尽可能使用绿色能源,如采用建筑的光伏一体化技术提升机场绿色能源的占比。对机场车辆进行绿色改造,选择充电的全电动机场穿梭巴士替代传统的柴油巴士降低碳排放总量。购买碳排放权以抵消不受机场控制的排放。和地勤和餐饮公司等合作鼓励第三方减排。

5)零碳机场强调能耗的开源,一是在建设期选用绿色建材、低碳建材和低碳设备、工艺等;二是运行阶段充分利用可再生能源技术调整建筑用能结构,降低传统电能消耗占比;三是对结构使用寿命、建材耐久性、系统设备更换周期等提出要求;四是拆除阶段实现低碳化、利废化、资源化、环保化。

6)碳汇效应,碳汇(carbon sink)是通过植树造林、植被恢复等措施吸收二氧化碳,从而减少二氧化碳浓度的过程、活动或机制,碳汇效应是最经济的可持续方法之一。全球碳排放的31%最终被陆地碳汇吸收,碳汇能力是实现碳中和目标的重要环节。场地生态修复、绿地率、低影响开发设施、项目场地风环境、屋顶绿化、立体绿化、复层绿化等具有碳汇效应,体现了零碳排放和自然碳汇的理念。通过屋面绿化、墙体绿化、景观复层绿化等措施,打造微生态,提高碳汇,降低建筑周边环境的热岛效应。通过低影响开发设施,提高建筑单体微生态雨水涵养量和雨水回收量,提高建筑单体微生态“自然”水平。

零碳建筑、零碳城市、零碳机场是实现“3060”目标的重点。绿色机场在一定程度上具备零碳机场的特征,是零碳机场的重要载体,同时,零碳机场应该充分汲取绿色机场的建设理念。零碳机场的发展还需充分融合顶层设计、生态建筑、低碳城市、碳核算、碳足迹、碳汇、碳金融、碳交易等,进一步厘清零碳机场的计算边界、指标要求和体系化发展要求。

4、光伏一体化技术

光伏建筑一体化技术是将太阳能组件集成到建筑上的技术,其不但具有外围护结构的功能,同时又能产生电能,供建筑使用或并网,如光伏瓦屋顶、光伏幕墙、光伏采光顶等。太阳能作为清洁能源,其发电不会污染环境,而且取之不尽,用之不竭。光伏阵列吸收太阳能转化为电能,大大降低了室外综合温度对室内的影响,减少了墙体得热和室内空调冷负荷。

建筑光伏一体化具有以下优势:1)兼具传统建材功能和发电功能。2)根据建筑主体色调、风格做成的特殊颜色和图案增添建筑外立面美感,提升拓展建筑的使用功能(如在屋顶花园建造半开放光伏凉亭)。3)光伏系统拥有25年的较长使用寿命,后期运维费用相对较低,节能效果可计量,而运行期间自身几乎不会再消耗额外的能源。4)主动产能的同时,增加建筑保温等被动节能的效果。5)光伏建材吸收的能量转换成电能,几乎100%可被建筑电气负载使用,不会产生浪费。

光伏发电的成本大幅度降低,用电价格也大幅下降,并且随着技术的进步可能进一步降低,提高光伏的利用率将是减少碳排放量的重要举措。