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零能耗建筑:日本户田建设

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发表于 2013-10-13 15:20:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 易能森(EnOcean) 于 2013-10-14 10:02 编辑 8 k, U/ [  m2 i9 _
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【日经BP社报道】在日本,建筑业界正在致力于实现“零能耗建筑”(ZEB)。零能耗建筑是指全年能源使用量为零的建筑。其中存在大量电子企业可作出贡献的领域。户田建设公司力争在2020年之前实现建筑零能耗化。本文就请该公司环境事业推进室企划管理课课长森一纮介绍其相关举措。
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日本经济产业省提出了在2030年之前,使所有新建建筑实现“零能耗建筑”(ZEB)的目标,日本各建筑企业都在为实现这一目标而进行努力。ZEB是“Zero Energy Building”的缩写,是指按整年计算,利用可再生能源满足建筑全部的能源需求。9 E' z) a; W! x' l7 x& N
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而户田建设力争超越政府制定的目标,在2020年之前实现零能耗建筑。从大厦能耗的具体内容来看,30%以上用于空调,20%左右用于照明。空调和照明加起来约占整体能耗的一半,户田建设正在探讨,针对这种情况能够提供什么解决方案。 5 U: L$ F. J6 E3 K

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在向客户提出方案之前,户田建设先其自有大厦中进行了尝试,对可用于建筑零能耗化的相关技术进行了验证。尤其是2011年3月建设的“TODA BUILDING青山”,就是以利用自然能源为核心设计的。这座大厦的能耗和二氧化碳排放量与以往的大厦相比减少了40%,在日本建筑物综合环保性能评估体系“CASBEE”中,获得了最高等级“S级”。很少有中规模租赁大厦能获得这个等级。 7 ~4 c! L! ^1 `  Q+ V& y
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利用最新技术削减40% 4 j' B/ ~% o$ H

; g/ Y* D( h# b5 L! N9 n9 mTODA BUILDING青山采用了50多项环境技术。下面介绍其中三项比较有特色的技术(图1)。第一项是在建筑外墙名为“幕墙”的双层中空玻璃之间夹入太阳能电池的技术。采用透射型薄膜类非晶硅太阳能电池板,积极利用可再生能源。一般情况下,尤其是城市地区在建设楼宇时,由于地价高昂等原因,难以确保设置太阳能电池板的空间。但如果利用此次采用的透射型太阳能电池板,便可通过外墙采集自然能源。建筑在采光方面需要符合相关法律标准。

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第二项是将自然光用于直接照明的技术“光导管”。将从屋顶采光部位进入的自然光通过镜面状导管引入室内。由于光线折射1次就会发生约5%的损失并变暗。因此,对结构进行了研究,以能够用尽量少的折射次数将光线送到各楼层。/ O+ G" {( ^* C* g
第三项是利用浅层地热能。在位于建筑地基桩中设置冷温水管,用于大厦内的辐射空调。辐射空调指的是全年利用自然能源维持一定温度的空气调节技术。
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在今后7年内需要削减60%
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回顾历史可以发现,实际上,我们从20多年前就开始采取与零能耗建筑相关的举措。从结论而言,通过迄今的20年已削减了40%的能源使用量。也就是说,我们要力争在今后7年内削减剩余的60%(图2)。最近我们进行了推算,如果仅靠此前利用的现有技术,最多也只能削减80%左右。 3.jpg
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也就是说,剩余20%必须通过与之前完全不同的举措进行削减。面对这一情况,户田建设决定加强与其他行业的合作。尤其是着重与电子企业进行共同开发,下文将重点介绍与村田制作所公司一同采取的相关举措。 % l0 O: s" X1 T+ A) W2 O5 \1 x

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我们目前采取了三大举措。即(1)充分利用EnOcean能量采集技术,应用“无电池”开关;(2 )利用低功耗无线“zigbee”的传感技术及照明控制;(3 )利用二氧化碳传感器等,使空调换气系统实现节能化。
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; p# g8 h: `4 W/ n/ O具体内容将在后两篇文章中详细介绍,这些举措已付诸实施。我们在自己公司的大厦中展示了试制系统,请客户参观,以推进销售活动(图3)。目前已有多家客户委托我们探讨如何加以采用。
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鲜为人知的技术   B' r5 b$ ^8 I. s' s* d/ l' a

  _8 Y, a! ~7 C5 t“能量采集是什么?”——“充分利用能量采集技术,应用‘无电池’开关”,这是户田建设公司力争实现“零能耗建筑”(ZEB)所采取的三大举措之中的首项举措,然而,在就此向建筑业界相关人士进行说明时,对方必定会提出这个问题。实际上,即使在户田建设内部,也有许多人尚未理解能量采集这个词的意思。 . i$ s" F8 U5 d
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因此,在进行具体提案之前,我们首先详细讲解何为能量采集。具体而言,就是“将振动、光和热等日常生活中的细微能量转变为电力并加以利用的技术”。
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3 k0 l; {1 C. g# c) i并且,还请客户参观户田建设的公司大厦内设置的试制系统。利用电磁感应原理的无电池开关虽然在电子业界已经较为普遍,但在建筑业界却会引起很大轰动。
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/ S( c+ `; S( m& _实际上,本公司致力于能量采集的原因,不仅在于要实现零能耗建筑。另一个原因在于,要将能量采集定位为进攻建筑更新改造市场的重要武器。建筑新建项目今后将日益减少,另一方面,更新改造市场将日趋增大,这是建筑业界的共识。据称建设产业的规模将达50万亿日元,但有预测认为,10年后,更新改造项目将超过新建项目。 7 I9 [' H$ I" S& ^
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目前,各家公司都在瞄准建筑更新改造项目,在相互展开竞争的形势下,可实现差异化的提案是非常重要的。使用能量采集的系统具备可轻松进行电力施工的优点。这是因为可削减施工费、提高开关配置自由度。这对于客户来说是非常有吸引力的。 8 K: a+ w' F1 [0 \) |( a
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实现“无电池”开关 8 s: }6 ]' R7 m( ^$ K9 l
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作为无电池开关,我们看中了德国易能森公司(EnOcean)开发的产品。其工作原理是,借助人用手指按压开关按钮产生的作用力,启动内部磁铁,利用电磁感应发电(图4)。使用所发电力发送无线信号,打开或者关闭开关。而且,作为第2款无电池开关,还开发出利用村田制作所压电元件的产品,扩充了产品阵容。

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; O) ^3 ]6 T) ~通过利用易能森的技术,无需进行布线。这对于本公司来说也是一个非常大的好处。虽然无电池开关的价格非常高,但却具备可大幅缩短工期的特点。由于工期缩短,施工现场相关经费就会减少,这样一来,开发商负担的建设费也会随之减少。实际上,如果是1万平方米左右的大厦,虽然也与采用的开关数量有关,但在成本方面足可具备竞争力。
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0 m5 V3 t. w; \关于今后如何充分利用能量采集,我们还将积极探讨开关以外的其他用途。在建筑中,照明及空调的电力损失较大。例如,为了采光和调光而扩大窗户之后,热负荷会增加,或需要配备百页窗功能。在这些窗户相关领域,必定能充分利用能量采集。
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1 z6 i0 C; ^& m% q& [; h$ V: t精密控制照明
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: u$ J& U" q7 u  Z三大举措的第二项,是利用低功耗无线ZigBee的传感技术及照明控制。在这方面,能量采集也掌握着关键。我们计划使能量采集与零能耗建筑相结合,实现“工作照明及周围照明系统”(图5)。
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0 f1 k; S: ?+ q, }; l/ H4 @0 F我们在对零能耗建筑的照明进行反复探讨之后,得出了这个工作照明及周围照明系统构想。工作照明指的是作业面,例如办公室的桌子。周围照明指的是整体环境。通过结合使用针对这两个方面设置的照明设备,可在不减弱作业面亮度的同时,降低整体照明的亮度(图6)。将光照强度降至一半左右,就可使能源量低至原先的1/3。3 s4 L% N& I% Y" j

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, L( ]- \5 ]7 N& Z+ a; ?+ @8 s日本的相关标准规定,办公室必须确保700勒克斯以上的照度。在符合这一标准的同时减弱整体照明,这方面的改进将成为竞争焦点。关于工作照明和周围照明系统,我们目前正在使用山田照明公司的器具进行探讨。 6 J! j: {' i" _
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从2011年底到2012年,我们先在本公司筑波技术研究所采用了该系统。在这里,我们将结合利用能量采集与工作照明和周围照明系统作为最终目标,有意识地利用传感技术进行了研究开发。 0 P) \8 ~" b& H) o# |

9 _$ p+ }1 z' Z5 E, B* S例如,准备两个室内空间、容积、房间尺寸及设备完全相同的房间。然后在不同的条件下反复进行实验(图7)。目前正在可容纳约80人的房间,反复进行实际验证。房间平均照度为300~400勒克斯左右,通过减弱天花板附近的光线降低了整体照度。与现有荧光灯相比,大约可削减60%左右的用电量。
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: c( q0 i) r( e3 z5 v$ z不过,每个人对照明的要求有很大差异,因此目前正针对男性、女性、老年人及年轻人等多个人群进行问卷调查,以研究相关需求。* w  n) `% v# J) K  Y! w, X
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并用两种无线技术 1 M2 C, ?* f2 l. _* e9 p8 i
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户田建设公司在工作照明和周围照明系统 (Task & Ambient)中,采用了利用ZigBee网关的无线通信技术,以及基于能量采集技术的无电池开关(无线通信采用EnOcean),目前正在验证这种系统在实际空间中是否耐用。
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2 I7 @& g4 v  j1 G1 q系统的具体照明控制流程如下:(1)将按动开关的压力通过电磁感应转换为电力,并利用该电力通过EnOcean的无线通信发送信号;(2)无线照明控制母机将EnOcean无线通信转换成ZigBee无线通信;接着(3)无线照明控制子机接收ZigBee无线通信信号,启动AC100V控制继电器,以开关照明器具。
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0 r" ~7 B& t* q2 j) e如果仅利用EnOcean,只能控制20~30组设备。而通过组合使用ZigBee和EnOcean,便可应对精密控制整个楼层所需的50多个开关和传感器。 & L+ j/ S- u' j& ?
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ZigBee的耗电量很大,约为EnOcean模块的10倍左右,但从可靠性方面考虑,必须配备。构建无线网络时,采用可靠性高的网状网络。对通信距离做了确认,结果显示,即使有铁门和间壁,也能确保100米左右。
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2 t3 p' r. Z0 D  Y; N0 i8 `/ S还面向医院照明推广应用 8 J7 I* j& x  j+ R. D
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不仅是办公室,自2013年起,户田建设还面向医院推广应用这一照明系统(图8)。2月,户田建设、村田制作所公司和牛尾光源公司3家企业宣布,共同开发出了用于医院的“智能医院照明系统”。目前已启动实证实验,正对其效果进行验证。
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其特点是,可利用无线通信技术,按照“昼夜节律”轻松构建照明环境。昼夜节律是指生物体以24小时为周期变化的生理现象。3家公司强调,通过在病房等处配置该系统,有望维持患者因单调的住院生活而容易衰弱的昼夜节律,保持生活规律稳定。& B: o0 J: S$ G4 Q
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! E& M) ]  t% F; ^' ]以前,要按照昼夜节律对照明灯进行调色调光,需要进行调光专用的布线施工,并利用专用软件进行设定,存在工期长、不易采用等课题。而此次开发的智能医院照明系统利用无线通信进行调光等控制,因此无需进行专用布线等即可采用。 9 s' j6 j% l" E, S

, D; r2 G4 n! ~利用二氧化碳传感控制使换气量减少30%
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关于第三项举措“利用二氧化碳传感器等,使空调换气系统实现节能化”, 户田建设目前正与村田制作所合作,在户田建设的技术研究所共同进行着相关实证实验(图9)。一定面积以上的建筑必须对换气量进行控制,使房间中央的二氧化碳浓度低于1000ppm。
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$ f. |8 y3 |$ q! V  X8 d8 a在日本,学校和教室的二氧化碳浓度标准值为1500ppm以下。日本于1950年制定了《建筑基准法》。从那时起,关于换气量系统的思路就没有什么大变动。因此,亟需采取新措施。通过精密控制换气量,并与空调联动,应该能够实现节能。 4 D6 ~5 o% z$ g+ G# e

4 ^& Z4 ]) ^! m6 \6 [0 E" y此次实证实验设定了房间可容纳人数,并据此计算出可能产生的二氧化碳浓度,利用二氧化碳气瓶制造出了模拟环境。然后花约2个月的时间,收集了各种数据。确认了改变传感器的安装位置,或人体发热等变化,会对传感器造成何种影响等。
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现已证实,通过采用控制二氧化碳浓度的系统,可削减约30%的换气量(图10)。这一数值对于一座面积约为1万平方米的办公楼而言,年用电量有望削减约1万千瓦时。如果换算成金额,全年可削减约20万日元。但实际上,要想采用该系统,首先需要花费约几百万日元的成本。目前正在验证能否进一步提高性能,以获得与投资相符的性价比。
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对于我们而言,与行业不同的电子企业开展合作研究才刚刚开始。为了达成2020年实现ZEB的目标,我们打算今后继续积极采取行动。不仅大厦,还要向智能住宅等领域进行推广。建筑业的目光已瞄准电子业,尤其是电子部件行业。希望今后也能继续开展合作。(《日经电子》特约撰稿人:森一纮)【日经能源环境网】9 N# T3 E8 {0 u
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原文链接:
. Z. Z# J& r& z% T- T& {6 O

第一部分:http://china.nikkeibp.com.cn/eco/news/cattechnicalsj/4836-20130716.html?start=1

第二部分:http://china.nikkeibp.com.cn/eco/news/cattechnicalsj/4837-20130717.html?ref=wb&start=2

第三部分:http://china.nikkeibp.com.cn/eco/news/cattechnicalsj/4844-20130717.html?start=1( Z! o( \1 I7 i+ J

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发表于 2014-1-1 23:13:50 | 显示全部楼层
日本的科技的确先进啊
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发表于 2015-12-21 15:02:55 | 显示全部楼层
真会过,考虑的也很详细
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发表于 2017-6-25 15:23:03 | 显示全部楼层
日本生活的 太细腻了啊
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